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2018-06-20

[世界地理]比萨斜塔是哪国的?为什么斜而不倒?

[世界地理]比萨斜塔是哪国的?为什么斜而不倒?


[世界地理]比萨斜塔是哪国的?为什么斜而不倒?

比萨斜塔建造于1173年8月,是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼,位于意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。

过去人们曾一度认为钟楼是故意被设计成倾斜的,但是事实并非如此。

作为比萨大教堂的钟楼,1173年8月9日开始建造时的设计是垂直竖立的,原设计为8层,高54.8米,它独特的白色闪光的中世纪风格建筑物,即使后来没有倾斜,也将会是欧洲最值得注意的钟楼之一。

为什么比萨斜塔看着似乎要倒了要倒了,却仍然在600多年的历史、无数次的大地震中屹立不倒?最近,一个工程师团队终于解开了这个谜题。(拓展:[地理科普视频]欧洲申根签证是要各国分开签吗

这次研究由罗马大学发起,通过分析现有的结构与地震资料记录,并对建筑材料的物理、机械、化学性质,以及塔下的岩石与土壤进行调查,分析总结了比萨斜塔至今不倒的成因,其规模超越了以往的任何一项相关研究。

如何在意大利比萨斜塔拍照

如何在意大利比萨斜塔拍照

比萨斜塔能够抵御强烈地震振动的能力来自一种被称为“土-结构动力相互作用”(简称DSSI)的现象。

本质上讲,由于塔的高度(55米/183英尺)、塔下柔软的土壤、以及其由大理石刚性构成的结构三者之间非常偶然的相互作用,当地震发生时,比萨斜塔具有能够防止其产生共振现象的振动特性。

当塔身开始倾斜时,建筑师试图通过调整第三层北面的柱子和拱门的规模来弥补误差,但在完成第四层之前,比萨斜塔就因为一系列宗教战争爆发而停止了相关工程。

当1272年一切尘埃落定时,人们试图继续完成钟塔的建造,但由于上个世纪的土壤运动,塔身已经向南方倾斜,因此新工程师们还试图进行补救。

意大利比萨斜塔内部结构图

意大利比萨斜塔内部结构图

不过,在完成第七层之后,建造又停止了,因为1278年再次爆发了政治运动。

“讽刺的是,帮助比萨斜塔在地震中幸存下来的土壤也是导致其不断倾斜、以至于塔身濒临崩溃的罪魁祸首。 ”来自布里斯托尔土木工程系的教授George Mylonakis说道。

这座钟楼位于米拉科利大教堂广场,始建于1173年。据说当比萨斜塔刚建到第三层时,塔身就开始倾斜了,而由沙子、泥和黏土组成的松软土壤很快就被认定为是倾斜的原因。

进入20世纪以后,随着科学技术的发展和政府部门的投入,对比萨斜塔维护的研究工作有了进展,专家成立委员会评估任何一个可能导致倾斜加剧的危险可能性,并研发阻止继续倾斜直至逆转倾斜的方法。

经过20世纪末至今的一系列工作之后,比萨斜塔的塔顶与基座中心之间的偏移距离已从原先的5米多减小至如今的3.9米(12英尺10英寸)。

终于在1370年,比萨斜塔落成,此时已经形成了其独特的倾斜外观。修复者们通过从基座的一侧移去土壤以帮助比萨斜塔稳住倾斜的身姿,他们自信地认为,今后两个世纪都无需再对其进行加固。

在之前纠正倾斜角度的过程中,比萨斜塔开始不对公众开放。从2001年开始,斜塔正式对外开放,为了讨好游客,管理方甚至在后续修复过程继续保持开放状态,因为修复费用高达600万欧元,此举也是为了从售票中获取收益以维持开支。

比萨斜塔每年会吸引100万的游人前来参观。 意大利政府于1990年起关闭斜塔,斥资2500万英镑开始修复工程,包括加固地基和抽走地下水,并以钢缆支撑塔身。该修复工程于2001年完成,斜塔当时已立刻变直近38厘米。

比萨斜塔实验(自由落体实验)

比萨斜塔实验(自由落体实验)

落体实验古希腊权威思想家亚里士多德(公元前384—322年)曾经断言:物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比,重者下落快,轻者下落慢。比如说,十磅重的物体落下时要比一磅重的物体落下快十倍。

1800多年来,人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。直到16世纪,伽利略(公元1564—1642年)才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。

伽利略说,假如一块大石头以某种速度下降,那么,按照亚里士多德的论断,一块小些的石头就会以相应慢些的速度下降。要是我们把这两块石头捆在一起,那这块重量等于两块石头重量之和的新石头 ,将以何种速度下降呢?如果仍按亚里士多德的论断,势必得出截然相反的两个结论。

一方面,新石头的下降速度应小于第一块大石头的下降速度,因为加上了一块以较慢速度下降的石头,会使第一块大石头下降的速度减缓;另一方面,新石头的下降速度又应大于第一块大石头的下降速度,因为把两块石头捆在一起,它的重量大于第一块大石头。

这两个互相矛盾的结论不能同时成立,可见亚里士多德的论断是不合逻辑的。伽利略进而假定,物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到的空气阻力相同,或将空气阻力略去不计,那么,两个重量不同的物体将以同样的速度下落,同时到达地面。

为了证明这一观点,1589年的一天,比萨大学青年数学讲师,年方25岁的伽利略,同他的辩论对手及许多人一道来到比萨斜塔。伽利略登上塔顶,将一个重100磅和一个重一磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下,两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。

面对这个无情的实验,在场观看的人个个目瞪口呆,不知所措。 这个被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话,用事实证明,轻重不同的物体,从同一高度坠落,加速度一样,它们将同时着地,从而推翻了亚里士多德的错误论断。

这就是被伽利略所证明的,现在已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例,为实践是检验真理的惟一标准提供了一个生动的例证。查看更多世界地理知识

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