Архитектурные сооружения и их особая прочность

Исследовательский проект

Архитектурные сооружения и их особая форма

Выполнили: Стрельченко Андрей

Короткий Олег

Руководитель: Копылова Е.Г.

Исследования проводились в рамках элективного курса

« Механика. Физика на твоей усадьбе»

Цель: Выяснить, как зависит прочность сооружения от формы конструкции

Оборудование: листы офисной бумаги, гири, нитки , ножницы, скотч, пластилин.

План исследования:

1) Исследование каменной арки

2 ) Испытание на прочность

а)трубы

б)гофрированного полотна

в) двутавра

г)швеллера

д)балки с коробчатым сечением

3) Анализ и обработка результатов

4) Теоретическое обоснование полученных результатов

СЛАЙД 2Мы хотим рассказать о том, какие хитрости используют архитекторы древние и современные, стремясь сделать свои постройки крепкими, долговечными, более устойчивыми, прочными.

В древних постройках часто использовались арки

СЛАЙД 3 В древних постройках часто используются арки. Неужели только для красоты?

Конструкция арки прочная

СЛАЙД4 Мы убедились, что прочность такой кладки в особой клинообразной форме камней. Мы соорудили арку из пластилиновых брусков, обёрнутых фольгой. Свод получился довольно устойчивым. Хотя мы не склеивали бруски.

Современная архитектура

СЛАЙД 5 Сейчас при сооружении зданий используют стекло, алюминий, пластик и другие современные материалы. Дома получаются необычные, очень красивые. А почему прочные?

Бумага помогает в исследованиях

Лист офисной бумаги прогибается под действием силы тяжести и небольшой гири

СЛАЙД 6 В качестве экспериментального материала мы взяли бумагу для офисной техники. И испытали её на прочность. Кстати, один изобретатель однажды продемонстрировал мост из газет!

Лист бумаги прогибается даже под действием силы тяжести. А нельзя ли такую конструкцию сделать прочнее?

Труба

Несколько способов увеличения прочности конструкций

Арка

Уголок

СЛАЙД 7 Например, согнуть углом, дугой или свернуть трубкой. Мы убедились ,что бумажная арка не прогибается под нагрузкой. Уголок выдерживает значительный вес. А бумажная труба удержала трёхкилограммовую гирю.

Несколько способов увеличения прочности конструкций

Гофрированная поверхность

Ферма

СЛАЙД8 Бумага сложенная гармошкой –гофрированная поверхность, оказалась очень крепкой.

Несколько способов увеличения прочности конструкций

Двутавровый швеллер

Швеллер

СЛАЙД 9 Бумага сложенная в форме буквы П это швеллер. Если сложить вместе два швеллера, то получится двутавровый швеллер или двутавр. Швеллерный мост тоже прочная конструкция.

Несколько способов увеличения прочности конструкций

Балка с коробчатым сечением(профильная балка)

СЛАЙД10 Изготовленная нами балка с коробчатым сечением- профиль тоже выдержала испытание.

Несколько способов увеличения прочности конструкций

Трубы –хорошая опора

СЛАЙД11 Трубы –хорошая опора.

Испытание бумаги на прочность при деформации- изгиб

Форма

материала

рисунок,

испытываемой

формы

Плоский лист бумаги

Уголок

Средняя масса нагрузки

5 г

Гофрированная

поверхность

20г-50г

Швеллер

Двутавровая

балка (двутавра)

450г- 600г

Арка

100г-200г

Труба

300г-400г

Ферма

50г-100г

1500г- 3000г

900г-1000г

Результаты:Оценили какую нагрузку выдерживает каждая конструкция.

Труба самая прочная.

Вывод:

• Исследуемые конструкции лёгкие и прочные.
• Прочность конструкции зависит от её формы.

СЛАЙД12 В таблице представлены результаты испытаний. Самой прочной оказалась бумажная труба.

Теоретическое обоснование полученных результатов

Свод, изготовленный нами, получился устойчивым.

Объясним почему .

Груз S (т.е. вышележащие части кладки), напирающий на клинообразный средний камень свода М, давит вниз с силой, которая обозначена на рисунке вектором МА. Но сдвинуться вниз камень М не может вследствие своей клинообразной формы; он давит на соседние камни. При этом сила МА разлагается по правилу параллелограмма на две силы, обозначенные векторами МС и МВ; они уравновешиваются сопротивлением прилегающих камней, в свою очередь, зажатых между соседними.

Таким образом, сила, действующая на свод снаружи, не может его разрушить.

Слайд13 Теоретическое обоснование полученных результатов

Свод, изготовленный нами, получился устойчивым. Объясним почему.

Груз S (т.е. вышележащие части кладки), напирающий на клинообразный средний камень свода М, давит вниз с силой, которая обозначена на рисунке вектором МА. Но сдвинуться вниз камень М не может вследствие своей клинообразной формы; он давит на соседние камни. При этом сила МА разлагается по правилу параллелограмма на две силы, обозначенные векторами МС и МВ; они уравновешиваются сопротивлением прилегающих камней, в свою очередь, зажатых между соседними. Таким образом, сила, действующая на свод снаружи, не может его разрушить.

Теоретическое обоснование полученных результатов

Почему с изменением формы материала изменяется его прочность?

Учёные это объясняют с помощью молекулярной теории.

Молекулы в веществе находятся на определённом расстоянии.

Если расстояние между молекулами пытаются увеличить, то между молекулами начинает действовать сила притяжения. Именно поэтому мы прикладываем некоторую силу, когда хотим что, то разрушить.

А если молекулы стремятся сблизить, то между ними начинают действовать силы отталкивания. Именно поэтому сжатое тело распрямляется.

Скажем, материал согнули дугой, свернули, гофрировали. Как изменились расстояния между частицами (слоями) в верхнем слое?

В верхнем слое расстояние между частицами (слоями) увеличилось. Следовательно, частицы стремятся сблизиться. А в нижней части расстояние между молекулами уменьшилось, и слои материала стремятся отодвинуться друг от друга.

Говорят, материал работает! Что делает? Держит груз и становится прочным.

Силы взаимодействия максимальны в верхнем и нижнем слоях, а в среднем слое минимальны. Смотрите, расстояние между слоями не изменилось. Здесь материал не работает. Значит можно обойтись без него! НУ, просто соединить верхний и нижний слои. Как у швеллера, двутавра, балки с коробчатыми сечениями, фермы. Очень выгодны эти конструкции при строительстве они прочные ,лёгкие и дешёвые.

СЛАЙД14 Почему с изменением формы материала изменяется его прочность?

Учёные это объясняют с помощью молекулярной теории.

Молекулы в веществе находятся на определённом расстоянии. Если расстояние между молекулами пытаются увеличить, то между молекулами начинает действовать сила притяжения. Именно поэтому мы прикладываем некоторую силу, когда хотим что, то разрушить.

А если молекулы стремятся сблизить, то между ними начинают действовать силы отталкивания. Именно поэтому сжатое тело распрямляется.

Скажем, материал согнули дугой, свернули, гофрировали. Как изменились расстояния между частицами (слоями) в верхнем слое?

В верхнем слое расстояние между частицами (слоями) увеличилось. Следовательно, частицы стремятся сблизиться. А в нижней части расстояние между молекулами уменьшилось, и слои материала стремятся отодвинуться друг от друга.

Говорят, материал работает! Что делает? Держит груз и становится прочным.

Силы взаимодействия максимальны в верхнем и нижнем слоях, а в среднем слое минимальны. Смотрите, расстояние между слоями не изменилось. Здесь материал не работает. Значит можно обойтись без него! НУ, просто соединить верхний и нижний слои. Как у швеллера, двутавра, балки с коробчатыми сечениями, фермы. Очень выгодны эти конструкции при строительстве они прочные ,лёгкие и дешёвые.

Применение облегчённых металлоконструкций

СЛАЙД15 Бумага помогла нам при исследовании. Металлические же конструкции из уголков, швеллеров, труб часто применяют на практике. В том числе у нас в селе. Швеллер двутавровый удерживает потолок в кабинетах на первом этаже нашей школы.

в нашем селе

Каменный свод над окном

СЛАЙД16 Каменные арочные конструкции украшают наши дома.

в нашем селе

Как строят тоннели

СЛАЙД17 При строительстве тоннелей вначале создают прочную арку из металлоконструкций.

Знаменитая красавица

СЛАЙД 18 Эта знаменитость сделана из уголков, швеллеров, ферм, труб .

из уголков, швеллеров, швеллеров, труб

Стадион «Птичье гнездо» в Пекине

СЛАЙД19 В Китае к олимпиаде построили стадион «Птичье гнездо» Лёгкое и прочное сооружение из металла и пластика.

Какой дом построите себе вы?

Спасибо за внимание!

Используемая литература:

Кабардин О.Ф., Орлов В.А Факультативный курс физики 8 класс. -М. :Просвещение,1985.

БлудовМ.И. Беседы по физике. –М. :Просвещение,1984.

Громов С.В. Физика 8. –Просвещение.

«Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия»

www.levpi.narod.ru