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发明技巧故事12——古塔是否在下沉?——等势原理应用

已有 2535 次阅读 2021-11-10 09:16 |系统分类:科研笔记

古塔是否在下沉?——等势原理应用

城市的中心广场有一座古塔,似乎在逐渐下沉。名胜古迹保护委员会前来 测量研究这个古塔的下沉问题。测量的第一步是要选择一个高度不变的水平基准,并且在塔上可以看到这个基准以便进行比较测量。

很可能广场周围建筑也在一起下沉,所以需要寻找一个远离古塔而且高度不变的基准,最后他们选择了远离古塔 1500英尺以外的一个公园的墙壁,但古塔和公园的墙壁之间被高层建筑物遮挡住了,无法直接进行测量。

“非常复杂的情况,”测量员沉思后说,“看来我们得求助于其他的专家。”

突然,萃智先生出现了。

“不必麻烦专家,”他说,“看一下初中物理书就可以找到此问题的解决办 法。”

于是,一个基于等势原理的方案呈现了:拿2根玻璃管,一个安装在塔上,一个安装在公园的墙壁上,用胶管将其连接起来,然后灌入液体,就组成一个水平仪,两只玻璃管中的液体应保持同 样的高度,我们在玻璃管上标出这个高度。如果古塔下沉,则塔上的玻璃管内 液体会升高。

这个故事应用了等势 (equipotentiality )原理,该原理体现在:

在势能场中,避免物体位置势差的改变。

比如:流水线的高度一致,避免重力额外做功;在两个不同高度水域之间的运河上的水闸等等。

等势的势是指重力势(当然也可以将原理扩充到其它势);1)工作时不需要升降物体,则表明物体处于工作平台上,只需要进行垂直于势方向运动(这样就不用为克服重力而做功);2)解决问题的方法是改变工作条件,工作条件的改变的目的显而易见:让操作物体与工作平台等高。为了不需要升降物体,就需要避免与重力作用(这时的重力作用为有害作用)直接对抗,我们可以通过充分利用环境、结构和系统所提供的资源,以最低的附加能量的消耗来有效的消除这种不等位势。

下面是一些等势原理应用的案例:1)汽车修理厂的维修地沟:通过维修地沟,我们可以不用升降汽车,降低了汽车修理难度;2)建立卸货车道,使得汽车的车厢位置与仓库地面持平,这样可以减少卸货劳动强度;3)叉车,货物升降机,电梯等是通过机器设备来克服势差,从而减轻劳动的强度。

其实从等势的物理原理来说,利用等势原理并不能节省作功,也不一定会减少能量消耗,利用等势原理可以:1)降低劳动者的劳动强度,减少克服重力的消耗;2)工作起来更加方便。

我们无时不刻都处在重力场中,势能的影响无处不在,消除工作中势差产生的副作用很有必要。等势原理也可以延伸到管理领域,让某种水平相当的一些人进行沟通,往往比较容易,这在建立讨论组,临时工作团队时可以应用这一原理。




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