金姆·克里格《機(jī)械不穩(wěn)定性》高三說明文閱讀題及答案

機(jī)械不穩(wěn)定性通常是工程師盡量試圖避免的一個(gè)問題。這種不穩(wěn)定性可以迅速導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞：負(fù)重支架的坍塌，鋼板平面的變形，或金屬外殼的扭曲。結(jié)構(gòu)損壞會(huì)帶來災(zāi)難性的后果，比如美國在“二戰(zhàn)”中制造的萬噸貨輪“自由輪”在海上航行時(shí)便因結(jié)構(gòu)損壞而解體。對(duì)彎曲結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)分析過于復(fù)雜，該領(lǐng)域研究在19世紀(jì)中已經(jīng)中止，因?yàn)槔�用�?dāng)時(shí)的方法根本看不到解決問題的希望。

然而，在過去五年左右的時(shí)間里，新一代物理學(xué)家和工程師已經(jīng)開始接受不穩(wěn)定性。這些研究人員受到幾何學(xué)和非線性數(shù)學(xué)最新進(jìn)展的啟發(fā)，從而取得他們的前輩們無法企及的成果。例如，他們已經(jīng)提出了一種理論，來解釋白菜葉和撕裂的塑料垃圾袋為什么出現(xiàn)波紋；計(jì)算了織物和紙張褶皺的模式；解釋了脊椎動(dòng)物胚胎中內(nèi)臟紋路的生長方式。在實(shí)際應(yīng)用方面，柔性聚合物和有機(jī)硅材料的廣泛應(yīng)用也一直是啟發(fā)研究人員靈感的源泉，特別是智能手機(jī)柔性而又結(jié)實(shí)的外殼材料。這類材料使得電子產(chǎn)品、機(jī)器人、工具、車輛在徹底變形后，仍有可能恢復(fù)原貌。

來自哈佛大學(xué)的工程師貝爾托蒂在2012年3月美國物理學(xué)會(huì)（APS)的波士頓會(huì)議上，向人們展示了她在一家玩具店的發(fā)現(xiàn)：投影在屏幕上的“霍伯曼Ｏ形扭球”，看起來就像是一個(gè)彩色塑料鏈形成的中空足球。然而，只需簡單扭曲這個(gè)球，讓塑料鏈絞合，就可以使其塌陷成一個(gè)比原來小很多的球體，而向相反方向扭曲，又可以使它擴(kuò)張回原來的大小。貝爾托蒂說，在這個(gè)玩具的啟發(fā)下，她的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出一種球形裝置，利用機(jī)械不穩(wěn)定性而不是鏈的絞合，來塌陷和擴(kuò)張，完成與“霍伯曼Ｏ形扭球”相似的變形過程。貝爾托蒂解釋說，困難在于弄清楚一種結(jié)構(gòu)到底需要什么樣的不穩(wěn)定性，才能表現(xiàn)出所期望的行為，為此，必須精心設(shè)計(jì)球形裝置的“軟點(diǎn)”。

阿默斯特大學(xué)的物理學(xué)家桑坦格羅表示，他和他的同事們正致力于通過對(duì)計(jì)算機(jī)程序的完善來完成對(duì)材料的折疊。研究人員預(yù)測，可以通過一個(gè)完全自動(dòng)化的過程，按照計(jì)算機(jī)生成的不穩(wěn)定模式來刻寫二維薄片，然后通過一個(gè)平穩(wěn)、協(xié)調(diào)的操作過程將其準(zhǔn)確折疊。麻省理工學(xué)院的工程師、“極端力學(xué)運(yùn)動(dòng)”帶頭人之一里斯的實(shí)驗(yàn)室則正同貝爾托蒂等人合作，他們的目標(biāo)之一是編譯一個(gè)模型辭典：在特定刺激下，多面體模型將以可預(yù)測的方式出現(xiàn)褶皺、彎曲、延伸、塌陷、膨脹等行為。這些模型都以帶孔洞的球殼為基礎(chǔ)，孔洞周圍的連接物帶有精心設(shè)計(jì)的軟點(diǎn)，在受到壓力時(shí)會(huì)褶皺彎曲。理論上，可以將這些可變形的多面體制成各種尺寸，小至納米尺寸的給藥小球，大至田徑場可伸縮的屋頂。此外，能擠壓成類似章魚狀而通過微小空間的機(jī)器人、能擴(kuò)張成帳篷的背包，以及能像筆一樣卷起來別在耳后的手機(jī)都變得可以想象。展望未來，一套能解釋柔性固體扭曲時(shí)所表現(xiàn)出行為的新規(guī)則已呼之欲出。研究人員看到了一個(gè)將損壞轉(zhuǎn)變成功能的全新境界。貝爾托蒂和她的熱情擁護(hù)者都相信，極端力學(xué)的前景極為光明，遠(yuǎn)不只是工程師的玩具那么簡單。

（本文系據(jù)《變形材料崛起》一文改寫而成，原文載《環(huán)球科學(xué)》2012年10月號(hào)）

1.下列關(guān)于“機(jī)械不穩(wěn)定性”的表述，正確的一項(xiàng)是

A．過去，“機(jī)械不穩(wěn)定性”勢(shì)必導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的迅速損壞，甚至帶來災(zāi)難性的后果，因而工程師們通常都試圖盡量避免它。

B．近年，“機(jī)械不穩(wěn)定性”與過去迥異的新性質(zhì)隨著科學(xué)的進(jìn)展被物理學(xué)家和工程師們發(fā)現(xiàn)，因而大家開始接受它。

C．利用“機(jī)械不穩(wěn)定性”，可以使物體出現(xiàn)褶皺、彎曲、延伸、塌陷、膨脹等改變，科學(xué)家們已經(jīng)掌握了發(fā)生改變的新規(guī)則。

D．把握“機(jī)械不穩(wěn)定性”導(dǎo)致物質(zhì)改變的規(guī)律，需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析，在這些方面，今天已取得了許多新的進(jìn)展。

2.關(guān)于極端力學(xué)的研究成果，下列表述與原文吻合的一項(xiàng)是【0．60】

A．發(fā)明了“霍伯曼Ｏ形扭球”，它可以經(jīng)扭曲塌陷成一個(gè)比原來小很多的球體，向相反方向扭曲，它又可以擴(kuò)張回原來的大小。

B．發(fā)現(xiàn)了柔性聚合物和有機(jī)硅材料，這類材料使得電子產(chǎn)品、機(jī)器人、工具、車輛在徹底變形后，仍有可能恢復(fù)原貌。

C．發(fā)現(xiàn)了球形裝置的“軟點(diǎn)”這一關(guān)鍵，如對(duì)其進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，就可能使結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出人們期望的行為，從而編譯出一個(gè)模型辭典。

D．將損壞轉(zhuǎn)變成功能的全新境界已經(jīng)出現(xiàn)，因?yàn)橐呀?jīng)有了智能手機(jī)柔性而結(jié)實(shí)的外殼材料，還將出現(xiàn)納米尺寸的給藥小球和田徑場可伸縮的屋頂。

3.下面對(duì)原文文意的理解與概括，不恰當(dāng)的一項(xiàng)是

A．美國在“二戰(zhàn)”中制造的萬噸貨輪“自由輪”在海上航行時(shí)解體，是結(jié)構(gòu)損壞而導(dǎo)致的災(zāi)難性后果之一，而且當(dāng)時(shí)無法對(duì)其進(jìn)行深度解析。

B．從白菜葉和撕裂的塑料垃圾袋出現(xiàn)的波紋，到脊椎動(dòng)物胚胎中內(nèi)臟紋路的生長方式，這些都可以從不穩(wěn)定性的理論中得到解釋。

C．通過對(duì)計(jì)算機(jī)程序的完善，可以完成材料折疊的完全自動(dòng)化的過程，但目前其中的一個(gè)遺憾，是計(jì)算機(jī)生成的模式仍不穩(wěn)定。

D．能擠壓成類似章魚狀通過微小空間的機(jī)器人、能擴(kuò)張成帳篷的背包，以及能卷起來別在耳后的手機(jī)，都可能在不久的將來成為現(xiàn)實(shí)。

參考答案：

1.D

2.C

3.C

解析：

1.試題分析：A錯(cuò)在“勢(shì)必導(dǎo)致”，將實(shí)然判斷改變?yōu)楸厝慌袛�，原文說的是“可以迅速導(dǎo)致”；B錯(cuò)在“與過去迥異的新性質(zhì)”，過去的性質(zhì)依然存在且依然起作用，只不過人們對(duì)它的研究已經(jīng)深化；C錯(cuò)在“已經(jīng)掌握了發(fā)生改變的新規(guī)則”，原文為“新規(guī)則已呼之欲出”。

2.試題分析：A“霍伯曼Ｏ形扭球”只是一款玩具，它用塑料鏈絞合而不是利用機(jī)械不穩(wěn)定性；B原文說“柔性聚合物和有機(jī)硅材料的廣泛應(yīng)用也一直是啟發(fā)研究人員靈感的源泉”，所以它同樣只是研究者的借鑒對(duì)象而并非研究成果；D錯(cuò)在“已經(jīng)出現(xiàn)”，原文說的是“看到了”，而并不是在事實(shí)上已經(jīng)做到。

3.試題分析：原文沒有關(guān)于“計(jì)算機(jī)生成的不穩(wěn)定模式”是一個(gè)缺憾的表述，原文所說的“不穩(wěn)定模式”指的是利用“機(jī)械不穩(wěn)定性”的模式，并不是說計(jì)算機(jī)的性能不穩(wěn)定，原文還說到可以有“一個(gè)平穩(wěn)、協(xié)調(diào)的操作過程”。