中國拱橋的力學 不用釘子也能負荷十倍負重

2018.08.19 03:38PM
52500
癮科技, Mechanics, Thigh, Structure, Wood, Nail, Arch, Structural load, Arch bridge, Mortise and tenon, 137207, leg, thigh, human leg, joint, shoulder, knee, standing, floor, arm, physical fitness

釘子易生鏽、鬆動,維修成本高,使用力學結構竟然可以直接依靠木頭搭建超強結構。

說到力學,這個結構則是運用了拱形本身具有的上推力量,來承受人體的重力,同時也具有美學作用。但必須精確計算木材間的接合,來造成上述的推力,一旦計算錯誤,不但無法承重,整個結構更會解體。

拱形結構的圓心在結構下方,因而向心力方向向下,這樣就使得自身重力mg與支撐力N1的合力向下,即支撐力小于重力,也就是拱形結構耐重。F=Mg-N1,所以 N1=Mg-F。凹形結構的圓心在橋上方,因而向心力F就向上,這就使重力Mg與支持撐力N2的合力向上,即支撐力大于重力。

拱形是一種很特別的結構,它可以將拱頂所負載的重量,傳遞到兩側;以拱橋為例,用來做橋的石材,本身是很重的,但是這個重量會被分散到兩邊的拱柱,因此,拱形特別的耐重、堅固,難怪建築師們喜歡把拱形用在橋樑、拱門或大型建築的屋頂上。

近日在抖音上的一個影片,連榫接都沒做,透過拱橋的力學原理,就搭起了承受一個成年男子和一張椅子的重量,而且相當穩:

是不是很神奇,除了拱橋的力學外,讓我們再多學一些關於榫的知識:

榫卯,被稱為「歎為觀止」的祖先智慧,是傳統木藝的靈魂,誕生在7000多年前的河姆渡新石器時代。在古代,曾出現過很多採用榫卯結構建造而歷經千年不倒的建築傳奇。這項獨特的工藝創造,榫卯結構也蘊含了古人的哲學智慧。

榫,剡木入竅也。俗謂之榫頭。亦作筍頭。榫卯(sǔn mǎo)是在兩個木構件上所採用的一種凹凸結合的連接方式。凸出部分叫榫(或榫頭);凹進部分叫卯(或榫眼、榫槽)這是古代中國建築、家具及其它木製器械的主要結構方式。

榫卯結構極其複雜,往往凝聚著木匠的奇思妙想及獨具匠心。榫卯結構工藝之精確,扣合之嚴密,間不容髮,有天衣無縫之感。

榫卯結構影響深遠,至今古典紅木家具中依然發揮著不可替代的作用。棄用其他任何非木質材料,能工巧匠們利用各種木聯結來解決拼接、定向、移動、旋轉等結構。其巧妙的力學原理運用和結構學知識的駕馭令人驚嘆!

豎向和橫向結構相互搭接,採用的是木楯銜接工法。

在現代化發展中,丟失了很多寶貴的傳統工藝。對傳統工藝最好的保護,並不是把它劃歸到非物質文化遺產,而是讓它融入我們的生活中。

回應 66

66 則回應