趣味科學實驗:N100.一張A4紙可以承受多少重量?

2021-02-20 趣味科學實驗

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一 實驗現象 


【實驗視頻來自網絡】

二 實驗材料

         一張A4紙、書若干本,膠布

三 實驗步驟

 【第1步】現將A4紙對摺撕開,變成等大的兩份。


【第2步】然後再對摺撕開,分成等大的四份。

【第3步】將四個等大的紙做成如下四種形狀,用膠布粘貼。

【第4步】先向三角形上面放入,看可以承重幾本書的重量。

【第5步】然後向正方形上面放書,看可以承重幾本書的重量。

【第6步】然後向五邊形上面放書,看可以承重幾本書的重量。

【第7步】最後向圓形上面放書,看可以承重幾本書的重量。

【拓展實驗1】物體直接放到紙上無法承受。

【拓展實驗2】將紙摺疊成波浪形(側面看三角形如下圖)承重大大增加。

【拓展實驗3】將一張紙這貼然後在紙盒裡面放入硬幣。

【拓展實驗4】在下面加如一張拱形紙橋可以承受硬幣重量增大很多。

【拓展實驗5】斜拉橋可以承受更大的重量。

【拓展實驗6】用紙張做的橋梁模型可以承重250公斤也沒有損壞。

四 實驗原理

        實驗告訴我們,沒有形成封閉的支撐面的物體,承重能力很差。因為邊緣處左右不對稱使邊緣處承重最弱而塌陷,進而使體系傾倒。當形成封閉的的支撐面,體系承重大大提高。其實我們可以進一步細化實驗,首先折成封閉三角形,再折成封閉四邊形、五邊形···等等我們會發現,「角」不容易變形,「邊」最容易變形,即「角」支撐力強,「邊」支撐力弱。而體系承重量和穩定性由支撐力弱的結構的閾值決定,圓是沒有角的幾何結構,力的分布最均勻,因此承重力最強。這表明,宏觀材料的強度不僅與材質有關,獨特的結構也能給人神奇的驚喜。

          圓形和拱形在工程和實際中有廣泛地應用,例如聞名於世的趙州橋,基本才用拱形結構。


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