Занятие по конструированию из бумаги
Занятие по конструированию из бумаги – тест на разрушение
Мы выяснили, что сложенный лист бумаги способен поддерживать собственный вес. Существует множество других методов, позволяющих складывать его, более сложных, чем простой сгиб в форме буквы «V». Если бы перед вами стояла задача просто уравновесить лист на кромке, вы легко разрешили бы ее, согнув бумагу самыми различными способами. Давайте немного усложним проблему. Можете ли вы сделать бумагу способной поддерживать что-нибудь еще, кроме ее собственного веса?
Сложите бумагу буквой «V» и поставьте ее на стол. Положите сверху книгу. Выдержит ли бумага вес книги? Нет. Сама по себе бумага будет держаться вертикально, но она тут же сминается, если на нее что-нибудь положить.
Можете ли вы сложить лист, чтобы он выдержал вес книги? На рисунке показано несколько придуманных мной способов, как это сделать.
Когда вы сложите несколько листов в формы, при которых они будут способны выдержать книгу, вам остается еще одно исследование. Вы думаете, что все согнутые листы одинаково прочны?
Как только инженер найдет способ, согнув, упрочнить материал, он испытает его, чтобы определить, насколько данный метод лучше остальных. Например, он проведет тест на разрушение. Ниже показано, как это сделать.
Поместите книгу на испытуемый лист. Затем положите сверху еще и еще одну и продолжайте до тех пор, пока бумага не сложится. (Сделанная вами бумажная «башня» разрушается, отсюда и название теста.) Запомните, сколько книг выдержала бумага, и затем переходите к листу, сложенному другим образом. Скорее всего, вы обнаружите, что лист бумаги, согнутый каким-то определенным способом, выдержит больше книг, чем остальные. Методом проб и ошибок вы, в конце концов, определите метод, который окажется действительно эффективнее всех остальных.
С огромными прессами и специальными плавильными печами инженеру не представляет труда получить образцы стали любой нужной ему формы. Эти образцы называются балками или фермами, и их особенные формы – результат многих часов и дней раздумий, поисков, расчетов и экспериментирования. Почти все они, даже самые большие балки, имеют все те же основные формы, которые мы и исследовали.
Распределение вашего веса
Предположим, вы весите 45 кг. Это означает, что две ваши ноги должны удержать в вертикальном положении 45 кг. Сколько веса приходится на одну из ваших ног, когда вы стоите выпрямившись? Этот простой вопрос является поистине основой основ научных принципов, которые очень важны для инженера. Вес объекта разделяется между опорами, поддерживающими его. Это закон распределения веса. В вашем случае, если вы стоите прямо и ваш вес равномерно распределен на обе ноги, каждая нога должна нести только 22,5 кг. Естественно, такое распределение вашего веса происходит далеко не всегда. Если вы немного наклоните корпус вправо, правой ноге придется нести большую часть веса. Но до тех пор, пока вы не оторвете левую ногу от земли, на нее тоже будет приходиться какая-то доля вашего веса.
Легко понять, насколько важен этот закон при проектировании зданий. Весь вес здания целиком не может выдержать ни одна балка или деревянный брус. Каждая из балок должна поддерживать свою часть всего веса. Инженер должен знать, какую долю нагрузки несет каждая балка, и ему нужно выбрать тип балки, который окажется достаточно надежным для этого и будет иметь некоторый запас прочности. Вы можете исследовать этот научный принцип на примере бумажных балок.
Изучаем бумагу