出品：科學(xué)普及華夏

創(chuàng)造：吳慶

監(jiān)制：華夏農(nóng)科院計(jì)劃?rùn)C(jī)搜集消息重心

雨過天晴展示的彩虹、灑翻車過程恍然間看到的彩虹、路邊小水洼中偶爾創(chuàng)造油滴分散產(chǎn)生的秀美顏色……那些五顏六色、臉色各別的實(shí)物，在咱們的生存中到處看來。難以設(shè)想，缺點(diǎn)和失誤了顏色的寰球，那會(huì)如許的缺乏啊。

此刻，臉色不只能看看，還能拿來用用——用臉色來察看物體里面的受力情景。這畢竟是如何一回事呢？

“光測(cè)彈性法”——用臉色測(cè)受力

凡是生存中，咱們會(huì)交戰(zhàn)到不拘一格的物體。小到塑料尺子、水杯，大到橋梁、樓宇。咱們?cè)趧?chuàng)造它們的功夫，城市商量到受力的題目。比方在創(chuàng)造橋梁時(shí)，哪些場(chǎng)合接受的壓力大？哪些場(chǎng)合須要加固？橋梁形勢(shì)能否有理？能不許到達(dá)安排的載重規(guī)范？這都是在前期安排進(jìn)程中須要商量的成分。

舉個(gè)局面的例子：一部分站在橋上，跟一輛載重貨車停在橋上，橋接受的分量變多了。然而咱們光憑人眼或是尺子，察看不出來橋的里面哪些場(chǎng)合遭到的壓力大，哪些場(chǎng)合承遭到的壓力小。即使不妨直覺看出橋里面各個(gè)場(chǎng)所的受力情景，橋梁構(gòu)造便不妨獲得極大的優(yōu)化，并大大儉樸興辦資料。

過程有年的接洽，人們最后找到了怎樣查看物體里面受力情景的本領(lǐng)，那即是——光測(cè)彈性法。

光測(cè)彈性法首先發(fā)源于一種光學(xué)局面：光彈性局面。光彈性局面由蘇格蘭物道學(xué)家大衛(wèi)·布儒斯特[1]第一次記載[2]，并在二十世紀(jì)初由E.G.Coker和倫敦大學(xué)的L.N.G.Filon興盛運(yùn)用。

“彈性”是指物體爆發(fā)形變后，不妨回復(fù)從來巨細(xì)和形勢(shì)的本質(zhì)。有些物體比方橡皮筋的形變很鮮明，但玻璃的形變就很微弱，人眼查看不出來。而布魯斯特卻創(chuàng)造，變形后的玻璃具備一種簡(jiǎn)單查看的光學(xué)局面，即是一束光在經(jīng)過受力變形的玻璃時(shí)，走的路途和從來不一律了。給玻璃塊強(qiáng)加了壓力和不強(qiáng)加壓力時(shí)，光束的傳遞道路是不一律的。這種局面稱為雙反射局面。有的資料天才就完備這種本質(zhì)。

（圖片根源：作家自治）

不妨爆發(fā)雙反射局面的晶體：

（圖片根源：Wikipedia）

這種和光相關(guān)，又和物體彈性形變相關(guān)的局面就取名光彈性局面。

跟著對(duì)光彈性局面領(lǐng)會(huì)的深刻，人們發(fā)端運(yùn)用光彈性效力去查看板滯作件、橋梁或水壩的里面應(yīng)力散布。那么題目來了，應(yīng)力又是什么？

什么是應(yīng)力？去問問那些“鬧難受”的分子們

大師有沒有效玻璃杯接開水，而后杯子炸了的體驗(yàn)（瑟瑟顫動(dòng)）。玻璃里面最先交戰(zhàn)到開水被加熱，從而伸展，而玻璃杯外部仍舊常溫的，伸展水平不大。所以構(gòu)成杯子內(nèi)壁和外壁的分子們“鬧難受”了：內(nèi)壁須要伸展但被外壁牽制著。大師都憋著一股勁，憋不住了——杯子就炸了。

像這種因?yàn)榘侔阋驗(yàn)橐龑?dǎo)物體里面展示分子之間彼此較量的情景，咱們就稱物體里面有應(yīng)力。

天然界中的物資都是由分子和亞原子形成的，咱們假如每一個(gè)分子都是一個(gè)小繃簧，很多小繃簧堆在一道形成了某個(gè)物體。小繃簧們?cè)诟邷氐墓Ψ螂x得比擬遠(yuǎn)（熱脹），舒卷自在；而跟著溫度越來越低，小繃簧們離得越來越近（冷縮），這時(shí)候小繃簧的舒卷就會(huì)感化到范圍的搭檔。

假如小繃簧們不是拉得長(zhǎng)長(zhǎng)的，即是壓得扁扁的，還來不迭恢恢復(fù)樣就由于溫度變低聚在一道，那大概就會(huì)出題目了。舉個(gè)例子，像底下的玻璃小水珠，一點(diǎn)它的尾巴，它就爆裂了：

（圖片根源：google）

這個(gè)玻璃小水珠有個(gè)特意的稱呼：魯伯特之淚，是將熔化的玻璃徑直扔水里舉行趕快冷卻凝結(jié)獲得的。

（圖片根源：google）

它再有個(gè)特性：頭鐵（能擋槍彈的那種）

（圖片根源：google）

當(dāng)咱們用光測(cè)彈性法查看它時(shí)，它的里面是有彩色條紋的：

（圖片根源：Wikipedia）

這種五顏六色的條紋，咱們稱之為應(yīng)力條紋。圖中展示應(yīng)力條紋的場(chǎng)合，證明形成伯魯特之淚的“小繃簧”居于收縮或是拉伸的狀況。條紋的臉色以及散布反饋了玻璃里面應(yīng)力的巨細(xì)以及散布情景。

很多物件在光測(cè)彈性法查看下城市有彩色條紋：

（圖片根源：Wikipedia）

凡是生存中能查看到應(yīng)力條紋嗎？

謎底是固然的。以至不須要加入試驗(yàn)室，本人在教鼓搗鼓搗也能看到物體的應(yīng)力條紋。大略來說，只須要如次三步：

第一步，在電腦屏幕前，翻開一個(gè)空缺的word文獻(xiàn)，讓表露屏形成白色。

第二步，拿一個(gè)息屏的大哥大大概枯燥懟在電腦屏幕上，像如許~要提防別把屏幕碰壞了呀！

（圖片根源：作家自治）

第三步，把本人的鏡子（樹脂創(chuàng)造）大概隨意一個(gè)塑料小匣子、塑料水杯等貨色放在大哥大或枯燥上，并緊挨著電腦屏幕。接下來神秘的工作爆發(fā)了——讓咱們來看看枯燥上的影子：

（圖片根源：作家自治）

（圖片根源：作家自治）

本影里看到的圖像和咱們平常查看到的普遍影子不太一律，鏡子鏡片和塑料片的里面都展示了彩虹一律的條紋，那些彩色條紋的散布恰是物體里面的應(yīng)力散布。

上頭兩個(gè)物體里面都有應(yīng)力，然而應(yīng)力爆發(fā)的因?yàn)槭遣惶宦傻模翰ＡхR片是因?yàn)殓R子框牽制著它，引導(dǎo)鏡片有些許變形，所以爆發(fā)了應(yīng)力；塑料小匣子則是由于創(chuàng)造進(jìn)程中冷卻太快引導(dǎo)來不迭開釋應(yīng)力（參考前方提到的小繃簧表面）。

回憶這個(gè)小試驗(yàn)，大概你會(huì)爆發(fā)如許的疑義：

第一，干什么要在電腦屏幕前查看？

第二，干什么要查看塑料或是鏡子鏡片（樹脂做的）？

開始往返答第一個(gè)題目：干什么要在電腦屏幕前查看？

咱們運(yùn)用電腦查看物件時(shí)，電腦屏幕起的是“照明效率”，但這是一種特出的照明，即使咱們用桌燈或是在白晝運(yùn)用天然光來舉行試驗(yàn)，是查看不到彩色條紋的。這是由于表露器發(fā)出的光比擬特出，它的光是偏振光。

開始，光是一種電磁波，由振動(dòng)的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。磁場(chǎng)是一個(gè)矢量，有巨細(xì)和目標(biāo)。個(gè)中，光的偏振是對(duì)準(zhǔn)光的磁場(chǎng)重量而言的。

(圖片根源：Wikipedia）

（圖片根源：Wikipedia）

大略領(lǐng)會(huì)，偏振光即是圖中的赤色箭鏃只會(huì)出此刻玄色軸線的左右方，而不會(huì)五湖四海都有。太陽光的磁場(chǎng)矢量可就在哪個(gè)目標(biāo)都有。

干什么惟有偏振光本領(lǐng)照出來彩色條紋呢？不妨如許大略領(lǐng)會(huì)：一個(gè)振動(dòng)方進(jìn)取的電磁波不妨爆發(fā)一種條紋散布，只有它的振蕩目標(biāo)是靜止的，那么爆發(fā)的彩色條紋圖像也是寧?kù)o靜止的。

而像太陽光、桌燈這類光源發(fā)出的光，電磁波的磁場(chǎng)振蕩目標(biāo)參差不齊，對(duì)應(yīng)著的是各不溝通的彩色條紋散布，而那些圖案變革極快（比方555nm的綠光，磁場(chǎng)每秒振動(dòng)540540000000000次，這會(huì)引導(dǎo)圖案變革的也極快）如許高的頻次，咱們天然辨別不出來明顯的應(yīng)力條紋圖像。

接著來看第二個(gè)題目，干什么查看的是塑料和鏡子鏡片（樹脂）？

光彈性的生存，是鑒于少許通明資料的雙反射局面，它是指光彩透過資料時(shí)展現(xiàn)出兩種各別的反射率。大略來講，當(dāng)光入射到有雙反射本質(zhì)的資料中時(shí)，一束光會(huì)分為兩束，沿著各別的路途傳遞。兩束沿著各別路途目標(biāo)傳遞的光過程“干預(yù)”后，產(chǎn)生了彩色的條紋。

“干預(yù)”又是什么道理？

開始，人們?cè)诮忧⒅袆?chuàng)造，紅、綠、藍(lán)三種臉色不妨構(gòu)成其余的任何臉色（囊括白色），咱們的表露器發(fā)出的光也就這三種。下圖是顯微鏡查看下的屏幕。

（圖片根源：Wikipedia）

不妨設(shè)想一下，此刻有一群紅孩兒代辦紅光，一群藍(lán)精靈代辦藍(lán)光，再有一群豌豆代辦綠光。它們依照紅、藍(lán)、綠三人一隊(duì)的情勢(shì)，在平均介質(zhì)中跑得很一律，然而在里面應(yīng)力散布不一律的場(chǎng)合，大師跑的速率就不一律了：有人落伍了，有人跑得快……沒走散的小分隊(duì)展現(xiàn)為白光，走散了的小分隊(duì)按照情景展現(xiàn)出各別臉色的光，所以咱們就見到了彩色的條紋。

（圖片根源：作家自治）

光的實(shí)質(zhì)是電磁波，具備波粒二象性。這邊比擬膚淺地刻畫了光的干預(yù)局面，科學(xué)家們還從波的觀點(diǎn)對(duì)光的干預(yù)局面作出了極端精巧的證明，并興盛出了一套特殊完備的數(shù)學(xué)表面。公式特殊時(shí)髦，感愛好的讀者群不妨去查看關(guān)系的材料。

光測(cè)彈性，在高科技范圍有哪些運(yùn)用？

在科學(xué)察看中，即使用通明塑料去模仿想要查看的元件形勢(shì)，再按照本質(zhì)情景加上成比率的應(yīng)力，結(jié)果就能用光測(cè)彈性儀表露出元件個(gè)中的應(yīng)力散布。

（圖片根源：參考文件3）

這張圖片是用環(huán)氧樹脂做出小磚塊在光測(cè)彈性儀中表露的圖像，按照那些條紋散布便不妨領(lǐng)會(huì)小磚塊的受力散布。

截止暫時(shí)，光測(cè)彈性范圍連接博得新發(fā)達(dá)，很多光彈性試驗(yàn)室創(chuàng)造起來，洪量的本領(lǐng)矯正和簡(jiǎn)化得以實(shí)行。更加是運(yùn)用發(fā)亮二極管的數(shù)字偏振光鏡的展示，使得貫串監(jiān)測(cè)居于負(fù)載下的物理結(jié)形成為大概，激動(dòng)了動(dòng)靜光彈性本領(lǐng)的興盛，而動(dòng)靜光彈性本領(lǐng)對(duì)于比方資料斷裂等上面的攙雜局面接洽起到了宏大效率。

而跟著計(jì)劃?rùn)C(jī)的興盛，科學(xué)家們以至不須要做什物模子，不過在電腦上大略操縱便不妨得出和本質(zhì)做光彈性試驗(yàn)的截止特殊逼近的數(shù)據(jù)。光測(cè)彈性法使得工程師們安排橋梁功夫從一年減少到一個(gè)月，而計(jì)劃?rùn)C(jī)則讓這個(gè)功夫減少到一周。這大概即是數(shù)學(xué)與計(jì)劃?rùn)C(jī)相碰撞擦出的怪僻火花吧。

參考文件：

[1]https://www.zhihu.com/search?type=content&q=%E5%BA%94%E5%8A%9B%E5%8F%8C%E6%8A%98%E5%B0%84

[2]https://www.zhihu.com/search?type=content&q=%E8%A7%82%E5%AF%9F%E5%BA%94%E5%8A%9B

[3]Experiments on the Depolarization of Light as Exhibited by Various Mineral, Animal, and Vegetable Bodies, with a Reference of the Phenomena to the General Principles of Polarization.

[4]Ramesh K , Sasikumar S . Digital photoelasticity: Recent developments and diverse applications[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2020, 135:106186.

[5]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8C%E6%8A%98%E5%B0%84

專題推薦：

江門回收廢鋁

江門回收廢銅

江門回收廢鐵

江門回收廢紙

江門廢紙回收

江門廢塑料回收

江門廢銅回收

江門廢鋁回收

江門廢鐵回收

中山廢品回收

廣東廢品回收

江門廢品回收

江門起重機(jī)安裝

江門廢品站