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會摺疊的航天太陽能板,家裡也可以做啊 | 科學DIY

今天我們來介紹一種神奇的摺紙。

這種摺紙不但好玩、容易操作,而且還在科學研究方面起到了大用處哩。

材料和工具

一張紙(比如A4紙)

操作步驟

1. 沿著紙的短邊均勻分成5等分,然後像圖中這樣一上一下地折好。

還是不懂的看下面演示:

2. 長邊均勻分成7等分,然後像圖中這樣,把3分的那段往4份的那段折。

注意:折的時候不能讓兩段紙重疊,而要形成一個小角度,這樣才能製造出平行四邊形而不是矩形。

3. 像圖中這樣一直折,最後會形成下圖的形狀,此時第一步完成了:

還是不懂的看下面演示:

4. 把紙打開,沿著「山峰」和「低谷」再折一次,最後形成下面的樣子:

藍色是低谷——位於相鄰兩面紙的下方;紅色是山峰——位於相鄰兩面紙的上方。

還是不懂的看下面演示:

5. 把你的大作摺疊好,現在它可以沿著對角輕鬆打開、摺疊啦!

實驗原理

這種摺紙就叫做三浦摺疊,它是由日本東京大學的天文學教授三浦公亮在1985年發明的摺疊技術。

許多人造衛星、飛行器(如1996年日本的太空飛行器單元)、手術支架,甚至傢具和服裝設計中就使用了三浦摺疊。

▲ 日本的太空飛行器單元的太陽能陣列採用了三浦摺疊

圖片來源:NASA

三浦摺疊究竟有什麼好處呢?

摺疊后,材料就變得小巧緊湊,適合在航天器和手術中運輸。另外,三浦摺疊還可以避免材料在摺疊和展開的過程中過快磨損。

如果我們仔細地看這個摺紙上的紋路,你就會發現它是由一個個平行四邊形構成的。而且在垂直方向上,相鄰的2個平行四邊形恰好是各自的鏡像。

另外,你會發現除了紙張的4個角是直角以外,三浦摺疊里並沒有直角。三浦這樣設計是故意的。他證明,沒有直角的折紋可以讓摺疊后的材料更耐用

最後,三浦摺疊其實屬於一種「剛性摺紙」,也就是說在摺疊的過程中,每個小平行四邊形都沒有變形扭曲,而保存了平面的幾何形狀。因此,三浦摺疊非常適合那些剛性的材料,比如太陽能板。

▲ 服裝設計中的三浦摺疊

三浦摺疊在日常生活中也很有用哦,比如我們出門旅行時,如果直接按照直角摺疊地圖,用不了幾次摺疊的地方就會磨損。如果用三浦摺疊,就可以大大增加地圖的耐用程度。

其實,在自然界也有植物在運用三浦摺疊的原理哦。看看山毛櫸山楂樹葉子萌發的過程吧,它們也是由一個小小的摺疊的嫩芽展開變成的哦。

▲ 山毛櫸的新葉

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參考資料

圖片來源:TinyLetter, University of Cambridge, Tumblr, Wikipedia, iaacblog



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