《少年科学画报》
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你身上的拱和弹簧
2014-10-16 10:27:02你奔跑，你跳跃，你骑车，你走路，你做这些事情时，身体要经受各种各样的震动和冲击。有数据表明，人从高处往下跳时腿部受到的冲击力，有时相当于几吨重的车子压在腿上。但很奇怪的是，人体并未因为这些冲击而受到损坏。这要归功于人体的奇妙构造：在人体中既有结实的拱，也有减震的弹簧。
拱
说到拱，你可能会想起拱桥。拱是建筑上一个出色的成就，在发明和利用拱之前，建筑结构依靠的是柱、梁和阶石。比如，无从是建筑内部还是外部，都必须横跨在柱上，柱间距离必须经过仔细计算，以防横梁在过大的力的作用下折断。然而拱的性质使得外力可以比较均匀地分布，避免集中在中央，它需要的支撑物较少，建筑内部的空间就比较宽敞了。
赵州桥就是这样一座空腹式的圆弧形石拱桥，它是世界上已知现存最早、保存最好的巨大石拱桥。全桥只有一个大拱，大拱的两肩上各有两个小拱，船只从大拱下方通行是很方便的。大拱由28条拱石并列拼成，为了使相邻拱石紧紧贴合在一起，相邻拱石的中间还有一块起连接作用的楔形石头。当楔形石头受到向下的压力的时候，它就去挤压旁边的拱石，旁边的再去挤压旁边的。这样，每条拱石受到的都只是来自相邻拱石传来的压力，这些措施使得整个拱桥连成一个紧密的整体，分散了外力的作用。
人的足弓是一个拱形结构，足弓由一连串的小骨头组成，使外力前后传递。当身体跳跃或从高处落下着地时，足弓的弹性起着重要的缓震作用。在行走尤其是长途跋涉时，足弓的弹性对身体重力的压迫，以及地面给予的反弹力有着缓冲作用，同时还能保护足底的血管和神经免受压迫。
弹簧
弹簧是我们比较熟悉的一种结构，它用弹性材料制成，在外力的作用下会发生形变，除去这个外力后，又会恢复原状。
纵观我们身体的各个部位，最像弹簧的结构就是脊柱了。脊柱是身体的支柱，有负重、减震、保护和运动等功能。脊柱的长度，3/4是椎体(由一节一节的脊椎骨组成)，1/4是椎间盘。在正常情况下，脊柱有4个弯曲，从侧面看呈S形。脊柱的四个生理弯曲，使脊柱如同一个竖立的弹簧，随着身体运动带来的冲击，脊柱的形状可有相当大的改变。而位于两节脊椎骨之间的椎间盘就好比一个弹簧片，能随压力的大小改变自己的形状，吸收脊椎骨带来的震荡。我们奔跑和跳跃时，虽然从脚底传来的震荡非常大，我们经常感到双脚一麻，但当这种震荡到达上躯干后，经过一节一节的“弹簧”缓冲，再传递到头部的震荡已经非常少了。脊柱既保持了身体的直立姿势，又有力地保护了头部免受来自脚底的冲击。
人体大大小小的关节也可以看作弹簧结构。膝关节处有一块叫做半月板的软骨，在膝关节受压时，半月板能改变形状，使人体在做出奔跑、跳跃等动作时，膝盖收到的震动得到缓冲。
