为什么说埃菲尔铁塔不如芦苇?
坐落在法国塞纳河畔的300米高的埃菲尔铁塔,是1889年为纪念法国大革命100周年而建。埃菲尔铁塔是巴黎人的骄傲,因为它曾经是世界上最髙的建筑。但是在1887年的严冬, 开始破土动工的时候,却遭到当地居民强烈的反对,他们害怕 铁塔会倒下来,并纷纷上法院去告状。 当铁塔按照图纸一层层 精确地铆接起来以后,结实、漂亮的塔身才消除了人们的疑虑, 法兰西共和国为铁塔的落成举行了隆重的典礼,还为设计铁塔 的工程师埃菲尔塑了一座半身铜像,立在塔前。一百年过去了,埃菲尔铁塔不仅成为一个旅游胜地,也是法国电视广播的中心。 人类从造石塔、砖塔到空心铁塔,是建 筑史上的一大进步,因为空心铁塔省料、省工。高...全部
坐落在法国塞纳河畔的300米高的埃菲尔铁塔,是1889年为纪念法国大革命100周年而建。埃菲尔铁塔是巴黎人的骄傲,因为它曾经是世界上最髙的建筑。但是在1887年的严冬, 开始破土动工的时候,却遭到当地居民强烈的反对,他们害怕 铁塔会倒下来,并纷纷上法院去告状。
当铁塔按照图纸一层层 精确地铆接起来以后,结实、漂亮的塔身才消除了人们的疑虑, 法兰西共和国为铁塔的落成举行了隆重的典礼,还为设计铁塔 的工程师埃菲尔塑了一座半身铜像,立在塔前。一百年过去了,埃菲尔铁塔不仅成为一个旅游胜地,也是法国电视广播的中心。
人类从造石塔、砖塔到空心铁塔,是建 筑史上的一大进步,因为空心铁塔省料、省工。高300米的埃 菲尔铁塔,只用了 27个半月就安装完毕,这是人类智慧的结晶。埃菲尔铁塔虽然威名远扬,但是和自然界里的一些生物体 一比较,也就算不上是什么奇迹了。
生物体往往在省料、结实 方面比人类的创造物要高明得多。一根芦苇一般高2米,而它 的直径只有1厘米,高度和直径之比为200 :1。而在人类的建 筑物中却找不到比例如此之大的纤细高层结构。埃菲尔铁塔 高300米,虽然上面部分较细,可它的高度和宽度相比就比芦 苹逊色多了。
为什么高而细的芦華不会轻易折断呢?因为芦苇是中空 的。为什么中空的物体就有这么大的“本领”呢?下面用一块长条橡皮做一个实验来回答这个问题。在橡皮的侧面上画两条线把橡皮分为三等分,然后再画上 一些距离相等的格子。
弯曲你的橡皮,正方形的格子变成了扇 形。这是由于外层伸长了,里层压缩了。因为橡皮的中间那层 格子变化不大,所以中间的一层既不伸长也不缩短。从受力来 看,既不伸长也不缩短,表明它不受力。这就是说,中间这一层 对抵抗弯曲没有作用,只是白白地增加了重量,还不如把它去掉更好。
这就是中空承力的原理。大自然是最高明的“建筑师”!自然界里的生物体在进化的过程中,早就运用了这个材料力学中的秘密,许多植物的茎 是中空的。细而高的芦苇之所以能“耸立”在那里,就是因为空心芦苇虽然减少了自身的重量,而抗弯力却没有减少。
现在, 我们走到工地上去看看就会发现,有空心水泥楼板和工字梁。 工字梁是管子的变形,它的中间层做得特别薄,可以节省材料, 减轻重量。如果建筑房屋的时候需要一根很粗的房梁,用一根粗大的 工字梁就会显得十分笨重。
所以人们用槽钢或角铁焊成一个 空心的铁架子,建筑中叫桁架,是节省材料的结构。架子的上 边承受拉力,下边承受压力,中间用一些短的材料支撑,省去了 大量的材料,结构轻,然而能承载的力量却很大。铁路大桥和 铁塔都是由桁架组成的。
这个设计够巧妙的了。人类发明的桁架很高明,但是锯开一根新鲜的动物骨骼研 究一下,就不敢下这个结论了。你会看到,骨骼的外层是致密 的骨密质,里层是一些结构稀疏的像蜂窝一样的骨松质,再里 面就是中空的充满了造血功能的骨髓。
起初人们认为骨松质 的排列是杂乱无章的,但是经过精密的X光透视的测量,才知 道骨松质的排列是严格有序的,是从里面支持着骨骼使它更加 结实的组织结构,就像建筑上桁架中的小铁梁,所以人们把骨 松质又叫做骨小梁。
一位建筑工程师用力学的原理,通过电子计算机设计了一 根骨骼的骨小梁结构,结果和真实的骨小梁十分类似。大自然真是了不起,从某种意义上说,保护大自然就是保护我们的“老师”!。收起