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核心概念
力
壓縮
張力
介紹
你有沒有想過橋樑是如何在重力、天氣和繁忙的交通面前屹立不倒的？建造它們可能看起來很複雜，但它們是基於一些你可能已經親身經歷過的、非常簡單的力。你有沒有踩過空罐子？或者玩過拔河？那麼你可能比你想象的更瞭解懸索橋的工程原理！
“壓縮”和“張力”是兩種我們可以在周圍世界中感受到和看到的力。你可以在哪裡找到壓縮的例子（提示：想想空罐子）和張力的例子（提示：試試拔河遊戲）。
土木工程師運用大量的數學知識來定位懸索橋的各個部分，使壓縮和張力共同作用，支撐世界上一些最長的跨度。與夥伴和一些常見的家居用品一起，你就能感受到成為懸索橋的感覺，並比較懸索橋和梁橋的強度。
背景
人們建造懸索橋已經有 600 多年的歷史了，用來跨越最寬的河流和峽谷。今天，你仍然可以在偏遠的叢林深處以及大多數主要城市中找到懸索橋。在美國，最著名的兩個懸索跨度橋樑可能是舊金山的金門大橋和紐約市的布魯克林大橋。
懸索橋的主要部分是橋塔、纜索、橋面和錨固裝置。你可能已經猜到了，長長的纜索是懸索橋的獨特部分。纜索在兩端都固定在陸地上，它們被架在高高的橋塔頂部，並向下緩坡延伸，從上方支撐橋面（道路和/或人行道）。
材料
• 一個夥伴（體型相似的人效果最好）
• 三根吸管：一根用作橋塔，兩根用作橋面 - 每座要建造的橋各一根
• 剪刀
• 一根四英尺長的繩子，用作懸索
• 美紋紙膠帶
• 大回形針
• 負載桶（紙質外賣容器效果很好）
• 重型螺母、螺栓或任何其他小而重的東西，用作砝碼
• 尺子
準備
• 將兩個高度相等的椅子相隔七英寸放置。
• 小心地將一根吸管切成兩半，製成兩個橋塔。
• 在每個橋塔的頂端切一個小縫，以便繩子可以放在裡面。
• 切下一段四英寸長的繩子。
• 準備好美紋紙膠帶。
步驟
• 要了解保持懸索橋屹立不倒的力，你可以自己體驗一下。首先，面對你的夥伴。
• 握住雙手，慢慢地，小心地向後傾斜。不要鬆手！你感覺到拉力了嗎？與拉力相關的力是什麼？這就是張力，懸索橋的纜索就是利用這種力。
• 再次面對你的夥伴，將你的手掌放在你夥伴的手掌上。現在慢慢地，小心地向對方傾斜。你現在感覺到什麼型別的壓力？這就是壓縮，在橋塔中可以找到。
• 現在我們已經知道壓縮和張力的感覺了，我們可以建造兩種型別的橋樑並比較它們的強度。我們將從建造一個模型懸索橋開始。將切開的（橋塔）吸管的一半用膠帶粘在其中一把椅子的頂部，使縫隙在頂部，指向另一把椅子。現在以同樣的方式將另一半吸管粘在另一把椅子上。兩個縫隙應該在一條線上，吸管之間應該相隔七英寸。
• 將四英尺長的繩子在整根吸管的中間纏繞兩圈。這將用作橋面——道路或人行道所在的位置。
• 將這根吸管的每一端都用膠帶粘在橋塔吸管的底部，使其跨越它們之間的距離。
• 將繩子的每一端穿過每根吸管中的縫隙，然後穿到另一側。為了固定橋樑，將繩子的每一側都用膠帶粘在椅子上。你剛剛建造了一座懸索橋！
• 將一個大回形針環繞在橋面吸管上，並將你的空負載桶掛在上面。開始將砝碼放入桶中，記錄數量，直到橋樑斷裂（吸管彎曲或讓步）。
• 現在我們將建造一座梁橋。取下繩子，小心地將兩側的橋塔吸管切成兩半。
• 將一根吸管“橋塔”用膠帶粘在椅子的邊緣。將第二個橋塔粘在第二把相同高度的椅子上。
• 將這些橋塔相隔七英寸放置。
• 現在將另一根吸管的每一端都用膠帶粘在兩個較短的側面吸管的底部。這就是你的梁——道路、小路或鐵軌所在的位置。你剛剛建造了一座梁橋！你認為這座橋樑能夠承受的重量比懸索橋多還是少？為什麼？
• 將負載桶掛在橋面上，並透過一次新增一個砝碼來再次進行測試。
• 哪座橋樑更堅固？橋樑在哪裡坍塌的？每座橋樑最薄弱的地方在哪裡？
• 額外：設計並建造一個更長的跨度。看看你是否能製造一個長度是原來兩倍（14 英寸）並且可以承受相同重量的橋樑。你需要改變橋樑的哪些部分？（提示：你可能需要加強固定橋塔的膠帶，將繩子在橋面上纏繞更多次，或者將錨固裝置用膠帶粘得更靠後。）
觀察和結果
哪座橋樑能夠承受更多的重量？你認為這是為什麼？
當所有材料和條件相同時，懸索橋可以跨越比簡單梁橋更長的距離。這是因為橋面或道路是透過纜索的張力和橋塔的壓縮從上方支撐的，而不是僅僅從底部支撐的。懸索橋的剛性也較小，因此它們可以更好地承受外部力量，例如地震。你是否透過過樑橋或懸索橋？看看你所在的地區可以找到哪種型別的橋樑。
清理
• 丟棄吸管、繩子和膠帶
• 放回砝碼
更多探索
“100年前：建造一座城市——紐約市的橋樑”，來自大眾科學
“人群行走可以使橋樑搖晃”，來自大眾科學 布魯克林大橋時間表，來自 PBS 的肯·伯恩斯
金門大橋，來自 PBS 的美國體驗
此活動由CityScience合作推出