題:
撕破紙袋手柄的科學
Fine Man
2017-03-16 03:20:15 UTC
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我的母親從一個將產品裝在帶手柄的紙袋中的市場回來後,要求我將這些袋從汽車後備箱搬到家裡。作為一個懶惰的人,我每隻胳膊都掛了幾個書包,這樣可以減少來回旅行的次數。當我走到前門時,一個袋子的把手撕裂了,袋子掉到了水泥地面上。一個玻璃罐的辣椒被搗碎成不計其數的小塊。如您所料,我媽媽很生氣。 “你太懶了!如果你沒有在胳膊上掛那麼多東西,那麼辣椒和它們的罐子還是完好無損的!”

我不同意,這就是原因...

S場景Lazy

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S場景辣椒

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Conclusion

請注意,無論Bag B是否存在,袋子A上都會有$ N_A $。當然,我的手臂上有$ N_A + N_B $($ > N_A $),但這不是壞東西。因此,我的結論是,不可避免地要撕開包裝袋,並且胡椒粉的命運是由我以外的人寫的(例如:製造商沒有投入足夠的膠水來承受預期的重量,收銀員的重量超出了允許的範圍,等等。 )。

我的推理正確嗎?還是我缺少證明自己有罪的東西?

對於在真空中的球形袋可能是正確的...
我認為這不是一個物理問題,而是一個心理問題。當您將多個袋子放在一隻手臂上時,發生了兩件事。您過分地專注於巧妙地堆疊袋子,而對單個袋子(包括被撕破的袋子)所發生的事情卻一無所知。因此,您無法迅速做出反應並節省了辣椒!BTDT。
無論如何-袋子撕毀了雜貨,雜貨店可能會在不提出問題的情況下將其替換-取回一罐辣椒和其他任何破爛的雜貨並獲得替換。
@AaronHall-不,我還是不太喜歡那些胡椒。:)
@Jim這是一個工程問題。簡單的模型與現實世界面對面,而黑眼圈則消失了。
@FineMan也許您會更喜歡替代品!
在這裡同意@Jim。一次只攜帶一個袋子,或者每隻手一個袋子,將使您有機會*感到*處理撕裂,並採取適當的措施(例如,快速但無損地將袋子放到地面上)。再說一次,您的媽媽本來可以留出足夠大的誤差範圍,而不是將行李裝滿(超載)。作為底線,和諧共處的秘訣是不要堅持有罪/無罪,而要允許錯誤和修正...
只是不要使用紙袋上的把手。通過從下面支撐他們,好像沒有把手一樣搬運它們。誰設計了這些笨拙的書包,應該向您的母親道歉。
@DevSolar和MobyDisk-我認為我們離題了;我的問題是關於多袋還是單袋的物理原理,而不是如何預防。
好吧,您直接詢問內gui感,這超出了“純粹”物理學的範圍。但是,是的,我們離題了。;-)
@DevSolar-是的,我想我不好說這個問題了。我可能稍後再編輯。
是的,我也有罪過判決。@sammy沙鼠的答案很好地解釋了這一點。
五 答案:
sammy gerbil
2017-03-16 09:00:57 UTC
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我認為你有罪。售貨員(或您的母親)能夠將袋子裝載到汽車中而不會導致手柄斷裂。他們可能沒有嘗試同時攜帶很多行李。

如果您用一根桿子將袋子懸掛起來,並且它們之間要有足夠的間距,以使每個手柄垂直懸掛,那麼這些手柄都只能承受袋子內容物的重量。

但是,我認為您可能是用兩隻手拿著袋子,而不是將它們從伸直的手臂(這將需要很大的力氣)或一根桿子(這不太可能派上用場)上懸掛,並且您懶得看一)。 enter image description here 當袋子從同一點懸掛時,由於袋子與垂直方向形成的大角度\\ theta,外袋的手柄中的張力$ T $高於袋子的重量$ W $。提手提供的垂直力$ T \ cos \ theta $必須等於袋子內容物的重量$ W $;水平力$ T \ sin \ theta $由袋子之間的接觸力$ N $平衡。

如果裝滿的袋子很寬,則外袋的提手將與垂直方向成大角度\\ theta $,需要較大的力$ T = \ frac {W} {\ cos \ theta} $。當手柄變為水平$(\ theta \ to 90 ^ {\ circ})$時,此力趨於無窮大。最外面的手柄比最裡面的手柄$(\ theta = 0 ^ {\ circ})$斷裂的可能性大。

Edit 1

RowanC答案中的方案#1可以用相同的方法進行分析。假設袋子的上部呈梯形形狀,它們呈弧形展開,中間的袋子支撐著一些外部袋子的重量。

enter image description here

所有3個行李箱的平衡力為$ T_2 + 2T_1 \ cos \ theta = 3W $。由於$ \ theta = 180 ^ {\ circ} -2 \ alpha $,外袋的平衡力為$ 2T_1(1- \ cos ^ 2 \ alpha)= W $。因此$ T_2(1- \ cos ^ 2 \ alpha)=(4-5 \ cos ^ 2 \ alpha)W $。

  • 如果$ 2(1- \ cos ^ 2 \ alpha)\ lt 1 $,則$ T_1 \ gt W $-外袋承受的重量超過其自身重量。$ \ alpha \ lt 45 ^ {\ circ} $會發生這種情況。
  • 如果$ 2(4-5 \ cos ^ 2 \ alpha)\ gt 1 $,則$ T_2 \ gt T_1 $-中間的袋子比外面的袋子承受更大的重量。當$ \ alpha \ gt 33.2 ^ {\ circ} $時會發生這種情況。

更全面的分析可以平衡每個袋子上的扭矩。

即使當您將一個或多個懸掛在前臂上時,它們通常仍會相互抵靠,以使每個袋子不再垂直懸掛,這種分析是有意義的。
還有,材料疲勞。
我也做了很多軼事觀察,也都支持了這一點。當我撕破紙袋時,幾乎總是那把提袋的角度最大。補充這個答案的另一件事是,這不僅僅是一個更大的力量問題;從一點開始撕開一張紙要比將其筆直拉開要容易得多:如果手柄成一定角度,應力將不再均勻地分佈在手柄連接點上(例如袋子的設計目的是為了)或手柄本身。它可以輕易地撕開眼淚,一旦開始,就結束了。
同樣重要的是,每個袋子兩個提手的最外層將承擔幾乎所有的重量。我永遠不會像這樣攜帶紙袋!
另一個實用的觀點是,袋子中的冷或洩漏物品是水分的來源,水分會掉落並削弱袋子的底部。(不確定這是否是DevSolar的想法。)但是,OP指出手柄失敗了,而不是袋子底部。
@JasonC關於附加點的好點。如果將手柄固定在堅固的牆壁上,則以一定角度(180度反平行度最大效果)相對於平行(o度)度拉力時,附件將無法承受較小的力。但是,我認為使用紙袋時,袋子會彎曲並保持附件和手柄對齊。
-1
(此外,袋子中東西的分佈也會產生影響,例如,如果袋子不平衡,或者有大件物品使袋子稍微張開;這會使手柄無法承受某些倒霉的力。不是嗎?很奇怪,這個問題比乍一看更有趣,哈。)
Cort Ammon
2017-03-16 03:34:34 UTC
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人體是一個強大的複雜系統。涉及的力不是簡單的靜態力,而是動態的,隨著您的行走不斷調整。

邁出一步時,您可以像減震器一樣用身體來減輕衝擊。這種緩沖減小了袋子承受的最大力。如果您在緩衝方面比較擅長,那麼撕開袋子的可能性就較小。

從經驗上講,人類在保持這種緩衝以減輕輕載方面更好。隨著負載的增加,我們開始使用更大的劇烈運動來嘗試將袋子定位在它們所屬的位置,這些運動會導致更大的力量。

您很可能邁出了一步,用相當大的力降落了(您正在負重),並且未能正確吸收震動。在嘗試恢復時,您可能還會不知不覺地進行了糾正,這通常比原始震動施加更大的力量。

話雖如此,錯誤無法得到證明。如果您是武術專家或舞者,可能會教給您如何以最小程度的震動來運動。如果是這樣的話,那麼手提袋可能根本感覺不到動力,甚至完全沒有動力,這與您關於手提袋從一開始就注定要失敗的觀點相符。

考慮到這些手柄通常固定在袋子上的方式,震動可能會定向在與重力不成一直線的方向上。
*隨著負載的增加,我們開始使用更多劇烈的動作來嘗試將袋子放在它們所屬的地方。我認為同時搬運多個袋子時,每個把手上的動力不會比搬運單個袋子時更大。當我背著許多行李或沉重的行李時,本能地我會走得更慢,走較小的步伐。如果袋子開始擺動,我會停止重新控制,甚至可能將它們放低到地面。我不會繼續按照您的建議過度補償。
RowanC
2017-03-16 08:55:12 UTC
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我認為每隻手攜帶一個以上的袋子會發生兩件事:

  1. 內袋向下施加的力(淨值)增加,因為外袋與內袋發生碰撞,從而迫使外袋從您的手繞一弧形移動(並且將保持其偏離中心線的力傳遞給了內袋)在內袋上-消除了水平力(儘管如果麵包在中間袋中,則將被壓扁),但在內袋上的垂直力會增加)。
  2. 在外袋中,手柄設計用於在紙張平面上處理力,但是由於手柄以相同的角度握在手中,但是袋子“彎曲”了,力不再在此平面上,會增加手柄到袋子的連接處的應力(尤其是如果在手柄邊緣附近形成摺痕)。
  3. ol>

    我預計一個內袋(而不是最內袋)是一個破裂的地方-上述兩個因素都在其中起作用。

+1。第二點我特別有很多軼事經驗。
同意#2。Trader Joe的包非常堅固。.直到您以笨拙的角度用力,然後它們才被裝上。
freecharly
2017-03-16 03:45:53 UTC
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Cort Ammon是正確的。可以補充的是,當人在較弱的手柄上承載負載時,他會通過細微的反向運動來減小慣性力,該慣性力除了負載的重量外,還由於行走運動而施加在手柄上。對於一個以上的負載,這樣做顯然更加困難。

因此,您的母親正確地責罵您!

JDługosz
2017-03-17 23:45:13 UTC
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如果您僅攜帶一個皮箱,那麼您會更加了解該皮箱的狀態。這可能包括用另一隻手臂從底部支撐包的重量。當您第一次注意到手柄開始撕裂時(在這種情況下,您可能會發現),您可以將其快速推向身體以抱住它,然後停止撕裂或在其掉落之前抓住它。

可悲的Mythbusters不在了。聽起來像某些youtuber可以做的那樣。



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