关键概念

力 

压力

拉力

简介

你是否曾经思考过，为何桥梁在重力、气候和繁重交通负担下仍能屹立不倒？感觉上，建造一座大桥是一件很难的事情，但也是基于我们日常经历的简单的力学。你有没有试过踩在一个空的易拉罐上？或者参与拔河比赛？如果你了解这些，那么你一定也对吊桥工程有所了解！

“压缩”和“拉伸”是这世界上可以感觉和看见的两种力。你能从哪儿找到压力（提示：空的易拉罐）和拉力（提示：拔河比赛）的例子呢？

通过大量的数学计算，土木工程师把吊桥中承受压力和拉力分散到合理的位置，保证它们共同合作、一起承担起世界上最长的跨度。找一个伙伴，准备几件常用的家居物件，你就可以知道吊桥是如何工作的了。并且，你还可以比较吊桥和梁石桥，到底哪个更坚固。

背景

600多年前，人们就开始跨越河流和运河建造吊桥。今天，你仍然能够在偏远丛林深处和大多数主要城市里发现吊桥。在美国，最著名的两个吊桥要数旧金山的金门大桥和纽约市的布鲁克林大桥。

吊桥的主要部分为桥塔、悬索、桥面和锚锭。你也许能猜到，长长的悬索是吊桥上最独特的部分。悬索的两头分别锚在桥的两岸，然后绕过高塔的顶端，渐渐下降，将桥面（道路或者人行道）吊起来。

材料

一个伙伴

三根秸秆：一根作为桥塔，另两根作为桥板。

剪刀

一段绳子，四尺长，用于吊桥缆绳

纸胶带

大号回形针

簸箕（纸盒、外卖盒也行）

比较重的坚果、螺钉或者其他体积小重量大的物品，用作桥面的负重。

尺子

准备工作

1.将两把一样高的椅子，以相隔7英寸的间距摆放起来

2.小心地把一根秸秆截成两端，制成两座桥塔

3.在这两段秸秆的顶部划出一个小缝，用于插入细线

4.剪出一段4英寸长的细线

5.把胶带放在手边

实验步骤

1.你可以亲身体验一下支撑吊桥的力是什么样的。首先站起来，面对你的搭档。

2.握住搭档的手，小心地慢慢向后靠，千万别放手！你能感觉到一股被拽着的力吗？这与哪一种力相关？这其实是拉力，也就是吊桥缆绳所利用的力。

3.再次面向你的搭档，把手掌对着你的搭档的手。现在，小心地慢慢靠向他。你现在感觉的什么力呢？这个是压力，桥塔就承受着这样的力。

4.现在你知道拉力和压力的感觉了，我们可以建造两种桥，比较它们的强度。我们先从做模型开始。把一根半截的秸秆（桥塔）用胶带粘一只椅子的顶上，含切割缝的一端在上，缝的开口正对着另一把椅子。用同样的方法将另一半秸秆站在另一把椅子上。两条切割缝应该能连成一条平行于地面的线，秸秆的距离保持为7英寸。

5.用4英尺的线的中间部分，在一根完整的秸秆缠绕两圈，这就是我们的“桥面”。

6.把这个秸秆的两端，分别粘到两座秸秆塔的底部，将两座塔连接起来。

7.将系在桥面上的细线的一头，穿过秸秆塔的顶部的细缝至另一端。为了锚固桥面，把线头绑到椅子上。线的另一头也按相同的方法穿过另一座桥塔顶部的小缝，并拴在椅子上，一座吊桥就诞生啦！

8.在“桥面”秸秆上别一个大号回形针，用于悬挂空簸箕或饭盒。往篮子里放入重物，记录你放入物件的数量，直到桥垮掉。（如果秸秆弯曲，或者折断，桥就算垮了~）

9.现在我们将要建造梁式桥。解下上面的绳子，并小心地把秸秆塔切成两半。

10.把一根秸秆塔粘到椅子边上，同样地，把第二根塔粘到第二把椅子的同一高度。

11.将两座塔以相隔七英寸的距离摆放在一起。

12.现在，把一根长秸秆粘到两根短秸秆的底端。这个就是你的“梁”，上面可以铺就公路、小道或者火车轨道等。你已经造出了一座梁式桥！你认为梁式桥能够承受的重量，比吊桥更多还是更少？为什么？

13.把篮子挂在桥面上，重新进行测试，一次添加一个重物。

14.哪种桥更加坚固？桥会在哪些地方发生坍塌？桥的哪些位置最为薄弱？

附加实验：设计一座跨度更大的桥。看看你能否设计出跨度为上面桥梁2倍（14英寸），而且能承受同样重量的桥。你需要改变桥梁的哪个部分？（提示：你可能需要加强桥塔与椅子之间的粘结强度、把线在甲板上多绕几圈，或者把锚定的位置向后移。）

观察与结果

哪种桥将能够承载更大的重量？你为什么这样觉得？

当所有的材料与环境都相同的时候，吊桥可以比梁式桥拥有更大的跨度。这是因为，吊桥的桥面或者道路，是由缆绳的拉力和塔的压力共同承担的，而不仅是靠桥的基座。而且，吊桥刚性较低，可以更好的承受外力，比如地震横波的侧向力。你是否曾经穿越过梁式桥或吊桥? 看看在你周围的环境，哪里能找到这种桥。

清理实验工具

1. 丢掉秸秆，绳子和胶带

2. 将重物放回原处