金姆·克里格《機械不穩(wěn)定性》高三說明文閱讀題及答案

機械不穩(wěn)定性通常是工程師盡量試圖避免的一個問題。這種不穩(wěn)定性可以迅速導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞：負重支架的坍塌，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”在海上航行時便因結(jié)構(gòu)損壞而解體。對彎曲結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)分析過于復(fù)雜，該領(lǐng)域研究在19世紀中已經(jīng)中止，因為利用當時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；計算了織物和紙張褶皺的模式；解釋了脊椎動物胚胎中內(nèi)臟紋路的生長方式。在實際應(yīng)用方面，柔性聚合物和有機硅材料的廣泛應(yīng)用也一直是啟發(fā)研究人員靈感的源泉，特別是智能手機柔性而又結(jié)實的外殼材料。這類材料使得電子產(chǎn)品、機器人、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（APS)的波士頓會議上，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”，看起來就像是一個彩色塑料鏈形成的中空足球。然而，只需簡單扭曲這個球，讓塑料鏈絞合，就可以使其塌陷成一個比原來小很多的球體，而向相反方向扭曲，又可以使它擴張回原來的大小。貝爾托蒂說，在這個玩具的啟發(fā)下，她的團隊創(chuàng)造出一種球形裝置，利用機械不穩(wěn)定性而不是鏈的絞合，來塌陷和擴張，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)計球形裝置的“軟點”。

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計算機程序的完善來完成對材料的折疊。研究人員預(yù)測，可以通過一個完全自動化的過程，按照計算機生成的不穩(wěn)定模式來刻寫二維薄片，然后通過一個平穩(wěn)、協(xié)調(diào)的操作過程將其準確折疊。麻省理工學(xué)院的工程師、“極端力學(xué)運動”帶頭人之一里斯的實驗室則正同貝爾托蒂等人合作，他們的目標之一是編譯一個模型辭典：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)計的軟點，在受到壓力時會褶皺彎曲。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器人、能擴張成帳篷的背包，以及能像筆一樣卷起來別在耳后的手機都變得可以想象。展望未來，一套能解釋柔性固體扭曲時所表現(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者都相信，極端力學(xué)的前景極為光明，遠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）

1.下列關(guān)于“機械不穩(wěn)定性”的表述，正確的一項是

A．過去，“機械不穩(wěn)定性”勢必導(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，“機械不穩(wěn)定性”與過去迥異的新性質(zhì)隨著科學(xué)的進展被物理學(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“機械不穩(wěn)定性”導(dǎo)致物質(zhì)改變的規(guī)律，需要進行復(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)扭曲塌陷成一個比原來小很多的球體，向相反方向扭曲，它又可以擴張回原來的大小。

B．發(fā)現(xiàn)了柔性聚合物和有機硅材料，這類材料使得電子產(chǎn)品、機器人、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”這一關(guān)鍵，如對其進行精心設(shè)計，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)，因為已經(jīng)有了智能手機柔性而結(jié)實的外殼材料，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.下面對原文文意的理解與概括，不恰當的一項是

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，而且當時無法對其進行深度解析。

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．通過對計算機程序的完善，可以完成材料折疊的完全自動化的過程，但目前其中的一個遺憾，是計算機生成的模式仍不穩(wěn)定。

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

參考答案：

1.D

2.C

3.C

解析：

1.試題分析：A錯在“勢必導(dǎo)致”，將實然判斷改變?yōu)楸厝慌袛�，原文說的是“可以迅速導(dǎo)致”；B錯在“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，只不過人們對它的研究已經(jīng)深化；C錯在“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械不穩(wěn)定性；B原文說“柔性聚合物和有機硅材料的廣泛應(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象而并非研究成果；D錯在“已經(jīng)出現(xiàn)”，原文說的是“看到了”，而并不是在事實上已經(jīng)做到。

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