奇妙的拱形.doc

郑州桥、国家大剧院、悉尼歌剧院、凯旋门……这些大家耳熟能详的著名建筑物,都有一个共同的特点,那就是由拱形构成。其实不单单是这些,我国古代的许多石拱桥、古城门以及欧洲所有中世纪以后的著名建筑都离不开拱。那么,为什么拱在生活中会被那么频繁地利用呢?先来做几个小实验吧。实验一:取两本书,在上面放置一张白纸,然后在白纸上面放硬币。刚放一枚,纸梁就坍塌了。然而,把白纸弯曲成拱形,两端拱足抵在书上,再放硬币时,奇迹发生了:同样的纸,抗弯曲能力却大大增加,竟能承受六七枚硬币的压力!实验二:找一枚鸡蛋。如果单从某个面用力的话,很容易就把鸡蛋捏瘪了甚至捏碎了。但是假如把它攥在手心里均匀用力,无论怎样使劲挤压它,也很难把它捏破。实验三:再用乒乓球做一个小实验。乒乓球本身的材质是薄而软的塑料,但是为什么它被拍子击打了无数次都不会变形呢?把乒乓球剖成两半,拿三个这样的乒乓球壳扣在桌子上,然后取厚厚的字典压在它们上面。令人惊讶的是,厚重的字典非但没有把脆弱的乒乓球壳压碎,反而是乒乓球壳承受起了字典的重量!其实,上面的这些实验里,无论是纸拱、鸡蛋还是乒乓球,都是在模仿含有拱形的建筑物,而硬币、手的挤压和字典,代表了这些建筑物所承受的外界压力。也许你会有疑问了,纸拱确实是拱形,但是鸡蛋和乒乓球分明是球体啊!没错,上面实验中的“建筑”主要分成两类,一类是拱形,一类是球体。拱形承重的秘密在于,它承受重量时,能把压力向下传递给相邻的部分(如实验一中的两本书),拱形各部分互相挤压,反而结合得更加紧密结实。而球体呢,则可以看成是无数个拱形的组合,球体的任何一个地方受力,力都可以向四周均匀地分散开来,这和拱形受力的特点相同,而且不产生外推力。其实在我们的生活中,这些原理早就得到了充分的利用。除了开篇谈到的拱形建筑,还有灯泡啊,塑料瓶啊,锅盖啊,雨伞啊,甚至是穿山的隧道,都利用了拱形(球体)能承载很大重量的特点。譬如灯泡,直径10cm的灯泡周围所承