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Ece的桥:正方形倒下了,三角形撑住了
Ece用雪糕棒做的正方形小桥,连第一升水都没装满就塌了。通过用绳子绑出的正方形和三角形,以及一个带橡皮筋的三角形进行实验,她弄明白了三角形为什么能保持形状,随后建起了一座能承受自身重量七十五倍的三角形小桥。


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Ece的学校正在举办雪糕棒造桥比赛,规则已经发到了每个人手中。每座小桥必须跨越两张课桌之间二十五厘米的空隙,并且最多只能使用二十根宽雪糕棒。桥的正中央会挂上一个水桶,大家会用一升的量杯一升一升地往桶里倒水。每一升水重一公斤。Ece下定决心要造出全班承重最多的小桥,于是立刻开始构思方案。

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那天晚上,Ece在厨房的桌子上摆放雪糕棒。每根雪糕棒长十五厘米;把两根首尾相连,就得到了三十厘米长的底边。她在上方又放了两根雪糕棒,并在它们之间竖着粘了三根,组成了两个并排的正方形。这样一面侧壁用了七根雪糕棒,两面侧壁就是十四根。接着她在底部加了三根横梁,顶部加了三根横梁,刚好用完了全部二十根雪糕棒。

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比赛那天,Ece把她的小桥架在两张课桌之间,把水桶挂在中间底部的横梁上。Baran拿起量杯,开始缓缓倒入第一升水。然而半升水还没倒完,那些正方形就向一侧倾倒,变成了倾斜的菱形。伴随着清脆的断裂声,小桥折断跌落到地上,从桶里溅出的水弄湿了课桌的桌脚。Ece久久凝视着散落一地的雪糕棒,努力思索究竟哪里出了问题。

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那天晚上,Ece用绳子把四根雪糕棒的边角紧紧绑在一起,做成了一个正方形。她轻轻按压其中一个角,正方形立刻歪向一侧变成了菱形。接着,她用同样的方法绑了三根雪糕棒做成一个三角形,并用相同的力道按压,但三角形的形状丝毫没有改变。Ece思考着其中的原因。如果三条边的长度固定,就只能拼出一个唯一的三角形;而四条边却能变幻出无数种不同的形状。

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Ece又对一件事产生了好奇:当三角形的边受力时会发生什么?她把两根雪糕棒在顶端连在一起,然后在两个底端之间拉紧一根橡皮筋代替底边。按压顶点时,雪糕棒的底部向两侧分开,橡皮筋随之被拉长。这意味着负重在拉扯三角形的底边,同时在挤压两侧的斜边。如果用一根结实的雪糕棒代替橡皮筋,底边就无法被拉长,三角形就能保持原来的形状了。

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Ece在桌上摆开散落的雪糕棒,构思出了新的设计。每面侧壁的底部依然是两根雪糕棒,顶部中央则放置一根。在它们之间斜着放四根雪糕棒,就拼出了三个并排的三角形:其中两个顶点朝上,一个顶点朝下。一面侧壁用七根雪糕棒,两面侧壁共用十四根。底部加三根横梁,顶部加两根横梁,总共使用十九根,还剩下一根作为备用。

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Ece仔细地将每个三角形粘合好,让各个边角严丝合缝地连接在一起,并静置了一整夜让胶水风干。早晨,她用从学校借来的双盘天平称量了小桥,发现它刚好八十克重——比两个鸡蛋还要轻。底边依然是三十厘米,也就是说小桥搭在两侧课桌上的部分各为两点五厘米。这一次,她决定把水桶挂在底部中央的连接点上,因为那正是三角形的角汇聚的地方。

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在再次测试的那天,全班同学围聚在一起,Baran倒进了第一升水,接着是第二升,然后是第三升。Ece俯下身,在与小桥完全平齐的视线高度从侧面仔细观察。顶部的雪糕棒微微弯曲,而底部的雪糕棒却像紧绷的琴弦一样笔直。正如她在橡皮筋实验中看到的那样,桥的顶边受到挤压,底边受到拉扯。三角形把水桶的重量从一个角传到另一个角,进而分散到了两侧的课桌上。

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第四升,第五升,第六升……水桶彻底装满了,小桥却依然稳稳挺立。桶里的水有六升,也就是足足六公斤。Ece大声计算起来:六千克除以八十克,等于七十五。她那座仅重八十克的小桥,在没有坍塌的情况下承受了自身重量整整七十五倍的负重!全班同学爆发出一阵热烈的掌声,Baran伸手扶住轻微晃动的水桶边缘,让它保持平衡。

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下课休息时,Baran把第一座桥上变形的正方形扶正,好奇地递给了Ece。Ece折断并弄短了一根雪糕棒,粘在正方形的一个角上,从一条边的中点连接到了相邻边的中点。等胶水完全风干后,Baran用尽全力去按压正方形,但正方形纹丝不动,因为角落里的小三角形牢牢锁住了那个角度。最后,Ece把小桥、加固了角部的正方形以及带着橡皮筋的三角形,整整齐齐地摆在了窗前的架子上。


