神奇的懸浮術

在本期實驗開始前，先來看一下這個神奇的結構——由一些非常簡單的零件與軟軟的細線組成的擺件模型，不僅能穩穩地立起來，還能承受一杯水的重量。細細的線如同柱子一般，支撐起互不接觸的整個結構。雖然結構之間有連線，但上半部分就像是反重力一樣懸浮在空中。

明明是細軟的線，為什么能提供如此強大的支撐力呢？想必大家也和我一樣覺得不可思議吧！

為了探究其中的力學奧秘，我們來一起做個小實驗吧！

想一想

細線是如何讓整個裝置保持平衡的？你能提出自己的假設嗎？

實驗材料

棉線，PVC長管和短管若干，PVC 連接彎頭10個，PVC三通接頭2個，鉆孔器一個。

實驗步驟

1首先，在短管和彎頭連接處鉆孔，孔洞要保持上下對稱。注意不要傷到手。

2將長管、短管組合成上圖中的結構，一共組裝兩組。兩組結構的形狀、大小保持一致。

3用三條棉線分別連接側邊與中間的部分。

4看似兩個散落的裝置，只要將其中一個放置在另一個的上方，就能構成完美的平衡。

實驗結論

實驗里的“懸浮結構”其實是張拉整體式結構，這個詞最早由美國著名建筑師富勒（R.B.Fuller）提出，是張力和整體兩個詞的混合體，是指由張力和拉力共同作用并達到平衡的結構。

提供張力的部分是中間較短的棉線，而兩邊的長棉線是提供拉力的，棉線在拉扯下會變得緊繃。這樣一張一拉，剛好達到“力矩平衡”，就出現了實驗中的“懸浮”現象。

知識拓展

由于張拉整體結構固有的符合自然規律的特點，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。

美國已故的著名工程師蓋格爾（D.H.Geiger）在富勒創造的富勒張拉整體穹頂的基礎上，發明了支承于周邊受壓環梁上的一種索桿預應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用到大跨度建筑工程中。

其實，張拉結構在生活中很常見，我們的身體上就有張拉結構——肌肉在收到適當的神經信號時，會縮短自身從而產生拉伸力。

你在生活中還見過哪些張拉結構呢？