见证身边的科学奇迹——关于洛阳古桥的科学探究 摘要 以身边的洛阳桥为例，走出课堂，观察，实验，深入分析身边的科学。 关键词 筏形基础 船型桥墩 殖蛎固基 模型 实验 分析 起因： 2012年8月24日早晨，哈尔滨阳明滩大桥发生垮塌事故，距离大桥开通时间不足一年。事故造成3人死亡5人受伤，大桥总投资18.82亿元，造成了国家巨大经济损失。这一年，我刚好在哈尔滨游玩，这次事件给我留下了很深记忆。无独有偶，这样的桥脆脆，这几年时有发生，据公开资料显示，自2007年-2012年5年时间内，全国范围内公开可查询的桥梁垮塌事故共有15起，发生事故的15座桥梁中，仅有3座至事发时使用时间超过15年。我不由想起家乡泉州也有座桥梁——洛阳桥，却有着千年的历史，至今仍在服务百姓，促使我去深入研究洛阳桥建造的科学原理。 泉州洛阳桥与河北赵州桥，北京卢沟桥，潮州广济桥并称中国四大古桥，北宋皇祐5年修建，距今已近1000年，建成后成为当时广东、福建进京城的必经之路。是我国现存最早的跨海梁式大石桥。 洛阳桥位于福建省泉州市东郊的洛阳江上，距泉州城5公里，据史料记载石桥一共有1200米长，有44座桥墩。桥上两边有扶栏。如今石桥只剩下31座桥墩，834米长了。远远望去，浅灰色花岗岩桥体在阳光下遍体磷光，就像一条银龙横卧江上，十分壮观。 实地观察： 筏形基础。据当地渔民介绍和查看文献，洛阳桥桥墩下面，江底深处埋着一大片花岗岩基石，在桥墩下方筑成了一条横跨江底的大石堤。 船型桥墩。洛阳桥的桥墩砌体相当庞大，两端砌成尖形，形状像船型。几十座桥墩每隔几米一字排开，就像整装待发的航船，一字列开在江面上。 殖蛎固基。桥墩上下密密麻麻布满了牡蛎，就像披上了厚厚的铠甲，几乎看不出是由一块块花岗岩条石相接而成。经过了解，为了把水底那些堆积在一起的石条凝聚成为一体，使之不被大水冲塌，造桥的工匠们想出了一个绝妙的办法。沿海海底有一种长有贝壳的软体动物，名叫牡蛎。它有两个壳，一个壳附在岩礁上或者另一个牡蛎上，互相交结在一起，另一个壳则盖着自己的软体。牡蛎繁殖能力很强，而且无孔不入，一旦跟石胶成一片后，形成大量的碳酸钙物质，我们用铁铲也铲不下来。工匠们利用牡蛎的这个特性，在桥基上种牡蛎。把桥基和桥墩自然地胶结成整体。 洛阳桥这样的建造方式对桥梁结实，牢固有什么影响呢？我把实地考察的结果带回来后，依照洛阳桥建造的这些特性，实验室做了模型，进行了对比实验。 我买了些石材，把石材分成2组，一组依照洛阳桥建造特性建造，在底座放置一块又宽又长的石板材，作为筏形基础；把一块块石材修剪成船型的形状。用AB胶代替殖蛎固基，把船型石材粘合在一起做为桥墩，并与底座桥基粘结在一起，成为一个整体，最后在桥墩上面放置几块长长的板材，做为桥面，这样洛阳桥的模型就做好了。另一组，则像堆积木的方式，把石材砌成桥墩，再在上面架上桥面。然后我把这2座桥埋在沙土里，在2座桥的斜上方放置一块巨大的玻璃板，让水流从上方冲至玻璃板，同时冲向这2座桥梁模型。第一次，水流过小，2座桥梁巍然不动，失败了，第二次，水流过猛，把2座桥都冲歪冲塌了，调整控制水流后，再次试验，在流水巨大的冲击下，洛阳桥模型稳稳屹立着，而另一座积木式搭建的桥梁模型则被完全冲垮。我们通过实验室验证了洛阳桥正是由于这些建造特点，虽历经风雨，仍千百年来始终屹立在洛阳江面上。 我们用信息技术手段，拍摄并制作了实验探究过程的视频。 洛阳古桥的实验探究—在线播放—优酷网，视频高清在线观看 http://v.youku.com/v_show/id_XMTQzNTcwNjYwOA==.html 下面我们依据实验结果来具体分析： 筏形基础。当建筑物上部荷载较大而地基承载能力又比较弱时，用简单的独立基础或条形基础已不能适应地基变形的需要，这时将柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载承受在一块整板上。筏形基础由于其底面积S大，在同等受力F情况下，P=F/S，可以减小基底压强，也能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降。 船型桥墩。位于流水中的桥墩，其上游迎水面受到流水冲击作用。流水受到桥墩阻碍，对桥墩施加压力。等速流动的河流可视为流速为v的平面流场，流线为互相平行的水平线。 在流动的河流中放置一桥墩，流线在接近柱体时流动受阻，在桥墩前一分为二，沿柱面两侧向后流动，桥墩后出现旋涡区。在河流中放置一桥墩，水流在接近桥墩时流动受阻，流速减小，压强增大。到达a点，流线停滞，流速为零，压强最大，a点称为停滞点。a点开始，一分为二，沿柱面两侧向前流动，形成边界层流动，到达b点。 体当成是圆形的，A与半径R的关系为A＝∏R2，而质量M与半径R的关系为M＝ ∏R3 因此，当物体的体积增大时，受到的绕流阻力与质量的比值越小，这也说明了桥基和桥墩自然地胶结成整体时，桥墩更难被水冲走。 通过这次科学探究我们发现，洛阳古桥运用了生物学方法与物理科学的建造手段，终于成就了洛阳桥的千年不朽。 关注身边科学，勤观察，善思考，孜孜不倦的探究促进了我对知识更深的理解与提高。 参考文献 【1】 洛阳桥. 泉州市志 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/928f9d336a0203d8ce2f0066f5335a8103d26673.html