螺旋結構是自然界最普遍的一種形狀，DNA以及許多其它在生物細胞中發(fā)現(xiàn)的微型結構都采用了這種構造。然而，為何大自然對這種結構如此偏愛呢？美國賓夕法尼亞州的物理學家認為，他們找到了這一問題的數(shù)學答案。他們的研究成果發(fā)表在近期的《科學》雜志上 。 “為何螺旋結構是現(xiàn)在這個樣子？過去的回答是——由分子之間的引力決定的。但這只能回答螺旋結構是如何形成的，而不能回答為什么它們是那種形狀。”賓州大學的天文和物理學系教授蘭德爾·卡緬指出，“從本質上來看，螺旋結構是在一個擁擠的空間，例如一個細胞里，聚成一個非常長的分子的較佳方式，譬如DNA。” 在細胞的稠密環(huán)境中，長分子鏈經常采用規(guī)則的螺旋狀構造。這不僅讓信息能夠緊密地結合其中，而且能夠形成一個表面，允許其它微粒在一定的間隔處與它相結合。例如，DNA的雙螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。 為了顯示空間對螺旋形成的重要性，卡緬建立了一個模型，把一個能隨意變形、但不會斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中，就好比是一個存在于十分擁擠的細胞空間中的一個分子。通過觀測，他們發(fā)現(xiàn)對于這種短小易變形的管子而言，Ц形結構的形成所需的能量最小，空間也最少。而螺旋當中的Ц形結構，在幾何學上最近似于在自然界的螺旋中找到的該種結構。 “ 看來，分子中的螺旋結構是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子。DNA由于受到細胞內的空間局限而采用雙螺旋結構，就像是由于公寓空間局限而采用螺旋梯的設計一樣。”卡緬指出。 在圓柱體的側表面上刻出螺旋形溝槽的機械。也可把螺旋看成是斜面繞在圓柱體上而構成，因此，螺旋應用了斜面原理。螺旋的特點是能把轉動變成平動或者相反。在古代，人們就應用螺旋。阿基米德就發(fā)明了用螺旋從尼羅河中向上提水，就是用了著名的阿基米德螺旋（圖1）。 螺旋可用于傳動和鎖緊。實際使用的螺旋有方形、三角形、梯形、鋸齒形等各種不同形狀的螺紋(圖2)，各有不同用途,作為傳動用的螺旋多為方形螺紋。從圖3的螺旋和螺母中可以得出螺旋的機械效率： , 式中W 為螺母所受的軸向力的值;h為螺旋的導程；M為螺母所受的力矩值；α為螺旋的導角；嗘為螺紋和螺母間的摩擦角。 　　如利用螺旋來鎖緊物體則要求α≤0, 這稱為螺旋自鎖條件。常用螺旋千斤頂（圖4）來推舉重物，這就要求螺旋滿足自鎖條件。 螺旋在機器和結構中得到廣泛的應用，機床的絲杠用螺旋來傳動，機器和結構上的各種螺釘和螺栓則用螺旋來鎖緊。此外，螺旋送料機、螺旋推進器等也是螺旋在其他方面的應用。