為什么橋大多設(shè)計(jì)成拱形的

時(shí)間：2024-04-18 18:09:16 少兒百科我要投稿

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為什么橋大多設(shè)計(jì)成拱形的

橋梁是指架設(shè)在江河湖海上，供車(chē)輛、人們順利通行的建筑物，在日常生活中，經(jīng)常可以見(jiàn)到。而且，他們的種類(lèi)多種多樣，按用途分，有鐵路橋、公路橋、公鐵兩用橋、人行橋，按跨越障礙分，有跨河橋、跨谷橋、跨線橋。總之，它們就是一種非常普遍的存在。那么，大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)橋都有一個(gè)共同的特征，那就是他們都為拱形的，知道這是為什么嗎?

生活中，我們見(jiàn)過(guò)許許多多的橋。這些橋大多設(shè)計(jì)成拱形的，這是為什么呢?為什么不設(shè)計(jì)成凹形的呢?況且設(shè)計(jì)成拱形的橋，還會(huì)給交通造成不便。因?yàn)槿绻强缍缺容^小的橋梁還無(wú)所謂，如果是跨度較大的橋梁，就會(huì)拱頂很高，進(jìn)而使得坡度比較大，這樣一來(lái)，無(wú)論是行人還是車(chē)輛通過(guò)時(shí)，都非常不便。如果設(shè)計(jì)成凹形的橋，汽車(chē)還會(huì)省油，因?yàn)槠?chē)在向下行駛時(shí)，會(huì)有一個(gè)向前沖的力，具有一定的勢(shì)能，這個(gè)勢(shì)能便可以幫助它順利地到達(dá)橋的那一端。難道我們的橋梁專(zhuān)家不明白這一點(diǎn)嗎?

實(shí)際上，我們的橋梁專(zhuān)家怎么會(huì)不明白呢，設(shè)計(jì)成拱形不僅僅是美觀好看，這里面還蘊(yùn)含一定的力學(xué)原理的。

橋設(shè)計(jì)成拱形，是因?yàn)楫?dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，橋所承受的壓力比較小，橋體所需要的支撐力便小。而相比之下，凹形橋承受的壓力較大，橋體所需要的支撐力便大。這是為什么呢?因?yàn)闊o(wú)論是拱形橋還是凹形橋，當(dāng)汽車(chē)通過(guò)大橋時(shí)，由于汽車(chē)方向的改變產(chǎn)生的向心加速度，需要向心力F。拱形橋的圓心在橋下方，因而向心力方向向下，這樣就使得自身重力mg與支撐力N1的合力向下，即支撐力小于重力，也就是拱形橋耐重。F=Mg-N1，所以 N1=Mg-F。凹形橋的圓心在橋上方，因而向心力F就向上，這就使重力Mg與支持撐力N2的合力向上，即支撐力大于重力。也就是凹形橋不耐重。F=N2-Mg，所以 N2=F+Mg。由此看來(lái)，如果僅僅是為了汽車(chē)省那么一點(diǎn)點(diǎn)油而改變橋的設(shè)計(jì)，那么豈不是抓不住重點(diǎn)了。

此外，我們還可以這么理解。眾所周知，球形比任何形狀都堅(jiān)固。因?yàn)榍蛐蔚娜魏我粋€(gè)地方受力，力都可以向四周均勻地分散開(kāi)來(lái)。這也就是為什么我們生活中常見(jiàn)的巨大的貯油罐要做成球形的。還有我們生活中常見(jiàn)的燈泡，雖然是比較易碎的玻璃制成的，但做成了球形也就比較堅(jiān)固了。

我們都有過(guò)類(lèi)似的經(jīng)歷，把蛋殼放在兩手的掌心之間，擠壓它的兩端，并不會(huì)像我們想的那樣因?yàn)殡u蛋殼薄而易碎，而是需要使出很大的力氣。這也是因?yàn)榍蛐伪容^堅(jiān)固的原因。球形也是若干個(gè)拱形的組合，因此拱形也具有此特點(diǎn)。這也是為什么橋要設(shè)計(jì)成拱形的原因了，因?yàn)樗鼒?jiān)固，可以使受力分散，進(jìn)而橋體的承重力加大。

我國(guó)拱形橋的代表便是坐落在河北省趙縣洨河上的趙州橋。這座橋建于隋代，距今已有約1400年的歷史，由著名匠師李春設(shè)計(jì)和建造，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代石拱橋。

想想，我們的生活中，還有哪些類(lèi)似的呢?頭盔和安全帽，我們所見(jiàn)到的都是拱形的，也是因?yàn)槟軌虺惺芨蟮臎_擊力，進(jìn)而比較安全。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)便是能夠?qū)⑽矬w受到的力均勻地分散到殼體的各個(gè)部分。

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