形狀的妙用

薛海鳳

生活中常見(jiàn)的形狀有三角形、四邊形、圓形、拱形等，廣泛應(yīng)用于地球各個(gè)角落。三角形最顯著特點(diǎn)是穩(wěn)定性，不易變形，穩(wěn)固耐壓。自行車(chē)架、籃球架、斜拉索橋、起重機(jī)三角形吊臂、屋頂、三角形支架、相機(jī)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(wěn)定性。三角形是由同一平面內(nèi)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(shù)學(xué)、建筑學(xué)均有應(yīng)用。三角形的穩(wěn)定性是指只要三角形三邊的長(zhǎng)度確定，這個(gè)三角形的形狀和大小就完全確定的性質(zhì)。

三角形結(jié)構(gòu)在工程上有廣泛應(yīng)用，許多建筑都是三角形結(jié)構(gòu)，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(xiàn)在的房子雖然很高，但是它十分穩(wěn)定，重要功勞歸于三角形的堅(jiān)固作用，房子側(cè)面人字架部分有三角形，房子的板帶基礎(chǔ)橫剖面有兩個(gè)三角形，使房子更穩(wěn)固，不易變形，不易倒塌。開(kāi)窗也運(yùn)用了三角形穩(wěn)固的性質(zhì)，兩個(gè)支點(diǎn)固定在墻壁或窗架上成為軸，一個(gè)點(diǎn)在另一側(cè)安裝把手或扣子，使其收開(kāi)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?cè)诠窦荛绢^處打進(jìn)三角形的楔子，使柜子像磐石一樣穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)卣玖⒅?/p>

正方形、長(zhǎng)方形、平行四邊形都屬于四邊形，生活中很常見(jiàn)，窗戶(hù)、桌子、門(mén)等是四邊形。在同一個(gè)二維平面內(nèi)，由兩組平行線段組成的閉合圖形，稱(chēng)為平行四邊形。正方形、長(zhǎng)方形也是平行四邊形。平行四邊形具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)在生活中應(yīng)用很多。升降梯、吊車(chē)、消防云梯、折疊椅、簡(jiǎn)易譜架、電動(dòng)伸縮門(mén)、地板磚、比例尺、庭院的竹籬笆、載重汽車(chē)的防護(hù)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(wěn)定容易變形這一特點(diǎn)，使生活更方便。如學(xué)校、工廠、企業(yè)等單位的收縮性大門(mén)，利用平行四邊形的不穩(wěn)定性通過(guò)伸縮自由移動(dòng)來(lái)控制門(mén)洞大小使大門(mén)可以收縮自如，控制行人或車(chē)輛的攔截和放行。折疊椅子、折疊傘棚不使用時(shí)收縮節(jié)省空間，擁有緊湊的外觀，同時(shí)提升使用的方便性。升降機(jī)通過(guò)控制平行四邊形形狀的升降桿，使升降機(jī)降低或升高。

圓形是個(gè)看起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上很奇妙的圖形。圓是幾何圖形中最普通、最實(shí)用， 卻又最完美的圖形。圓是平面中到一個(gè)定點(diǎn)距離為定值的所有點(diǎn)的集合。優(yōu)美詩(shī)句“小時(shí)不識(shí)月，呼作白玉盤(pán)”“沙夾風(fēng)而飛響，泉映月而無(wú)塵”“江天一色無(wú)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(diǎn)，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(wú)處不在。碗口圓形，帽子口設(shè)計(jì)為圓形，方向盤(pán)、井蓋、車(chē)輪是圓形的，蒙古包呈圓形，植物的根莖多是圓形的。車(chē)輪是圓形的一方面有利于滾動(dòng)，無(wú)論是汽車(chē)還是自行車(chē)，車(chē)身都是裝在軸上，如果車(chē)輪是方形的話，開(kāi)動(dòng)起來(lái)會(huì)上下顛簸。圓形的車(chē)輪子，輪邊到圓中心距離相同，跑起來(lái)車(chē)身非常平穩(wěn)，坐在車(chē)?yán)镆矔?huì)感到很舒服。另一方面，周長(zhǎng)一樣大的圖形里，面積最大的是圓形。車(chē)輪最開(kāi)始是實(shí)心的，邊緣不光滑呈不規(guī)則多邊形，不僅行進(jìn)中顛簸得厲害，且因?qū)嵭模趾牟暮统林厍胰菀讐摹＝?jīng)過(guò)能工巧匠及勤勞智慧人的改進(jìn)，才有了現(xiàn)在的圓形車(chē)輪，大為節(jié)省了材料。絕大多數(shù)植物的根和莖的橫截面是圓形的，因?yàn)樵谥荛L(zhǎng)相等的情況下，圍成圓的面積最大，導(dǎo)管和篩管的分布數(shù)量要比其他形狀的多，吸收水分和養(yǎng)料的面積更大，輸送能力更強(qiáng)，更有利于樹(shù)木的生長(zhǎng)。此外，圓柱形具有最大的支撐力，抗彎抗壓強(qiáng)度大并且沒(méi)有方向性，能有效防止外來(lái)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(fēng)吹打時(shí)，不論風(fēng)暴卷著塵沙雜物從哪個(gè)方向來(lái)，都會(huì)沿著圓面的切線方向掠過(guò)，受影響的只是極少部分。當(dāng)樹(shù)枝上掛滿(mǎn)果實(shí)時(shí)，圓柱形能強(qiáng)有力地支撐著樹(shù)冠，使樹(shù)干不至于彎曲。故莖、樹(shù)干的形狀是植物對(duì)自然環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。水池的塞子及下水道的蓋子做成圓形，各個(gè)角度都不會(huì)掉進(jìn)洞中。蒙古包為天穹式，呈圓形，因?yàn)閳A形立在草原上，風(fēng)雪阻力小，再大的地震中也不會(huì)變形，頂上不積雨雪，寒氣不易侵入，是非常安全的住所。自來(lái)水管、煤氣管等大多管道是圓柱形也是類(lèi)似的道理。乒乓球、足球、籃球、排球、桌球等球類(lèi)都是圓的延伸運(yùn)用。圓球彈跳有規(guī)律，其他形狀的球彈跳起來(lái)一會(huì)兒東，一會(huì)兒西，讓你摸不著門(mén)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(shí)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(shí)會(huì)把這個(gè)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(mén)窗、拱形橋、窯洞、隧道、安全帽、鍋蓋等拱形在生活中的應(yīng)用。

下面讓我們動(dòng)手來(lái)做小實(shí)驗(yàn)

[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(zhǎng)條形：長(zhǎng)度28厘米2根、長(zhǎng)度21厘米4根、長(zhǎng)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(jiǎn)易伸縮門(mén)]

將硬紙板剪成寬度均為2.5厘米、長(zhǎng)度15厘米的長(zhǎng)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(gè)塑料瓶，簡(jiǎn)易伸縮門(mén)便做好了。

3[簡(jiǎn)易伸縮門(mén)]

將硬紙板剪成寬度均為2.5厘米、長(zhǎng)度15厘米的長(zhǎng)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(gè)塑料瓶，簡(jiǎn)易伸縮門(mén)便做好了。