早在4000年前，我國就已經發(fā)明了傘,?！妒酚洝酚涊d，最早的傘叫“蓋”,，原文為：“五大夫之相秦也,，勞不坐乘，暑不張蓋,?！逼渲械摹吧w”字，指的就是傘,，是避暑用的,。還有諸如：“孔子將行，雨而無蓋,?！边@里說的就是雨傘了,?！秱阄镉浽础诽岬?，古時的傘最初多為絲帛制做，紙發(fā)明后便出現紙傘,，宋代稱為綠油紙傘。后來不僅用來擋雨，也用來遮陽,。而且，傘的大小還可以顯示地位,。

雨傘是生活中不可缺少的物品,，用來遮風、擋雨和防曬,。從結構上雨傘可分為手動式,、半自動式和全自動式三種。手動式雨傘的開,、合都需要人工手動來完成,。半自動雨傘可自動打開，收起則需人工完成,。全自動雨傘的開,、合均可自動完成。其中,，半自動雨傘是最常見的一種,，其結構如圖1所示。

圖1 雨傘的結構

雨傘的主體結構由傘柄,、傘骨,、傘面三部分組成。傘柄是雨傘的主心骨,，對雨傘整體起支持作用,。傘骨支撐整個傘面，負責傘面的開合,。傘面則起著擋雨遮陽的作用,。

傘柄上有一根強力壓縮彈簧，雨傘正是依靠它強大的彈力將傘面撐開的,。但是,，仔細觀察我們會發(fā)現，彈簧的兩端均不固定,，其自身可沿著傘柄整體上下滑動,，彈簧在撐開雨傘的同時，將自身也舉了起來,。試想,，彈簧自身是有重量的,，傘面和傘骨也有重量，為什么彈簧不但能克服自身的重量,，還能克服傘面和傘骨的壓力將自身舉起,，將雨傘撐開呢？乍一看,，這似乎違背了萬有引力定律,。在重力的作用下，彈簧怎么可能自舉呢,？

雨傘結構看似簡單,，其實它里面包含了巧妙的力學原理，現具體分析如下：

雨傘具有傘柄呈四周放射狀對稱的結構,，我們沿一對兒傘骨畫出雨傘的縱剖面圖,，如圖2所示，圖中字母標記的各點均由鉸鏈連接,。

圖2 雨傘縱剖面圖

假設傘面,、傘骨和彈簧的等效總重量為G，如果雨傘共有n根傘骨,，則每根傘骨受到的壓力相當于在圖中的M,、N兩點分別掛了一個重量為G/n的重物。

為了便于分析,，將上圖做進一步簡化,，如圖3所示。將假定的重物移到A,、B兩點，這樣就可以只考慮傘骨的縱向作用力,，而不必再考慮傘骨的橫向應力了,。

在M點懸掛G/n的重物，相當于在A點掛了G'/n的重物,，此改變對于彈簧受力來說是等效的,。

圖3 雨傘縱剖面簡化圖

此時，彈簧處于壓縮狀態(tài),，設彈力大小為F,。F同時作用于C點和D點，方向如圖3中所示,。F在C點沿傘骨CA,、CB方向分解為F1和F2兩個力，在D點沿傘骨AD,、BD方向分解為F3和F4兩個力,。

由于α > β,，所以F1 > F3。

F1,、F3沿傘骨CA和DA傳遞到A點,，F2、F4沿傘骨CB和DB傳遞到B點,。先對A點進行受力分析,，A點受力情況如圖4所示。（圖中,，F-0為OA段傘骨對A點的拉力,。）

圖4 A點受力圖

將A點受到的四個力分別沿水平和豎直方向正交分解。(設,，水平方向向左為正方向,，豎直方向向上為正方向。)

雨傘要想撐開,，A點必須向左上方運動,，所以要求A點水平和豎直方向的力均大于零。

B點受力分析與A點相同,。

雨傘在撐開的過程中,，彈簧逐漸伸長，C,、D兩點沿傘柄向上移動,，傘骨AC和BC由接近豎直變?yōu)樗椒较颉?/span>

彈簧長度的變化范圍，最初為（AD-AC）,，最終為：

所以,，要求彈簧必須具有伸縮量S，并且其倔強系數要足夠大,。

理論上,，雨傘合攏后，所有傘骨都是豎直的,，α,、β、γ均為0,。此時,，F無論多大都無法撐開雨傘。而實際上,，雨傘雖然合攏了,，A、B兩點不可能完全落在傘柄OD上,，所以,，傘骨不可能完全豎直,，只要F初始值足夠大，就可以將雨傘打開,。

由以上分析可見,，傘骨和彈簧組成的特殊結構是彈簧能夠自舉，雨傘能夠撐開的關鍵所在,。傘骨和傘面雖然對彈簧產生了壓力,，但同時也給了彈簧以支持，只要彈簧的彈力足夠大,，就能將自身舉起,，將雨傘撐開。