工程师把拦河坝设计成下宽上窄的梯形截面形状的原因主要有以下几点:
水压力随深度的增加而增大:
水越深,水产生的压强越大,P=ρgh。因此,拦河坝下面受力大,上面受力小。设计成下宽上窄可以承受更大的水压,防止压强过大损坏大坝。
重心下移,增加稳定性:
拦河坝设计成下宽上窄可以使坝体重心下移,从而使坝体更稳定。
增大接触面积,提高磨阻力:
在坝体体积和重量相同的情况下,设计成下宽上窄可以增大坝体与地基基础的接触面,从而提高磨阻力,使坝体更稳定。
节省材料:
上面设计得窄一些可以节省材料,因为水压力在顶部较小,不需要承受那么大的压力。
综上所述,工程师在设计拦河坝时采用下宽上窄的梯形截面形状,主要是基于水压原理和水坝稳定性需求,以实现更好的承载能力、稳定性和经济性。