当我们拿着一根链子的两端,链子不会形成凹凸不平的形状,而总是会形成一条平滑的曲线。链子自然下垂形成的曲线就叫做悬链线。悬链线可以用数学公式来表达。一开始伽利略提出悬链线是一条抛物线,但是后来戈特弗里德·莱布尼茨、克里斯蒂安·惠更斯和约翰·伯努利发现了悬链线的数学公式,证明它不是抛物线。
在建筑房屋的时候,人们要用最少的材料造最牢固的房子。什么样的曲线能够消耗最少的建筑材料,却能够有效地承受自身重量呢?答案就是悬链线。柔软的链子在自身重力的作用下形成了稳定的悬链线,所以有人很快想到,如果把悬链线翻转,那么形成的结构一定也能很好地承受自身的重力。
在17世纪的时候,提出了材料弹性基本定律——胡克定律的英国发明家罗伯特·胡克就注意到了悬链线可以用来作为建筑的屋顶。在没有钢筋混凝土的时代,许多建筑设计师为了用较少的普通材料建造最为稳固的屋顶,开始将悬链线应用到了建筑中。许多采用尖顶的建筑,如哥特式教堂都喜欢用悬链线。而一些传统民族建筑也采用了悬链线的设计。现在我们就来看一看有哪些建筑使用了悬链线的设计吧!
非洲喀麦隆的传统泥屋Musgum是用泥土做的,屋顶也是悬链线,因为悬链线可以让用泥土这种较为柔软的建材制造的泥屋更加稳固。Tongkonan是印尼托拉查人的传统建筑。它有着马鞍形的屋顶。据当地人表示,一开始这种房屋是挂在树上的,这样悬链线的屋顶能够有效承重。后来荷兰传教士让他们把房子造在了地面上。伊拉克东南部的少数民族Madan人住在沼泽地上,他们也被叫做“沼泽阿拉伯人”。
他们用芦苇建造的房屋mudhif也具有悬链线的屋顶。爱尔兰西南部的古代石头建筑Clochán也有悬链线设计。在20世纪的时候,西班牙传奇建筑师高迪将悬链线进一步发扬光大,用悬链线设计了一系列坚固、节省材料却又十分美观的建筑。
高迪设计的巴特略之家(位于西班牙巴塞罗那)内部一角:巴特略之家外部:高迪设计的米拉之家屋顶内部:赫尔辛基大学图书馆:西班牙巴塞罗那艺术科学城的建筑:美国圣路易斯市的萨尔南拱门:具有悬链线设计的教堂屋顶:看看地上的投影:大自然中也有不少悬链线哦,比如位于美国犹他州拱门国家公园内,跨度93.3米的地貌拱门(Landscape Arch)。很神奇吧!