拱形的力量

● 文/許秀華 ●插畫/玖月

寄揚(yáng)州韓綽判官

〔唐〕杜牧

青山隱隱水迢迢，

秋盡江南草未凋。

二十四橋明月夜，

玉人何處教吹簫。

唐朝某一年的晚秋，已經(jīng)辭掉揚(yáng)州工作回到長安的詩人杜牧不禁思念尚在揚(yáng)州工作的同事韓綽。此刻的北方，已經(jīng)草木凋零，河水冰冷。南方的揚(yáng)州是否青山依舊，綠水蕩漾？在同一輪明月下，老朋友韓綽是否正流連在二十四橋上和一眾美女吹奏樂器，并時不時指導(dǎo)一二？

詩中的“二十四橋”是指二十四座橋嗎？北宋沈括曾經(jīng)在《夢溪筆談·補(bǔ)筆談》明確地列出了二十四座橋中每一座橋的方位和名稱。可事實(shí)真是如此嗎？

其實(shí)，二十四橋（又稱“廿四橋”）是揚(yáng)州瘦西湖上著名的建筑，它并不是一共有二十四座橋，而是僅有一座橋，這座橋的名字就叫作“二十四”。和中國古代很多著名的橋梁一樣，它是一座石拱橋。

拱形美麗又實(shí)用

石拱橋猶如懸掛于水面上的半輪明月，又如橫跨河面的美麗彩虹，形態(tài)優(yōu)美。但是，過石拱橋要上坡下坡、上臺階下臺階，很不方便，尤其是推車和騎車，上、下都很費(fèi)力。為什么古代造橋卻偏愛石拱橋呢？難道僅僅是出于觀賞角度的考慮嗎？當(dāng)然不是。其實(shí)，石拱橋還具備很強(qiáng)的實(shí)用性。

石拱橋中間拱起，水運(yùn)通暢。高高拱起的橋背架高了橋面，可以讓船體較高的大船不受阻礙地從橋底通過。這樣既保障了橋面通行，又保障了水面運(yùn)輸。因此，石拱橋也被稱為古代的“水陸立交橋”。

拱形橋面的承載力和堅(jiān)固性均優(yōu)于平鋪的橋面。著名的趙州橋始建于隋朝，經(jīng)歷了1 400多年的風(fēng)霜雨雪，承載了數(shù)個朝代的舟車行人，至今仍能保障車輛和行人的通行，就是得益于其拱形的結(jié)構(gòu)。

拱形背后的奧秘

為何橋梁拱起了“脊背”，就變得更加結(jié)實(shí)、牢固了？

物體聚合在一起組成拱形，這就體現(xiàn)了團(tuán)結(jié)的力量。當(dāng)拱形的任意一點(diǎn)受到壓力時，這一點(diǎn)并不會獨(dú)自承受，而是會把壓力向四面擴(kuò)散，讓周圍的“鄰居們”替自己分擔(dān)。而“鄰居們”又會繼續(xù)把自身受到的壓力往自己的“鄰居”那里傳遞。因此，不管拱形的哪一個點(diǎn)受力，都會被大家分?jǐn)偂７謹(jǐn)偤螅總€點(diǎn)所承受的壓力較小，就不太容易讓橋面發(fā)生形變或下沉，從而延長了橋梁的使用壽命。

當(dāng)行人和車輛經(jīng)過拱橋時，表面上是經(jīng)過橋面上一連串的點(diǎn)，對每一個點(diǎn)都形成了向下的壓力。而實(shí)際上，這些壓力都被快速地傳遞出去了，由拱橋的各個部分一同分擔(dān)。用物理學(xué)的理論解釋就是，當(dāng)你走在拱橋傾斜的橋面上時，拱橋提供的支持力不僅有豎直方向的，還有水平方向的。所以，不管多少人或車輛通過、攜帶的物體有多重，都不易壓垮一座拱橋。

生活中的拱形物體

拱形本質(zhì)上是球形的一部分，球形也可以看成若干個拱形的組合。不論是平面的圓形還是立體的球形，它們都有很好的耐壓能力，比其他形狀要更加堅(jiān)固。愛迪生發(fā)明的電燈泡里面是真空的，然而燈泡外面卻無處不被空氣包圍，承受著很大的空氣壓力。因此，為了防止燈泡被空氣壓碎，人們將其底部做成了球形。公路上運(yùn)送汽油的油罐車被做成圓柱體，也是為了讓油罐車更加堅(jiān)固，經(jīng)得起磕碰，從而確保安全。