比萨斜塔
(意大利语:Torre pendente di Pisa或Torre di Pisa,英语:Leaning Tower of Pisa)建造于1173年8月,是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼,位于意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。
比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米,从地面到塔顶高55米,钟楼墙体在地面上的宽度是4.09米,在塔顶宽2.48米,总重约14453吨,重心在地基上方22.6米处。圆形地基面积为285平方米,对地面的平均压强为497千帕。从1178年首次发现倾斜以来,到现在倾斜角度已达到3.99度,偏离地基外沿2.5米,顶层突出4.5米。
比萨斜塔之所以会倾斜,是由于它地基下面土层的特殊性造成的。比萨斜塔下有好几层不同材质的土层,各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成,而在深约一米的地方则是地下水层。这个结论是在对地基土层成份进行观测后得出的。最新的挖掘表明,钟楼建造在了古代的海岸边缘,因此土质在建造时便已经沙化和下沉。
比萨人坚信它不会倒下,他们有这样一句俗语,比萨塔像比萨人一样健壮结实,永远不会倒下去。
传说1590年,出生在比萨城的意大利物理学家伽利略,曾在比萨斜塔上做自由落体实验,将两个重量不同的球体从相同的高度同时扔下,结果两个铅球几乎同时落地,由此发现了自由落体定律,推翻了此前亚里士多德认为的重的物体会先到达地面,落体的速度同它的质量成正比的观点。
但是,伽利略的两个球体并非像传说中的一样一起落下,即使重力加速度不变,两个球体受到空气阻力影响,是不会一起落下的。这也就是为什么鹅毛和铅球不会一起降落的原因。由于受到空气阻力,两个球体不能看作自由落体。但是伽利略的实验理论是正确的,在真空中,无论多重的物体,都遵循自由落体定律。
为了解决比萨斜塔的倾斜问题,1962 年意大利工程师Terracina提出“掏土法”的解决方案,由于显得不够深奥而遭长期搁置,直到该法在墨西哥城主教堂的纠偏中成功应用,又被重新得到认识和采纳。比萨斜塔拯救工程于1999年10月开始,采用斜向钻孔方式,从斜塔北侧的地基下缓慢向外抽取土壤,使北侧地基高度下降,斜塔重心在重力的作用下逐渐向北侧移动。2001年6月,倾斜角度回到安全范围之内,关闭了十年的比萨斜塔又重新开放。现在我们称这种方法为“地基应力解除法”。
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