构建稳定结构:搭建书屋

邓

　　人们为了居住安全，在搭建房屋时需要建造稳固的地基。立柱是如何增强建筑物的稳定性的？在本次实验中，我们将用几张纸和胶带搭建一种结构以便可以承载几本书的重量。想一想一张普通的A4纸大约能有多大的承载力。通过这个实验，我们会知道当把纸卷成筒状时，其承载负荷的能力会变得很强，进而探索受力面积与压强的关系。

实验材料:

15张A4纸、胶带、一些尺寸大小相似的书籍

实验步骤:

1、将1张纸卷成宽松的立柱，使其横截面直径大约在3厘米左右。每个立柱的高度大约在22厘米，将胶带贴在立柱的3个接口位置。按照上述做法，至少制作出5个立柱。

2、在地上以一本书的大小，在书的四角底部各放1根支柱，将剩下的1根立柱摆放至书中心的位置。

3、小心地将一本书放在5根立柱的上面。这种结构也许会产生一些摇晃，但是随着将第二本书放在上面，这种支架结构会逐渐变得更稳固。第二本书放好后，再继续往上叠加放。

4、随着叠放书本过程的持续，随时将书的总量进行计数。要尽量与书体结构保持一定的距离，以防被书砸到。

5、在支柱弯曲损坏后，再次确认立柱可以承载的书的总量。

6、再将5张纸卷得相对紧一些，横截面直径2厘米的立柱，用胶带把它们粘好。

7、用细的立柱重复上述的实验过程。事实上，它们会承载更多的书。将最后的结果记录下来。

8、再卷出横截面直径4厘米的立柱。重复上述步骤，将结果记录下来以便在最后对各种结果做比较。

3个实验负重比较

3cm立柱倒塌慢镜头

通过观察3次实验的慢镜头和立柱受损后的状态，我们发现3cm立柱和4cm立柱在倒塌时立柱都有明显的弯折，立柱受损状态也能看出承重后的褶皱。说明它们是因为重量超过它们的最大负荷而倒塌。

4cm立柱倒塌慢镜头

2cm立柱倒塌慢镜头

而2厘米的立柱受损程度很小，只有倒塌后被书压扁的痕迹，没有承重后的褶皱和弯折痕迹，甚至有一根立柱几乎完好无损。从倒塌的视频中也能看出是因为书本摆放位置不合适，重心偏移，立柱发生扭转导致坍塌，如果在摆放书本时，重心稳定，受力均匀分布在5根立柱上，肯定比3cm的立柱承载更多重量。

修改:经专业人士指正，2cm立柱倒塌的主要原因是细长立柱容易被压垮（术语失稳），就是歪向一边，并且越来越歪。而2cm立柱能负重更多是因为壁厚增加。

实验原理:

受力面积变大，压强变小;反之，受力面积变小，压强变大。那些卷得紧、很细的立柱壁厚增加，所以可以负重更多。

立柱太细长强度不够，高度越高，承重越大，稳定性就越差，容易变形晃动（术语刚度小），直径大能提高桥墩的稳定性。有时间我还要尝试用2张纸增加立柱的壁厚、裁剪纸张改变长度、卷出不同直径和摆放不同位置，对立柱重复练习上面的实验，得出立柱所能承载的最多负荷。

本着低碳环保不浪费一张纸的原则，最后把受损的立柱拆开铺平，留着打草稿用。