Отверстие — это отверстие в или через определенную среду, обычно твердое тело . Отверстия возникают в результате естественных и искусственных процессов и могут быть полезны для различных целей или могут представлять собой проблему, требующую решения во многих областях техники . В зависимости от материала и расположения отверстие может быть углублением в поверхности (например, отверстие в земле) или может полностью проходить через эту поверхность (например, отверстие, созданное дыроколом в листе бумаги).
Дыры могут образовываться по ряду причин, включая естественные процессы и преднамеренные действия людей или животных. Дыры в земле, которые делаются намеренно, например, при поиске пищи, для пересадки деревьев или столбовые ямы для закрепления объекта, обычно делаются в процессе рытья . Непреднамеренные отверстия в объекте часто являются признаком повреждения . Выбоины и воронки могут повредить человеческие поселения. [1]
Дыры могут встречаться в самых разных материалах и в самых разных масштабах. Наименьшие отверстия, наблюдаемые людьми, включают в себя булавочные отверстия и перфорации , но наименьшее явление, описываемое как дыра, — это электронная дыра , которая представляет собой положение в атоме или атомной решетке , где отсутствует электрон . Самое большое явление, описываемое как дыра, — это сверхмассивная черная дыра , астрономический объект, который может быть в миллиарды раз массивнее Солнца Земли .
Самая глубокая скважина на Земле — это созданная человеком Кольская сверхглубокая скважина , истинная глубина вертикального бурения которой составляет более 7,5 миль (12 километров), что составляет лишь малую часть расстояния до центра Земли, составляющего почти 4000 миль (6400 километров). [2]
В математике отверстия исследуются несколькими способами. Одним из них является гомология , которая является общим способом связывания определенных алгебраических объектов с другими математическими объектами, такими как топологические пространства . Группы гомологий были первоначально определены в алгебраической топологии , а гомология изначально была строгим математическим методом определения и категоризации отверстий в математическом объекте, называемом многообразием . Первоначальной мотивацией для определения групп гомологий было наблюдение, что две формы можно различить, исследуя их отверстия. [3] Например, круг не является диском, потому что круг имеет сквозное отверстие, в то время как диск является сплошным, [4] и обычная сфера не является кругом, потому что сфера заключает в себе двумерное отверстие, в то время как круг заключает в себе одномерное отверстие. Поскольку отверстие нематериально, не сразу очевидно, как определить одно или отличить его от других.
Другим является понятие гомотопической группы : это инварианты топологического пространства, которые, когда они нетривиальны (в этом случае также говорят, что пространство не является k-связным ), обнаруживают наличие «дыр» в том смысле, что пространство содержит сферу , которая не может быть стянута в точку. Термин «дыра» часто неформально используется при обсуждении этих объектов. [5]
Для поверхностей существует понятие, более близкое к интуитивному значению: род связной ориентируемой поверхности — это целое число, представляющее максимальное количество разрезов вдоль непересекающихся замкнутых простых кривых, не делающих полученное многообразие несвязным. [6] Говоря простым языком, это в точности количество «дырок», которые имеет поверхность, представленная как подмногообразие в 3-мерном пространстве.
В физике антиматерия повсеместно описывается как дырка, место, которое при смешивании с обычной материей для заполнения дырки приводит к тому, что и дырка, и материя нейтрализуют друг друга. Это аналогично заделыванию выбоины асфальтом или заполнению пузыря под поверхностью воды равным количеством воды для его нейтрализации. Самый прямой пример — электронная дырка ; довольно общее теоретическое описание дается морем Дирака , которое рассматривает позитроны (или античастицы в целом) как дырки. Дырки обеспечивают одну из двух основных форм проводимости в полупроводнике , то есть материале, из которого сделаны транзисторы ; без дырок ток не мог бы течь, и транзисторы включаются и выключаются, разрешая или запрещая создание дырок.
Тела животных, как правило, содержат специализированные отверстия, которые выполняют различные биологические функции, такие как прием кислорода или пищи, выделение отходов и прием или выведение других жидкостей в репродуктивных целях. У некоторых простых животных одно отверстие выполняет все эти функции. [7] Образование отверстий является важным событием в развитии животного:
Все животные начинают свое развитие с одного отверстия — бластопора . Если отверстий два, второе отверстие образуется позже. Бластопор может возникнуть как в верхней, так и в нижней части эмбриона. [7]
Грамицидин А , полипептид спиральной формы, был описан как переносное отверстие. Когда он образует димер , он может встраиваться в клеточные двухслойные мембраны и образовывать отверстие, через которое могут проходить молекулы воды. [8]
В машиностроении , обработке и инструментальной обработке отверстие может быть глухим или сквозным (также называемым сквозным отверстием или отверстием с зазором ). Глухое отверстие — это отверстие, которое рассверливается , сверлится или фрезеруется до определенной глубины без выхода на другую сторону заготовки. Сквозное отверстие — это отверстие, которое сделано так, чтобы полностью пройти через материал объекта. Другими словами, сквозное отверстие — это отверстие, которое проходит насквозь. Метчики, используемые для сквозных отверстий, обычно имеют коническую форму, поскольку они будут нарезать резьбу быстрее, а стружка будет выходить, когда метчик выйдет из отверстия.
Этимология глухого отверстия заключается в том, что через него невозможно видеть. Это может также относиться к любой детали, которая выведена на определенную глубину, более конкретно, к отверстию с внутренней резьбой (резьбовым отверстиям). Не принимая во внимание точку сверления, глубина глухого отверстия, условно, может быть немного больше, чем глубина резьбового отверстия.
Существует три общепринятых метода нарезания резьбы в глухих отверстиях:
По крайней мере два производителя инструментов в США изготавливают инструменты для фрезерования резьбы в глухих отверстиях: Ingersoll Cutting Tools из Рокфорда, штат Иллинойс, и Tooling Systems из Хьюстона, штат Техас, которые представили Thread Mill в 1977 году, устройство, которое фрезеровало большую внутреннюю резьбу в глухих отверстиях противовыбросовых превенторов нефтяных скважин . Сегодня многие фрезерные станки с ЧПУ могут выполнять такой цикл фрезерования резьбы (см. видео такого реза в разделе «Внешние ссылки»).
Одним из вариантов использования сквозных отверстий в электронике является технология сквозного монтажа , схема монтажа, включающая использование выводов на компонентах, которые вставляются в отверстия, просверленные в печатных платах (ПП), и припаиваются к контактным площадкам на противоположной стороне либо путем ручной сборки (ручной установки), либо с использованием автоматизированных машин для вставного монтажа. [9] [10]
Пинхол — это небольшое отверстие, обычно проделываемое путем вдавливания тонкого, заостренного предмета, например булавки, в легко проницаемый материал, например, ткань или очень тонкий слой металла . Подобные отверстия, проделываемые другими способами, также часто называют пинхолами. Пинхолы могут быть намеренно сделаны по разным причинам. Например, в оптике пинхолы используются в качестве отверстий для отбора определенных лучей света. Это используется в пинхол-камерах для формирования изображения без использования линзы . [11] Пинхолы на упаковке продуктов использовались для контроля атмосферы и относительной влажности внутри упаковки. [12]
Во многих областях точечные отверстия являются вредным побочным эффектом производственных процессов. Например, при сборке микросхем точечные отверстия в диэлектрическом изоляционном слое, покрывающем схему, могут привести к отказу схемы. Поэтому, «[чтобы] избежать точечных отверстий, которые могут выступать через всю толщину диэлектрического слоя, обычной практикой является экранирование нескольких слоев диэлектрика с сушкой и обжигом после каждого экранирования», тем самым предотвращая сплошное распространение точечных отверстий. [13]
Было отмечено, что отверстия занимают необычное онтологическое положение в философии, поскольку люди склонны называть их осязаемыми и исчисляемыми объектами, хотя на самом деле они являются отсутствием чего-либо в другом объекте. [14] [15]
В исследовании зрительного восприятия отверстие является особым случаем фигуры-фона , поскольку область фона полностью окружена фигурой. Для того, чтобы область воспринималась как визуальное отверстие, важны три фактора: факторы глубины, указывающие на то, что закрытая область находится позади; группировка между закрытой областью и окружением; и фигуральные факторы (например, симметрия, выпуклость или узнаваемость), которые приводят к восприятию фигуры, а не отверстия. [16] [17]
Ведутся дебаты о том, являются ли отверстия особенными и воспринимаются ли они как имеющие собственную форму. Они могут быть особенными в некоторых случаях, но не в отношении владения контурами. [18]
Некоторые люди испытывают отвращение к виду нерегулярных узоров или скоплений маленьких отверстий, это состояние называется трипофобией . [19] [20] Исследователи предполагают, что это является результатом биологического отвращения, которое связывает трипофобные формы с опасностью или болезнью, и, следовательно, может иметь эволюционную основу. [21] [19]
Пример использования отверстий в популярной культуре можно найти в тексте песни The Beatles « A Day in the Life » из их альбома 1967 года Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band :
Я сегодня читал новости, о боже:
Четыре тысячи лунок в Блэкберне, Ланкашир.
И хотя лунки были довольно маленькими,
Им пришлось пересчитать их все,
Теперь они знают, сколько лунок нужно, чтобы заполнить Альберт-холл. [22]
Ссылка на 4000 отверстий была написана Джоном Ленноном и вдохновлена новостным брифингом Far & Near из того же выпуска Daily Mail от 17 января , который также послужил источником вдохновения для предыдущих куплетов песни. Под заголовком «Дыры на наших дорогах» в брифинге говорилось: «В Блэкберне, Ланкашир, на дороге 4000 отверстий, или одна двадцать шестая отверстия на человека, согласно опросу совета. Если Блэкберн типичен, то на дорогах Британии два миллиона отверстий, а в Лондоне — 300 000». [23] Дыры также описывались как онтологические паразиты , потому что они могут существовать только как аспекты другого объекта. [14] Психологическая концепция отверстия как физического объекта доведена до своего логического предела в вымышленной концепции переносного отверстия , проиллюстрированной в ролевых играх и охарактеризованной как «отверстие», которое человек может носить с собой, хранить в нем вещи и заходить в него по мере необходимости. [24]
В искусстве отверстия иногда называют негативным пространством , как в случае японской концепции Ма .
Дыры также могут быть метафорически упомянуты как существующие в нематериальных вещах. Например, о человеке, который дает отчет о событии, в котором отсутствуют важные детали, можно сказать, что у него есть «дыры в истории», а о вымышленном произведении с необъяснимыми повествовательными элементами можно сказать, что у него есть сюжетные дыры . [25] Человека, который понес потерю, часто называют имеющим «дыру в сердце». Концепция «дыры в форме Бога» встречается в религиозном дискурсе:
[Ч]юдь обычно говорят, что у людей в душе есть «дыра в форме Бога». Если вы религиозный человек, вы можете объяснить эту дыру, сказав, что Бог поместил ее туда, чтобы нам было легче принять Его. Если вы натуралист или атеист, вы верите, что дыра в форме Бога находится в наших умах, а не в наших душах. Затем вы ищете причины, по которым концепция Бога могла развиться у нашего вида. [26]
Символ Unicode для HOLE, U+1F573, был одобрен в 2014 году как часть таблицы «Различные символы и пиктограммы» в Unicode 7.0 [27] и был частью Emoji 1.0, опубликованного в 2015 году. [28] Поскольку графические представления эмодзи зависят от платформы, Emojipedia показывает изображения символа отверстия, как они изображены на различных платформах. [29]
Написано в сотрудничестве с Андерсом Бьёрнером и Гюнтером М. Циглером., Раздел 4.3.
