為啥把建筑做成“薯片”？不是想饞你，因為結(jié)實……

01 薯片.你究竟是什么形狀

其實在市面上售賣的薯片大約分為兩種形狀，分別以樂事和品客薯片為代表的拋物柱面和馬鞍面。（如下圖）

（左為樂事薯片|右為品客薯片）

對于這二者哪一個更不易碎曾在網(wǎng)絡(luò)引起過一番爭執(zhí)，史稱薯片之爭。

這場爭論的最后到底是哪一方贏了呢？我們來分析一下。

02 神奇的馬鞍面

馬鞍面，又稱雙曲拋物面，以形狀類似馬鞍而名。馬鞍面的構(gòu)造即由一條凹形拋物線在另一條凸形拋物線上移動而形成。曲面的水平輪廓線為一雙曲線，而垂直于輪廓線則為一拋物線，故有雙曲拋物面之稱。其函數(shù)解析式表示為：

（紅白兩條線分別是兩個面的拋物線）

而雙曲拋物面的幾何特點可以將整個曲面看成兩部分，一個是平行于高角點的索，一個是平行于低角點的拱，它們兩者相互的正交而形成空間的受力體系，充分的發(fā)揮了拱的受壓性和索的受拉性，即在受外力擠壓時，凹面的拱結(jié)構(gòu)承受壓力，而受外界力的拉扯時，凸面的懸索結(jié)構(gòu)可承受較大拉力，使得這個結(jié)構(gòu)比其他類型結(jié)構(gòu)更加具有良好穩(wěn)定的特性。

雙曲拋物面形狀也因而形成不了應(yīng)力線，所以即使薯片出現(xiàn)了裂縫，也不會整片破碎，最多只是邊邊角角磕碰。

03 略遜一籌的拋物柱面

通過仔細觀察上圖兩種不同類型的薯片，你會發(fā)現(xiàn)樂事薯片形狀并未采用雙曲拋物面形，而是采用了拋物柱面（如下圖）

其函數(shù)解析式為：

其母線平行于Z軸，幾何上的特征使其易于母線處形成應(yīng)力線，從而碎裂，如果你細心觀察就會發(fā)現(xiàn)樂事薯片大多呈對半式碎裂。

04比較之下，勝負已定

由于二者幾何特征上的差異，使得品客薯片相較樂事薯片無法形成應(yīng)力線，可承受更高程度的擠壓與拉伸作用，故而在薯片之爭中品客薯片完勝。

除了結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定不易碎，馬鞍形薯片還有另一個優(yōu)點：在運輸期間更適合堆疊，更能節(jié)約空間完美貼合。甚至……

你能用具有雙曲拋物面的薯片搭出一個圓環(huán)！(amazing)

05有趣的“薯片建筑”

（左為2012倫敦奧運會室內(nèi)自行車館，右為加拿大豐業(yè)銀行馬鞍體育館）

上圖兩棟建筑是不是像兩片巨大的無比的薯片！這同樣是運用了馬鞍面結(jié)構(gòu)在受到張力及拉力時不易發(fā)生形變更加穩(wěn)定的性能特點，極大程度上提高了支撐系統(tǒng)的受力極限，且工藝簡單、安全可靠，能夠用較少的建筑原料，較短的建筑工期，建出更穩(wěn)定的建筑。

供稿單位：西南大學科普空間站、重慶物理學會、北碚區(qū)科學技術(shù)協(xié)會

審核專家：張巧明

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