| 凹好？凸好？ ——浅谈拱桥形状 福建师大附中高一(1)班 杨超 |
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| 生活之中我们可以见到许许多多的桥，像立交桥、铁拱桥、跨海大桥……各种各样的桥梁架立在人们需要的地方，方便了人们的沟通和来往。但是不知道你留意了没有，几乎所有的拱桥都向上凸起，却没见拱桥向下凹进的桥。这仅是偶然的巧合，还是美学的普遍认可方式呢？其实都不是，只有向上凹出的桥拱才符合建筑科学的。
也许有人会说，向下凹陷的桥拱也不乏建筑根据。你看(见图1)，一辆汽车以V0的初速度向下行使。由于桥拱的形状向下凹陷，小车子在行使至拱桥底端时，由于小车前后产生高度差h，使小车的重力势能Ep发生变化。若选取桥拱底面为零势能面，忽略对小车的影响较小的阻力f，据机械能守恒定律，有
这时汽车功能最大，速度也最大，因此可以轻松爬上后一半拱坡。若不计能量的损失，汽车仍将以V0的速度驶离拱桥。这样的设计可以替汽车驾驶员们省下一大笔汽油费，为何不可以呢？ 这种想法固然好，但只片面从汽车身上考虑，而忽视了车下的桥。不妨一起来看看桥面的受力情况(见图2)。 (一)桥拱向上时 F向心1=G-N1=mg-N1 (注：f与运动方向在水平线上，不合成向心力) (二)桥拱向下时
也就是说，车子在拱形向下的桥行使时受到的最大支持力比车子在拱形向上的桥拱上行使时受到的最大支持力大得多。 据“牛顿第三定律”，车子在拱形向下的桥上行使时对桥面的压力远大于车子在拱形向上的桥上行使时对桥面的压力。 看来，设计拱形向上的桥是有科学依据的。没有严密的分析和完善的理论为依据，建筑师们可千万不可擅自标新立异的！ |
