神奇的拱結(jié)構(gòu)

拱形結(jié)構(gòu)是一類很重要的建筑結(jié)構(gòu)，中國趙州橋、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)。

讓我們做個實驗，一起感受拱結(jié)構(gòu)的神奇吧！

實驗材料 卡紙、硬幣。

實驗過程

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？

科學原理

很顯然，拱形的“紙橋”能承受的硬幣個數(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。

當拱形各部分受到壓力時，會產(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，強度更強。

也許你會問，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？這是因為，構(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。

對此，我們也可以做一個實驗來加以證明。

實驗材料 雞蛋殼、鉛筆。

實驗過程

①取半個雞蛋殼，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，當這個壓力從蛋殼內(nèi)側(cè)向外施加時，蛋殼各部分所受到的便是拉力了，所以就容易破碎。