解开行李为什么摇晃的谜团

李县港务局通过维基媒体共享网站

（内部科学）--任何不得不从一个机场门冲到另一个机场门的人都可能经历过一个摇晃的、滚动的手提箱可能会造成多大的麻烦，即使是在以适中的速度行走。现在，法国科学家在跑步机上对模型手提箱进行实验，发现当这种手提箱接近翻倒时，最好的解决方案可能不是放慢速度，而是加快速度。研究人员说，这项研究日常生活中的物理现象的工作可以揭示当各种运动结合在一起时可能产生的令人惊讶的行为。巴黎狄德罗大学的物理学家西尔文·库雷赫·杜邦（Sylvain Courrech du Pont）开始研究在实验。但是，他说，这项工作还研究了“一个真正的科学问题”，很少有人研究过。

具体地说，一个滚动的手提箱耦合了两种运动——当手提箱的轮子旋转时，大部分的手提箱“平移”，或者在不旋转的情况下朝同一方向移动。滚动行李箱不稳定的行为方式代表了旋转和平移运动的交叉点。

在实验中，研究人员在跑步机上测试了一个两轮铝制行李箱，每小时滚动1到16公里。他们分析了模型的运动如何取决于重量在这个手提箱上的分布和提箱的速度。模型上的白色LED灯帮助他们跟踪手提箱的运动。

科学家们发现，当模型手提箱的一个轮子被抬离地面时——模拟如果真的手提箱撞到凹痕或凹坑时会发生什么——模型开始左右摇晃，就像一条小溪在遇到障碍物后会被分流一样。有了这样的行为，每个轮子轮流从地上反弹，手提箱就像一个钟摆。

的摇晃加剧不仅轮子离地越多，而且手提箱被拉得越快。如果摇动足够大，模型可能会翻转。

然而，科学家们发现减少这种摇动的最好方法不是减慢手提箱移动的速度，而是拉得更快。这是因为滚动的行李箱将旋转和平移运动结合在一起，库雷赫·杜邦说。结果，手提箱被拉得越快——也就是说，被翻译成——手提箱来回摇晃、可能翻倒所需的能量就越大。

“这是一项非常广泛的研究，涵盖了实验和理论，涉及任何携带行李的人每天都会遇到的一个问题，”该研究所的物理学家弗朗索瓦·佩特里斯说École Normale Supérieure在巴黎，他没有参与这项研究。”这表明，许多问题，即使是日常感兴趣的问题，仍在等待解决。年轻的学生有时会有一种感觉，大多数进步是在很久以前取得的。Courrech du Pont说，在物理学的某些领域，这可能是正确的，但在大多数领域，仍有许多问题尚未解决。

这些发现可以帮助研究人员模拟和设计更好的滚动行李箱和其他牵引小车，如牵引拖车。他补充说，这也可以帮助科学家更好地理解速滑运动员的动作。尽管翻滚的手提箱和滑冰者看起来很不一样，Courrech du Pont注意到他们做出的摇摆运动影响了他们的前进。

Courrech du Pont和他的同事们在6月21日的皇家学会学报A在线上详细介绍了他们的发现。

内部科学新闻服务由美国物理研究所支持。蔡卓妍是一位科学记者，曾为《科学美国人》、《 》、《连线》、《科学》、《自然》和《国家地理新闻》等杂志撰稿

　　三大力学与Vehicle　　空气动力学、水动力学和地面力学，堪称是研究运载工具运动的、基础性的“三大力学”。人类，包括动物，在陆地上移动靠的是一双脚、4只脚或众多的脚(如蜈蚣)。而智慧生物的人类则先后发明了车轮、履带和轮船、飞机这些运载工具，使得人类在征服空间和时间的征程中不断向前。“千里江陵一日还”，现在可以一两个小时就搞定。在这个征程中，三大力学的创立和发展功不可没。有了空气动力学，才使得机翼和飞机的形状不断改进。从双翼机到单翼机，从螺旋桨到喷气机，从亚音速到超音速……这一系列巨大的飞跃，离不开空气动力学的计算和风洞的实验。有了水动力学，才使得各种各样的轮船、气垫船和战舰能劈波斩浪，远涉重洋，深潜海底……近十万吨级的航空母舰以35节的高速度在大洋中游弋，俨然就是一座海上漂浮的城市。在地面车辆中，成就了轮式车辆和履带式车辆的两分天下，而地面力学的诞生，则是相对较晚的事情。

值得注意的是，在英语中，飞行器、气垫船、车辆甚至宇宙飞船等，统统归类为Vehjcle，对应的中文译名便是“运载工具”。而我们习惯于将Vehide理解为“车辆”，便是一个小范围的概念。前些年，有一本名噪一时的“科幻”读物，是瑞士人E・丹尼肯写的，书名叫《众神之车》，讲的是“上帝是个宇航员”，书名中的“车”(Vehicle)，实际上是运载工具，即宇宙飞船。将Vehicle译为“车”，不太贴切，但书名比较简洁。让我们粗略地看一看车辆、轮船、飞机和“三大力学”之间的异同点吧!

车辆也好，轮船也好，飞机也好，统统都是运载工具，只不过所依托的介质不同而已。飞机在空气中飞行，轮船在水中航行，而车辆则在地面行驶。从介质的情况看，空气和水都是流体，状态比较均一，通过机翼和空气的互相作用，为飞机提供升力和推力，通过螺旋桨或喷水推进装置和水的互相作用，为轮船提供浮力和推进力。地面车辆则是和地球表面互相作用，通过车轮或履带使车辆前进。相比较而言，地面和车辆的互相作用最为复杂。地面的情况千差万别，不仅有土路、砂石路、松软路、泥泞路、越野路、铺装公路等等不同情况，就是同一种路面，不同地域也不相同，不然公路等级怎么还有一级、二级、三级之分呢地面介质情况的复杂，是地面力学产生最晚，而且也远不成熟的重要原因。

地面力学ABC

由于地面的复杂性，以及地面力学的不成熟性，这里只能最最皮毛地介绍一点地面力学方面的知识。

地面力学，也称为“地面车辆力学”，是一门边缘学科，它专门研究各种越野车辆与地面、地形之间的关系，以改进车辆设计，提高车辆的通过性能。

1940年，德国学者伯恩斯坦用公式表示出下陷量与单位接地面积压力的关系。不过，真正的地面力学的“老祖宗”，则是英国人贝克。贝克最先提出了“地面车辆力学理论”，并建立了试验方法。1956年，他出版了有关地面车辆力学的第一本专著《陆用车辆行驶原理》，开创了地面车辆力学研究的先河。

中国于20世纪60年代开始这一领域的研究，起步也不算晚，1982年成立了地面机械系统研究会。

地面车辆力学从一开始就是一门理论和试验并重的学科，地面车辆力学研究的主要课题有：土壤参数测定方法和测绘可行驶地域的地图；研究土壤的基本力学性质；用各种新技术如有限元法计算土壤的变形和应力；研究轮胎、履带和土壤的互相作用；车辆驶过不平路面时的振动特性；军用车辆在特种条件下的行驶特性等。这些研究课题涉及到车辆的动力学、静力学、概率论和数理统计、农业科学、军事科学以及系统工程等。很显然，地面车辆力学是一门综合性的边缘学科，它离不开以车辆为主体的各种试验，是一门理论和实验密切结合的发展中的学科，很多课题的研究还是空白，等待有志青年去发掘，去探索。

坦克试验的重要性

在坦克科研行业中有一句行话，说坦克的科研无非是“画加跑”和“画加打”，意思是说：坦克的研制无非就是“画图+加工+跑车”以及“画图+加工+打炮”。这句话虽然带有一点调侃的性质，说法并不全面，但它至少说明在坦克研制的整个过程中，跑车(即行驶试验)和打炮(即射击试验)是相当重要的一个环节。

由于地面车辆力学的复杂性和不成熟性，其现有的理论还不足以对坦克的性能和可靠性做出准确的预测，这也是坦克行业特别重视坦克试验的缘故。日本的一位汽车界老前辈大东俊一先生说得好：“关于发动机的试验工作，无论是新技术的开发也好，单纯的性能检查也好，大部分要靠试验来解决。利用一张纸、一支笔，靠公式计算便可以解决的问题不多”。发动机是如此，坦克和车辆更是如此。时至今日，尽管计算机辅助设计(CAD)和计算机仿真试验已经发展到前所未有的水平，科研人员已经可以用计算机来“设计和试验”坦克了，但是，坦克是由几万个零件组成的复杂机械，地面情况又千差万别，计算机毕竟不能代替实打实的坦克试验。俗话说的好，“是骡子是马，拉出来遛遛”。这“遛”坦克最好的场地，便是坦克试验场。从另一个角度讲，即使是计算机仿真试验，它的软件的编制和大量数据的取得(如载荷谱)，还是来自于试验数据。

一位资深的飞机设计师说得好，飞机是风洞“吹”出来的。道出了风洞在飞机研制中的重要性。如法炮制，我们也可以毫不夸张地说：坦克是“跑”出来的。风洞，是飞机试验中最重要的大型试验设备之一。在风洞中，飞机是静止的，空气是运动的，即形成了风。这也是“风洞”称呼的来历。对于坦克和汽车等地面车辆来说，相对应的试验设备是转鼓试验台和多自由度激振试验台。转鼓试验台相当于汽车或坦克的“跑步机”。不用说，练过跑步机的朋友们一下子就会明白其中的道理了。汽车的转鼓试验台在先进国家的大汽车厂家已不稀罕，国内也已有几家。但是，履带式的转鼓试验台就难了。想一想，拿什么充当下面的“履带转鼓”呢尽管国内外的一些研究部门尝试制造过履带转鼓试验台，但笔者认为大都不算很成功。与其制造坦克的“跑步机”，莫如实打实地到野外实地跑一跑来得更实际些。而坦克的激振试验台倒是更成熟些。坦克激振试验台也是一个大型试验设备，坦克开到激振试验台的平台上，靠激振头为坦克行动部分加载，来考核坦克整车及悬挂装置的振动特性及相关部件的强度，也可以考核乘员对各种振动的耐受性。而激振头加载的负荷(即载荷谱)则是以往各种试验统计得出的典型性的数据。可见，即使是台架试验，也离不开以往实车试验的实际数据。

转鼓试验台和激振试验台大都制成1：1的实车试验台，坦克或装甲车可以直接开到试验台平台上。但是，对于飞机和舰船来说，往往要用缩小的模型来试验，依据相似原理，可以准确地计算出飞机和舰船的实机载荷。尽管有的大型风洞可以允许小型飞机实机开进去，但是，总不能为波音737、C-130一类空中巨无霸飞机建造一个超大型的风洞。即使技术上能够实现，经济上也划不来，在低碳经济时代尤其如此。对于舰船来说，更是如此，几乎百分之百的是舰船模型的水槽动力学试验。不要说航空母舰，就是为几千吨级的巡洋舰建造一个超级大水槽，也是一个天方夜谭式的故事。

有关坦克试验的事，今后还要专文加以介绍，这里只介绍和地面力学关系最密切的转鼓试验台和激振试验台的点滴知识。

如果跑步机足够长是可以的。

飞机是靠引擎喷射气流来产生向前的推力，与轮子无关，其实轮子主要是用来减少滑跑时的阻力。可以假设一个理想的模型，即轴承的摩擦力为零。这时把一架静止的飞机放到一个传送带上，虽然轮子会转的很快，但是因为没有摩擦力，飞机将丝毫不动。当飞机向后喷气时，产生的反作用力推动飞机向前加速，最后起飞。

简单说，轮子就是让飞机不受地面上各种力的影响，让飞机悬浮起来。当然，减速时另当别论，因为飞机减速和汽车很像，也需要轮子产生的摩擦力。

如果是顺向,只要速度足够快,还是有可能可以起飞的。

飞机起飞的原理：

1、利用柏努利方程的基本原理,飞机机翼就是根据这一原理设计的，流体力学的基本原理,流速大的压力小，反之流速小的压力大，以此获得的升力而起飞的。

2、飞机向前运动，与空气产生相对运动，因而机翼处就有气体流动。而机翼的造型是上面呈弧形，下面水平的。气流经过上方与下方的路程不同而且时间相同所以上方气体的流速比下方的流速快，上方的压强比下方的压强小，所以飞机就被大气压托起来。