螺旋

词语

1.像螺蛳壳纹理的曲线形。螺旋是一种像螺线及螺丝的扭纹曲线，为一种在生物学上常见的形状，例如在DNA及多种蛋白质均可发现这种结构。螺旋分为左旋和右旋。从螺旋中心沿轴线望去，如果螺旋由近至远为逆时针方向，便是左旋，相反则是右旋。大部份螺丝的螺旋是右旋，但在生物结构上左旋和右旋均常见。判断左旋右旋可以用手比对：握拳竖起的大拇指指向轴线方向，假想螺旋是沿着四指方向环绕轴线的，若螺旋延伸的方向和左手大拇指一致则螺旋为左手螺旋，反之为右手螺旋。

性质

根据功的原理，在动力F作用下将螺杆旋转一周，F对螺旋做的功为F2πL。螺旋转一周，重物被举高一个螺距（即两螺纹间竖直距离）,螺旋对重物做的功是Gh。依据功的原理得F=(h/2πL)/G。因为螺距h总比2πL小得多，若在螺旋把手上施加一个很小的力，就能将重物举起。螺旋因摩擦力的缘故，效率很低。即使如此，其力比G/F仍很高，距离比由2πL/h确定。螺旋的用途一般可分紧固、传力及传动三类。

螺旋结构与应用

螺旋结构是自然界最普遍的一种形状，DNA以及许多其它在生物细胞中发现的微型结构都采用了这种构造。然而，为何大自然对这种结构如此偏爱呢？美国宾夕法尼亚州的物理学家认为，他们找到了这一问题的数学答案。他们的研究成果发表在近期的《科学》杂志上。

“为何螺旋结构是现在这个样子？过去的回答是——由分子之间的引力决定的。但这只能回答螺旋结构是如何形成的，而不能回答为什么它们是那种形状。”宾州大学的天文和物理学系教授兰德尔·卡缅指出，“从本质上来看，螺旋结构是在一个拥挤的空间，例如一个细胞里，聚成一个非常长的分子的较佳方式，譬如DNA。”

在细胞的稠密环境中，长分子链经常采用规则的螺旋状构造。这不仅让信息能够紧密地结合其中，而且能够形成一个表面，允许其它微粒在一定的间隔处与它相结合。例如，DNA的双螺旋结构允许进行DNA转录和修复。

为了显示空间对螺旋形成的重要性，卡缅建立了一个模型，把一个能随意变形、但不会断裂的管子浸入由硬的球体组成的混合物中，就好比是一个存在于十分拥挤的细胞空间中的一个分子。通过观测，他们发现对于这种短小易变形的管子而言，Ц形结构的形成所需的能量最小，空间也最少。而螺旋当中的Ц形结构，在几何学上最近似于在自然界的螺旋中找到的该种结构。

“ 看来，分子中的螺旋结构是自然界能够最佳地使用手中材料的一个例子。DNA由于受到细胞内的空间局限而采用双螺旋结构，就像是由于公寓空间局限而采用螺旋梯的设计一样。”卡缅指出。

在圆柱体的侧表面上刻出螺旋形沟槽的机械。也可把螺旋看成是斜面绕在圆柱体上而构成，因此，螺旋应用了斜面原理。螺旋的特点是能把转动变成平动或者相反。在古代，人们就应用螺旋。阿基米德就发明了用螺旋从尼罗河中向上提水，就是用了著名的阿基米德螺旋（图1）。

螺旋可用于传动和锁紧。实际使用的螺旋有方形、三角形、梯形、锯齿形等各种不同形状的螺纹(图2)，各有不同用途,作为传动用的螺旋多为方形螺纹。从图3的螺旋和螺母中可以得出螺旋的机械效率：

式中W 为螺母所受的轴向力的值;h为螺旋的导程；M为螺母所受的力矩值；α为螺旋的导角；嗘为螺纹和螺母间的摩擦角。

如利用螺旋来锁紧物体则要求α≤0, 这称为螺旋自锁条件。常用螺旋千斤顶（图4）来推举重物，这就要求螺旋满足自锁条件。

螺旋在机器和结构中得到广泛的应用，机床的丝杠用螺旋来传动，机器和结构上的各种螺钉和螺栓则用螺旋来锁紧。此外，螺旋送料机、螺旋推进器等也是螺旋在其他方面的应用。

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