上周，斯坦福大学的研究人员透露，他们已经制造出可以打开门的微型无人机。我不确定我是否对此感到高兴:如果机器人能打开门，我们怎么能不让它们进入我们的房子呢?但这也很酷。这些微型无人机(或微型空中飞行器)与它们自身的重量相比，能够拉出非常重的货物，其重量可达40倍。这看起来很疯狂。好吧，我想这太疯狂了。让我们谈谈物理学。你能拉动多少重量?正常摩擦拉动假设你站在平地上，试图用一根附加的绳子拉一个大盒子。你为什么需要一根绳子?你不知道，但这样画个图更容易。这是重要的部分。如果你用力拉绳子(我把它叫做拉力T)，绳子就会以同样的力度拉回你身上。力是两件事物之间的相互作用:在绳子上，向左边施加10牛顿的力的拉力意味着绳子向右边施加10牛顿的力的拉力。这就是力的本质。这意味着，如果我想用绳子拉一个木块，我需要另一个力从另一个方向拉我，这将阻止我移动。另一个力是摩擦力。我会很诚实。摩擦非常复杂。想想一种材料(你的鞋子)中的所有原子与另一种材料(地板)中的所有原子的相互作用。那是任何人都无法应付的事情。幸运的是，我们有一个很好的摩擦力近似值。下面是这个摩擦模型的细节。摩擦力与两个表面平行。摩擦力的方向是防止滑动的方向。摩擦力的大小与把两个表面压在一起的力成正比(我们称之为法向力，通常用符号N表示)。摩擦力也取决于这两种表面。木材和钢材之间的摩擦不同于木材和塑料之间的摩擦。我们表达这种摩擦系数μ和使用象征。最后，相对静止的材料(静摩擦)和相对滑动的材料(动摩擦)有不同的摩擦系数。哇。我只是用点符号总结了摩擦模型。好，这只是一道物理开胃菜。如果你需要更多的摩擦力，这里有一篇文章给你。我们已经准备好观察拉大物体的人(或微型空气机器人)受到的力。我将两个对象都表示为块，因为这样更简单。在这个图中注意到这两个块有不同的质量。有着更大的质量,蓝色块也有一个更大的向下的引力自引力的产品质量和引力场(g),由于块不加速垂直(它呆在桌子上),向上的支持力必须等于重力。这意味着蓝色的物体也会有更大的摩擦力。红色方块移动蓝色方块的唯一方法是，蓝色方块与表面的摩擦系数要比红色方块小得多。哦，但这确实会发生。想想推汽车的例子。你可以推动一辆车，即使它比你本身要大得多。你可以这样做，因为汽车是在车轮上，这有效地使它非常低的摩擦。但这是拉东西的老方法。微型空气车辆摩擦飞行机器人不会使用正常的摩擦力。用普通的摩擦力意味着，由于它们的质量非常小，它们无法移动非常大的物体。因此，这些机器人用两种不同的方法“作弊”。第一种方法是使用非常小的“爪子”，抓住它们下面的表面。现在它不再是简单的摩擦摩擦——它更像是用机器人的小手抓住一根绳子。第二种方法更有趣——这些机器人可以用特殊的材料“抓取”到非常光滑的表面，用特殊的基于壁虎的抓手表面。壁虎可以用非常细小的毛发粘在光滑的表面上。这些毛发使得材料能够足够接近范德瓦耳斯相互作用。但是范德华力到底是什么?让我们从一个可以在家做的简单演示开始。拿些像塑料一样的东西，把它擦在什么东西上。在我的例子中，我用pvc管和塑料购物袋摩擦它(你也可以尝试在棉花或羊毛上摩擦它)。这将使pvc静电充电。现在把这个带电的聚氯乙烯靠近一些被撕碎的小纸片。检查出来。这就像魔术(除了科学)。这是一个很棒的演示。但是为什么呢?为什么纸会被带电的塑料吸引?这种纸是中性的，但里面有电荷。在纸上的这些电荷被推造成一个感应偶极子。图表呢?假设pvc带正电荷，纸上的电荷会像这样。聚氯乙烯中的正电荷把纸上的负电荷拉得更靠近聚氯乙烯。这样就会在纸的另一端留下剩余的正电荷(但是纸仍然是中性的)。结果是一个诱导的偶极子——这就是我们所说的。此外，从技术上讲，本文中的这种诱导偶极子发生在分子水平上，而不是整个论文。由于纸上的负电荷更接近pvc中的正电荷，所以它们之间存在吸引力。在正极聚氯乙烯和纸上的正电荷之间也有一个排斥力。但由于纸张的正电比负电远，纸与pvc之间的排斥力小于正电与负电之间的引力。最后，你可以得到一个带电的物体吸引一个中性的物体因为这个感应偶极子。这是范德瓦尔斯力的情况除了它在两个分子之间两个分子都是中性的。在另一个分子中，由于正电荷和负电荷排列的微小变化(非常短暂)，你可以得到一个诱导偶极子。这是一个非常微小的效应，但它确实存在。问问壁虎就知道了。这就是微型飞行器如何坐在表面上拉比它自身重量重得多的东西。让人印象深刻。

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkcf/6365.html