拱桥的秘密

本期“科学主角”：

统编版语文三年级下册《赵州桥》

课 文 再 现

这么长的桥，全部用石头砌成，下面没有桥墩，只有一个净跨三十七米多的拱形大桥洞。大桥洞顶上的左右两边，还各有两个拱形的小桥洞。

在生活中，我们经常可以看到拱桥，如图1。桥洞为什么要设计成拱形？拱桥有什么特别之处吗？让我们通过实验来探究拱桥的秘密吧。

拱形结构PK平面结构

用两块铜皮分别搭建跨度为10 cm的平面结构桥和拱形结构桥，测试它们的承重能力。

测试发现：平面结构桥只能承重1个砝码（20 g），增加至2个砝码时，桥就往下塌了，如图2；拱形结构桥能承重4个不同的砝码（累计100 g），如图3。对比发现 ：拱形结构比平面结构承重能力强。

承重大挑战

用铜皮做一个拱形结构桥，往拱面顶部放面值5角的硬币。你们猜它能承受几个硬币？

测试发现：随着硬币的增加，两个拱脚会不断向外推。当硬币增加到6个时，桥变形严重。如图4。

怎样才能使拱桥承受更多的硬币呢？根据上面的测试，我们发现拱顶受到的压力会传递到拱脚，产生外推力。那么，如果用重物抵住两个拱脚，不让它向外推，结果会怎样呢？

在拱脚两边分别放置2块长条形、质量为150 g的配重钢板，继续测试拱桥的承重能力。

测试发现 ：挑战到15个硬币时，拱桥仍纹丝不动。随着硬币的继续增加，拱脚虽然没有向外推，但拱面开始变形。如图5。

拱桥只能承受15个硬币吗？它的极限在哪里？根据上面的测试，可以发现：若给拱脚一个向内抵的力，拱桥能承受更大的压力，但压力会传递到拱面的各个点，当压力达到一定程度时，拱面就会发生变形。

我们沿着两侧拱面往上叠放更多的配重钢板，加大对拱面各处的内抵力，继续测试。

测试发现 ：挑战到62个硬币时，拱桥仍屹立不倒，只是拱面稍微变形，如图6。

通过以上实验，我们可以发现拱形结构比平面结构承重能力更强，给拱面足够的内抵力，拱桥的承重能力就更大，这就是拱桥千年不倒的秘密。