生物形態(tài)與工程結(jié)構(gòu)

前面我們提到過，經(jīng)過了億萬年的進(jìn)化，生物的形態(tài)是最優(yōu)的。形形色色的生物結(jié)構(gòu)中，有許多巧妙最佳利用力學(xué)原理的實(shí)例，讓我們從靜力學(xué)的角度出發(fā)，來觀察一下生物形體結(jié)構(gòu)對(duì)人類工程設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響。

自然界有許多高大的樹木，其挺直的樹干不但支撐著本身的重量。而且還能抵抗大風(fēng)及強(qiáng)烈的地震。這除了得益于它的粗大樹干外，還靠其龐大根系的支持。一些巨大的建筑物便模仿大樹的形態(tài)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，把高樓大廈建立在牢固可靠的地基上。

植物的果實(shí)擔(dān)負(fù)著延續(xù)種族的任務(wù)，億萬年的進(jìn)化使其果實(shí)多呈圓形。圓的外形使它們?cè)谳^小的空間占用最大的體積來存貯營養(yǎng)，同時(shí)使它們對(duì)外界的壓力如風(fēng)力等有較大的抵抗力。如花生、核桃等還有著堅(jiān)硬的外殼，可以保護(hù)里面相對(duì)嬌嫩的果仁。同樣地，動(dòng)物也具有對(duì)自然力的適應(yīng)性，如蛋殼、烏龜殼和貝殼等，都巧妙利用了一定的力學(xué)原理。如果你握住一個(gè)雞蛋，即使加力擠壓，也很難把它弄破。原來蛋殼的拱形結(jié)構(gòu)與其表面的彈性膜一起構(gòu)成了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在工程上稱為薄殼結(jié)構(gòu)。

自然界中巧妙的薄殼結(jié)構(gòu)具有各種不同形狀的彎曲表面，不僅外形美觀，還能夠承受相當(dāng)大的壓力。在建筑工程上，人們已廣泛采用這種結(jié)構(gòu)，如大樓的圓形屋頂、模仿貝類制造的商場(chǎng)頂蓋等。

動(dòng)物界中，辛勤的蜜蜂被稱為昆蟲世界里的建筑工程師。它們用蜂蠟建筑極規(guī)則的等邊六角形蜂巢，無論從美觀和實(shí)用角度來考慮，都是十分完美的。它不僅以最少的材料獲得了最大的利用空間，而且還以單薄的結(jié)構(gòu)獲得了最大的強(qiáng)度。

在蜂巢的啟發(fā)下，人們仿制出了建筑上用的蜂窩結(jié)構(gòu)材料，具有重量輕、強(qiáng)度和剛度大、絕熱和隔音性能良好的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出建筑界，它已應(yīng)用于飛機(jī)的機(jī)翼，宇宙航天的火箭，甚至于我們?nèi)粘５默F(xiàn)代化生活家具中。