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        神奇的拱結(jié)構(gòu)

        2016-04-29 00:00:00徐杰
        閱讀(科學(xué)探秘) 2016年2期

        拱形結(jié)構(gòu)是一類很重要的建筑結(jié)構(gòu),中國(guó)趙州橋、巴黎圣母院、圣彼得大教堂等都屬于拱形建筑結(jié)構(gòu)的代表。拱形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能把受到的壓力分解成向下的壓力和向外的推力,它是所有結(jié)構(gòu)中唯一產(chǎn)生外推力的結(jié)構(gòu)。

        讓我們做個(gè)實(shí)驗(yàn),一起感受拱結(jié)構(gòu)的神奇吧!

        實(shí)驗(yàn)材料 卡紙、硬幣。

        實(shí)驗(yàn)過程

        ①將一張卡紙平放在相距15厘米的兩疊書本中間。

        ②把5角硬幣逐個(gè)輕輕地搭在卡紙上,“紙橋”能承受幾枚硬幣的重量?

        ③將卡紙彎成圓弧形抵在兩疊書本之間,把5角硬幣逐個(gè)輕輕地搭在卡紙上,“紙橋”能承受幾枚硬幣的重量?

        ④將卡紙彎成圓弧形抵在兩疊書本之間,把另一張卡紙條橫放在它的上面,兩端仍然平放在相距15厘米的兩疊書本中間,“紙橋”能承受幾枚硬幣的重量?

        科學(xué)原理

        很顯然,拱形的“紙橋”能承受的硬幣個(gè)數(shù)明顯要比平展的“紙橋”承受得多,這就說明拱形比平放所能承受的壓力大。

        當(dāng)拱形各部分受到壓力時(shí),會(huì)產(chǎn)生外推力,如果能抵住拱的外推力,拱就能承受巨大的壓力。雞蛋也是一個(gè)就地旋轉(zhuǎn)的拱,它能夠把加于其上的力均勻地分散到整個(gè)球面上,有效地降低了局部的壓力,所以蛋殼比我們想象的更耐壓,強(qiáng)度更強(qiáng)。

        也許你會(huì)問,既然薄薄的蛋殼能承受這么大的壓力,為什么在蛋殼內(nèi)孵化成的雛雞卻能輕而易舉地啄破蛋殼呢?這是因?yàn)椋瑯?gòu)成蛋殼的物質(zhì)和組成水泥、磚塊的物質(zhì)相似,它們都具有很好的抗壓性,能承受很大的壓力,但抗拉性卻較差,經(jīng)不起較大的拉力。

        對(duì)此,我們也可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)來加以證明。

        實(shí)驗(yàn)材料 雞蛋殼、鉛筆。

        實(shí)驗(yàn)過程

        ①取半個(gè)雞蛋殼,先讓它凸面朝上放在桌子上。

        ②取一支削得不太尖的鉛筆,在離凸面頂部15厘米高處垂直落下,撞在蛋殼頂部,觀察蛋殼變化。

        ③把蛋殼翻過來,使凹面朝上,放在一只玻璃瓶的瓶口上。

        ④用剛才的那支鉛筆,讓它在距蛋殼底部約15厘米高處垂直落下,觀察蛋殼變化。

        蛋殼被筆尖戳穿了。究其原因,由于蛋殼的外形彎曲均勻而且對(duì)稱,能使蛋殼在某一部分受到的壓力均勻地傳給其余各部分,并且巧妙地相互“抵消”。但是,當(dāng)這個(gè)壓力從蛋殼內(nèi)側(cè)向外施加時(shí),蛋殼各部分所受到的便是拉力了,所以就容易破碎。

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