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“弯弯”的建筑

2022-05-22阮征

数学大王·中高年级 2022年5期
关键词:胡夫双曲面金字塔

阮征

长方体,正方体,一层楼,两层楼……看着这些方方正正的建筑,你有没有想过要像捏橡皮泥那样,将它们捏成各种形状呢?那就快来一起看看逐渐变“弯”的建筑吧!

啦啦啦,啦啦啦,我是播报的小行家,一边走一边报。今天的热点真正好,快来组队看报道。

●建筑也很“硬汉”

金字塔是直线建筑的代表之一。我们都知道,三角形具有稳定性,所以由直线构成的三角形金字塔,不仅看上去庄严宏大,其抗风性能也是一流的。但你知道吗?胡夫金字塔不仅外表是标准的三角形,连塔内神秘墓室的长、宽、高之比也恰好为3:4:5,这正是勾股定理的比值!可以说,胡夫金字塔从内到外都和稳定的三角形有关,充满了“硬汉”属性。

为什么直线建筑会让人这么想“捏”它们呢?

人的身体长时间绷直都会感觉非常累,而那些一刻也不能松懈的直线建筑想必更加“辛苦”。所以設计师用他们的大手,将建筑“捏”得越来越弯,让建筑可以弯着腰,多休息一会儿。

●建筑也会“打太极”

曲线是指动点运动时,方向连续变化所成的线。比如,羽毛球、篮球等球类连续运动的轨迹就是一条曲线。

曲线的方向是在不断改变的。这样一来,曲线建筑在受力时,一部分力就会像滑滑梯那样,沿着曲线结构分散开。因此,曲线建筑在遇到强风天气时,靠着这套“太极拳”,可以将一部分风力向外转移到相邻的部位,让曲线建筑各部分都能团结起来“共渡难关”,大大增强了建筑的抗风能力。

据科学家计算,曲线型的圣路易斯大拱门即使遇到时速80千米的大风,其摆动幅度也仅有5厘米。

●建筑的“迷彩服”

说完“线”,你肯定会联想到“面”。曲面,顾名思义,一条直线或曲线在空间连续运动所形成的轨迹就是曲面。那条形成曲面的运动的线叫作母线。

广州塔的外形就是典型的单叶双曲面,也叫直纹面。它是通过围绕其主轴旋转双曲线而产生的表面。

可单叶双曲面看起来明明是弯的,怎么能叫直纹面呢,这不是“欺骗”读者吗?

俗话说“不要被事物的表面现象所迷惑”,如果小读者有机会去广州塔游玩,就会看到广州塔的每一根柱子自下而上都是直的!是不是很惊喜?

其实,直纹面的每条母线都是直线。简单来说,直纹面外侧虽然看上去像是光滑的曲线——中间细、两头宽,但是实际上可以看作由一堆笔直的柱子斜着搭起来的曲面。所以曲面并不一定都由曲线组成,它还可以由直线组成。

当然,这种由数学产生的错觉美不仅隐藏在建筑中,还会出现在我们的出行、饮食、娱乐中。你找到它了吗?

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