Rheophysics

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出版者:
作者:Oswald, Patrick
出品人:
页数:640
译者:
出版时间:2009-8
价格:$ 179.67
装帧:
isbn号码:9780521883627
丛书系列:
图书标签:
  • 流变学
  • 非牛顿流体
  • 材料力学
  • 物理学
  • 流体力学
  • 软物质物理
  • 复杂流体
  • 界面科学
  • 聚合物物理
  • 微流体力学
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具体描述

Why is it necessary to strike while the iron is hot? What makes a good liquid crystal display? Why is rubber so elastic? These questions can be answered through rheophysics, using the mechanics of continuous media at the macroscopic scale, and statistical mechanics and the physics of defects at the microscopic level. This book addresses problems involving the flow of matter, covering the main aspects of the mechanical response of fluids and solids to applied stress or strain. It includes the hydrodynamics of ordinary liquids, the elasticity and plasticity of solids, and the rheology of complex fluids such as suspensions, polymers and liquid crystals. Dislocations are described thoroughly, and special attention is given to instabilities. Concepts and physical properties are illustrated by numerous experiments, historical anecdotes, and applications to aeronautics, metallurgy, and geophysics, making this a valuable reference for researchers and graduate students in physics, engineering, and materials science.

凝时之韵:流变、形变与物质深层结构的探秘 一本关于物质界限与形态演化的深度剖析之作 本书《凝时之韵》并非聚焦于流变学(Rheology)的经典范畴,而是以一种跨学科的视角,深入探索物质在时间维度上所展现出的宏观形变行为、微观结构响应以及能量耗散机制。它旨在揭示那些隐藏在日常现象背后的物理原理,那些控制着从半固体到复杂流体,再到高度有序材料转变的关键力量。 我们抛开了对单一领域定义的束缚,将目光投向了那些处于“临界状态”的物质体系。这些体系的特性往往不能用牛顿流体的简单剪切稀化或理想固体的弹性模型来完全描述,它们表现出时间依赖性、历史依赖性以及复杂的非线性响应。 第一部分:时间褶皱下的结构记忆 本部分着重探讨时间在物质属性中扮演的关键角色。物质的“记忆”并非比喻,而是其微观结构在经历外力作用后所固化的状态。 第一章:非平衡态的物理肖像 我们将从统计力学的角度,审视处于非平衡态的系统。与平衡态下能量最小化的趋势不同,非平衡态是自然界中最普遍的存在,也是复杂现象的温床。我们详细分析了弛豫过程(Relaxation Processes),特别是当材料从一个能量高点快速跌落至低能阱时,其内部结构如何通过分子链段的重新排列、晶界的迁移或孔隙的演化来实现能量释放。这不仅仅是时间常数的计算,而是对分子间作用力、熵驱动力与外部应力场相互作用的深度建模。 第二章:应力历史与应变路径依赖性 传统的本构关系常常忽略了材料加载路径的重要性。本章深入探讨了应力软化(Stress Softening)和应变硬化(Strain Hardening)的物理根源。例如,在某些高分子网络中,初始的拉伸会不可逆地改变网络拓扑结构,导致后续响应的显著变化。我们引入了演化型本构模型,用以捕捉这种路径依赖性,并将研究范围扩大到粘弹性固体和粘塑性材料,它们在特定应变速率下表现出截然不同的力学特征。 第三章:蠕变与应力松弛的微观尺度叙事 蠕变(Creep)和应力松弛(Stress Relaxation)是时间依赖性的经典体现。然而,我们不仅仅停留在宏观测量,而是将这些现象与扩散机制、空位形成与迁移等微观过程联系起来。对于陶瓷或金属玻璃体系,蠕变可能是由晶格缺陷(如位错或孪晶界)的运动驱动的;对于聚合物,则是高分子链段的缠结和解缠。我们考察了在不同温度和应力水平下,这些微观事件的激活能垒及其对宏观时间尺度的影响。 第二部分:形态的涌现与相变边界 本部分将焦点从纯粹的力学响应转移到物质形态的动态变化,即相变的驱动力与临界现象。 第四章:界面张力与结构自组装 物质的边界行为至关重要。本章深入研究了复杂界面的物理化学特性,包括液体-液体、固体-液体乃至固-液界面的动态表面张力。我们探讨了微乳液、胶束和液晶等自组装结构是如何在最小化界面能的驱动下形成的。特别关注了Marangoni效应及其在流动体系中的自组织行为,这解释了许多看似随机的表面图案是如何在能量梯度作用下有序生成的。 第五章:剪切诱导的结构重排与有序化 流动本身可以成为结构重排的强大驱动力。在强剪切场下,原本无序的粒子或分子链会发生取向、聚集或形成纤维状结构。本章细致分析了剪切诱导的各向异性,例如在熔融聚合物或悬浮的纤维复合材料中,流场如何“指导”材料内部的排列,进而极大地影响其最终的机械强度和光学性质。这涉及到对流场-结构耦合的数值模拟和实验表征。 第六章:临界点附近的涨落与不稳定性 所有物质形态的转变都伴随着系统对扰动的极端敏感性。本章讨论了在热力学临界点附近,材料如何表现出无限长的关联长度和巨大的密度(或浓度)涨落。我们考察了动态临界指数,研究了这些涨落如何通过动力学重整化群的方法被统一描述,从而理解材料从一种宏观状态跃迁到另一种状态的内在机制。 第三部分:耗散、耗能与能量的“时空印记” 物质的变形过程必然伴随着能量的耗散。本部分关注的是能量是如何被材料“吸收、储存和释放”的,并探讨了耗散函数在描述复杂系统中的普适性。 第七章:粘滞阻尼与能量吸收的效率谱 粘滞性是能量转化为热能的直接体现。我们超越了简单的粘度概念,探究了宽带阻尼特性。对于那些需要在宽频率范围或宽温度范围内有效吸收振动的材料(如新型减震器或声学材料),其分子结构必须实现多重弛豫时间的共存。本章展示了如何通过梯度结构设计来调控材料的损耗因子(Loss Factor),以优化其能量耗散效率。 第八章:疲劳与损伤的累积机制 机械疲劳是材料在循环应力作用下宏观性能逐渐退化的过程,是工程应用中的核心挑战。本章将疲劳视为一个累积耗散过程。我们引入损伤变量的概念,将其与微裂纹的萌生、扩展和连接(即局部能量的集中释放)联系起来。关键在于,我们分析了不同加载频率和应力幅值下,能量耗散率的瞬时变化如何预示材料的剩余寿命。 第九章:瞬态热力学:不可逆过程的极限 物质变形与能量耗散的本质是不可逆过程。本章探讨了在快速形变或高应变速率下,局部的温度升高如何反过来影响材料的力学响应(热塑性)。我们应用不可逆过程的热力学原理,分析了在有限时间内,系统能达到的最大功输出与最小能量耗散之间的权衡,为设计高效能的“动态功能材料”提供了理论框架。 --- 《凝时之韵》旨在为研究人员和工程师提供一个超越传统流变学框架的思维工具集。它要求读者接受物质是动态演化实体而非静态结构的观念,去探究时间、形变与内在结构之间复杂、微妙的相互作用。本书的价值在于,它将这些看似分散的现象——记忆、涌现、耗散——置于一个统一的、基于非平衡态物理学的视角下进行审视和量化。

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读后感

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“Rheophysics”这个名字,就像一个为我量身定制的谜题。我从未深入接触过这个领域,但这个名字本身就蕴含着一种探索的召唤。我不太确定这本书的侧重点在哪里,但“流变”与“物理”的结合,让我对它产生了浓厚的兴趣。我猜想,这本书或许会揭示物质在运动状态下的内在规律,那些我们肉眼可能无法直接观察到的细微变化。我希望它能用生动有趣的语言,将抽象的物理概念变得触手可及。或许,我会了解到不同物质在压力、温度、剪切速率等因素的影响下,会呈现出怎样的奇妙表现。这本书是否会涉及对固体、液体、气体,甚至是介于它们之间的“软物质”的探讨?我期待着在书中找到对诸如“什么是真正的流动?”、“流动的极限在哪里?”这类问题的解答。希望这本书能为我打开一扇新的科学之门,让我对我们所处的这个流动的世界有更深刻的认识。

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坦白说,一开始我对“Rheophysics”这个书名感到有些陌生。它听起来不像一本轻松的读物,而是带有强烈的学术色彩。但是,正是这种未知激发了我的探索欲。我不知道这本书是关于哪种流体,是宏观的还是微观的?是纯粹的理论研究,还是包含了实验数据和案例分析?我猜测,它可能是在物理学的某个特定领域,对物质的流动性和变形性进行深入的探讨。这是否意味着我会接触到关于非牛顿流体的知识?比如,番茄酱在瓶子里很难挤出来,但一旦开始流动,又变得非常顺畅,这种现象背后隐藏着怎样的物理原理?或者,我是否会在书中了解材料在受力作用下如何发生形变,以及这些形变如何影响其最终的流动状态?我对这本书能否帮助我理解一些日常生活中看似寻常,实则蕴含复杂物理原理的现象充满了兴趣。如果它能够提供一些有趣的视角,或者解释一些我从未想过的问题,那我将感到非常满足。

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收到这本书的时候,我被它的封面设计深深吸引了。那是一种抽象的、流动的色彩图案,仿佛将“流变”的概念具象化了。这让我对内容产生了更多的好奇。我不太确定这本书会涉及哪些具体的物理学分支,但“Rheophysics”这个名字,让我联想到流体动力学、材料科学,甚至是生物物理学。我猜想,它可能会探讨液体、气体、胶体甚至是更复杂物质的变形和流动特性,以及这些特性如何受到物理定律的支配。例如,我会不会在书中读到关于粘度、弹性、塑性等概念的详细讲解?这些概念在日常生活中有哪些直观的应用?我希望作者能够用清晰的语言,配以恰当的图表,来解释这些概念,避免过于枯燥的理论堆砌。我甚至可以想象,这本书可能会涉及一些前沿的研究领域,比如在微观尺度上的流体行为,或者是在极端条件下的物质流动。总而言之,我对这本书的期望很高,希望它能带我进入一个既有科学深度又不乏趣味的流变学世界。

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这本书的书名让我好奇不已。Rheophysics,这个词本身就带着一种科学的严谨和某种难以捉摸的奥秘。“Rheo-”源自希腊语,意为“流动”,而“-physics”则指向物理学。所以,这本书的名字直接暗示了它将要探讨的是物质在流动状态下的物理学原理。作为一名对科学概念充满兴趣的读者,我期望这本书能够深入浅出地解释那些听起来复杂但又无比迷人的现象。我不知道这本书的具体内容,但单凭这个名字,我脑海中就已经浮现出各种各样的画面:从缓慢流动的蜂蜜,到湍急的河流,再到人体的血液循环,甚至是星云的运动,这一切似乎都与“流变学”和“物理学”有着千丝万缕的联系。我希望能在这本书中找到对这些现象的科学解释,了解它们背后的规律,甚至可能是一些意想不到的联系。如果这本书能够将抽象的理论转化为生动的例子,那么我一定会非常享受阅读的过程。我对它能否提供新的视角,或者挑战我现有的认知充满了期待。

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这本书的书名“Rheophysics”一下子就抓住了我的注意力。它勾起了我对物质世界的某种“弹性”和“流动性”的兴趣。我不知道这本书的具体内容,但是“Rheo-”这个前缀让我想到了“流变学”,而“Physics”则点明了其学科归属。这让我猜测,这本书可能是在研究物质在不同外力作用下的流动特性,以及这些流动特性与物理定律之间的关系。我想象着,书中或许会探讨液体的粘度、气体的扩散、固体的蠕变,甚至是更复杂的介质,如胶体、聚合物溶液,甚至是生物组织。我期待这本书能够用清晰、严谨的方式,将这些概念解释清楚,并可能提供一些实际的应用案例。例如,流体在管道中的流动如何影响能量损耗?材料的屈服强度和流动速度之间有什么联系?我希望这本书能够拓展我对物质世界运作方式的理解,并且或许能为我解答一些我一直以来对某些物理现象的困惑。

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