紙橋受力及橋面形狀的關(guān)系

-.z.紙橋承受能力與其橋面幾何形狀的關(guān)系一．引言實驗通過對五種不同形狀的紙作為橋面形成紙橋，測量他們承受外力的大小，發(fā)現(xiàn)#形承受力最大。設(shè)計出最正確構(gòu)造橋梁，體驗本課題組的創(chuàng)造力、團隊協(xié)作能力。二．關(guān)鍵詞承受、跨、形狀、長度、壓力三．研究背景從古老而雄偉的埃及金字塔到幽怨深邃的萬里長城，再到充滿現(xiàn)代氣息的金貿(mào)大廈?？v觀這些古今中外的著名建筑，在其雄偉壯觀的背后埋藏著許多豐富的幾何形狀。為了開掘并了解這些幾何形狀對物體的承受能力，我們課題組展開了一系列深入的研究和實驗。四．研究目的通過研究可以使我們對物體的幾何形狀的變化與紙橋的承受能力之間的關(guān)系有更深入地理解，從而可以了解當今世界上橋梁的構(gòu)造及其采用此構(gòu)造的原因。其二，我們課題組可以在研究的過程中找到研究帶給我們的樂趣，更重要的是培養(yǎng)創(chuàng)新、探索、**的精神。五．實驗研究1.

研究對象：紙橋、橋面的幾何形狀2.

研究內(nèi)容：一樣跨度哪種形狀承受外部壓力最大3.研究方法：實驗4.

研究器材：鉛畫紙〔做成橋面〕、糖〔提供對橋面壓力〕、木塊〔作為橋墩〕、刻度尺〔測量用〕、玻璃膠、膠水5.

實驗過程：a．取五*鉛畫紙，分別折成長度相等的且橫截面分別為"凹〞字形、圓形、W形、正方形和圓形中加V形。b．分別將五*橋面架在高度相等的兩個橋墩上。c．測量橋墩的相對高度〔一樣——43cm〕和紙橋的懸空跨度〔一樣——22cm〕以確保公平。d．將糖依次、分別放在各橋面上。e．測量紙橋倒塌前的糖數(shù)。f．屢次〔實為3次〕測量取平均值。g．統(tǒng)計數(shù)據(jù)。6.

數(shù)據(jù)統(tǒng)計：第一次第二次第三次平均"凹〞字形27202524正方形17181517圓形83767277W形130155108131#形1581621431547.

數(shù)據(jù)分析：#形承受能力要強于W形。W形承受能力要強于圓形。圓形承受能力要強于"凹〞字形。"凹〞字形承受能力要強于正方形。正方形最差。8.

實驗結(jié)果：我們通過實驗發(fā)現(xiàn)#形承受外力的能力最強，而正方形的承受能力是最弱的。因為"凹〞字形和正方形與圓形、W形、#形相比承受壓力的能力相差太懸殊，所以，我們把前兩者和后三者分為兩組來比擬：a."凹〞字形雖然比正方形能承受更大的壓力，但在兩座橋倒塌前，正方形自身的形變要小于"凹〞字形，而"凹〞字形橋面逐漸受壓時，兩片豎起的紙片會向里靠攏，最終倒塌。而正方形在逐漸受壓時，外形幾乎不發(fā)生什么變化，等到正方形四個角受力不均衡時，正方形會向一邊倒，從而形成菱形倒塌。如果真的用這兩種橋面來造橋，則這兩種都不應(yīng)用于車輛所過之橋，又由于正方形的橋面變化會比擬小，所以，建議選用正方形的作為人或動物所用之橋，而"凹〞字形的則應(yīng)不被采用。b.圓形橋面受到壓力時，它會逐漸變?yōu)轭愃朴诠靶蔚臉幼樱簿褪菆A底部的半弧向上弧，使力有一個循環(huán)從而可以更好地抵消力?？梢?，這也可以證明為什么古代會出現(xiàn)各式各樣的拱橋，而有些至今仍在使用。W形橋面就是在無限地分解力，通過實驗可以得出紙折的棱越多，則其承受壓力的能力就越強，這也就是我們3個數(shù)據(jù)相差如此懸殊的原因之一。而最后的形狀完全是前兩個的組合。這樣可以把前兩個形狀的優(yōu)點全表達出來，在圈中形成兩組循環(huán)力和兩組抵消力，便獲得了最大的支持力。c.W形和M形是有區(qū)別的。W形沒有把兩邊的紙片利用進去，而這恰恰就是其破綻之處，壓力容易使此兩處發(fā)生形變，也減小了旁邊幾個棱的作用效果。假設(shè)把W形倒過來，變成M形，那就好一些了。當然，單單這樣的形狀是不能成為橋梁的。六．實驗結(jié)果設(shè)想：雖然我們課題組的研究*圍十分有限，但我們把我們所研究到的有關(guān)內(nèi)容組合了一下，拼造成一座由我們實驗得出的最正確橋梁模型。我認為此橋的結(jié)實及受重力能力沒話說，就這樣也節(jié)省了許多材料，比全用石砌的節(jié)約了一大半石料。再者，其抽象派風格宛有現(xiàn)代藝術(shù)氣息。集價廉與物美于一身的新世紀建筑。七．實驗小結(jié)通過這次研究，使我們進一步了解了研究性課程的真正含義。它拓展了我們的視野，增長了見聞，也對物理的學(xué)習起了不小的作用。更重要的是，我們明白了一切要用事實說話，無論做什么事，只要有恒心、有毅力，就一定能成功。物體幾何形狀與承受力關(guān)系的探索高二〔3〕班朱銘煜、王航宇、*奇指導(dǎo)教師：陸趙華提出課題的緣由和背景：我們選擇這個課題的目的主要有兩個：首先，物體承受力的能力在我們的生活中應(yīng)用十分廣泛、無處不在，如我們**最近幾年所造的橋，它們的設(shè)計師就是充分的利用了力學(xué)知識。其次，我們應(yīng)該根據(jù)自己的興趣愛好來選擇課題，我們對物理比擬感興趣。所以，我們做了這個選擇。研究目的和意義：拓展物理知識，理論聯(lián)系實際。提出問題：烏龜有很大的負重力，你捉一只烏龜，用重物壓在它的背殼上或干脆站上去，再看看烏龜背顆有沒有壓碎？我們班級教室的三角廚的水缸里就有兩只小烏龜，可以用作試驗。試驗一器材：一只長約3.5cm小烏龜，三本100頁24開的硬面抄過程：把小烏龜放在水平桌面上，把一本硬面抄放在背殼正中——背殼毫無損傷；接著在放一本上去——依然安然無恙；然后在放一本上去——依然穩(wěn)如泰山。結(jié)果分析：龜殼吃得起重物的壓力，并不是組成龜殼的物質(zhì)有特殊的抗壓能力，根本的原因是龜殼的形狀幫了烏龜?shù)拿?。力學(xué)上有一條原理：決定*一物體的牢度，除了構(gòu)成物質(zhì)的本身強度外，還有一個重要因素，那就是它的幾何形狀。猜測：什么樣的幾何形狀最能承受力呢？課題成員各抒己見，有的認為是圓柱體，有的認為是四棱柱，有的認為是多邊體。解決問題：利用現(xiàn)有材料，通過紙橋承重和橫截面承受壓力的測試，做一樣跨度，不同形狀及〔豎直方向〕一樣周長，不同形狀的橫截面承受力的大小比擬。試驗二器材：用16開鉛畫紙制作好的圓柱體、四棱柱、多邊棱柱〔用三棱柱和六棱柱代替〕各一只、十一折等分的規(guī)則體、七折等分的規(guī)則體各一只；10個50克重的砝碼〔一盒〕，五本24開100數(shù)據(jù)記錄：1、周長一樣，不同的承受力比擬三棱柱一盒砝碼+一本24開100頁硬面抄四棱柱一盒砝碼+三本24開100頁硬面抄六棱柱一盒砝碼+四本24開100頁硬面抄圓柱體一盒砝碼+五本24開100頁硬面抄結(jié)果分析：可以看出圓柱體承受力最大，三棱柱承受力最小。根據(jù)有關(guān)資料得出：圓柱體由一個很好的受力特性，就是它各處所受到的力是十分均勻?qū)ΨQ。這樣可以保證接觸面不易損壞。假假設(shè)做成四棱柱或多邊棱柱，則在棱角處受到的力會特別大，容易破裂的地方正在這里。多邊棱柱的棱越多，平均每個棱角承受力就越大，還有就是每兩條邊夾角越大，越接近圓柱體，就越結(jié)實、穩(wěn)定。這就是為什么六棱柱比三棱柱、四棱柱承受力大的原因。2、一樣跨度不同形狀〔的形狀〕承受力比擬七折等分的規(guī)則體

9個砝碼十一折等分的規(guī)則體

10個砝碼結(jié)果分析：瓦片能承受的壓力卻不是每個人都能想象的，它們不僅能承受冬季積雪的重量，就是人站在上面也不會斷裂，這是就因為它的形狀的緣故。一*普通的白紙，兩端架空平放時。中間總會下垂。但如果把這*紙折成一曲一曲的W字型，它就能挺直而不下垂，這就是因為一*薄紙的剛度很小，而折幾次后，它的剛度就隨著它的形狀的改變而大大增加。如把波紋瓦切下一個波，既兩個相連的半圓形，重疊在一起就成了圓筒，比單純的兩層相疊厚了許多，難怪它會這么鞏固！知識拓展：在生活金屬管是常見的，根本形狀是圓形、橢圓形、矩形等幾種。這是根據(jù)需要來決定的，一般圓形的最多。金屬管做成圓形的道理是顯而易見的，因為圓形的管子，在同一溫度，同一體積的情況下，所流經(jīng)的氣體、液體的量要比任何形狀的流經(jīng)得多，這是其一；圓形的管子，內(nèi)壁和外壁的各個方向和部位所承受的壓力都是一致的，比其他形狀的管子能承受更大的壓力，這是其二；生產(chǎn)圓形金屬管，在制造工藝上要比制造其他形狀的管子更方便，這是其三；還有一個更重要的道理，就是只有圓形的管子能夠穿過任何形狀的空間，不管你是長方形的，三角形的或是其他不規(guī)則形狀的空間，圓形管子都能順利通過，這是其優(yōu)越處。況且各種電纜、輪軸又都是圓形的。試驗的局限與成功：由于實驗條件不佳，可提供的砝碼數(shù)量有限，只能用硬面抄代替，故準確度不高；試驗樣品制作雖然標準，但是還不是十分完善?？偠灾?，從實驗的準備、過程、結(jié)果都比擬合理，到達了預(yù)期的目的。尤其在指導(dǎo)教師細心幫助下，組員的積極配合下，使得研究得以順利完成?？偨Y(jié)：通過研究，我們學(xué)習到了許多關(guān)于課題的知識，相信能給日后進一步深入研究打下了根底。不僅如此，更鍛煉了我們的動手動腦能力，如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這無疑是潛移默化的。*參考資料："十萬個為什么"物理分冊橋梁構(gòu)造研究高二〔12〕楊森、周慧成、毛尖指導(dǎo)教師：陸教師一．引言橋梁作為一跨越構(gòu)造，其造型千姿百態(tài)，這主要受其跨度、材料、荷載幾大因素的影響，當然也包括人的意識形態(tài)或者說是審美趨向的影響。只是一些出色的橋梁工程師，他們利用自己對工程構(gòu)造的深刻理解，大膽、執(zhí)著、創(chuàng)造性地設(shè)計出許多偉大的橋梁〔式〕，如林同炎設(shè)計的反吊橋、曲線斜拉橋、展翅梁橋及預(yù)應(yīng)力鋼橋等。對橋式進展科學(xué)的分類、評價，并尋找新的橋式，是橋式最優(yōu)設(shè)計理論在實踐中的運用。二．構(gòu)造方案良好的構(gòu)造方案是良好構(gòu)造設(shè)計的重要前提。因為在構(gòu)造設(shè)計中，無論多么完美的構(gòu)造計算都無法彌補經(jīng)構(gòu)造構(gòu)思而形成的構(gòu)造方案中的缺乏，相反，良好的構(gòu)造方案卻能夠局部彌補構(gòu)造計算中的缺乏。由此可見構(gòu)造構(gòu)思的重要性。為此我們小組作了橋梁構(gòu)造的。三．橋式評價①6類橋式均能滿足橋梁功能的要求；②所有橋式在主要受力面內(nèi)能夠滿足幾何不變性，但在橫向，索橋表現(xiàn)為一軟化構(gòu)造，尤其是懸索橋；③U型橋一般不存在失穩(wěn)問題，而拱橋存在失穩(wěn)問題，索橋存在動力失穩(wěn)問題；O型的外表不易承受重物。④拱橋與索橋傳力路徑簡捷，應(yīng)力較均勻，適宜大跨橋梁，但U型橋傳力不簡捷，應(yīng)力不均勻，不適宜較大的跨度；⑦現(xiàn)在用得最多的斜拉橋，我們發(fā)現(xiàn)有一顯著的缺點：水平加勁梁承受軸向壓力，跨度越大，距塔根越近，壓力就越大。這是斜拉橋跨度至今未超越千米大關(guān)的主要原因。四．附言〔引自組員毛尖〕1.橋梁特有的美學(xué)特征：橋梁有別于其它構(gòu)造的美學(xué)特征有：通達之美、凌空之美、流暢之美及剛?cè)嶂?。橋梁由此岸到達此岸，使道路通達，因而有其功能美-通達之美。橋梁為一跨越構(gòu)造，其騰空飛架的梁索讓人感受到了凌空之美，因此較路基有通透感。橋梁為一帶狀構(gòu)造，長大橋中的豎曲線設(shè)置使橋面看上去連續(xù)流暢、纖細輕快。橋梁構(gòu)造兼顧了剛?cè)嶂?。梁、拱之纖細、親切、委婉，墩塔之雄壯、莊嚴、高昂，斜索之力感、動感、方向感，大纜之起伏、飄動、流暢、*力感等。2.橋梁與環(huán)境協(xié)調(diào)準則工程構(gòu)造的造型與體量應(yīng)與周圍環(huán)境〔如河、海、峽谷、房屋建筑、道路、大型雕塑、樹林或原野等〕協(xié)調(diào)。3.形式感與量感準則合理的構(gòu)造應(yīng)有形式感和量感。形式感是指藝術(shù)領(lǐng)域中形式因素本身對于人的精神所產(chǎn)生的*種感染力。如：①水平線條給人的感受是親切、委婉，它使人聯(lián)想到平靜的水面、一望無際的平原；②垂直線條給人的感受是莊嚴、高昂，它使人聯(lián)想到向上生長的樹木、挺立蒼穹的高山。③斜線具力感、動感和方向感；④波形線條可以產(chǎn)生流動感、跳躍感；⑤懸挑線條可以產(chǎn)生靈巧感、騰越感；⑥半圓曲線會使人聯(lián)想到掛在空中的彩虹；兩個半圓曲線的組合會使人聯(lián)想到展翅飛翔的海鷗；五.自我評價由于實驗條件的限制，不能把試驗做到盡善盡美，因此存在著一些誤差和弊端。通過這次研究，使得我們懂得了書本以外的更多知識，更訓(xùn)練了我們的思維能力和動手能力。在生活中要善于發(fā)現(xiàn)問題，尋找知識，從而解決問題，這才是研究型課程的宗旨所在。參考文獻【1】中國大百科全書，土木工程【M】.1987?！?】林同炎等著，路湛沁等譯，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造設(shè)計【M】.中國鐵道，1983。【3】紀念茅以升百歲誕辰橋梁學(xué)術(shù)會議【C】1995。【4】布正偉，現(xiàn)代建筑的構(gòu)造構(gòu)思與設(shè)計技巧【M】.**.**科學(xué)技術(shù)，1986?！?】中國大百科全書編寫組，土木工程【M】..中國大百科全書，1987。【6】李廉錕.構(gòu)造力學(xué)【M】..中國鐵道.1996。后記到目前為止，跨度最大的拱橋建在美國，其跨徑為518米，未來盧浦大橋的跨徑則達550米，超過美