西学的代数作为思维工具的威力

逍遥处士

（这个一个很久以前写的帖子。）

$ W1 A, c" Y3 P5 k0 ]# L想象一个密闭容器内储存着很多空气粒子，这粒子数量是如此的多，以至于你无法数的过来——它几乎是无穷多的。现在让你用一种方法，一下子描述这所有粒子的属性，包括每个粒子的运动速度、它的温度，它的质量等等。想象一下，这可能吗？一下子将这兆亿计的粒子的状态都描述出来，这可能吗？我们知道，即使是用思维想象跟踪一个粒子的运动就已经很吃力了，要在脑中快速计算它的速度，和其它粒子碰撞后的运动方向，等等等等，更何况那数以兆亿计的粒子——也就是说，那几乎是绝对不可能的事。
; M  k! [6 ~( M8 M: v8 F3 j
但是，如果你掌握了代数这个思维工具，上面的事情却是可以做到的。

我们假设这个容器是四方的，以它的左下角为0点，建立起直角三维坐标系，那么，这个容器内的每一个点，都将具有一个坐标：

$ X7 ?& K- e9 Z7 e: `9 Q$ K我们将不跟踪单个粒子，而只着眼于固定的坐标点。那么，在每一个固定的坐标点处，都必将对应着一个温度数值，也就是：

很多人以为这不过是个表格，是个对照表，其实它的真正名字应该叫“函数”，T是x,y,z三个参数的函数，用式子表示起来就是：
: Z: g% S7 M: f! z: G. N
这是它的简略形式。如果是详细形式，很可能就类似于这种：
) ]+ ?" L% j: ^" G
很多人都觉得这个式子很关键，觉得只有推导出了这种式子，才算完成了任务。但很多时候，这种式子是很难推导出来的。其实事实是，这个式子并不重要。我们只需要将上面那个表格，在坐标系里表示出来，也是可以的。它差不多相当于这样：
1 b  b7 ?7 Z& c  M( n, V" Y
+ k7 e* Q! K% F7 t' A这是个三维坐标系，你捏住任何一个(x,y,z)坐标值，比如(1,1,1)这个点，然后你将这个图象放大，你就会发现在那个点上，有着一个数，也就是该点的温度：
  u9 S, w4 C( x* r! ]( q  a/ W5 C
无论你捏着什么坐标，在那个坐标点上，总能找到一个唯一的温度值。这就是函数。
: w- W! b' o/ h
% H  V  N1 A) r4 f; Y4 m7 c再来看前面那个函数式：

它其实处于次要位置，但它却有运算的功能。有了这个式子，你就可以利用起所有的代数方法，来研究这个密闭容器内的气体性质。比如什么温度梯度啊，全部点的不同密度啊，全部点的不同速度啊，等等等等，微积分也从而大派用场。

你甚至可以描述炸弹爆炸后的温度场，你可以用球面坐标，用T表示温度，用r,θ,Φ来表示球面坐标点，写下这个式子：

6 G" E  k/ o5 A/ E1 x& g. _$ q然后做很多实验，发现其中的物理规律，再用代数式描述出来，中间你会得到微分方程。然后通过解微分方程，最终你可能会得到T的完整表达式，就跟这种差不多：
（弄错了，里面的参数应该是r，θ，Φ，不过意思是一样的……）
于是你就知道了一个以炸弹爆炸点为球心的，一个球形空间内的任意一点温度的描述式。你只需将该点的坐标值代入上面这个式子就行了。

. w9 a9 l* h" d1 o3 W+ x1 j, `你甚至可以用这么一个式子，用思维一下子先从总体上把握住整个地球体内的每个点的温度值，然后再慢慢研究。它的应用是无限的。

很多人很看轻思维工具的作用，认为你想的再多，你理论再好……是吧。但是，你不妨想一想，想一个例子，比如原子弹；还有相对论，光线在经过大星球时会偏转，这简直纯粹是理性思维的成果。如果这两个例子有点远，你也不妨设想一个简单的机械结构，比如三层圆筒过盈装配在一起，它们的公差，这个论坛里面，不知道有几人能够标出来。

angel1399793

数值分析
这是搞学术研究的基本方法。。。

逍遥处士

! l4 H* ^! V, ~1 h# k6 @% s

angel1399793 发表于 2014-6-3 14:36
数值分析
这是搞学术研究的基本方法。。。

5 c3 ~" N* r( t% U9 d  X后生可畏！



不妨看看此图，可以看作是油缸的中间一段，由3层缸筒嵌套，由于长度对此题影响不大，故略去。
* S) k3 n7 L  b假设都为同种材料，屈服点为σs=400MPa，。请给出三个圆管外径公差，使本油缸承受内压达到最大。请注意，这个最大，指的是使缸筒任何一处刚刚达到σs即可，也就是安全系数s=1。等求出这个最大内压后，再取一个安全系数，才得出安全使用的压力值。
题目是一半实际一半理论，如果有不合理或自相矛盾的地方，及其它任何疑问，请提出。
* {. u$ e# v: {# ]例如，问：为什么要这样设计？
答：油缸不一定非要这么设计，这么设计的目地，一个是这种方法确实有增大承受內压的作用，再个是为了让大家一起来研究。
问：实际有没有这种例子？
! |/ {8 M* p+ z6 a: j/ W答：有，听说有两层套筒的油缸，也有两层套筒的炮筒。我们设为3层，是为了稍微增加点难度。其实还可以设为4层到10层，如果理论水平足够的话。
5 H  F3 y- L5 G$ L$ |0 P8 L

wozaicctv

这就是传说的数学建模吧。

乱影lyy

. E: M$ X2 l( m; e" E0 T
% B3 Z  G) }% q我是新手，提问一下
0 j& V: a( e+ G内径标了H6为什么还要标+0.022/0？？
H6不是已经表示出了公差带的位置（H）和宽度（6，然后按内径尺寸一查表就是到宽度多少了）了么？
7 C% q, e8 n8 Y7 U如果要作过盈，就照着书上的推荐选型找个就好了, m5什么的？

桂花暗香

貌似高深的理论，用趣味数学表达出来-----------科普！

syxplc

天天跟油缸打交道，还真是没有接触到类似的问题。学习一下了，观望中

angel1399793

逍遥处士 发表于 2014-6-3 15:46
后生可畏！

& i2 v; o. B. X, m' r没有手算，我就简单说一下我的思路吧。
( k$ u# S; c: e6 V
. N2 p, c+ J5 P; V+ W8 g
' v  @4 o! w! L- V  n& @因为是均匀的内压，故这个物理模型可以这样建立：
任一径向截面处法应力δF,δF由内压F/截面积δS求得，内压用微积分很容易算出，书上一大堆例题，截面积为钢桶剖开后截面面积（如图）
) u5 R1 F, j# N& z# |( S6 b这样利用胡可定律，可以很容易求得线应变δl，这个应变就可以用作为钢桶直径的实际变化量了，
! L5 |" {; C' k, D
$ j& L1 q+ r8 a! v) U. a- ]% y

SYZQ1991

最爱学术贴了

伟光

一个学科成熟的标志就是可以量化 拿电气专业为例子  麦克斯韦方程组 就是一组偏微分方程  喜欢看这样的帖子