在本期實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先來(lái)看一下這個(gè)神奇的結(jié)構(gòu)——由一些非常簡(jiǎn)單的零件與軟軟的細(xì)線(xiàn)組成的擺件模型，不僅能穩(wěn)穩(wěn)地立起來(lái)，還能承受一杯水的重量。細(xì)細(xì)的線(xiàn)如同柱子一般，支撐起互不接觸的整個(gè)結(jié)構(gòu)。雖然結(jié)構(gòu)之間有連線(xiàn)，但上半部分就像是反重力一樣懸浮在空中。

明明是細(xì)軟的線(xiàn)，為什么能提供如此強(qiáng)大的支撐力呢？想必大家也和我一樣覺(jué)得不可思議吧！

為了探究其中的力學(xué)奧秘，我們來(lái)一起做個(gè)小實(shí)驗(yàn)吧！

想一想

細(xì)線(xiàn)是如何讓整個(gè)裝置保持平衡的？你能提出自己的假設(shè)嗎？

實(shí)驗(yàn)材料

棉線(xiàn)，PVC長(zhǎng)管和短管若干，PVC 連接彎頭10個(gè)，PVC三通接頭2個(gè)，鉆孔器一個(gè)。

實(shí)驗(yàn)步驟

1首先，在短管和彎頭連接處鉆孔，孔洞要保持上下對(duì)稱(chēng)。注意不要傷到手。

2將長(zhǎng)管、短管組合成上圖中的結(jié)構(gòu)，一共組裝兩組。兩組結(jié)構(gòu)的形狀、大小保持一致。

3用三條棉線(xiàn)分別連接側(cè)邊與中間的部分。

4看似兩個(gè)散落的裝置，只要將其中一個(gè)放置在另一個(gè)的上方，就能構(gòu)成完美的平衡。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)里的“懸浮結(jié)構(gòu)”其實(shí)是張拉整體式結(jié)構(gòu)，這個(gè)詞最早由美國(guó)著名建筑師富勒（R.B.Fuller）提出，是張力和整體兩個(gè)詞的混合體，是指由張力和拉力共同作用并達(dá)到平衡的結(jié)構(gòu)。

提供張力的部分是中間較短的棉線(xiàn)，而兩邊的長(zhǎng)棉線(xiàn)是提供拉力的，棉線(xiàn)在拉扯下會(huì)變得緊繃。這樣一張一拉，剛好達(dá)到“力矩平衡”，就出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中的“懸浮”現(xiàn)象。

知識(shí)拓展

由于張拉整體結(jié)構(gòu)固有的符合自然規(guī)律的特點(diǎn)，最大限度地利用了材料和截面的特性，所以可以用盡量少的鋼材建造超大跨度建筑。

美國(guó)已故的著名工程師蓋格爾（D.H.Geiger）在富勒創(chuàng)造的富勒張拉整體穹頂?shù)幕A(chǔ)上，發(fā)明了支承于周邊受壓環(huán)梁上的一種索桿預(yù)應(yīng)力張拉整體穹頂體系，即索穹頂，從而使得張拉整體的概念首次應(yīng)用到大跨度建筑工程中。

其實(shí)，張拉結(jié)構(gòu)在生活中很常見(jiàn)，我們的身體上就有張拉結(jié)構(gòu)——肌肉在收到適當(dāng)?shù)纳窠?jīng)信號(hào)時(shí)，會(huì)縮短自身從而產(chǎn)生拉伸力。

你在生活中還見(jiàn)過(guò)哪些張拉結(jié)構(gòu)呢？