第二章第二节-设计的基本方法和原则

海拔--随着海拔升高，气温降低，大约为 0,6℃/100米
攀登珠穆朗玛峰
1950年代， 德·哈维兰公司制 造的彗星客机成 为历史上第一种 喷气式民航客机。 波音公司的波音 707则成为首款 被广泛使用的喷 气式民航客机。
20世纪50年代，当时曾发生过几起飞机 在飞行过程中解体的事故，其中包括： 1954年，两架哈维兰彗星客机在几个月 内先后解体，共导致56名乘客死亡。
真空
P0=P = g h = 13.6×10 3㎏/m3×9.8 N/㎏×0.76m
= 1.013× 10 5 Pa
760毫米
托里拆利实验是最早测出大气压
大
值的实验，这个实验测得水银柱的高
气
度为760mm，我们把这个大小的大气压
压
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
叫做标准大气压。
汞柱
大 气 压
1标准大气压(1atm)= 1.013×105pa
这种最初的设计属于原创性设计——又称为开发性设计。
存 在开 的瓶 缺器 陷
两只手向相反方向拉木塞时，当软木塞突然离开酒瓶时， 因酒瓶的突然后退，可能将酒洒出瓶外，甚至因左手握不住 酒瓶，造成酒瓶脱手。
有些酒瓶由于软木塞太紧，即使用较大的力也无法拔出。
改进： 改进者使用了杠杆省力的原理及齿轮改变力的方向的原理，
当人们从平原进入高原地区时一般人需要2-3个 月的时间,慢慢适应当地的低氧环境, 高山反应也随 之消失。
大气压与海拔高度的关系
大气压是由于大气层受到重力的作用而产生的。 离地面越高，大气越稀薄，大气的密度越小，大气 压越小。
大气压变化的规律：在海拔2 000 m以内，每 上升10 m，大气压大约降低111 Pa。
醒酒
葡萄酒的香气通常需要 一些时间才能明显地发散出 来。醒酒的目的是散除异味 及杂味，并与空气发生氧化； 开酒后应该倒一些在杯子里， 然后轻摇，这样对酒味的散 发有很大的帮助，在旋转晃 动的时候，酒与空气接触的 面积也就加大了，加速氧化 作用，让酒的香味更多的释 放出来。
①原创性设计 为了打开红酒瓶塞的软木塞，设计的螺旋状开瓶器。
大天鹅：体长120-160cm， 翼展218-243cm，体重812kg,能飞越世界屋脊— —珠穆朗玛峰，最高飞行 高度可达9000米以上
马德堡半球实验证明了大气确实存在着压强。
托里拆利实验——测定大气压值
真空
你想知道世界上第一 个精确测出大气压值 的实验吗?
760毫米
汞柱
玻璃管内汞柱上方是真空，而管外 汞面上受到大气压强，正是大气压强 支持着管内760毫米高的汞柱。
大大 气气 压压
汞
计算760毫米高汞柱产生的压强就 可以知道此时大气压强的值。
进入海拔3000 米以上的地区，人会出现高山反 应。海拔越高，高山反应越明显。形成的原因是由于 高度愈高，空气愈稀薄，气压就愈低，因此人体所需 要的氧气压力也随之降低，但是人体所需要的氧气含 量仍然不变，为使血液中维持人体所需之含氧量，故 必须增加红血球的含量，但人体自动增加红血球之含 量需要几天的时间，因此在刚进入山区时，会因为高 度突然增高，人体来不及适应，而产生体内氧气供应 不足的情形，高度愈高，过渡时间愈短，产生的反应 就愈剧烈，称为[高山反应]。
汞
大气压对人体的影响
思考？
大气能产生如此大的压强而生活在大气中的人 为什么却没有事呢？
人体内部也有气压，正常情况下内外大气压平衡！
人体对大气压的变化有一个逐步适应的过程。
高山反应：高原上，空气稀薄，吸进来的氧气减 少，造成缺氧，使人体出现头晕、头痛、耳鸣，恶 心、呕吐等症状。
人为什么会出现高山反应？
天然塞
合成塞
聚合塞
螺旋盖
玻璃塞
螺旋盖就适合在 降低成本的情况 下，封装香气浓 郁的白葡萄酒和 简单且适合早饮 的红葡萄酒等不 需要长时间陈酿 的葡萄酒。
优质葡萄酒在装瓶之后，需要 一段时间（有的长达数十年） 才能真正成熟，在这个过程中， 葡萄酒需要少量氧气促进成熟。 天然软木塞接触酒液后略微膨 胀，空气透过木栓层里极细微 的气孔缓缓渗入，氧化作用随 之慢慢产生让葡萄酒慢慢成熟。
设计了一个功能较为较为完善的开酒瓶软木塞的工具。
开酒
改进后的开瓶器
由上面的改进设计可以看到，设计者在原来 的基础上应用了力学上的两个原理，才使开瓶 技术有了进步。而改进设计的设想，来源于开 酒瓶软木塞中碰到的问题。
第三代开瓶器之气压开瓶器
气压开瓶器
使用原理： 真空气压原理，注 入气体，产生压强， 将酒塞推出；
第二章 设计的基础
第二节 设计的基本方法和基 础知识
回顾：技术发明和技术革新是创新的两种表现形式。
偶然的发现
技
术
原创性设计
创
新 设计 改进性设计
综合性设计
一、技术设计的种类
技术设计 三大类
原创性设计 改进性设计 综合性设计
案例：红酒开瓶器的三种设计
红酒 就是红葡萄酒的意思，即红酒=红 葡萄酒，但通常来说，红酒一词作为葡 萄酒的统称存在。（百度百科）
操作方法： 将红酒开瓶器针头 从软木塞中间插入 酒瓶,用塑胶保护套 护住瓶口；上下活 动将空气注入瓶内, 直到软木塞从瓶口 滑出（通常每瓶酒 4-7次即可打开）
干电电动开瓶器
充电电动开瓶器
特点： 全自动操作
按住 “激 活钮”下 方至旋转 动作声响 停止,按住 “激活钮” 上方,即可 退出瓶塞。
飞机上的窗户为什么是圆形的？
调查员发现，机身裂缝的起点正是方形 机窗的尖角。机舱内加压后，这些尖角 格外容易因为受压而破裂。
英国皇家飞机研究院在一次测试中发现， 高达百分之七十的舱内压力都集中在这 些机窗的尖角上。
散逸层
大
气 垂
热层(电离层)
直
结
中间层
构
臭氧层
平流层
对流层
高山兀鹫：体重8-12kg;体 长120-149cm;翅75-80cm; 能飞越世界屋脊--珠穆朗玛 峰，最高飞行高度可达9000 米以上
客机窗口的 原创性设计
马德堡半球实 验
1654年5月8日，德国马德堡市的市民们看到了一 件令人既惊奇又困惑的事情：他们的市长、发明抽气 机的奥托·格里克（1602——1686），把两个直径20 cm的空心铜半球紧贴在一起，抽出球内的空气，然后 用两队马(每队各八匹马)向相反的方向拉这两个半球。 当这16匹马竭尽全力终于把两个半球拉开时，竟然像 放炮一样发出了巨大的响声。这就是物理学史上著名 的马德堡半球实验。