科学与艺术 | MIT的测试证明:达芬奇500多年前的桥梁设计仍具有可行性

达·芬奇一直是天才的化身
带着近乎神圣的光环

2019年
达·芬奇逝世500周年
带你揭秘

    列奥纳多·达·芬奇是一个真正的文艺复兴时期的人,他的复杂设计跨越了许多学科,给他的同时代人和现代观察家留下了深刻的印象。

    尽管达芬奇最著名的代表作是《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》,但在16世纪早期,他设计了一个不太为人所知的结构:一座为奥斯曼帝国建造的桥,它可能是当时最长的桥。如果这座桥建成了,它将会非常坚固,列奥纳多·迪·芬奇500年前的设计可能彻底改变桥梁的建造方式,但是这座桥真的可行吗?

    1502年奥斯曼帝国的统治者苏丹·巴耶济德二世(Sultan Bayezid II)要求修建一座桥,连接君士坦丁堡和邻近的加拉塔地区,君士坦丁堡就是今天的伊斯坦布尔。达·芬奇于是给苏丹·巴耶济德二世写了一封信描述他对该桥的设计想法。

    达芬奇的设计仅使用了大胆的几何原理。使用这些工具,达芬奇可以设计出当时世界上最长的桥梁,史无前例的达 240 米(720 英尺)的跨距。虽然达芬奇当时已经是一位著名的艺术家和发明家,但巴耶塞特二世认为该桥梁无法建设。

    然而如今,雄心勃勃的 MIT 工程师团队利用方便的 3D 打印机对桥梁设计进行测试。研究人员对于达·芬奇500年前的设计进行了分析,并且进行了有趣地测试,来证明画家达芬奇设计的桥如果建成会有多坚固。

    麻省理工学院的研究生卡莉 巴斯特(Karly Bast)在发布的一份声明中说道:“这很耗时,但是 3D 打印使我们能够准确地重新创建这种非常复杂的几何图形。”

    巴斯特(Bast)与一组工程学者合作,最终按1:500 的比例实现了达·芬奇著名的桥梁设计的模型,通过将复杂的形状切成 126 个单独的块,然后仅靠重力组装它们。该小组依靠达芬奇在该工作招标书中找到的草图和描述,以及他们自己对该时代的建造方法的分析。

    Bast 表示,该结构仅通过压缩即可保持在一起——麻省理工学院(MIT)团队希望证明力全部在结构内转移。“当我们把它放进去时,我们不得不把它塞进去。”她说道:“几何的力量使之起作用。这是一个很强的概念。这是经过深思熟虑的。”

   

    在达芬奇的描述中,他并没有指出建造该桥梁所需的材料或设备。巴斯特和她的团队发现,当时唯一可用并且不会因为承受大负载而让这么长的大桥倒塌的材料就是石头。研究人员还做出一种猜测,没有任何粘贴或材料将石头固定在一起,不需要任何紧固件或者混凝土,这样一座桥就能够独立存在。

    麻省理工学院的声明中说,尽管达·芬奇大桥的长度仅仅是现在的乔治·华盛顿大桥以及金门大桥的四分之一到五分之一,但它当时仍将是历史上最长的大桥。它的长度是当时存在的典型桥梁的10倍,所以可以说当时敢于设计并建设这么长的桥一定是一项雄心勃勃让人难以置信的的大工程。

    更重要的是,当时大多数桥梁的支柱被设计成半圆拱,需要10个或更多的桥墩来支撑这么长的桥。但达芬奇的设计是一个单一的拱门,顶部扁平,高度足以以让帆船从下面通过。研究人员用支架把3d打印的砖块拼在一起,但是当他们把“拱顶石”安放在拱顶后,他们就把支架取掉了,结果显示桥可以成功竖立。这是几何学的完美力量,只有通过紧密压缩才会保持连接在一起,所有的力都是在结构内部传递的,这是确保桥梁稳固而不倒塌的关键。

    达芬奇的设计和麻省理工学院科学家的模型,还包括一种叫做桥台的结构,该结构在桥的两端向外延伸,以稳定桥面,防止桥面左右移动。这可能是因为达芬奇知道该地区容易发生地震。巴斯特和她的团队在两个移动的平台上建造了这座桥。它们模拟了当一个平台远离另一个平台时会发生什么的场景,就像在薄弱土壤上建造的重型建筑会随着时间的推移会发生的情况一样。这座桥在抵抗移动动的同时具有弹性,尽管在拉伸后有些变形。

    这个草图是达芬奇徒手绘制的,我们需要思考的是,这是他在50秒钟内完成的作品,还是他真正坐下来思考的东西?现在一切都很难断言,但是麻省理工学院研究人员对达芬奇设计的测试,表明他花了一些时间仔细认真地思考。

    该研究小组是在西班牙巴塞罗那举行的国际壳体与空间结构协会会议上介绍了他们的研究结果,该研究尚未发表在同行评审的期刊上。

来源:
    https://www.it610.com/article/1182827651748962304.htm
    http://www.sohu.com/a/346263925_535736

【扩展阅读】

1、达芬奇,再活500年(2019-01-08)
    http://www.sohu.com/a/287566746_166982

2、《达芬奇和他的书籍》展览:重建达芬奇的图书馆(2019-07-02)
    https://mp.weixin.qq.com/s/JKAQRwtH8ZlyAzuP_qab2A

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