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1、第二章 设计的基础,第二节 设计的基本方法和基础知识,回顾：,技术创新,偶然的发现,设计,原创性设计,改进性设计,综合性设计,技术发明和技术革新是创新的两种表现形式。,一、技术设计的种类,技术设计 三大类,原创性设计,综合性设计,改进性设计,案例：红酒开瓶器的三种设计,红酒 就是红葡萄酒的意思，即红酒=红葡萄酒，但通常来说，红酒一词作为葡萄酒的统称存在。（百度百科）,天然塞 合成塞 聚合塞,螺旋盖,玻璃塞,螺旋盖就适合在降低成本的情况下，封装香气浓郁的白葡萄酒和简单且适合早饮的红葡萄酒等不需要长时间陈酿的葡萄酒。,优质葡萄酒在装瓶之后，需要一段时间（有的长达数十年）才能真正成熟，在这个过程中，
2、葡萄酒需要少量氧气促进成熟。天然软木塞接触酒液后略微膨胀，空气透过木栓层里极细微的气孔缓缓渗入，氧化作用随之慢慢产生让葡萄酒慢慢成熟。,醒酒,葡萄酒的香气通常需要一些时间才能明显地发散出来。醒酒的目的是散除异味及杂味，并与空气发生氧化；开酒后应该倒一些在杯子里，然后轻摇，这样对酒味的散发有很大的帮助，在旋转晃动的时候，酒与空气接触的面积也就加大了，加速氧化作用，让酒的香味更多的释放出来。,原创性设计,为了打开红酒瓶塞的软木塞，设计的螺旋状开瓶器。,这种最初的设计属于原创性设计又称为开发性设计。,开瓶器 存在的缺陷,两只手向相反方向拉木塞时，当软木塞突然离开酒瓶时， 因酒瓶的突然后退，可能将酒洒
3、出瓶外，甚至因左手握不住 酒瓶，造成酒瓶脱手。,有些酒瓶由于软木塞太紧，即使用较大的力也无法拔出。,改进：,改进者使用了杠杆省力的原理及齿轮改变力的方向的原理， 设计了一个功能较为较为完善的开酒瓶软木塞的工具。,开酒,改进后的开瓶器,由上面的改进设计可以看到，设计者在原来的基础上应用了力学上的两个原理，才使开瓶技术有了进步。而改进设计的设想，来源于开酒瓶软木塞中碰到的问题。,第三代开瓶器之气压开瓶器,气压开瓶器,使用原理： 真空气压原理，注入气体，产生压强，将酒塞推出； 操作方法： 将红酒开瓶器针头从软木塞中间插入酒瓶,用塑胶保护套护住瓶口；上下活动将空气注入瓶内,直到软木塞从瓶口滑出（通常每
4、瓶酒4-7次即可打开）,干电电动开瓶器,充电电动开瓶器,特点： 全自动操作,按住 “激活钮”下方至旋转动作声响停止,按住“激活钮”上方,即可退出瓶塞。,飞机上的窗户为什么是圆形的？,客机窗口的原创性设计,马德堡半球实验,1654年5月8日，德国马德堡市的市民们看到了一件令人既惊奇又困惑的事情：他们的市长、发明抽气机的奥托格里克（16021686），把两个直径20 cm的空心铜半球紧贴在一起，抽出球内的空气，然后用两队马(每队各八匹马)向相反的方向拉这两个半球。当这16匹马竭尽全力终于把两个半球拉开时，竟然像放炮一样发出了巨大的响声。这就是物理学史上著名的马德堡半球实验。,马德堡半球实验证明了大
5、气确实存在着压强。,托里拆利实验测定大气压值,760毫米,玻璃管内汞柱上方是真空，而管外汞面上受到大气压强，正是大气压强支持着管内760毫米高的汞柱。,P0=P = g h = 13.610 3/m39.8 N/0.76m =,计算760毫米高汞柱产生的压强就可以知道此时大气压强的值。,1.013 10 5 Pa,760毫米,托里拆利实验是最早测出大气压值的实验，这个实验测得水银柱的高度为760mm，我们把这个大小的大气压叫做标准大气压。,1标准大气压(1atm)= 1.013105pa,大气压对人体的影响,思考？,大气能产生如此大的压强而生活在大气中的人为什么却没有事呢？,人体内部也有气压，
6、正常情况下内外大气压平衡！,人体对大气压的变化有一个逐步适应的过程。,高山反应：高原上，空气稀薄，吸进来的氧气减少，造成缺氧，使人体出现头晕、头痛、耳鸣，恶心、呕吐等症状。,人为什么会出现高山反应？,进入海拔3000 米以上的地区，人会出现高山反应。海拔越高，高山反应越明显。形成的原因是由于高度愈高，空气愈稀薄，气压就愈低，因此人体所需要的氧气压力也随之降低，但是人体所需要的氧气含量仍然不变，为使血液中维持人体所需之含氧量，故必须增加红血球的含量，但人体自动增加红血球之含量需要几天的时间，因此在刚进入山区时，会因为高度突然增高，人体来不及适应，而产生体内氧气供应不足的情形，高度愈高，过渡时间愈
7、短，产生的反应就愈剧烈，称为高山反应。 当人们从平原进入高原地区时一般人需要2-3个月的时间,慢慢适应当地的低氧环境, 高山反应也随之消失。,大气压与海拔高度的关系,大气压是由于大气层受到重力的作用而产生的。离地面越高，大气越稀薄，大气的密度越小，大气压越小。,大气压变化的规律：在海拔2 000 m以内，每上升10 m，大气压大约降低111 Pa。,海拔-随着海拔升高，气温降低，大约为0,6/100米,攀登珠穆朗玛峰,1950年代，德哈维兰公司制造的彗星客机成为历史上第一种喷气式民航客机。波音公司的波音707则成为首款被广泛使用的喷气式民航客机。,20世纪50年代，当时曾发生过几起飞机在飞行过
8、程中解体的事故，其中包括：1954年，两架哈维兰彗星客机在几个月内先后解体，共导致56名乘客死亡。 调查员发现，机身裂缝的起点正是方形机窗的尖角。机舱内加压后，这些尖角格外容易因为受压而破裂。 英国皇家飞机研究院在一次测试中发现，高达百分之七十的舱内压力都集中在这些机窗的尖角上。,大气垂直结构,散逸层,对流层,平流层,中间层,热层(电离层),臭氧层,大天鹅：体长120-160cm，翼展218-243cm，体重8-12kg,能飞越世界屋脊珠穆朗玛峰，最高飞行高度可达9000米以上,高山兀鹫：体重8-12kg;体长120-149cm;翅75-80cm;能飞越世界屋脊-珠穆朗玛峰，最高飞行高度可达9
9、000米以上,高空失压将会引起怎样的不良反应？,宇航员为什么要穿上宇航服?,宇宙空间的环境几乎是真空的，气压接近为零。在宇宙飞船的舱内都进行了加压，宇宙员在舱内一般没有危险。但一旦宇宙员走出飞行器，接触到飞行器外的空间或飞船的居住舱的增压设施出现故障，那他体内的空气就会被压出体外，血管里的血液就会沸腾，血管就会破裂。,1971年6月30日，苏联“联盟11号”飞船顺利完成任务后，在返回舱和轨道舱分离时，返回舱的压力阀门被震开，舱内的空气泄漏，舱内迅速减压，致使3名宇航员因体内液体沸腾而死亡。,气压对液体沸点的影响,水的沸点与气压的关系?,现在你能解释飞船意外漏气后，3名苏联航天员液体沸腾的原因吗
10、？,结论：,当气压增大时，液体的沸点升高；当气压减小时，液体的沸点降低。,飞机的一般飞行高度,短航线的飞机一般在6000米至9600米飞行，长航线的飞机一般在8000米至12600米飞行，现在的普通民航客机最高飞行高度不会超过12600米，有一些公务机的飞行高度可以达到14000米至15000米。 民航机通常在对流层顶飞,不进入平流层 飞机飞的太高了外界气压太低，飞机的结构受力太大。,每扇圆形机窗都由三层分工明确的玻璃组成： 外层：承压层 中层：保险层 内层：普通层,客机窗口的改进性设计,综合（组合）性设计,应用现有的技术及原理重新进行组合，使其系统化、综合化、产生新 的优点、特色，创造出新的
11、功能设计方法叫做综合（组合）设计。,开瓶器的各种组合性设计,综合(组合)性设计,外形组合,性能组合,功能组合,模块组合,原理组合,系统组合,外形组合设计,综合（组合）设计,多功能螺丝刀,外形组合设计,多功能办公家具,性能组合设计,通 信 光 缆,3：原理组合设计：两种或以上的技术原理组合起来构成 较复杂的技术系统,喷气（流体力学）原理+燃气轮机技术,喷气式飞机,蒸汽机原理+机械原理,3：原理组合设计,蒸汽火车,4:功能组合设计,内燃机与传动、制动、转向、 照明、电气等功能结合设计出 汽车,两把刀刃上下相对交错组合设计出剪刀,声电转换原理与光电转换、无线通信、多媒体相结合设计出手机,文艺晚会的表
12、演由每一场文艺节目模块组合而成,家具、电器的摆放、装潢设计也是一种组合设计,模块的组合设计,计算机系统：由硬件系统和 软件系统的组合设计而成。,神舟六号飞船由发射系统、 监测系统、控制系统、航天员 系统、飞船本身系统和回收系 统等子系统组成。,系统的组合设计,同学们去购买手机的时候，会注重哪些方面的要求？,环保材料,配件丰富,外观,价钱,新颖,实用,拒绝假冒伪劣,可持续发展,技 术 规 范,美观,经济,创新,实用,道德,设计的一般原则,教学设计实例设计的一般原则,二、技术设计的原则、方法和标准,技术设计的原则（P4345）,1、科学性原则,2、创新性原则,3、需要性和实用性原则,4、经济性原则
13、,5、最优化原则,9、法律、道德规范原则,10、通用性、标准性原则,7、安全性原则,8、工程心理学和生理学原则,技术设计的12大原则,6、可靠性原则,11、时效性原则,12、可持续发展原则,1、科学性原则： 设计必须遵从科学的原理，按照大自然的规律进行设计，否则设计是不会成功的。,永动机设计者的设计就是违反了科学性原则。,2002年高考作文命题的部分内容： 有一位登山者，在途中遇到暴风雪。他深知不尽快找到避风所，非冻死不可。他走啊走啊，腿已经迈不开了。就在这时，脚碰到了一个硬邦邦的东西，扒开雪一看，竟然是个快冻僵的人。登山者犯难了：是继续向前，还是停下来救援这个陌生人？心灵深处翻江倒海之后，他
14、毅然做出决定，脱下手套，给那人做按摩。经过一番按摩，陌生人可以活动了，而登山者也因此暖和了自己的身心。最后两人搀扶着走出了困境。 这个作文题讲述了一个登山者救人的故事，要求考生以“心灵的选择”为题写一篇作文。,科学性,设计必须遵从科学原理，按照大自然的规律进行设计，否则设计不会成功。,违反科学的高考命题,登山常识是：在严寒条件下手指头如果没有手套的保护暴露在暴风雪里，那么等待他的将是冻僵和截肢。但令人难以想象的是没有手套保护的手指头居然能给人做按摩，而且经过一番异常神奇的按摩，冻僵者可以活动了。 但科学告诉我们：冻伤使肌肉僵直，严重者深及骨骼，按摩将会加重损伤。,永动机是一类所谓不需外界输入能
15、源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。,二、技术设计的原则,科学性,饮水鸟 中国古代的永动机？,结构介绍：饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球( 以下简称“上球”和“ 下球”) ,其间以一根玻璃管连通, 内装乙醚液体, 构成一个密闭容器。,这是一种古老的中国玩具。它的神奇之处在于：它看上去没有任何外来的动力，却能不停地点头“喝”水，犹如一台永动机。就连爱因斯坦看后都十分惊叹饮水鸟的设计。, “不倦”的饮水鸟,乙醚液体常温下易挥发,因此液面上方充满乙醚蒸气，乙醚蒸气在温度降低时易液化。鸟头四周包有一层易吸水的布，水蒸发时吸热。平时, 鸟身略向前倾。启动时给鸟头滴少许水
16、。, “不倦”的饮水鸟,（1）随着时间的推移，上球的乙醚液体逐渐_（填“增多”、“减少”、“不变”,下同），下球的乙醚液体_ ，导致饮水鸟的的重心向头部偏移，随之出现了“饮水”现象。为什么乙醚液体会从下球推向上球？,增多,减少,“低头”分析：,上球内乙醚蒸气遇冷液化,吸水布表面水分蒸发吸热,液柱上升,重心上移,饮水鸟“饮水”,上球气压减小,（2） 当鸟嘴接触液面时, 上下球内 乙醚蒸气刚好通过玻璃管连通，上下 球的气压_ ，上球内的乙醚 液体由于受到_的作用倒流回下球。饮水鸟的重心再次下移, 于是渐渐直立起来, 回到初始状态。,“抬头”分析：, “不倦”的饮水鸟,相等,重力,2-创新性,设计只有不断进行创新，才能具有新的生命力。,光感手套：只需空中比划，即可输入命令。,激光虚拟投影镭射蓝牙键盘,可根据手的距离控制亮度的灯具灯具,这是一款令人惊艳的学生设计作品，这款豆腐沙
