工科生與理科生的區別

早先還是研究生的時候,老闆的好基友,一個研究建築和材料的老闆,讓我們老闆幫忙測一個六輪車在越障時候各個輪子所受壓力的變化。於是這種小事自然落到我們頭上。

低年級的後輩負責製作應變片,我就開始著手AD採集和壓力計算了。

誰能想到,後輩腦洞大開,搭出了一些風騷的電橋,讓我看效果有何不同。

正常的電橋應該是這樣:

工科生與理科生的區別

結果我看到的電橋卻是這樣的:

工科生與理科生的區別

以及這樣的:

工科生與理科生的區別

這其中大部分,從拓撲結構和電路原理角度來看,其實和正常電橋區別不是很大,分析起來結果也差不太多。不過其中有一種電橋讓我著實思考了一陣子。就是下面這種的:

工科生與理科生的區別

這是一種什麼連接方式呢?就相當於,平面上四個點,用電阻值為R的電阻將所有的點都連了起來,如下圖所示:

工科生與理科生的區別

如果我想算其中某兩點之間的電阻,比如 Rab ,要怎麼算呢?

有一種辦法,假設在A、B兩點間加一個電壓,那麼就會發現,C、D兩點是完全等電勢的,也就是說C、D之間沒有電流。所以電路等效為:

工科生與理科生的區別

所以

工科生與理科生的區別

實際上多觀察一會兒就能發現,由於在三維空間中,A、B、C、D四個點地位完全相同,所以任意兩點間的電阻都是R/2。

作為一個工科生,做到這一步已經十分心滿意足了。

直到有一天遇到了一個理科生,完全是電路小白,向我請教一些問題。我在講電路分析的時候無意提到了一下這個例子,讓其自己回去算算這個四邊形任意兩點間電阻是多少。結果過了兩天,給我一個這樣的結果:

平面上凸多邊形有N條邊,用電阻為R的電阻將所有點兩兩相連,那麼任意兩點之間的電阻為:

2*R/N。所以四邊形的情況下,N=4 ,電阻為 2*R/4 = R/2 。

看到這種結果確實是很震驚。後來想了一下,果然是這樣的。比如下圖這個五邊形:

工科生與理科生的區別

如果要求Rcd ,那麼還是假設在CD之間加電壓,這樣就會發現A、B、E是等勢點,於是簡化成下圖:

工科生與理科生的區別

得到:工科生與理科生的區別

同理:

六邊形的時候,任意兩點間的電阻是:工科生與理科生的區別

七邊形的時候,任意兩點間的電阻是:工科生與理科生的區別

可以看出,每增加一個點, “ R// ”右側的部分,分子增加一,所以最終結果就變成了 2*R/N 。

漂亮!

但是,我為什麼沒有想到呢?

私以為,工科生對於解決實際工程問題有很大的熱情,但是這也消耗了大部分的精力。所以一般問題解決後,不再關注背後的數學和哲學問題。特斯拉和詹天佑都是偉大的工程師,卻沒有什麼數學上的著名成就。但是受過良好訓練的理科生,對於藏在現象背後的規律有異常敏銳的嗅覺,他們擅長剝繭抽絲,把常人看不到的深刻規律挖出來。像高斯,愛因斯坦,都是這種學者的傑出代表。

這大概就是工科生和理科生思維方式的差別吧。

工科生與理科生的區別


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