[科普中国]-不简单的形状学

每个物体都有其特殊的形状。有些是天然而成，有些是人为而成，每种形状却有它的合理性，这其中也蕴含着不少科学道理。

门之所以做成长方形，是因为在制作和安装过程中既方便，又能达到节省空间和材料的目的，最主要的是适合通行。而山洞的隧道门大多是圆拱形，类似于拱桥一般，主要是为了分散上方的压力，防止塌陷。

家中普通电灯泡的形状多为梨形，这种电灯泡的灯丝采用金属钨制成，通电后灯丝迅速升温，温度高达2500℃以上。如此高温下金属钨会发生升华，些许金属钨的微粒便脱离灯丝表面飞散出来，很容易附着在灯泡内壁上。一段时间后，灯泡内壁被金属钨逐渐遮盖，颜色变黑，光透过性变差，亮度逐渐降低。而研究证明，气体对流是自下而上的，研究人员据此原理，将灯泡设计成梨形，并将少量惰性气体注入灯泡内。如此，灯泡内的惰性气体发生对流时，大部分升华后的金属钨微粒会被惰性气体卷到上方，最终附着在灯泡的颈部，保持了灯泡主体部分玻璃的透明度，使灯泡亮度不受影响。

螺丝帽形状以正多边形居多，而最常见的是正六边形。六角螺帽的设计是出于在力学与工程学上的考虑，在实际的应用当中讲究的是对边平行性。螺帽边的数量决定了旋转角度，6边即需要扭动60度换手，4边即需要扭动90度换手。从制造工艺上来说，6边形螺帽的工艺相对简单，不仅节约原材，同时还能保持使用性能。从实际使用上来说，6边形螺帽稳定性最好，可操作空间也小，在狭小的操作空间中也容易扭动。

运动场上的跑道设计也是极为讲究，中间长且直，而两头呈半圆。若跑道全是直的，对运动场的选地会有较大限制，且不适合长跑比赛；若跑道为一个圆形，运动员要一直改变行进方向，速度无法提升，影响运动员的发挥水平，所以才会设计成中间长、两边半圆的形状。另外，跑道设计在内场还能容纳一个较大面积的区域，可以设置标枪、铁饼、跳高、跳远等各种运动场地，区域较大的话还可容下一个足球场。

某些动物的身体和行为也非常符合形状学。例如猫在冷天时常缩作一团，像球一样，如此与空气的接触面积最小，减少体内热量散失。海豚的形态属于流线型结构，头圆尾尖，皮肤光滑，有利于减小其在水中的游动时的阻力。因此，人们在设计一些交通工具时也借鉴了这样的形态，比如飞机。

大千世界，有些东西的形状看似平淡无奇，但在遵循设计美学的同时，也是科学的产物。

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