矿泉水瓶子大部分是圆柱形状,这样设计的好处在哪?
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发布时间:2022-04-24 09:36
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热心网友
时间:2022-06-18 13:35
矿泉水瓶子大部分是圆柱形状,这样设计的好处在哪?
首先从保温性能上来说,热传递的基本公式是
,K是总导热系数,跟介质有关,即水壶的材料,A是接触面积,即水的表面积,是温差,从这个基本公式可以看出,在水温、室温以及水壶材料都确定的情况下,唯一影响热传递的就是表面积A,为减少热传递,提升保温效果,问题就归结为:水壶设计为什么样的形状才能尽量使表面积更小。
再从生产角度来说,像水壶这样价格不高的商品,压低成本是非常关键的考虑因素。假设水壶壁厚确定,那决定材料用量的就是水壶的表面积,而不管表面积如何变,设计指标中的容量是不变的。这样问题同样归结为:水壶设计为什么样的形状才能保证容量不变而表面积尽量小。
以上问题换个方式说,就是要减小水壶的面积体积比。这也是几何里面的一个基础知识:相同周长,圆的面积最大;相同表面积,球的体积最大。反过来说,相同面积,圆的周长最小;相同体积,球的表面积最小。这一点就不详细推导了……
所以说,最适合水壶的形状当然是球形,但在使用中,无论是加热或是注水或是摆放,球形都很不方便,所以退而求其次,使用柱形设计。而柱形设计为达到同样目的,最适合的截面形状自然是圆形了,也就是圆柱形啦。不过现在几乎所有水壶并不是直圆柱,都是弧形的,也就是都有着球形的影子啦。
另外,圆形是对称性最好的平面图形,从力学上来说,应力分散比较均匀,而方形则会在拐角处产生应力集中的问题,当然,水壶的负载对于所用钢材来说几乎可以忽略,这些都不重要啦。
热心网友
时间:2022-06-18 13:35
圆柱体是截面积相对固定时,体积最大的形状。将瓶子设计成圆柱形,能更节约瓶身的用料,同时手拿起瓶子的时候也更加吻合。
热心网友
时间:2022-06-18 13:36
这样做的好处在于又能让瓶子有一定的支撑力,而且还保证了它的体积足够大。外表面积足够小,减少了成本。
热心网友
时间:2022-06-18 13:36
因为圆柱形状的容积是最大的,而且用手拿着也方便,所以矿泉水瓶子大部分是圆柱形状。
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