Tại sao dùng vòm cuốn có thể vượt qua khoảng cách lớn hơn so với dùng dầm?

Khi khẩu độ rất lớn, thường phải dùng dầm vừa dày vừa to, nhưng thế thì trọng lượng bản thân của dầm lại càng tăng lên nhiều. Một dầm đá có diện tích 1 m2, nếu phải bắc qua một khoảng cách là 30 m thì bản thân nó nặng gần 300 tấn. Đá là một vật liệu rất chịu nén, mỗi cm2 có thể chịu một trọng lực là 2000-3000 N, nhưng lực kéo thì lại rất kém (mỗi cm2 chỉ chịu đựng vài trăm N) hơn nữa bản thân đá còn có nhiều vết nứt và đường vân. Do vậy một dầm đá dài 30 m, nặng 300 tấn, dù là rất to, nhưng khi gác lên cao, mặc dù không chịu tải trọng nào cũng tự nó bị gãy.

Khẩu độ vài chục mét, đối với các kết cấu vỏ mỏng, kết cấu khung lưới, kết cấu cáp treo v.v. trong kiến trúc hiện đại, có thể giải quyết một cách dễ dàng ngon ơ, thậm chí khẩu độ 1-2 trăm mét cũng chẳng phải là chuyện khó, nhưng đối với "kết cấu dầm cột" của kiến trúc cổ thì không thể được. Tuy nhiên, thời cổ đại vẫn có nhiều mái nhà kiến trúc với khẩu độ rất lớn, như đền thờ một vạn vị thần cổ của La Mã. Khẩu độ mái vòm của nó đạt đến 43 m (đường kính), vậy nó được xây dựng như thế nào?

Trong các kiến trúc trước kia, ta thường thấy bên trong một số cửa sổ hoặc cửa ra vào, người ta dùng các viên đá hoặc gạch có dạng hình cung tròn, hình bầu dục và hình tròn nhọn, đó là "vòm cuốn". Kết cấu vòm cuốn thường được ứng dụng ở các cầu xây bằng đá thời cổ đại. Ngoài ra còn có một số đền miếu, nhà thờ, mái của chúng có dạng nửa hình cầu, đó cũng là một loại vòm cuốn, về mặt kiến trúc gọi là "mái vòm".

Thế thì tại sao vòm cuốn có thể vượt qua khẩu độ hàng chục mét? Hoá ra là, vòm cuốn có thể dùng từng viên từng viên gạch đá ghép vào nhau mà thành, không như dầm, nhất định phải dùng cả thanh đá hoặc thanh gỗ. Nguyên nhân là sau khi vòm cuốn chịu tải trọng, bên trong nó không sản ra một lực kéo, chủ yếu sản sinh lực nén, các viên đá và viên gạch đều là những vật liệu có khả năng chịu nén rất lớn, các vật liệu dạng viên nhỏ chỉ cần viên này áp đặt vào viên kia không lơi lỏng, thì sẽ không thể bị phân tán ra, đó là nguyên nhân khiến cho vòm cuốn có thể dễ dàng vượt qua khẩu độ lớn hơn so với dầm. Đương nhiên, ở phần chân của vòm cuốn sẽ sản sinh ra lực đẩy hướng ra ngoài, vòm cuốn càng "dẹt" thì lực đẩy càng lớn, giống như khi ta đứng xoạc chân thì cảm giác như bị trượt ra hai bên, vì vậy phần chân của kết cấu vòm cuốn, cần phải làm tường dày hoặc móng vững chắc để chống lại lực đẩy.

Kết cấu vỏ mỏng trong kiến trúc hiện đại, về nguyên lý cũng tương tự như vòm cuốn, vì vậy kết cấu vỏ mỏng tuy rất mỏng, nhưng có thể vượt qua được khoảng cách rất lớn.

Tại sao tàu điện ngầm ngày càng trở nên quan trọng trong giao thông thành phố?

Theo dự tính, đến đầu thế kỷ XXI, số thành phố có trên một triệu dân trên toàn thế giới sẽ tăng lên hơn 400, các phương tiện giao thông truyền thống...

Vì sao đèn tiết kiệm lại có thể tiết kiệm được năng lượng?

Ngày nay, đèn tiết kiệm năng lượng do các đặc điểm nổi bật như ánh sáng dịu, dễ chịu, giá cả tương đối rẻ, mà nó đang dần thay thế các loại bóng đèn phổ thông.

Có phải khi mưa, càng đi nhanh càng ít bị ướt đẫm nước mưa?

Thông thường khi đi trong mưa người ta cố gắng chạy thật nhanh vì cho rằng đi càng nhanh thì càng ít bị ướt đẫm nước mưa. Thực tế có phải như vậy...

Làm thế nào tìm con đường ngắn nhất?

Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta thường gặp vấn đề sau đây: Cần tìm con đường ngắn nhất đi từ điểm A đến điểm E như ở hình vẽ. Trên hình vẽ các điểm...

Vì sao ở Nam Cực lại nhiều vẩn thạch đến thế?

Vẫn thạch đối với các nhà thiên văn mà nói là "tiêu bản thiên thể" rất khó kiếm được. Chưa ai từng nghĩ đến trong điều kiện không có tư liệu và đầu...

Vệ tinh truyền thông địa tĩnh có đúng là đứng yên không?

Vệ tinh truyền thông định cư trên tầng cao khí quyển, giữ một trạng thái đứng yên tương đối so với Trái Đất. Nó được một tên lửa có tốc độ cực cao đưa...

Vì sao có loại vật liệu sơn phòng hoả?

Từ thời rất xa xưa, từ khi con người biết dùng lửa để nướng thức ăn, chống rét, xua đuổi mãnh thú, lửa đã từng có những đóng góp to lớn cho sự tiến bộ...

Siêu văn bản "siêu" ở chỗ nào?

Chúng ta biết rằng thường một văn bản được chia ra thành mấy đoạn, mỗi đoạn gồm có mấy câu, mấy câu lại gồm một số chữ tạo nên. Có thể nói văn bản...

Vì sao sóng biển lại có màu trắng?

Thực ra, có thể coi sóng biển là dạng các hạt thủy tinh đã vỡ vụn. Do đó, để chúng ta dễ hình dung và giải thích hơn về việc tại sao nước biển có màu xanh mà sóng biển lại có màu trắng, hãy cùng nghiên cứu về tính chất của thủy tinh...