双十一盖楼失败的原因，可能是你物理没学好 | 正经玩

正经玩每周六会推送一个好玩的科学实验，希望能给您带来乐趣，知识与陪伴。向我们分享你的实验视频，还有机会领取小礼品哦！

之前一期正经玩我们制作了

▲ 点击图片查看制作过程 ▲

可有粉丝反映盖楼总失败

导致红包太少

秒杀神器没能发挥100%作用

说白了还是穷

为了弥补大家

盖楼总是输的失落感

我们特地举办了

正经玩盖楼挑战赛

无需邀请好友助力

只用细绳和小木棍

你能盖到几层呢?

实验器材

所标杯、竹签、棉线、剪刀、热熔胶枪

实验过程

首先将竹签

掰成合适的长度

再用胶枪固定成

如图所示的形状

上下两层

中间层

再用棉线将上、中、下层

对应位置进行绑定

分别是三角形的三个角

和中间的横梁

调整棉线的长度

和各层之间的位置

就可以使整体稳定啦~

可以看到整体比较稳定

甚至可以减掉一根棉线

原理解说

实验中的装置其实是一个张拉整体（Tensegrity）[1]，主要用来描述“由刚性结构和缆索组成的自张紧结构。它由著名建筑师富勒（没错，就是富勒烯的富勒）提出。用这个原理设计出的一些建筑往往会给人带来视觉上的冲击。

张拉建筑

有好奇的读者问了，这种装置是怎么设计出来的呢？通常来说，物体都是可以被绳子吊住的，就像吊灯一样。如果把绳子变短，同时被吊着的物体的外观发生改变，如下图所示，物体仍然可以被吊住。只是受物体的质量分布的影响，物体不一定能保持稳定，有向四周倾倒的趋势，所以，需要再用几根绳子将它拉住，从而保持结构的稳定，这也就是这个小装置的具体设计原理。

结构变化

一开始，小编以为这个装置需要四根线才能完成。事实上，只需要三根就能达到同样的效果，而这与刚体的平衡条件息息相关。刚体达到平衡需要满足两个条件，一个是刚体所受合外力为0，另一个是相对任意一个参考点，刚体所受合力矩为0。为了弄清为什么三根绳就能平衡，我们将第二层简化为一个平板进行受力分析。如下图(a)，如果只有两根绳子，可以看出，除非G，T1，T2这三个力的作用点共线，否则拉力T2会产生一个相对蓝色虚线的力矩，导致平板的不平衡。但是当加入第三根绳子的时候，如下图(b)，第三根绳子的拉力T3可以抵消T2所产生的力矩，从而能够使平板不发生翻转。

平面图

三根线就能达到同样的效果

对于第四根绳子，小编只能说一句：可以有，但是没必要。这可以从刚体的平衡方程证明。如上图(c)，假定所有的力都是平行的，那么刚体的方程有：力平衡方程一个，绕蓝色轴力矩平衡一个，绕红色轴力矩平衡一个。四个未知数，却只三个方程，方程的解有未定性。这意味着其中有一根绳子可以删掉，这样我们就证明了三根绳子是这个结构所需绳子数目的最小值。

看完小编的制作过程以及分析，大家快来找找身边有用的材料，赶紧支棱起来吧！我们将为“盖楼”层数最高的投稿，送上物理所表情包抱枕一个~

参考资料及图片来源：

[1] 张拉整体：www.archdaily.cn

[2] 《力学》舒幼生

[3] 张拉建筑：www.archdaily.cn

[4] 支棱起来：www.mnw.cn

上期回顾

01-Daisy的实验分享如下：

02-夏目漱石的实验分享如下：

03-，的实验分享如下：

04-爱撕鸡毛人的跑山猪的实验分享如下：

05-解国玺的实验分享如下：

06-廖鑫的实验分享如下：

07-我的世界666的实验分享如下：

08-我想要所标杯的实验分享如下：

09-小自大然的实验分享如下：

10-真实之眼的实验分享如下：

投票时间于11月27日零点截止

前 两名 将获得 所标杯 一个

               分享赢得纪念品          

对于 本期实验 的投稿

我们将在 下期 进行投票

我们将为票数最高的 两位 同学

送去 大师扑克 一份并为“盖楼”层数最高的投稿
送去 物理所表情包抱枕 一个

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