你以为的无能为力,其实只是需要不断创新  

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第二节 来自有书共读主播阿成

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在上文中,我们了解到,像哥斯拉这种庞然大物是根本不可能存在的。

作者总结说:无论是什么组织或结构,如果它的规模尺寸任意增长,那么它的自身重量终将把它压垮。换言之,生命体的尺寸和增长都是有限度的。

但是,作者还说了一句关键语句——除非有什么变化。也就是说,如果发生了一些变化,这个组织或者结构的规模就有可能任意增长,而不被自身重量压垮。这又是怎么回事呢?

亲爱的书友们,让我们继续共读《规模》,这节的主题是“你以为的无能为力,其实只是需要不断创新”。

01 

大象的大耳朵是遵循规模法则的

大象为什么有一对像蒲扇一般的大耳朵?为了解答这个问题,本书引用了伽利略的研究成果。

说起伽利略,我们都不陌生。他在物理学、数学、天文学、哲学上都颇有建树,被称作“现代科学之父”。

早在400年前,他就发现了那些巨型蚂蚁、甲虫、蜘蛛或者哥斯拉都是不可能存在的。

他用几何体为例,证明所有形状固定的图形的尺寸都会按照相同的倍数增长。而体积将按照线性尺寸的立方倍数增长。当一个物体的边长增长时,它的体积的增速要比面积增速快。

这个观点不仅与建筑物相关,对研究自然界的动植物结构也有很大的影响。

譬如,为了保证室内供暖,我们需要计算选用暖气片的表面积,要保证室内光线,设计时需要注意窗户的面积。

反过来说,大型动物的体积比起小动物大很多,而它要释放新陈代谢产生的热量就需要相对较大的表面积,于是,大象就进化出了一对大耳朵。

伽利略在面积和体积的规模缩放基础上,引出了新的洞见,即柱梁和肢干的强度由它们的横截面决定,而不是由长度决定。因此,建筑师傅会根据横截面积选择合适的木材盖房子。

在其构成材质不变的前提下,支撑系统的结构强度的比例变化是与长度的平方成比例的,支撑体重的比例是与长度的立方成比例的,显而易见,随着长度的无限增加,最后强度会无法支撑体重,自然,增长不可能以开放式的模式进行下去。

02

 想不断扩大规模,就要追求突破

可事实上,我们日常生活中的很多时候,是需要强度增长或者规模扩大的。譬如为了方便两河流域民众日常生活,建设跨河流大桥,为了保证作战补给建造航空母舰等。

那这种情况下,我们该怎么办呢?

作者指出,根据规模法则,可以得出的一个重要假设是,系统的规模发生变化,其物理性质如形状、密度、化学成分等不会发生变化。

要建设更大的结构或使大型生物体进化突破规模法则的限制,就必须要创新,要么改变系统的物质组成,要么改变其结构设计,要么二者均需要改变。

突然说改变系统组成或结构设计,似乎不太好理解,我们举个例子来说明。

第一种改变系统的物质组成的创新,最简单的例子就是采用更强的材料代替原始材料建造桥梁或建筑物。

譬如最原始的桥就是在水面上的一截木头,也许是恰好落在水面上,或者是人为放在水面上,这后者就算是创新了。后来,为了增加强度,采用了石头作为材料建筑桥梁,提升了安全性、稳定性。

由于木材存在抗拉强度局限,于是为了增加横跨河流的距离,人们便在河流中间加入石头桥墩,有效把桥梁延伸至几座桥梁。这便是第二种改变结构设计的创新。

还有一种更加复杂的创新,便是使用石头作为材料建造桥梁,再结合拱形承压能力强的物理原理,改变了材料,也改变了设计。

闻名世界的赵州桥便是最好的例子。赵州桥长五十多米,宽九米多,中间行车马,两旁走人。这么长的桥,全部用石头砌成,下面没有桥礅,只有一个拱形的大桥洞,横跨在三十七米多宽的河面上。大桥洞顶上的左右两边,还各有两个拱形的小桥洞。

这个设计不仅减轻了流水对桥身的冲击力,又减轻了桥身的重量,节省了石料。

03

随着创新手段增多,规模不断壮大

随着科技的进步和发展,人们不断挑战规模法则,通过采用新技术,新材料,新结构等创新手段提升规模大小。

继续以桥梁建筑为例。随着交通工具的发展和新型材料的引用,桥梁规模不断刷新人们的认知。

譬如港珠澳大桥,它是全世界最长的跨海大桥之一,是连接香港、珠海、澳门的超大型跨海通道,全长55公里,其中主体工程“海中桥隧”长35.578公里,海底隧道长约6.75公里。

港珠澳大桥的海底隧道,由33节钢筋混凝土结构的沉管对接而成,是世界上最长的海底沉管隧道。所采用的钢筋量达75000吨,相当于埃菲尔铁塔用量。

凭借技艺的不断进步,沉管在海平面以下13米至44米不等的水深处实现了无人对接。对接在环境复杂的海底进行,受多种环境介质影响,共需对接33次,耗时3年。

沉管连接处橡胶止水带要可用120年,对接误差要控制在2厘米以内。

高超的科技水平,精妙的结构设计,领先的材料让物体规模不断扩大。经过一步步进化创新,科技让物体打破固有的规模法则,产生新的规模法则,但是物体仍然遵循着底层规模法则,就如港珠澳大桥也有它的生命期限,约为120年。

即使创新,规模不断增大,但是物体的规模法则总是存在的,下节我们就共同探索生命体规模法则的特征,敬请期待。

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作者:谦钟素,喜欢听故事,喜欢编故事的白羊座中年少女,文字里透漏着属于工科生特有的理智和细腻的逻辑,时而温顺,时而热情,在读书写字中自我疗愈,努力成长,遇见更好的自己!

主播:阿成,有书签约主播。长岛人民广播电台主播,微信号:fac792。新浪微博@阿成Alan。

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热门评论

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曦晴

2018-08-27 07:54:45 1 27

原谅我第一反应想到了自己的体重和表面积

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HONG kim

2018-08-28 08:58:02 0 13

当一个人的力量不足以支撑其规模时 盲目扩张,毁;蓄力成长,生。

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江月

2018-08-27 17:51:04 0 12

知识性强,我反应迟钝,听三遍了,得仔细琢磨下。

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辉辉

2018-08-30 11:07:22 0 8

要想突破自己现有的“规模”,就必须得学会创新!要想自己路走的远,就必须计算好“长度”,(确定好目标),脚踏实地的执行,才能走的长远!

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湘潭中信红木店 珍稀

2018-09-01 08:34:55 0 7

谁说工科生写不出优秀的作品,瞧,理工科的作品更有实际意义而不失作品的文字述说优雅

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过客

2018-08-27 07:51:51 2 6

高超的科技水平,精妙的结构设计,领先的材料让物体规模不断扩大。经过一步步进化创新,科技让物体打破固有的规模法则,产生新的规模法则,但是物体仍然遵循着底层规模法则。故这些法则是设计师必须遵守的基本原理。