形狀的妙用

薛海鳳

生活中常見的形狀有三角形、四邊形、圓形、拱形等，廣泛應用于地球各個角落。三角形最顯著特點是穩定性，不易變形，穩固耐壓。自行車架、籃球架、斜拉索橋、起重機三角形吊臂、屋頂、三角形支架、相機三腳架、高壓線鐵塔、上海東方明珠電視塔、埃及金字塔等都充分利用三角形的穩定性。三角形是由同一平面內不在同一直線上的三條線段首尾順次連接所組成的封閉圖形，在數學、建筑學均有應用。三角形的穩定性是指只要三角形三邊的長度確定，這個三角形的形狀和大小就完全確定的性質。

三角形結構在工程上有廣泛應用，許多建筑都是三角形結構，如：埃菲爾鐵塔、金字塔、盧浮宮、新奧爾良城、挪威北極大教堂等。現在的房子雖然很高，但是它十分穩定，重要功勞歸于三角形的堅固作用，房子側面人字架部分有三角形，房子的板帶基礎橫剖面有兩個三角形，使房子更穩固，不易變形，不易倒塌。開窗也運用了三角形穩固的性質，兩個支點固定在墻壁或窗架上成為軸，一個點在另一側安裝把手或扣子，使其收開自如，安全又方便。柜子是我們家中不可缺少的家具，也有三角形的功勞，能工巧匠們在柜架榫頭處打進三角形的楔子，使柜子像磐石一樣穩穩當當地站立著。

正方形、長方形、平行四邊形都屬于四邊形，生活中很常見，窗戶、桌子、門等是四邊形。在同一個二維平面內，由兩組平行線段組成的閉合圖形，稱為平行四邊形。正方形、長方形也是平行四邊形。平行四邊形具有不穩定的特點在生活中應用很多。升降梯、吊車、消防云梯、折疊椅、簡易譜架、電動伸縮門、地板磚、比例尺、庭院的竹籬笆、載重汽車的防護欄、繪圖用的縮放支架、手工編的籃子等都利用了平行四邊形的不穩定容易變形這一特點，使生活更方便。如學校、工廠、企業等單位的收縮性大門，利用平行四邊形的不穩定性通過伸縮自由移動來控制門洞大小使大門可以收縮自如，控制行人或車輛的攔截和放行。折疊椅子、折疊傘棚不使用時收縮節省空間，擁有緊湊的外觀，同時提升使用的方便性。升降機通過控制平行四邊形形狀的升降桿，使升降機降低或升高。

圓形是個看起來簡單，實際上很奇妙的圖形。圓是幾何圖形中最普通、最實用， 卻又最完美的圖形。圓是平面中到一個定點距離為定值的所有點的集合。優美詩句“小時不識月，呼作白玉盤”“沙夾風而飛響，泉映月而無塵”“江天一色無纖塵，皎皎空中孤月輪” 等流傳至今。圓月成就了很多著名景點，深潭映月，大漠孤月，南京秦淮河畔文德橋賞月，上海外灘圓月倒映在黃浦江上，杭州西湖的“平湖秋月”“三潭映月”等不勝枚舉。圓形在生活中無處不在。碗口圓形，帽子口設計為圓形，方向盤、井蓋、車輪是圓形的，蒙古包呈圓形，植物的根莖多是圓形的。車輪是圓形的一方面有利于滾動，無論是汽車還是自行車，車身都是裝在軸上，如果車輪是方形的話，開動起來會上下顛簸。圓形的車輪子，輪邊到圓中心距離相同，跑起來車身非常平穩，坐在車里也會感到很舒服。另一方面，周長一樣大的圖形里，面積最大的是圓形。車輪最開始是實心的，邊緣不光滑呈不規則多邊形，不僅行進中顛簸得厲害，且因實心，十分耗材和沉重且容易壞。經過能工巧匠及勤勞智慧人的改進，才有了現在的圓形車輪，大為節省了材料。絕大多數植物的根和莖的橫截面是圓形的，因為在周長相等的情況下，圍成圓的面積最大，導管和篩管的分布數量要比其他形狀的多，吸收水分和養料的面積更大，輸送能力更強，更有利于樹木的生長。此外，圓柱形具有最大的支撐力，抗彎抗壓強度大并且沒有方向性，能有效防止外來的傷害。想象一下，如果植物的莖是方形或其他棱角的，更易受到外界的沖擊傷害。圓形就不同了，狂風吹打時，不論風暴卷著塵沙雜物從哪個方向來，都會沿著圓面的切線方向掠過，受影響的只是極少部分。當樹枝上掛滿果實時，圓柱形能強有力地支撐著樹冠，使樹干不至于彎曲。故莖、樹干的形狀是植物對自然環境適應的結果。水池的塞子及下水道的蓋子做成圓形，各個角度都不會掉進洞中。蒙古包為天穹式，呈圓形，因為圓形立在草原上，風雪阻力小，再大的地震中也不會變形，頂上不積雨雪，寒氣不易侵入，是非常安全的住所。自來水管、煤氣管等大多管道是圓柱形也是類似的道理。乒乓球、足球、籃球、排球、桌球等球類都是圓的延伸運用。圓球彈跳有規律，其他形狀的球彈跳起來一會兒東，一會兒西，讓你摸不著門兒。

拱形可以是平面的也可以是立體的，可以是圓或圓柱體的一部分，有時球形的一部分也算，也可以是拋物線、橢圓的一部分。拱形受壓時會把這個力傳給相鄰的部分可以承受更大的壓力，所以拱形能承受的力量更重。拱形門窗、拱形橋、窯洞、隧道、安全帽、鍋蓋等拱形在生活中的應用。

下面讓我們動手來做小實驗

[器材]

硬紙板、剪刀、漆包線、掛鉤、塑料衣夾子、塑料瓶、卷尺

1[襪子晾衣架]

將硬紙板剪成寬度均為2.5厘米的長條形：長度28厘米2根、長度21厘米4根、長度7厘米4根，擺成圖示，紙板交接處用漆包線固定，穿上掛鉤，系上夾子，襪子晾衣架就做好了。

2[簡易伸縮門]

將硬紙板剪成寬度均為2.5厘米、長度15厘米的長條形8根擺成圖示，紙板交接處用漆包線固定，再兩端各固定個塑料瓶，簡易伸縮門便做好了。

3[簡易伸縮門]

將硬紙板剪成寬度均為2.5厘米、長度15厘米的長條形8根擺成圖示，紙板交接處用漆包線固定，再兩端各固定個塑料瓶，簡易伸縮門便做好了。