拱形的力量

● 文/許秀華 ●插畫/玖月

寄揚州韓綽判官

〔唐〕杜牧

青山隱隱水迢迢，

秋盡江南草未凋。

二十四橋明月夜，

玉人何處教吹簫。

唐朝某一年的晚秋，已經(jīng)辭掉揚州工作回到長安的詩人杜牧不禁思念尚在揚州工作的同事韓綽。此刻的北方，已經(jīng)草木凋零，河水冰冷。南方的揚州是否青山依舊，綠水蕩漾？在同一輪明月下，老朋友韓綽是否正流連在二十四橋上和一眾美女吹奏樂器，并時不時指導一二？

詩中的“二十四橋”是指二十四座橋嗎？北宋沈括曾經(jīng)在《夢溪筆談·補筆談》明確地列出了二十四座橋中每一座橋的方位和名稱。可事實真是如此嗎？

其實，二十四橋（又稱“廿四橋”）是揚州瘦西湖上著名的建筑，它并不是一共有二十四座橋，而是僅有一座橋，這座橋的名字就叫作“二十四”。和中國古代很多著名的橋梁一樣，它是一座石拱橋。

拱形美麗又實用

石拱橋猶如懸掛于水面上的半輪明月，又如橫跨河面的美麗彩虹，形態(tài)優(yōu)美。但是，過石拱橋要上坡下坡、上臺階下臺階，很不方便，尤其是推車和騎車，上、下都很費力。為什么古代造橋卻偏愛石拱橋呢？難道僅僅是出于觀賞角度的考慮嗎？當然不是。其實，石拱橋還具備很強的實用性。

石拱橋中間拱起，水運通暢。高高拱起的橋背架高了橋面，可以讓船體較高的大船不受阻礙地從橋底通過。這樣既保障了橋面通行，又保障了水面運輸。因此，石拱橋也被稱為古代的“水陸立交橋”。

拱形橋面的承載力和堅固性均優(yōu)于平鋪的橋面。著名的趙州橋始建于隋朝，經(jīng)歷了1 400多年的風霜雨雪，承載了數(shù)個朝代的舟車行人，至今仍能保障車輛和行人的通行，就是得益于其拱形的結(jié)構(gòu)。

拱形背后的奧秘

為何橋梁拱起了“脊背”，就變得更加結(jié)實、牢固了？

物體聚合在一起組成拱形，這就體現(xiàn)了團結(jié)的力量。當拱形的任意一點受到壓力時，這一點并不會獨自承受，而是會把壓力向四面擴散，讓周圍的“鄰居們”替自己分擔。而“鄰居們”又會繼續(xù)把自身受到的壓力往自己的“鄰居”那里傳遞。因此，不管拱形的哪一個點受力，都會被大家分攤。分攤后，每個點所承受的壓力較小，就不太容易讓橋面發(fā)生形變或下沉，從而延長了橋梁的使用壽命。

當行人和車輛經(jīng)過拱橋時，表面上是經(jīng)過橋面上一連串的點，對每一個點都形成了向下的壓力。而實際上，這些壓力都被快速地傳遞出去了，由拱橋的各個部分一同分擔。用物理學的理論解釋就是，當你走在拱橋傾斜的橋面上時，拱橋提供的支持力不僅有豎直方向的，還有水平方向的。所以，不管多少人或車輛通過、攜帶的物體有多重，都不易壓垮一座拱橋。

生活中的拱形物體

拱形本質(zhì)上是球形的一部分，球形也可以看成若干個拱形的組合。不論是平面的圓形還是立體的球形，它們都有很好的耐壓能力，比其他形狀要更加堅固。愛迪生發(fā)明的電燈泡里面是真空的，然而燈泡外面卻無處不被空氣包圍，承受著很大的空氣壓力。因此，為了防止燈泡被空氣壓碎，人們將其底部做成了球形。公路上運送汽油的油罐車被做成圓柱體，也是為了讓油罐車更加堅固，經(jīng)得起磕碰，從而確保安全。