摩擦学——以及它对我们生活意想不到的影响
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0:01 - 0:03当人们问我做什么工作时,
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0:03 - 0:05我得承认答案很有趣。
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0:05 - 0:08因为我告诉他们,
我就是拿物品相互摩擦。 -
0:09 - 0:10只是拿东西相互摩擦,
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0:10 - 0:12听起来很荒唐。
-
0:13 - 0:16但是它有一个技术别称:
-
0:17 - 0:18摩擦学。
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0:18 - 0:22T-r-i-b-o-l-o-g-y,
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0:22 - 0:24源自古希腊语:“tribos”,
-
0:24 - 0:25意思是“摩擦”。
-
0:26 - 0:28你可能从来没听过
这个有些好笑的词, -
0:28 - 0:30但是我向你保证,
-
0:30 - 0:33探索它,将会改变
你对物质世界的体验。 -
0:33 - 0:36摩擦学给了我机会去
从事许多很棒的项目。 -
0:36 - 0:40我研究过飞行器材料,
也研究过狗粮—— -
0:40 - 0:43除非你开始以摩擦学的
眼光来看这个世界, -
0:43 - 0:46不然这组合
-
0:46 - 0:49一般人很难
在几年内同时接触到。 -
0:50 - 0:52我想你们会惊讶于
-
0:52 - 0:55一点摩擦学在解决难题上的
-
0:55 - 0:57重要性。
-
0:59 - 1:03摩擦学是研究摩擦力、
磨损和润滑的学科。 -
1:04 - 1:06你们都体验过这三个东西。
-
1:07 - 1:10还记得上一次你试着
在地板上移动重物的时候, -
1:10 - 1:13你能够感觉到
有东西在阻止你吗? -
1:13 - 1:14那就是摩擦力。
-
1:15 - 1:17摩擦力是阻碍运动的力。
-
1:18 - 1:21磨损则是指物质的损耗和转移。
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1:21 - 1:23再喜欢的鞋子,鞋底终究
-
1:23 - 1:26会因磨损殆尽而被淘汰。
-
1:26 - 1:28润滑剂能用来减少摩擦和磨损。
-
1:28 - 1:33它们能松开那些生锈卡死,
难以转动的螺栓, -
1:34 - 1:37但是摩擦学也被定义为
在相对运动中, -
1:37 - 1:39表面相互作用的学科。
-
1:40 - 1:45所以,相对运动中的表面相互作用:
-
1:45 - 1:47世界上有很多这样的例子。
-
1:47 - 1:49你现在坐在这里,
-
1:49 - 1:51是不是在活动你的双脚,
或者不断改变你的坐姿。 -
1:51 - 1:55因为摩擦学正在起作用。
-
1:55 - 1:57即使你只是在椅子上稍稍挪动,
-
1:57 - 2:00都涉及了两个相对运动的表面。
-
2:00 - 2:02并且你移动的摩擦作用
-
2:02 - 2:04会与你身边的人有所不同。
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2:05 - 2:07这是因为你所穿的衣服
-
2:07 - 2:09改变了你和座椅之间的摩擦力。
-
2:09 - 2:12如果你穿了丝绸,会比你穿羊毛时
-
2:12 - 2:13在座位上扭动更容易一些。
-
2:14 - 2:16这是因为丝绸的摩擦力小一些。
-
2:17 - 2:20你在移动或者扭动脚踝的时候,
-
2:20 - 2:22是不是有发出“咔咔”声?
-
2:22 - 2:23你经历过的,对吧?
-
2:23 - 2:26你起床,走动,
一些关节碰撞发声, -
2:26 - 2:28这都是因为摩擦学。
-
2:30 - 2:32这种声音可能是由于
润滑关节的 -
2:32 - 2:34液体中的气泡
-
2:34 - 2:36被释放所导致的。
-
2:37 - 2:41这种声音也可以来自于
肌腱之间的相互移动, -
2:41 - 2:43在脚踝处很常见,
-
2:43 - 2:45所以我那些喜欢
扭动脚踝的朋友, -
2:45 - 2:49会突然对肌腱之间的
摩擦学感到好奇。 -
2:51 - 2:54但我又是如何成为摩擦学家的呢?
-
2:55 - 2:57当然,这得从小时候说起。
-
2:57 - 2:58我跳着芭蕾舞长大。
-
2:58 - 3:01我可以踮着脚尖起舞,
-
3:01 - 3:02法语里叫
“足尖舞 (en pointe)”。 -
3:03 - 3:06当你踮着脚尖跳舞时,
你会穿着那漂亮的舞鞋, -
3:06 - 3:08但是它们可能会
让你在舞台上打滑。 -
3:09 - 3:11当你跳舞的时候,最可怕的
-
3:11 - 3:12莫过于滑倒。
-
3:13 - 3:16所以我们会用一种叫松香的东西。
-
3:16 - 3:19我们踩进松香里,
舞鞋上就会有一层薄膜。 -
3:19 - 3:21松香来自于树液,
-
3:21 - 3:24粉末状的松香可以防滑。
-
3:25 - 3:27作为一个舞者,你会很快知道
-
3:27 - 3:29应该放多少松香在舞鞋上。
-
3:29 - 3:32因为如果没有放够,
你很可能滑倒, -
3:32 - 3:34因为你的鞋子和舞台之间
没有足够的摩擦力。 -
3:35 - 3:36幸运的话,
-
3:36 - 3:39你只是在舞台上
看起来手脚不协调, -
3:39 - 3:42但要是运气不好,你就会受伤。
-
3:43 - 3:47那个时候,我已经在
优化和控制摩擦力了。 -
3:47 - 3:50你们看,我注定
要成为一个摩擦学家。 -
3:50 - 3:52(笑声)
-
3:53 - 3:55但是你们也是
初级的摩擦学家: -
3:56 - 3:58当你使用蜡笔和彩铅的时候,
-
3:58 - 4:01你知道你用的力气越大,
颜色就会越深。 -
4:01 - 4:03你也知道这意味着
-
4:03 - 4:05你要更加频繁地削笔,
-
4:05 - 4:08因为它们会更快地磨光。
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4:09 - 4:12现在让我们来谈谈
那些闪亮的打蜡地板, -
4:12 - 4:14人人都想在上面滑来滑去。
-
4:14 - 4:16大家都知道如果穿双袜子,
-
4:16 - 4:19滑动起来更加容易。
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4:19 - 4:21赤脚可就没那么轻松了。
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4:21 - 4:24多么高明的摩擦力操纵技巧。
-
4:26 - 4:28孩子们都是摩擦学家。
-
4:28 - 4:29那么大人呢?
-
4:31 - 4:33各位今天都刷过牙了,
-
4:34 - 4:35但愿如此。
-
4:35 - 4:36(笑声)
-
4:36 - 4:38这就是摩擦学的作用。
-
4:38 - 4:41牙膏和牙刷的作用
是清除或磨掉 -
4:41 - 4:42你牙齿上的污渍。
-
4:44 - 4:46郑重声明,我爸爸是牙医。
-
4:46 - 4:49我从来没有想过
自己会追随他的脚步。 -
4:49 - 4:52但是有一天我们发现
我们说着相同的话, -
4:52 - 4:56当时我刚接受了
开发牙渍去除测试的任务。 -
4:56 - 4:58听起来很简单,
-
4:58 - 5:01直到我开始
以摩擦学家的角度看待它, -
5:01 - 5:03才发现它非常复杂。
-
5:03 - 5:06其中涉及到坚硬的材料——
这就是你的牙齿; -
5:06 - 5:09软的材料——
就像你的牙龈,牙膏和牙刷; -
5:09 - 5:12润滑物——像是唾液和清水;
-
5:12 - 5:15还有人们刷牙的动作,等等。
-
5:16 - 5:19我保证如果我们在你的
牙膏里添加钻石, -
5:19 - 5:21牙渍便可以去除,
-
5:21 - 5:23很可能还会连你的牙齿一起磨掉。
-
5:24 - 5:27所以需要一个去掉牙斑
又不伤害牙齿牙龈的 -
5:27 - 5:29折衷方法。
-
5:31 - 5:33我们刷牙是因为我们要吃东西。
-
5:33 - 5:35吃东西是我们另一个日常所需,
-
5:35 - 5:36看起来很简单,
-
5:36 - 5:38但它是摩擦学的另一个领域,
-
5:38 - 5:39并没有那么容易。
-
5:40 - 5:43你吃东西的时候,
食物会被破坏和分解。 -
5:43 - 5:46这些食物和你的牙齿,
舌头,唾液和喉咙 -
5:46 - 5:47相互作用。
-
5:47 - 5:52所有的这些作用都会
影响你的进食体验。 -
5:53 - 5:56我想你们都会想起
尝试新事物的时刻, -
5:56 - 5:57你会发现自己在想:
-
5:57 - 6:01(咀嚼声)
“味道还行, -
6:01 - 6:03但我真的不喜欢这种口感。”
-
6:04 - 6:07摩擦学家研究润滑和摩擦系数,
-
6:07 - 6:12让你体验到的口感
和味道得以相辅相成, -
6:12 - 6:16所以当我们改变饮食配方,
-
6:16 - 6:19不同的糖分含量或者脂肪含量,
-
6:20 - 6:21口感会出现怎样的变化?
-
6:21 - 6:23我们将如何量化这个问题?
-
6:23 - 6:26这就是摩擦学家要解决的问题。
-
6:26 - 6:29当我的同事
在实验室的一个角落 -
6:29 - 6:31研究酸奶的糖分含量,
-
6:31 - 6:32我在另外一个角落
-
6:32 - 6:34研究狗粮。
-
6:34 - 6:36顺便说一句,
那个实验室闻起来很香。 -
6:37 - 6:39我们都会有规律地刷牙,
-
6:39 - 6:42但有几个人会给宠物刷牙?
-
6:43 - 6:46成年动物通常会患牙周病,
-
6:46 - 6:48所以我们应该给它们刷牙。
-
6:48 - 6:50越来越多的宠物主人
开始这样做了。 -
6:50 - 6:53我知道我的好朋友
很擅长给她的猫咪刷牙。 -
6:53 - 6:55我希望我也能这样。
-
6:56 - 6:58宠物食品供应商正在尝试
-
6:58 - 7:01研发能够去除牙斑的零食。
-
7:01 - 7:03如果你有养狗,
-
7:03 - 7:05你会发现喂狗吃零食,
-
7:05 - 7:08它一口就能吞下去,很神奇。
-
7:08 - 7:10所以更大的挑战在于:
-
7:10 - 7:12如何在一口吃掉大餐的
情况下去除牙渍。 -
7:13 - 7:16我开发了一个台式实验
来研究这个问题, -
7:16 - 7:18还模拟了狗的口腔:
-
7:18 - 7:22包括它们的牙齿,
牙菌斑和唾液分布。 -
7:22 - 7:24我用通过测量摩擦力和磨损程度
-
7:24 - 7:27来研究餐食对去除牙菌斑的效果。
-
7:29 - 7:32如果各位还在纠结
上次没给狗刷牙, -
7:32 - 7:34不用客气。
-
7:34 - 7:36但是摩擦学到底有多重要呢?
-
7:37 - 7:39再举一个例子,
-
7:40 - 7:44不管你现在在哪里,
你总有办法到达这里。 -
7:44 - 7:45有人走路或者骑车,
-
7:45 - 7:48但是你们大多数人
应该是开车来的。 -
7:49 - 7:52想想车里所有的摩擦系统。
-
7:52 - 7:54你和车有相互作用,
-
7:54 - 7:56车和马路之间也有,
-
7:56 - 7:59以及引擎盖下和传动系统内的一切。
-
7:59 - 8:03定期保养与摩擦学就息息相关,
-
8:04 - 8:06各位都知道轮胎大概跑
多少路就需要 -
8:06 - 8:07检查更换,
-
8:08 - 8:10你也会规律地检查车胎胎面。
-
8:11 - 8:15你其实就是在检查轮胎的磨损程度。
-
8:16 - 8:19摩擦学研究的是磨损和摩擦力。
-
8:19 - 8:22而对于轮胎,摩擦力
-
8:22 - 8:23是旅途平安的关键。
-
8:24 - 8:27因为轮胎和路面的摩擦力
-
8:27 - 8:30影响着加速和减速,
-
8:30 - 8:32以及刹车距离。
-
8:32 - 8:35作为司机,你知道摩擦力的重要性。
-
8:35 - 8:38因为你知道路面湿润时,
-
8:38 - 8:40开车更危险,更容易打滑。
-
8:40 - 8:42这是因为雨水降低了
-
8:42 - 8:44轮胎和路面的摩擦力。
-
8:44 - 8:47你们可能还记得,
摩擦力是阻碍运动的力, -
8:47 - 8:51所以雨水降低摩擦力
意味着移动更容易, -
8:51 - 8:53湿润的路面就会更滑。
-
8:54 - 8:56另外还有一件事要考虑进去,
-
8:56 - 8:58克服摩擦力需要能量,
-
8:59 - 9:01所以摩擦会损耗能量。
-
9:02 - 9:05这是轮胎影响燃油效率的一种方式。
-
9:05 - 9:08你们知道,其实引擎中
-
9:08 - 9:11三分之一的燃油都消耗在了
-
9:11 - 9:13克服摩擦力上吗?
-
9:14 - 9:15三分之一。
-
9:15 - 9:18对摩擦学的研究
能帮助我们减少摩擦力, -
9:18 - 9:21从而提高燃料效率,减少排放。
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9:22 - 9:24霍尔姆伯格和埃尔德米尔
做了一些很棒的研究, -
9:24 - 9:26显示了摩擦学研究
-
9:26 - 9:28对减少能源消耗的影响。
-
9:28 - 9:32他们发现在过去的 20 年里,
-
9:32 - 9:33我们本有机会减少
-
9:33 - 9:36高达 60% 的
-
9:36 - 9:37车辆能源消耗。
-
9:38 - 9:40想想世界上的所有车辆,
-
9:40 - 9:42我们其实可以节约很多能源。
-
9:42 - 9:47作者认为,摩擦学可以
帮助我们节约目前 -
9:47 - 9:51近 9% 的全球能源消耗中的一部分。
-
9:52 - 9:53这是个庞大的数字。
-
9:53 - 9:58只需要看看这些数据,就会发现
摩擦学多么了不起。 -
9:59 - 10:01我的同事已经发现,单单在美国,
-
10:01 - 10:03我们就可以节约 20 多夸特的能源。
-
10:04 - 10:05解释一下:
-
10:05 - 10:111 夸特大约相当于 1.8 亿桶石油。
-
10:11 - 10:14而摩擦学可以帮助我们节省
相当于 20 倍这个数字的能量。 -
10:14 - 10:17我们可以通过新的材料、
新的润滑剂, -
10:17 - 10:19以及新的组合设计,
-
10:19 - 10:22来提高风力涡轮机的效率和可靠性。
-
10:23 - 10:26只需将 31 个人放到一间屋子里,
-
10:26 - 10:28以摩擦学的角度
来观察这个世界。 -
10:29 - 10:32想象一下,随着越来越多的人
开始接触摩擦学, -
10:32 - 10:34这些机会将逐渐展现在我们面前,
-
10:35 - 10:38我现在最喜欢的项目
是航天应用, -
10:38 - 10:42尝试在充满挑战的环境里
减少损耗和摩擦。 -
10:42 - 10:44我可以制作能够减少
-
10:44 - 10:47运动部件和引擎内部摩擦的
材料和零件, -
10:47 - 10:50以减少运动阻力。
-
10:51 - 10:54摩擦力减小,
意味着所需的能量也更少, -
10:54 - 10:56可以使用更小,
-
10:56 - 10:58更轻,
-
10:58 - 10:59也更节能的驱动器。
-
11:00 - 11:03我制作出的零件
因为磨损小也更加耐用。 -
11:04 - 11:05这减少了材料浪费,
-
11:05 - 11:08也意味着我们
制造零件的频率会降低, -
11:08 - 11:10从而节省了生产过程中
所消耗的能源。 -
11:11 - 11:14我鼓励大家
关注身边的摩擦学, -
11:14 - 11:19并且考虑如何改善
自己遇到的相互作用面。 -
11:19 - 11:21即使是最微小的改善,
-
11:21 - 11:23也可能产生
积少成多的效果。 -
11:23 - 11:26摩擦学也许听起来滑稽,
-
11:26 - 11:29但它对我们的世界
有着很大的影响。 -
11:29 - 11:31谢谢。
-
11:31 - 11:34(掌声)
- Title:
- 摩擦学——以及它对我们生活意想不到的影响
- Speaker:
- 詹妮弗·维尔
- Description:
-
摩擦学——机械工程师詹妮弗·维尔(Jennifer Vail)说——这个听起来好笑的词你可能从来没有听说过,但它会改变你看待世界,以及与物理世界互动的方式。维尔从摩擦学——关于摩擦和磨损的研究中获得了一些经验,她描述了其对日常生活的各种影响,以及它如何帮助我们创造一个更美好的世界。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 11:47
Yolanda Zhang approved Chinese, Simplified subtitles for The science of friction -- and its surprising impact on our lives | ||
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