藝術(shù)和設(shè)計(jì)中的物理元素

梁鐸強(qiáng)　劉芳遠(yuǎn)

摘要：本文總結(jié)了古今中外藝術(shù)和設(shè)計(jì)經(jīng)典常見的物理元素，方便藝術(shù)和設(shè)計(jì)工作者在藝術(shù)設(shè)計(jì)中在物理元素采用中發(fā)揮靈感。

關(guān)鍵詞：藝術(shù);設(shè)計(jì); 物理

1 引言

物理，就是數(shù)學(xué)語(yǔ)言的詮釋下，基于最基本的原理假設(shè)得到對(duì)自然現(xiàn)象的簡(jiǎn)潔描述，在藝術(shù)和設(shè)計(jì)中也存在大量的物理問題[1]。藝術(shù)本身就是一種語(yǔ)言，通過符號(hào)化，從各種感覺角度（視覺、聽覺等）將想要表達(dá)的東西呈現(xiàn)出來。

凡是藝術(shù)的創(chuàng)造，凡是開創(chuàng)新一紀(jì)元的物理研究，都會(huì)探究到其真實(shí)而存在的本質(zhì)，從而使得物理與藝術(shù)之間碰撞出燦爛的火花，現(xiàn)物理學(xué)中物理美的豐富內(nèi)涵。本文總結(jié)了古今中外藝術(shù)和設(shè)計(jì)經(jīng)典常見的物理元素，包括對(duì)藝術(shù)生也是一個(gè)物理的科普。

2 理論物理

理論物理（Theoretical Physics）是從理論上探索自然界未知的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的學(xué)科。 理論物理的研究領(lǐng)域涉及粒子物理與原子核物理、統(tǒng)計(jì)物理、凝聚態(tài)物理、宇宙學(xué)等，幾乎包括物理學(xué)所有分支的基本理論問題。 而藝術(shù)和設(shè)計(jì)中蘊(yùn)含這些物理知識(shí)。

2.1 理論力學(xué)

物理學(xué)家們通過柯爾莫戈洛夫的湍流模型計(jì)算出自然界湍流的速度，并研究了梵高油畫與湍流之間的關(guān)系，以確定梵高畫作中到底有多少“寫實(shí)”的因素。最后，他們發(fā)現(xiàn)梵高在“精神錯(cuò)亂”時(shí)期前后完成的油畫作品，非常密切地反映了現(xiàn)實(shí)自然中的湍流。

正是動(dòng)車的流線型身體減少了壓差阻力，從而使動(dòng)車能高速前進(jìn)。目前，人們從兩個(gè)角度嘗試解釋了流線型物體為什么減阻，第一個(gè)角度從伯努利方程（更基礎(chǔ)的是納維斯托克斯方程）來理解，第二個(gè)則是從邊界層的角度來理解[2]，邊界層理論由德國(guó)流體力學(xué)學(xué)家普朗特提出的。

.2熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理

石膏板不僅具有調(diào)節(jié)溫濕度，還具有輕質(zhì)高強(qiáng)、防火、防水防潮、防霉變、吸音降噪、保溫隔熱、透氣性好等性能。

顏料不一樣，畫法當(dāng)然不一樣，所用媒介劑在性質(zhì)上是完全不同的。

油畫顏料的成分是顏料粉和油，調(diào)和劑也是油，稀釋劑是松節(jié)油，可添加樹脂或乳液類媒介劑。

丙烯顏料的成分是色粉和丙烯調(diào)和劑，丙烯調(diào)和劑是水溶性的速干的高分子化合物，從顏料性質(zhì)上來看比較接近乳液顏料，制造它的初衷也是模擬乳液，所以在西方丙烯畫納入坦培拉這個(gè)畫種，和油畫是兩碼事。調(diào)和劑是水或丙烯調(diào)和劑，不能用油、松節(jié)油、樹脂媒介等。

當(dāng)然，現(xiàn)代油畫有時(shí)也不會(huì)僅限于油性媒介材質(zhì)，會(huì)與坦培拉技法混用，并混用酪素等乳液性質(zhì)材料，但一般的油畫還是指單純的油媒介繪畫，技法跟乳液畫有較大區(qū)別[3]。

從物理學(xué)上來理解的話，實(shí)際上就是聲波在經(jīng)過了軟質(zhì)吸聲材料的反射后，部分的聲能轉(zhuǎn)化成了熱能。因此，第一次反射聲經(jīng)過了部分吸聲處理后，不僅在聽感上改善了許多，不會(huì)有模糊感，同時(shí)影響了接下去的前幾次能夠被人耳所感知的反射聲，即早期反射聲（Early Reflections）。不過，從另一方面來看，由于“吸聲”處理吸收了第一次反射聲的部分聲能，所以，會(huì)使室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的聲音音質(zhì)略微偏“干”。

那么，如果要打造一個(gè)聲場(chǎng)較活躍的室內(nèi)空間的話，有沒有別的方法來控制第一次反射聲呢？大家不必?fù)?dān)心，也有解決方法。有時(shí)候，我們?cè)谝恍┲饕姆瓷潼c(diǎn)適當(dāng)?shù)厥褂靡恍┍砻嬗袃A斜角度的“擴(kuò)散”材料來與吸聲的“軟質(zhì)材料”相配合。目的是通過表面有傾斜角度的擴(kuò)散體來改變第一次反射聲的反射路徑，將第一次反射聲反射到室內(nèi)空間的后墻部分，而不直接作用于人耳所在的聽音區(qū)域。這樣處理的話，既不會(huì)損失過多的反射聲聲能，又不會(huì)直接影響到聽感，因此，能夠達(dá)到活躍室內(nèi)聲場(chǎng)的效果。大多數(shù)的立體聲“聽音室”會(huì)采用這樣的第一次反射聲處理方法。

上海世博會(huì)中國(guó)館，這個(gè)大大的帽子，除了表現(xiàn)中國(guó)古建筑的精髓“斗拱”外，另外的目的就是真的給建筑戴個(gè)帽子，從各方位減少了太陽(yáng)的直射光，使得內(nèi)部溫度被動(dòng)降低。大概用到的物理知識(shí)就是太陽(yáng)各季度的在特定緯度上高度角，直線投影等。

2.3 電動(dòng)力學(xué)

電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)是麥克斯韋方程組、電荷守恒定律和洛倫茲力公式，是麥克斯韋繼承法拉第的高瞻遠(yuǎn)矚將場(chǎng)的概念和數(shù)學(xué)不斷深化，是對(duì)電磁相互作用極為深刻的理解。電動(dòng)力學(xué)將電磁學(xué)的內(nèi)容統(tǒng)一后，可以推出所有我們?cè)诔醺咧械碾姶艑W(xué)知識(shí)，并提出了場(chǎng)也是一種物質(zhì)的存在形式，這樣的概念一直大大地影響著物理學(xué)，直至今天。電動(dòng)力學(xué)中可以將光學(xué)中許多知識(shí)從更為深刻的概念上推出，比如折射反射定律，光的偏振，甚至干涉衍射，還有布儒斯特定律，半波損失等等。通過麥克斯韋方程組可推出波導(dǎo)、諧振腔、超導(dǎo)唯象理論等一系列實(shí)用技術(shù)理論要點(diǎn)。十分驚人還推倒出了光速，并且進(jìn)一步說明了光速是方程中是作為常數(shù)項(xiàng)出現(xiàn)的。位移電流項(xiàng)，是推出甚至是猜出的，位移電流項(xiàng)和電流項(xiàng)合起來，電場(chǎng)的變化可以看出已經(jīng)有空間電場(chǎng)變化加上時(shí)間電場(chǎng)變化的意思了。藝術(shù)和設(shè)計(jì)中大量涉及該方面的元素。下面我們舉一些例子進(jìn)行論證。

平面斑馬線設(shè)計(jì)效果之視覺3D減速帶，斑馬線立體感十足易辨識(shí)！

霓虹燈是明亮發(fā)光的，充有稀薄氖氣或其它稀有氣體的通電玻璃管或燈泡，是一種冷陰極氣體放電燈。霓虹燈管是一個(gè)兩端有電極的密封玻璃管，其中填充了一些低氣壓的氣體。幾千伏的電壓施加在電極上，電離管中的氣體使其發(fā)出光[4]。光的顏色取決于管中的氣體。霓虹燈是氖燈（neon light）的音譯，氖氣這種稀有氣體會(huì)發(fā)出一種流行的橙紅色光，但使用其他氣體會(huì)產(chǎn)生其他顏色[5]，例如氫（紅色）、氦（粉紅色）、二氧化碳（白色）、汞蒸氣（藍(lán)色）等。

3 結(jié)論

通過上面的討論，我們得出以下結(jié)論。

1）物理和藝術(shù)是需要融合的。文理不分科就是好的例子。藝術(shù)和設(shè)計(jì)中的物理元素集中在理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、電動(dòng)力學(xué)。

2）可以預(yù)計(jì)以后大量的物理元素會(huì)融入到藝術(shù)和設(shè)計(jì)中去。文科生可以通過選修的方法多學(xué)物理。

參考文獻(xiàn)

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[4]張蓓蓓，李建民.光元素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)：理論版，2009（2X）：166-168.

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（2019年度廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教科研項(xiàng)目《以技能比賽為導(dǎo)向的建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系建設(shè)研究》

項(xiàng)目合同編號(hào)：桂工業(yè)院科研2019015KY015）

（2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在廣西少數(shù)民族室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究》

項(xiàng)目合同編號(hào)：2021KY1264）