这个问题最初是由微软公司提出的,即“为什么井盖是圆的”。假如你一时还不能解决这个问题,那不妨先看一看圆圈的特点:圆圈有无数条半径和直径,同一圆圈内所有半径和直径的长度都相同,圆圈的长度是圆圈的一半。读完这些你有什么感想?还有人问,这和井盖有什么关系?这有什么了不起的!由于每个圆圈的直径都是相等的,所以如果井盖做成了圆圈,那么不管井盖怎么放,就不会掉进井里。
井盖也并不都是圆的,也有正方形和长方形。而且由于圆周受力最均匀,因此圆周能更好地把压力传递给圆周周围和所接触的地面,从而使它均匀地承载。你可曾觉得这样的设计很合理!在最初的设计中,要知道很多设计者都是试了很多次才确定的图形。
用数学观点分析如下,这是利用同一圆圈的内径相等,只有圆圈的井盖才能找出对角线,这样无论井盖如何移动,都不会盖掉下来,圆圈受力也最均匀,圆圈能更好地均匀地传递压力,使其本身周围和与之接触的地面均受承重,从而保证下面施工的人员的安全!
站在物理化学的角度分析,事实上,除了安全之外,把井盖做圆还有一个好处,就是方便运输。
再用几何学观点分析,若设计成三角形或正方形,盖儿虽然比井口大一点,但仍有落下的可能,且若圆圈,由于圆圈直径相同,因此,盖儿只要再大一点,就不会落下。
因为窨井有时需要手工梳理或架设线缆等,此时又要求窨井的面积尽量大。当这些图形的周长相等时,圆的面积最大。与此同时圆圈又符合我们的体型,方便员工进出。三角形或正方形的边由直线段组成,构成的角度较大,如果在维修时碰到很容易使人受伤。如果圆的边缘是一个圆弧,那么就不存在这个问题了。
用力学的观点分析,以承受方向不定的载荷。想象一下,如果排水沟的盖子是方形或其它带棱角的形状,棱角在车轮冲击载荷作用下很容易被破坏。检查井的排水口是圆的,同时也是受力的,虽然拱形结构可以有效地抵抗土压力,但是在等周线的情况下,圆的面积最大,所用的材料也最多。井盖大部分是铁制的,一般需要几个人合作才能搬动。在将井盖做成圆形后,工人们就可以将其卷起,从而节省了运输成本!
市政标准的排水井盖重达几十公斤,搬运时至少需要几名成年男子同时移动。圆圈便于运输和施工,滚起来可以移动。圆形井盖受力后,压力会扩散到周围,因为扩散均匀,不易破裂塌陷。其它形状的井盖比圆形更容易被破坏,因为它的受力更不均匀。因此从耐久的角度考虑,还是圆孔盖子适合,圆孔盖子看起来更美观。
与矩形或正方形圆形相比,生成所用的材料最小,也相对节约了生成材料的成本。由于这一设计,可以保证在任何方向上井盖的尺寸都大于井口,如果是其它形状,例如方型,则将井盖转换为方向性和角度,从而使井盖从井口坠落。
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