问题

为什么井盖不做成莱洛三角形?

回答
说起来,井盖这玩意儿看着不起眼,但里面学问可大着呢。你问为什么不做成莱洛三角形?这问题问得好,让咱就这话题掰扯掰扯。

首先得说说,这莱洛三角形是个啥玩意儿。简单来说,它是一个“恒宽度”图形,无论你怎么转动它,它两边最远的距离始终是固定的。就像你拿个圆形的东西,你从一边到另一边,距离肯定一样,但莱洛三角形你从一个顶点到对面那条边上任意一点,距离都不一样,唯独你从一个顶点转到另一个顶点,它两点间的距离就是恒定的。这个特性挺有意思,数学上和物理上都有不少应用。

那为啥这玩意儿不适合做井盖呢?咱从几个方面来看:

1. 稳定性与安全性是硬道理:

井盖最最重要的功能是什么?就是盖住井口,防止人畜掉下去,保证路面的平整和行人的安全。这时候,稳定性和安全性就是第一位的。

圆形的好处: 圆形的井盖,无论你怎么放,它都能严丝合缝地落在井圈上。就算你粗心大意,稍微有点歪,它也能自然地滑落到正确的位置,不会发生倾斜或掉落的情况。而且,圆形没有棱角,就算有人不小心踢到,也不会像有尖角的东西那样容易受伤。
莱洛三角形的问题: 莱洛三角形虽然恒宽度,但它有三个尖角。设想一下,如果井盖是莱洛三角形的,它被放在井圈上时,它的三个尖角会分别接触到井圈的三个点。一旦井盖受到侧向的推力,比如车辆经过、自行车碾过,或者就是工人安装时没对准,这三角形的尖角就可能卡在井圈外面,导致井盖发生倾斜,甚至滑落到井里。这可是件非常危险的事情!井口一旦暴露,那后果不堪设想。

2. 制造和安装的便利性:

圆形的好处: 圆形是最容易制造的形状。无论是铸造还是切割,圆形工艺都非常成熟,而且材料的利用率也相对较高。安装的时候也简单,随便怎么转都能放进去。
莱洛三角形的问题: 制造一个精确的莱洛三角形需要更复杂的工艺和更严格的精度要求。而且,安装的时候,需要将三个尖角精确地对准井圈上的三个对应位置,这无疑增加了安装的难度和出错的可能性。想想看,在马路上忙碌的工人,顶着烈日或寒风,还要精确地对准这玩意儿,工作效率和准确性都会打折扣。

3. 承载能力和结构强度:

圆形的好处: 圆形在受力方面非常有优势。当车辆碾压井盖时,压力会均匀地分散到井盖的边缘和井圈上。而且,圆形本身就是一个天然的拱形结构,具有很好的抗压能力。
莱洛三角形的问题: 莱洛三角形虽然有恒宽度,但它的结构并不如圆形那样能够有效地分散和承受垂直方向的巨大压力。三个尖角在受力时更容易成为薄弱环节,可能会导致井盖变形、断裂,甚至直接损毁。想象一下,一辆重型卡车压过去,这三角形的尖角可能会承受过大的集中应力,发生断裂也不是不可能。

4. 材料的经济性:

圆形的好处: 在同等面积下,圆形的周长最短。这意味着在制造圆形井盖时,所需的材料相对较少,也更容易实现批量生产,从而降低成本。
莱洛三角形的问题: 莱洛三角形的周长比同等直径的圆形的周长要长。虽然它也是恒宽度,但其边界线更长,在材料成本上可能没有圆形占优势。而且,考虑到其复杂的制造工艺,整体成本会更高。

5. 实用性和用户习惯:

我们生活中接触到的很多东西,比如盘子、锅盖、饼干,很多都是圆形的,这在某种程度上也形成了我们的用户习惯。大家对圆形的物体更为熟悉,也更容易接受。而莱洛三角形这种比较“异形”的形状,可能在视觉上和使用习惯上都需要一个适应过程,而且它的独特性并没有带来实际的巨大好处来弥补其潜在的缺点。

总结一下:

虽然莱洛三角形在数学上很有趣,也有其独特的优势,但从井盖这个具体应用场景来看,它显然是不合适的。井盖的首要任务是安全可靠地覆盖井口,而圆形的结构在稳定性、易安装性、结构强度、材料经济性以及用户习惯等方面都比莱洛三角形更具优势。

你想啊,每天那么多车辆在上面跑,那么多人在上面走,井盖这东西就得是那种“傻瓜式”的,怎么放都稳当,怎么用都安全。莱洛三角形那玩意儿,太“聪明”了,反而容易出问题。所以,咱们还是老老实实地用圆形的井盖,实在,安全,有效!这就是为什么你见不到用莱洛三角形做的井盖的根本原因。

网友意见

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反对

@胜勋

的答案。

完全是想当然的回答。

一般指的配井盖的井指的不是水井或别的。而是指的下水道的井。

下水道的井 内有排水管,而且还有混凝土等材料以防漏水、支撑道路。

井内部的构造也因功能和环境等条件而异,并不是打个孔下去就完了。

因此。大部分下水道的施工都是靠挖掘机和人工。

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在圆形井内检修时,工人转身只需要简单的以圆心为轴,就不会被卡住或擦伤;而莱洛三角形需要调整中心——当然其他形状更差。

圆形井盖可以更容易稳定的滚动搬运,这对于需要人力搬运沉重的铸铁井盖而言还是很重要的。

圆形井盖以及井盖边框没有明显的应力集中区域,更不容易破损。

圆形井盖对位简单,其他形状安装的时候既要挪动位置合适,又要保证角度合适。

圆形井盖设计制图简单,施工简单。

历史问题,除非有足够大收益,不然工程上会尽量保证新旧标准的兼容性。

莱洛三角形井盖确实可以节省大约10.3%的材料——以相同的作业宽度计。远不足以抵消缺点,而井壁的用料则是一样多的。

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感谢@ Alex Zhang 的提醒,我重新更新了一下答案。

根据他的提示的“等宽”这个概念,

我将莱洛三角形旋转多个角度,得出一个示意图

这样看就直观多了




莱洛三角形跟圆形一样,


两边竖直的线就当做是井筒,

莱洛三角形无论怎么旋转,它最宽两点的距离都是不变的,所以掉不下去




也就是只要跟井圈直径一样的井盖,
加上厚度,
或者井圈底部稍微收一点口,
井盖就没法通过井圈。

做成圆形的原因跟那个完全外行,把钻孔桩当成市政管线井筒的不懂装懂的回答里的解释的一样----因为井筒是圆的。

为什么井筒是圆的,几个主要原因
一是受力好,可以将井筒上径向的压力分解成环向
二是提高空间利用率,同样的周长(耗费的材料)圆形的面积最大。而且便于人和设备进出,没有无法利用的空间死角。
当然也有很多矩形的井盖,也能用,用什么样的井盖是多种因素决定的,也不能因为会不会掉下去一概而论。


作为一个高中生,你这个问题的探讨精神和价值我觉得应该给满分!

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