Занятие по конструированию из бумаги
Столик с бумажными ножками – занятие по конструированию из бумаги.
Сначала скатайте пять листов бумаги в трубки. Сделайте их примерно одинаковыми. (Для этого вы можете наматывать их на банку или бутылку.) Закрепите края клейкой лентой, чтобы трубки не разворачивались.
Поставьте одну трубку на стол. Положите на нее книгу. Аккуратно уравновесьте ее, по необходимости поддерживая рукой. Сверху положите еще одну книгу. Продолжайте добавлять книги, пока ваша трубка не сомнется. Запомните, сколько книг держалось на одной трубке перед тем, как она сломалась.
А теперь расставьте на столе оставшиеся трубки в виде ножек. Сверху поместите одну книгу, как столешницу. Как вы думаете, сколько книжек выдержит ваш столик? Если на каждую из ножек приходится по 1/4 всей нагрузки, не будет ли логично предположить, что четыре трубки смогут выдержать вес, вчетверо больший, нежели одна? Продолжайте укладывать книги на столик, поддерживая их рукой, и выясните, как обстоит дело на самом деле!
Предположим, вам удалось положить три книги на одну трубку, а вот на столик с четырьмя ножками-трубками вы уложили только одиннадцать. Не окажется ли это нарушением закона распределения веса? Не должны ли четыре ножки нести двенадцать книг, если одна выдерживает три?
Когда вы стоите на двух ногах, каждая из них поддерживает половину вашего веса, но, если вы слегка отклонитесь в сторону, одной ноге придется поддерживать больше чем половину, верно? Возможно, вы просто уложили ваши книги недостаточно равномерно и одна из ножек приняла больше чем 1/4 веса. Эта ножка, с лишней нагрузкой, конечно, сломается первой, из-за чего перевернется и весь столик.
Даже в настоящем здании одна из балок может нести больший вес, чем другие. Инженер должен знать, что, если ему не удастся распределить вес достаточно равномерно, следует сделать более нагруженную балку прочнее остальных.
Если это исследование захватило вас, и вы хотите сами попробовать разработать какие-нибудь бумажные проекты, вот еще несколько идей.
Можете ли вы сделать ножки столика иной, нежели трубки, формы, которая позволила бы вам уложить на них больше книг?
Можете ли вы изобрести способ укладывания книг, чтобы вес половины из них был равномерно распределен по всем четырем ножкам, в то время как вес другой половины приходился бы только на правую сторону? Это означает, что правая сторона должна нести большую нагрузку, чем левая.
Сделайте столик с одной книгой наверху, затем сделайте еще четыре ножки и поставьте их на книгу… потом положите на них другую книгу… затем еще и еще ножки с книгами… Насколько высокую башню вам удастся построить? Помните, что каждые четыре ножки должны нести весь вес, находящийся над ними. Нижним придется поддерживать наибольший вес. Может, им стоит придать другую форму, чем ножкам, используемым в верхней части башни?
Фигуры из бумаги в строительстве
Г, Т, П, Н… Возможно, для вас это всего лишь буквы алфавита, но для инженера они являются основными фигурами в строительстве. Буквы отображают форму балок, наблюдаемую, если смотреть на них с торца. Каждая из них прочнее, чем просто плоский лист металла, и каждой предназначается в здании своя работа. Инженер должен уметь правильно выбирать форму балок в зависимости от той задачи, которая перед ним стоит. Балка должна быть пригодна для данного конкретного случая и быть достаточно прочна, чтобы поддерживать свою часть здания.
Согните четыре листа писчей бумаги, как показано на иллюстрации. Аккуратно сложив их, вы получите модели П-, Т-, Н – и Г-балок. Это поможет вам понять, почему они названы буквами алфавита. Всем будет интересно, если вы расскажете об этом в классе.
Какая из фигур наиболее прочна? Чтобы ответить на этот вопрос, проведите для каждой из них тест на разрушение.
Зачем столько разных форм?
Одни из них лучше подходят для узких мест, зато другие прочнее. Особая форма некоторых балок выбрана из тех соображений, чтобы держать кирпичи или цемент, или для крепления деревянных балок. Если, например, балка должна поддерживать пол или потолок, ее форма будет заметно отличаться от балки в стене. Почему – вы узнаете из следующей главы.
Занятие по конструированию из бумаги – cилы продольные …силы поперечные
Не удивляйтесь, если вы в этом разделе настолько погрузились в изучение, что исследуете те же самые проблемы, которые решает и настоящий инженер: как ведут себя материалы, когда подвергаются эффекту сжатия. Вы открыли, что бумага не может быть сильно сжата из-за того, что она легко сминается.
Однако не все балки в зданиях работают на сжатие. Не возникает сомнений по поводу балок в стенах зданий, но вот как насчет балок в полах или потолках? Балки, лежащие поперек, прогибаются вниз по всей своей длине. Сила, противодействующая прогибанию, называется силой упругости. Каким образом бумажные балки, которые вы уже настолько исследовали, могут сопротивляться прогибанию?
Чтобы понять разницу, вот еще одна загадка, решение которой вам будет интересно найти.
Изучаем бумагу