埃菲尔铁塔不如一根芦苇

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　　坐落在法国塞纳河畔的300米高的埃菲尔铁塔是巴黎人的骄傲,因为它曾经是世界上最高的建筑物。但是在破土动工的时候,却遭到当地居民的强烈反对。他们害怕铁塔倒下来,并纷纷上法院告状。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。
　　人类从建造石塔到空心铁塔,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个月就安装完毕,这是人类智慧的结晶。
　　一百多年过去了,埃菲尔铁塔依然牢固地屹立在巴黎。但是,如果我们单纯从结构上看,埃菲尔铁塔和自然界的一些生物相比,其实也就算不上什么奇迹。自然界的生物体在结构上往往比人类的建筑物高明得多,尤其在省料结实方面。
　　比如一根芦苇,一般高2米,而它的直径只有1厘米,高度和直径比为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,可把它的高度和宽度相比,就比芦苇的结构逊色多了。
　　为什么高而细的芦苇不会轻易折断呢?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?
　　我们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,把橡皮分成三等分,然后再画上一些距离相等的格子。我们弯曲橡皮时,发现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。因为橡皮中间的那层格子变化不大,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,中间的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。这就是中空承力的道理。
　　大自然是最高明的建筑师。自然界里的生物体在进化过程中,自然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挺立在地面,就是因为芦苇虽然减少了自身的重量,抗弯曲的力却没有减少。
　　现在,我们走到工地上去看看,就会发现有不少空心水泥楼板和工字梁。工字梁是管子的变形,它的中间做得特别薄,可以节省材料,减轻重量。
　　如果在建造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,这是节省材料的结构。架子的下边承受拉力,上边承受压力,中间用一些短的材料支撑,省去了大量的材料。结构轻,然而能承受的力量却很大。铁路大桥和铁塔都是由这种结构构成的。
　　如果锯开新鲜的骨骼研究一下,我们也会得到一些启示。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X线的测量,才知道骨松质的排列是严格有序的,是从里面支持着骨骼,使它更结实的组织结构,就像建筑中的小铁梁,所以人们把骨松质又叫做骨小梁。

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