拱橋的秘密

本期“科學主角”：

統(tǒng)編版語文三年級下冊《趙州橋》

課 文 再 現(xiàn)

這么長的橋，全部用石頭砌成，下面沒有橋墩，只有一個凈跨三十七米多的拱形大橋洞。大橋洞頂上的左右兩邊，還各有兩個拱形的小橋洞。

在生活中，我們經(jīng)?？梢钥吹焦皹?，如圖1。橋洞為什么要設(shè)計成拱形？拱橋有什么特別之處嗎？讓我們通過實驗來探究拱橋的秘密吧。

拱形結(jié)構(gòu)PK平面結(jié)構(gòu)

用兩塊銅皮分別搭建跨度為10 cm的平面結(jié)構(gòu)橋和拱形結(jié)構(gòu)橋，測試它們的承重能力。

測試發(fā)現(xiàn)：平面結(jié)構(gòu)橋只能承重1個砝碼（20 g），增加至2個砝碼時，橋就往下塌了，如圖2；拱形結(jié)構(gòu)橋能承重4個不同的砝碼（累計100 g），如圖3。對比發(fā)現(xiàn) ：拱形結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)承重能力強。

承重大挑戰(zhàn)

用銅皮做一個拱形結(jié)構(gòu)橋，往拱面頂部放面值5角的硬幣。你們猜它能承受幾個硬幣？

測試發(fā)現(xiàn)：隨著硬幣的增加，兩個拱腳會不斷向外推。當硬幣增加到6個時，橋變形嚴重。如圖4。

怎樣才能使拱橋承受更多的硬幣呢？根據(jù)上面的測試，我們發(fā)現(xiàn)拱頂受到的壓力會傳遞到拱腳，產(chǎn)生外推力。那么，如果用重物抵住兩個拱腳，不讓它向外推，結(jié)果會怎樣呢？

在拱腳兩邊分別放置2塊長條形、質(zhì)量為150 g的配重鋼板，繼續(xù)測試拱橋的承重能力。

測試發(fā)現(xiàn) ：挑戰(zhàn)到15個硬幣時，拱橋仍紋絲不動。隨著硬幣的繼續(xù)增加，拱腳雖然沒有向外推，但拱面開始變形。如圖5。

拱橋只能承受15個硬幣嗎？它的極限在哪里？根據(jù)上面的測試，可以發(fā)現(xiàn)：若給拱腳一個向內(nèi)抵的力，拱橋能承受更大的壓力，但壓力會傳遞到拱面的各個點，當壓力達到一定程度時，拱面就會發(fā)生變形。

我們沿著兩側(cè)拱面往上疊放更多的配重鋼板，加大對拱面各處的內(nèi)抵力，繼續(xù)測試。

測試發(fā)現(xiàn) ：挑戰(zhàn)到62個硬幣時，拱橋仍屹立不倒，只是拱面稍微變形，如圖6。

通過以上實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)拱形結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)承重能力更強，給拱面足夠的內(nèi)抵力，拱橋的承重能力就更大，這就是拱橋千年不倒的秘密。