Question

拱形结构的力学原理

Answer 1

一提到鸡蛋，人们总有一种累卵之危的联想，因为蛋壳很薄，拿着时唯恐落地被打破.孵化成熟的雏鸡能很轻易地破壳而出.然而有一种情况，可能会让你感到一个很普通的生蛋也不是脆弱的东西:把蛋壳放在两手的掌心之间，用力挤压它的两端要用很大的力气才能压碎它，这是因为它具有“拱形结构”
另外，直径约为10 cm的灯泡周围所承受的空气压力有1 800 N左右，为什么也压不碎呢?这也是因为它具有
我国最著名的古桥——赵州桥、宙城的城门洞等古今中外许多桥梁和建筑也都建造成“拱形结构”.

“拱形结构”为什么如此坚固呢?赵州桥是世界上现存的最早的大型石拱桥.拱形克服了石头不能承受拉力的缺点，使石头成为许多大桥和建筑物的栋梁.赵州桥是由28条并列的石条组成的，每一条石头都经过严格的加工，使每条石头之间能密切地配合成为一个整体.如果我们在石拱桥的顶上面取一楔形石块A进行分析，就会发现，拱桥顶上面的物体的重力G压在A上，对A施加向下的压力.由于石块是楔形的，所以不能向下移动，只能以分力F1和F2挤压在相邻的B、C两石块上而被两石块B、C的阻力抵消而平衡.依次类推，B、C两石块又分别被挤在旁边的两石块之间.因此，拱桥上面的重力是不会把桥压塌的（如图）.蛋壳实质也相当于“拱门”，不过它是整块的，而不是由一块一块的（如石块）东西拼叠成的，因此，蛋壳虽然很薄很脆，却能承受外来的较大压力.
人在奔跑、跳跃、骑车，甚至走路时，都要经受各种各样的振动冲击.计算表明，从高处跳下时，腿部受到的冲击力，有时可以达到几万牛，但是人体并没有因为这些冲击发生损坏.这要归功于人体中奇妙的构造:在人体中既有减振的弹簧又有结实的“拱桥”.
人体像一个建在两个柱子上的大厦.上身的重力占人体的70％，这些重力都通过脊柱而加在两条腿上.按建筑学的原理，两条腿的中间应该有一根很粗的“梁”才能承受住这么大的重力，这根“梁”必须十分结实，因为人体在运动中所产生的冲击力，有时是体重的十几倍、几十倍，甚至达到几万牛.
但是，人体内找不到一根结实、厚重的“梁”.连接人体上身和两腿的是骨盆.骨盆很轻很薄，怎么能承受这么大的力量呢?原来骨盆实际上是一个“拱门”.拱的前下方通过耻骨拉紧，上身的重力通过脊柱末端的髂骨压到两个筋骨上，再传到大腿骨上.耻骨的连接使这个拱更加稳定，不受腿部运动的影响.这个拱不仅结实而且像弹簧一样能减震.在人的两只脚上有两个拱桥，就是平时我们所说的足弓，它是由一连串的小骨头组成的.它不仅能使人站立稳固，保护着足底的神经和血管免受压迫，还能起防震作用