神奇的拱結(jié)構(gòu)
有人做過這樣的實(shí)驗(yàn),讓一個(gè)體重相當(dāng)可觀的彪形大漢踩在一只烏龜?shù)谋成?,在人的重壓下,烏龜卻安然無恙。
另外把一只生雞蛋的兩端放在兩手的掌心之間用力擠壓,欲把蛋殼壓碎必須施加很大的力,還有宏大建筑物的薄殼屋頂,古老的趙州橋,它們?yōu)槭裁茨芙?jīng)久不壞呢?一個(gè)直徑為10厘米的燈泡周圍所承受的空氣壓力約有187公斤,為什么也壓不碎它呢?原來它們都屬于“拱形結(jié)構(gòu)”?,F(xiàn)在僅以拱形橋?yàn)槔f明它的力學(xué)原理,如圖1.1所示。
設(shè)楔形石塊A處于拱橋的中央,拱橋頂上部的重量G壓在A上,由于石塊A是楔形的,在重壓下不能向下移動(dòng),只能擠在與其相鄰的石塊B和C上。從力的效果來分析,即按照力的平行四邊形法則,將力G分解為兩個(gè)分力F1和F2。分力F1和F2被相鄰的石塊B、C的阻力抵消了。依次類推,可得知其它石塊的受力情況。
綜上所述,在拱橋上面的重壓是不會(huì)把橋壓塌的。但是石塊的楔形只能阻止A的下落,卻不能阻止其上升,因此從拱橋內(nèi)側(cè)向上用力把石塊A拆掉卻是比較容易的。由此聯(lián)想到,從外面不易把蛋殼壓碎,但雞雛用幼嫩的小嘴只需在蛋殼內(nèi)啄上幾下就很容易沖破天然堡壘的束縛,脫殼而出了。由此聯(lián)想到堡壘易從內(nèi)部攻破,就更具有深刻的社會(huì)意義了。
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