雙十一蓋樓失敗的原因，可能是你物理沒學好_風聞

正經玩每週六會推送一個好玩的科學實驗，希望能給您帶來樂趣，知識與陪伴。向我們分享你的實驗視頻，還有機會領取小禮品哦！

之前一期正經玩我們製作了

雙十一****秒殺神器

▲ 點擊圖片查看製作過程 ▲

可有粉絲反映蓋樓總失敗

導致紅包太少

秒殺神器沒能發揮100%作用

説白了還是窮

為了彌補大家

蓋樓總是輸的失落感

我們特地舉辦了

正經玩蓋樓挑戰賽

無需邀請好友助力

只用細繩和小木棍

你能蓋到幾層呢?

實驗器材

所標杯、竹籤、棉線、剪刀、熱熔膠槍

實驗過程

首先將竹籤

掰成合適的長度

再用膠槍固定成

如圖所示的形狀

上下兩層

中間層

再用棉線將上、中、下層

對應位置進行綁定

分別是三角形的三個角

和中間的橫樑

調整棉線的長度

和各層之間的位置

就可以使整體穩定啦~

​

可以看到整體比較穩定

甚至可以減掉一根棉線

原理解説

實驗中的裝置其實是一個張拉整體（Tensegrity）[1]，主要用來描述“由剛性結構和纜索組成的自張緊結構。它由著名建築師富勒（沒錯，就是富勒烯的富勒）提出。用這個原理設計出的一些建築往往會給人帶來視覺上的衝擊。

張拉建築

有好奇的讀者問了，這種裝置是怎麼設計出來的呢？通常來説，物體都是可以被繩子吊住的，就像吊燈一樣。如果把繩子變短，同時被吊着的物體的外觀發生改變，如下圖所示，物體仍然可以被吊住。只是受物體的質量分佈的影響，物體不一定能保持穩定，有向四周傾倒的趨勢，所以，需要再用幾根繩子將它拉住，從而保持結構的穩定，這也就是這個小裝置的具體設計原理。

結構變化

一開始，小編以為這個裝置需要四根線才能完成。事實上，只需要三根就能達到同樣的效果，而這與剛體的平衡條件息息相關。剛體達到平衡需要滿足兩個條件，一個是剛體所受合外力為0，另一個是相對任意一個參考點，剛體所受合力矩為0。為了弄清為什麼三根繩就能平衡，我們將第二層簡化為一個平板進行受力分析。如下圖(a)，如果只有兩根繩子，可以看出，除非G，T1，T2這三個力的作用點共線，否則拉力T2會產生一個相對藍色虛線的力矩，導致平板的不平衡。但是當加入第三根繩子的時候，如下圖(b)，第三根繩子的拉力T3可以抵消T2所產生的力矩，從而能夠使平板不發生翻轉。

平面圖

三根線就能達到同樣的效果

對於第四根繩子，小編只能説一句：可以有，但是沒必要。這可以從剛體的平衡方程證明。如上圖(c)，假定所有的力都是平行的，那麼剛體的方程有：力平衡方程一個，繞藍色軸力矩平衡一個，繞紅色軸力矩平衡一個。四個未知數，卻只三個方程，方程的解有未定性。這意味着其中有一根繩子可以刪掉，這樣我們就證明了三根繩子是這個結構所需繩子數目的最小值。

看完小編的製作過程以及分析，大家快來找找身邊有用的材料，趕緊支稜起來吧！我們將為“蓋樓”層數最高的投稿，送上物理所表情包抱枕一個~