Поставте два пластикових стаканчика на стіл на відстані приблизно 15 см один від одного. Покладіть на них аркуш паперу. Поставте на нього посередині ще один стаканчик. Чи витримає його міст з паперу?
Папір надто гнучка, і вона не зможе утримати ваги стаканчика. Насправді вона, швидше за все, прогнеться вже під власною вагою. Вага ж стаканчика набагато більше, так що листок провалиться.
Ваше завдання - зробити з одного аркуша паперу місток, який зможе утримувати вагу стаканчика. Зрозуміло, не можна використовувати нічого, крім стаканчиків і паперу. Як би вам зробити це?
Можливо, ви вже здогадалися. Ця загадка довгі роки залишалася нез'ясовним фокусом. Давним-давно люди виявили, що з аркуша паперу можна зробити міст, який витримає невеликий стаканчик, якщо цей лист кілька разів скласти (гармошкою).
Якщо уважно розгляньте такий міст з паперу. ви зрозумієте, чому він став міцніше. Існує безліч інших форм, які дозволяють зробити паперовий місток між двома паперовими стаканчиками. Ви можете складати папір у вигляді трикутника, квадрата або циліндра. Кожен з цих містків буде утримувати посередині деяку вагу. Природно, одні з них зможуть витримати більшу вагу, ніж інші, в чому ви переконаєтеся, провівши тест на руйнування, але, так як тут діє поперечна сила пружності, а не поздовжня сила, що пручається стиску, ви можете отримати не зовсім вірні результати. А яка форма листа виявиться найбільш пружною? Давайте проведемо наступне дослідження.
Складіть і скачайте кілька листів паперу в різні форми. Кожен лист, в свою чергу, укладіть на два стаканчика. Повільно натискайте на середину кожного аркуша до тих пір, поки він не складеться і не провалиться. Ви зрозумієте, що ваш палець - вельми чутливий інструмент, і ви легко можете визначити, яка з форм дозволяє листу витримати максимальний тиск. Ну що, яка з форм виявилася пружною і витримала найбільший тиск (або вага), перш ніж прогнулася? Чи виявилася ця форма кращої за силою пружності і силі опору стисненню? Мудро надійде інженер, якщо вибере для стін і стелі балки різної форми?
Одна з найбільших проблем людства - подолання водних перешкод. Ми можемо використовувати човен або просто переплисти на інший берег, але, коли нам доведеться перевозити вантажі або перетинати воду багато разів туди й назад, найпростіше побудувати над нею дорогу. Така дорога називається мостом. Мости проектуються інженерами, і споруда паперового моста буде гідною завданням для будь-якого початківця інженера, а також відмінним завершенням цього розділу.
Ми вже знаємо, що плоский аркуш паперу виявився занадто гнучким для того, щоб служити містком між двома стаканчиками. Плоский сталевий міст, перекинутий через річку, звичайно ж не витримає ваги великої кількості автомобілів, поки інженер не зробить його досить міцним. Як він може це зробити? Інженери винайшли для цього безліч способів ... і безліч різновидів мостів.
Навіть використовуючи тільки аркуші паперу, ви можете зробити моделі різних типів мостів. Пам'ятайте, що кожного разу, коли будуєте міст, ви повинні подолати прогинається силу або діючу вниз навантаження. Яким чином це досягається в різних проектах?
Модель балочного мосту з паперу
Що таке балка? Це конструкція, яка може жорстко триматися без сторонньої допомоги, а це, схоже, саме те, що нам потрібно для гарного моста. Щоб зробити балочний міст з паперу. виріжте смугу паперу довжиною 28 см і шириною 10 см. Відміряйте по 2,5 см від кожної з довгих сторін і відігніть паралельно кромці догори (див. малюнок). Помістіть кінці цієї балки на пластикові стаканчики.
А тепер починайте класти монетки на середину моста, поки він не зламається. Запам'ятайте, скільки монет він витримав. Чи можете ви знайти балочний міст в вашому місті? У багатьох залізничних мостах використовується саме така форма.
Модель арочного моста
Уважно розгляньте ілюстрацію, щоб зробити арочний місток. Виріжте дві смужки паперу шириною 7,5 см кожна. Одна з них повинна бути такої довжини, щоб її можна було покласти поверх двох стаканчиків. Іншу потрібно вирізати так, щоб арка з неї, вставлена між двома склянками, по висоті була б точно врівень з ними. Вам доведеться досвідченим шляхом визначити точні розміри, оскільки стаканчики бувають різні і відстань між ними також підбирається на власний розсуд.
Точно так же кладіть монетки на міст. Ну як, арочний міст витримує більший або менший вага в порівнянні з балковим?
Чи бачите ви, як арковий міст з паперу одночасно чинить опір прогинатися і стискає силам? Якби ви будували міст зі сталі, і досить великий, щоб перекинути його через величезну річку, який тип моста виявився б більш дорогим?
Модель моста з паперу на палях
Ілюстрація допоможе вам сконструювати ще один тип моста. Папір має бути вирізана так, щоб вийшла дорога по мосту, і ще один лист повинен бути обрізаний по висоті стаканчиків. Поверніть цей лист в циліндр і скріпіть його клейкою стрічкою. Ця «паля» повинна бути поміщена під середину «проїжджої частини». Знову покладіть монети на міст. Яке навантаження він витримає? Чи витримає він більшу вагу, якщо монети помістити між палею і стаканчиками? Це найбільш часто зустрічається конструкція моста, і ви, швидше за все, бачили такої.
Існує багато інших форм мостів з паперу. Напевно вам захочеться самим досліджувати їх, зробивши паперові моделі. Вони не включені в цей розділ, оскільки вам знадобляться і інші матеріали - нитки, соломинки і клей, - і їх конструкції трохи складніше. Кожна з них придумана з певною метою: бути міцніше, або легше в будівництві, або дешевше, ніж інші.
І останнє зауваження з приводу мостів: практично двох абсолютно однакових мостів не існує, і все ж інженери стверджують, що є тільки чотири різних види мостів, побудованих людиною. Це арочний, балковий, консольний і підвісний мости.