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核心概念
力
压缩
张力
介绍
你有没有想过桥梁是如何在重力、天气和繁忙的交通面前屹立不倒的？建造它们可能看起来很复杂，但它们是基于一些你可能已经亲身经历过的、非常简单的力。你有没有踩过空罐子？或者玩过拔河？那么你可能比你想象的更了解悬索桥的工程原理！
“压缩”和“张力”是两种我们可以在周围世界中感受到和看到的力。你可以在哪里找到压缩的例子（提示：想想空罐子）和张力的例子（提示：试试拔河游戏）。
土木工程师运用大量的数学知识来定位悬索桥的各个部分，使压缩和张力共同作用，支撑世界上一些最长的跨度。与伙伴和一些常见的家居用品一起，你就能感受到成为悬索桥的感觉，并比较悬索桥和梁桥的强度。
背景
人们建造悬索桥已经有 600 多年的历史了，用来跨越最宽的河流和峡谷。今天，你仍然可以在偏远的丛林深处以及大多数主要城市中找到悬索桥。在美国，最著名的两个悬索跨度桥梁可能是旧金山的金门大桥和纽约市的布鲁克林大桥。
悬索桥的主要部分是桥塔、缆索、桥面和锚固装置。你可能已经猜到了，长长的缆索是悬索桥的独特部分。缆索在两端都固定在陆地上，它们被架在高高的桥塔顶部，并向下缓坡延伸，从上方支撑桥面（道路和/或人行道）。
材料
• 一个伙伴（体型相似的人效果最好）
• 三根吸管：一根用作桥塔，两根用作桥面 - 每座要建造的桥各一根
• 剪刀
• 一根四英尺长的绳子，用作悬索
• 美纹纸胶带
• 大回形针
• 负载桶（纸质外卖容器效果很好）
• 重型螺母、螺栓或任何其他小而重的东西，用作砝码
• 尺子
准备
• 将两个高度相等的椅子相隔七英寸放置。
• 小心地将一根吸管切成两半，制成两个桥塔。
• 在每个桥塔的顶端切一个小缝，以便绳子可以放在里面。
• 切下一段四英寸长的绳子。
• 准备好美纹纸胶带。
步骤
• 要了解保持悬索桥屹立不倒的力，你可以自己体验一下。首先，面对你的伙伴。
• 握住双手，慢慢地，小心地向后倾斜。不要松手！你感觉到拉力了吗？与拉力相关的力是什么？这就是张力，悬索桥的缆索就是利用这种力。
• 再次面对你的伙伴，将你的手掌放在你伙伴的手掌上。现在慢慢地，小心地向对方倾斜。你现在感觉到什么类型的压力？这就是压缩，在桥塔中可以找到。
• 现在我们已经知道压缩和张力的感觉了，我们可以建造两种类型的桥梁并比较它们的强度。我们将从建造一个模型悬索桥开始。将切开的（桥塔）吸管的一半用胶带粘在其中一把椅子的顶部，使缝隙在顶部，指向另一把椅子。现在以同样的方式将另一半吸管粘在另一把椅子上。两个缝隙应该在一条线上，吸管之间应该相隔七英寸。
• 将四英尺长的绳子在整根吸管的中间缠绕两圈。这将用作桥面——道路或人行道所在的位置。
• 将这根吸管的每一端都用胶带粘在桥塔吸管的底部，使其跨越它们之间的距离。
• 将绳子的每一端穿过每根吸管中的缝隙，然后穿到另一侧。为了固定桥梁，将绳子的每一侧都用胶带粘在椅子上。你刚刚建造了一座悬索桥！
• 将一个大回形针环绕在桥面吸管上，并将你的空负载桶挂在上面。开始将砝码放入桶中，记录数量，直到桥梁断裂（吸管弯曲或让步）。
• 现在我们将建造一座梁桥。取下绳子，小心地将两侧的桥塔吸管切成两半。
• 将一根吸管“桥塔”用胶带粘在椅子的边缘。将第二个桥塔粘在第二把相同高度的椅子上。
• 将这些桥塔相隔七英寸放置。
• 现在将另一根吸管的每一端都用胶带粘在两个较短的侧面吸管的底部。这就是你的梁——道路、小路或铁轨所在的位置。你刚刚建造了一座梁桥！你认为这座桥梁能够承受的重量比悬索桥多还是少？为什么？
• 将负载桶挂在桥面上，并通过一次添加一个砝码来再次进行测试。
• 哪座桥梁更坚固？桥梁在哪里坍塌的？每座桥梁最薄弱的地方在哪里？
• 额外：设计并建造一个更长的跨度。看看你是否能制造一个长度是原来两倍（14 英寸）并且可以承受相同重量的桥梁。你需要改变桥梁的哪些部分？（提示：你可能需要加强固定桥塔的胶带，将绳子在桥面上缠绕更多次，或者将锚固装置用胶带粘得更靠后。）
观察和结果
哪座桥梁能够承受更多的重量？你认为这是为什么？
当所有材料和条件相同时，悬索桥可以跨越比简单梁桥更长的距离。这是因为桥面或道路是通过缆索的张力和桥塔的压缩从上方支撑的，而不是仅仅从底部支撑的。悬索桥的刚性也较小，因此它们可以更好地承受外部力量，例如地震。你是否通过过梁桥或悬索桥？看看你所在的地区可以找到哪种类型的桥梁。
清理
• 丢弃吸管、绳子和胶带
• 放回砝码
更多探索
“100年前：建造一座城市——纽约市的桥梁”，来自大众科学
“人群行走可以使桥梁摇晃”，来自大众科学 布鲁克林大桥时间表，来自 PBS 的肯·伯恩斯
金门大桥，来自 PBS 的美国体验
此活动由CityScience合作推出