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为什么三角形最具有稳定性

11-07 14:55:22   浏览次数:345  栏目:有问必答
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我们常说:三角形最具有稳定性,但是为什么呢?如何证明呢?问老师,老师也只能说三条边的关系。我想,一定有什么道理藏在其中。
三角形最具有稳定性在数学上的意义:
给定三条直线(任意两条和大于第三条),那么有且仅有一个三角形。意思就是,确定长度的三条边,只能形成一个唯一的、确定的三角形。

而四边形就不行了。比如一个正方形,你可以把它的上下错开,从而变成一个菱形。

当然这个稳定在实际中也有一定意义。一个木块订的三角板永远不会变形。
三角形最具有稳定性在力学上的意义:
假如我们用材质一样的木棒做出一个三角形和一个四边形,边长任意。但是两根木棒的连接是可以活动的,可以看成一个转轴,我们来研究木棒的受力和应力情况。
例如,我们竖起三角形,一边横放于水平桌面,两手分别按压另外两边,我们发现除非单根木棒本身变形外,三角形的形状,三个内角的大小都没有发生变化。而如果拿起一个四边形,单手拿起至于空中,要是“转轴”处够润滑的话,四边形早就变形(内角发生变化)了。另外,如果也将四边形竖起来,一个角尖接触桌面,两手分别按压上面的两边,我们会发现,四边形变形 了。
相比三角形模型,四边形多了一个“转轴”点,当想改变相邻两边不相接的两个端点的距离(或者说是对角线的长度)时,这个“转轴”就起了伸缩的作用,而三角形少了这个转轴,上述相邻两边不相接的两个端点的距离恰恰是第三边,边长已固定。
上面的实验中,从反作用力的角度来看,三角形未按压的边的反作用力是木棒材料本身的支撑力,外力太大,要么把木棒压弯,否则,不变形。但是四边形不是这样,在能使木棒压弯之前,已经有力达到使转轴转动,因而四边形形状开始变化了。

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