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为什么桥大多设计成拱形呢

生活中,我们见过许许多多的桥。这些桥大多设计成拱形的,这是为什么呢?为什么不设计成凹形的呢?况且设计成拱形的桥,还会给交通造成不便。因为如果是跨度比较小的桥梁还无所谓,如果是跨度较大的桥梁,就会拱顶很高,进而使得坡度比较大,这样一来,无论是行人还是车辆通过时,都非常不便。如果设计成凹形的桥,汽车还会省油,因为汽车在向下行驶时,会有一个向前冲的力,具有一定的势能,这个势能便可以帮助它顺利地到达桥的那一端。难道我们的桥梁专家不明白这一点吗?实际上,我们的桥梁专家怎么会不明白呢,设计成拱形不仅仅是美观好看,这里面还蕴含一定的力学原理的。
方法/步骤

桥设计成拱形,是因为当汽车经过时,桥所承受的压力比较小,桥体所需要的支撑力便小。而相比之下,凹形桥承受的压力较大,桥体所需要的支撑力便大。这是为什么呢?因为无论是拱形桥还是凹形桥,当汽车通过大桥时,由于汽车方向的改变产生的向心加速度,需要向心力F。拱形桥的圆心在桥下方,因而向心力方向向下,这样就使得自身重力mg与支撑力N1的合力向下,即支撑力小于重力,也就是拱形桥耐重。F=Mg-N1,所以 N1=Mg-F。凹形桥的圆心在桥上方,因而向心力F就向上,这就使重力Mg与支持撑力N2的合力向上,即支撑力大于重力。也就是凹形桥不耐重。F=N2-Mg,所以 N2=F+Mg。由此看来,如果仅仅是为了汽车省那么一点点油而改变桥的设计,那么岂不是抓不住重点了

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