神奇的悬浮术

在本期实验开始前，先来看一下这个神奇的结构——由一些非常简单的零件与软软的细线组成的摆件模型，不仅能稳稳地立起来，还能承受一杯水的重量。细细的线如同柱子一般，支撑起互不接触的整个结构。虽然结构之间有连线，但上半部分就像是反重力一樣悬浮在空中。

明明是细软的线，为什么能提供如此强大的支撑力呢？想必大家也和我一样觉得不可思议吧！

为了探究其中的力学奥秘，我们来一起做个小实验吧！

想一想

细线是如何让整个装置保持平衡的？你能提出自己的假设吗？

实验材料

棉线，PVC长管和短管若干，PVC 连接弯头10个，PVC三通接头2个，钻孔器一个。

实验步骤

1首先，在短管和弯头连接处钻孔，孔洞要保持上下对称。注意不要伤到手。

2将长管、短管组合成上图中的结构，一共组装两组。两组结构的形状、大小保持一致。

3用三条棉线分别连接侧边与中间的部分。

4看似两个散落的装置，只要将其中一个放置在另一个的上方，就能构成完美的平衡。

实验结论

实验里的“悬浮结构”其实是张拉整体式结构，这个词最早由美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）提出，是张力和整体两个词的混合体，是指由张力和拉力共同作用并达到平衡的结构。

提供张力的部分是中间较短的棉线，而两边的长棉线是提供拉力的，棉线在拉扯下会变得紧绷。这样一张一拉，刚好达到“力矩平衡”，就出现了实验中的“悬浮”现象。

知识拓展

由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点，最大限度地利用了材料和截面的特性，所以可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。

美国已故的著名工程师盖格尔（D.H.Geiger）在富勒创造的富勒张拉整体穹顶的基础上，发明了支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力张拉整体穹顶体系，即索穹顶，从而使得张拉整体的概念首次应用到大跨度建筑工程中。

其实，张拉结构在生活中很常见，我们的身体上就有张拉结构——肌肉在收到适当的神经信号时，会缩短自身从而产生拉伸力。

你在生活中还见过哪些张拉结构呢？