形状的妙用_参考网

形状的妙用

2022-09-30薛海凤

科学大观园 2022年19期

薛海凤

生活中常见的形状有三角形、四边形、圆形、拱形等，广泛应用于地球各个角落。三角形最显著特点是稳定性，不易变形，稳固耐压。自行车架、篮球架、斜拉索桥、起重机三角形吊臂、屋顶、三角形支架、相机三脚架、高压线铁塔、上海东方明珠电视塔、埃及金字塔等都充分利用三角形的稳定性。三角形是由同一平面内不在同一直线上的三条线段首尾顺次连接所组成的封闭图形，在数学、建筑学均有应用。三角形的稳定性是指只要三角形三边的长度确定，这个三角形的形状和大小就完全确定的性质。

三角形结构在工程上有广泛应用，许多建筑都是三角形结构，如：埃菲尔铁塔、金字塔、卢浮宫、新奥尔良城、挪威北极大教堂等。现在的房子虽然很高，但是它十分稳定，重要功劳归于三角形的坚固作用，房子侧面人字架部分有三角形，房子的板带基础横剖面有两个三角形，使房子更稳固，不易变形，不易倒塌。开窗也运用了三角形稳固的性质，两个支点固定在墙壁或窗架上成为轴，一个点在另一侧安装把手或扣子，使其收开自如，安全又方便。柜子是我们家中不可缺少的家具，也有三角形的功劳，能工巧匠们在柜架榫头处打进三角形的楔子，使柜子像磐石一样稳稳当当地站立着。

正方形、长方形、平行四边形都属于四边形，生活中很常见，窗户、桌子、门等是四边形。在同一个二维平面内，由两组平行线段组成的闭合图形，称为平行四边形。正方形、长方形也是平行四边形。平行四边形具有不稳定的特点在生活中应用很多。升降梯、吊车、消防云梯、折叠椅、简易谱架、电动伸缩门、地板砖、比例尺、庭院的竹篱笆、载重汽车的防护栏、绘图用的缩放支架、手工编的篮子等都利用了平行四边形的不稳定容易变形这一特点，使生活更方便。如学校、工厂、企业等单位的收缩性大门，利用平行四边形的不稳定性通过伸缩自由移动来控制门洞大小使大门可以收缩自如，控制行人或车辆的拦截和放行。折叠椅子、折叠伞棚不使用时收缩节省空间，拥有紧凑的外观，同时提升使用的方便性。升降机通过控制平行四边形形状的升降杆，使升降机降低或升高。

圆形是个看起来简单，实际上很奇妙的图形。圆是几何图形中最普通、最实用，却又最完美的图形。圆是平面中到一个定点距离为定值的所有点的集合。优美诗句“小时不识月，呼作白玉盘”“沙夹风而飞响，泉映月而无尘”“江天一色无纤尘，皎皎空中孤月轮” 等流传至今。圆月成就了很多著名景点，深潭映月，大漠孤月，南京秦淮河畔文德桥赏月，上海外滩圆月倒映在黄浦江上，杭州西湖的“平湖秋月”“三潭映月”等不胜枚举。圆形在生活中无处不在。碗口圆形，帽子口设计为圆形，方向盘、井盖、车轮是圆形的，蒙古包呈圆形，植物的根茎多是圆形的。车轮是圆形的一方面有利于滚动，无论是汽车还是自行车，车身都是装在轴上，如果车轮是方形的话，开动起来会上下颠簸。圆形的车轮子，轮边到圆中心距离相同，跑起来车身非常平稳，坐在车里也会感到很舒服。另一方面，周长一样大的图形里，面积最大的是圆形。车轮最开始是实心的，边缘不光滑呈不规则多边形，不仅行进中颠簸得厉害，且因实心，十分耗材和沉重且容易坏。经过能工巧匠及勤劳智慧人的改进，才有了现在的圆形车轮，大为节省了材料。绝大多数植物的根和茎的横截面是圆形的，因为在周长相等的情况下，围成圆的面积最大，导管和筛管的分布数量要比其他形状的多，吸收水分和养料的面积更大，输送能力更强，更有利于树木的生长。此外，圆柱形具有最大的支撑力，抗弯抗压强度大并且没有方向性，能有效防止外来的伤害。想象一下，如果植物的茎是方形或其他棱角的，更易受到外界的冲击伤害。圆形就不同了，狂风吹打时，不论风暴卷着尘沙杂物从哪个方向来，都会沿着圆面的切线方向掠过，受影响的只是极少部分。当树枝上挂满果实时，圆柱形能强有力地支撑着树冠，使树干不至于弯曲。故茎、树干的形状是植物对自然环境适应的结果。水池的塞子及下水道的盖子做成圆形，各个角度都不會掉进洞中。蒙古包为天穹式，呈圆形，因为圆形立在草原上，风雪阻力小，再大的地震中也不会变形，顶上不积雨雪，寒气不易侵入，是非常安全的住所。自来水管、煤气管等大多管道是圆柱形也是类似的道理。乒乓球、足球、篮球、排球、桌球等球类都是圆的延伸运用。圆球弹跳有规律，其他形状的球弹跳起来一会儿东，一会儿西，让你摸不着门儿。

拱形可以是平面的也可以是立体的，可以是圆或圆柱体的一部分，有时球形的一部分也算，也可以是抛物线、椭圆的一部分。拱形受压时会把这个力传给相邻的部分可以承受更大的压力，所以拱形能承受的力量更重。拱形门窗、拱形桥、窑洞、隧道、安全帽、锅盖等拱形在生活中的应用。