Мостовете: как издържат толкова тежест
Защо мостовете не падат под камиони и влакове: натиск и опън, арки, въжета и мостът, който се разлюля от вятъра.
Бип-буп, тук е Робко! Загадка: лист хартия не държи и една монета. Как тогава мост от бетон и стомана държи стотици коли? Отговорът е във формата!
История от живота
През 1940 г. в САЩ отварят нов висящ мост, Такома Нероус. Той е тънък и лек, а още от първите дни леко се люлее при вятър. Хората дори идват нарочно да се возят по него, като на люлка. На 7 ноември 1940 г. духа вятър от около 64 км/ч, не буря, а просто силен вятър. Мостът започва да се извива като панделка и накрая се срутва във водата. Хора не загиват, но инженерите научават важен урок: един мост трябва да е не само здрав, но и да не се разлюлява от вятъра.
Разбери го стъпка по стъпка
- Натиск и опън
Във всеки мост действат две сили. Натискът смачква материала, като когато стъпиш на кутия. Опънът разтяга материала, като въже при теглене на въже. Бетонът и камъкът издържат добре на натиск, а стоманените въжета на опън.
- Мост греда
Най-простият мост е греда върху две опори, като дъска над поток. Когато нещо е отгоре, горната част на гредата се натиска, а долната се опъва. Затова дългият мост греда има нужда от повече опори.
- Арка
Арката прехвърля тежестта настрани към опорите и всеки камък натиска съседния. Най-горният камък се казва ключов камък. Римляните строят каменни арки, някои от които стоят и днес, след близо 2000 години.
- Висящ и вантов мост
При висящия мост пътят виси на въжета, закачени за две дебели главни въжета между високи кули. При вантовия мост въжетата отиват направо от кулата до пътя, като ветрило. Така може да се прехвърлят големи реки и заливи.
- Мостът диша
Стоманата се разширява в жега и се свива в студ. Затова мостовете имат специални фуги, които приличат на метални зъбци. Без тях мостът би се огънал през лятото.
Представи си така: Хванете се с приятел за ръце и се наведете назад. Ръцете ви са опънати като въжетата на висящ мост. После опрете длани една в друга и се наведете напред: сега ръцете ви са натиснати като арка.
- Греда
- Просто и евтино, за къси разстояния
- Арка
- Тежестта отива настрани, камъкът е под натиск
- Ферма
- Решетка от триъгълници, много твърда
- Висящ
- Пътят виси на въжета, за най-дългите отвори
- Вантов
- Въжета като ветрило от кулата до пътя
Решени примери
Защо войниците развалят строя, когато минават по мост?
Ако много хора стъпват точно в един и същи ритъм, мостът може да се разлюлее все по-силно. Затова войниците тръгват всеки със своя крачка. Същото е при люлката: малки тласъци в правилния момент я засилват.
Как Дунав мост при Русе пренася и коли, и влакове?
Той е открит през 1954 г. и има два етажа: горе за коли, долу за влакове. Дълъг е около 2,2 км и е стоманена ферма, тоест решетка от триъгълници.
Защо в решетките на мостовете има толкова много триъгълници?
Триъгълникът не може да се изкриви, без да се счупи някоя страна. Квадратът лесно се сплесква в ромб. Затова триъгълниците правят моста твърд.
Внимавай с тези грешки
- Колкото по-дебел е мостът, толкова е по-здрав.Формата е по-важна. Тънка арка или решетка от триъгълници може да е по-здрава от дебела греда и много по-лека.
- Мостовете стоят напълно неподвижно.Всички мостове леко се движат: от вятъра, от колите и от топлината. Инженерите ги правят така, че движението да е безопасно.
- Вятърът е опасен за мостовете само при ураган.Мостът Такома Нероус пада при вятър около 64 км/ч, защото започва да се люлее в ритъм. Важно е не само колко силен е вятърът, а как мостът му отговаря.
Задачи
Лесни
Огледай моста или надлеза, който виждаш най-често (или снимка). Какъв вид е: греда, арка, ферма, висящ или вантов?
Подсказка
Виж има ли въжета, дъга или триъгълници.
Отговор
Зависи от моста. Търси: арка отдолу, триъгълници, кули с въжета.
Натисни гъба за баня отгоре. Коя част се смачква и коя се разтяга?
Подсказка
Огъни гъбата като мостче между две книги.
Отговор
Горната част се смачква (натиск), а долната се разтяга (опън), точно като при греда.
Средни
Постави лист хартия като мост между две книги на 15 см една от друга. Колко монети държи? После сгъни листа на хармоника и пробвай пак.
Подсказка
Сгъвай на ленти около 1 см.
Отговор
Плоският лист пада почти веднага. Сгънатият държи много повече монети, защото формата го прави твърд.
Дунав мост при Русе е около 2,2 км. Ако вървиш 4 км в час, за колко минути ще го минеш?
Подсказка
Един час има 60 минути.
Отговор
За около 33 минути (2,2 : 4 = 0,55 часа, а 0,55 x 60 = 33).
Трудни
Направи квадрат от 4 сламки и тиксо и натисни ъгъла. После направи триъгълник от 3 сламки. Кое се изкривява и защо?
Подсказка
Натискай еднакво силно и двете фигури.
Отговор
Квадратът се сплесква в ромб, а триъгълникът остава същият. Затова фермите на мостовете са от триъгълници.
Стоманен мост е дълъг 1000 м. Всеки метър стомана се удължава с около 1 мм, ако се затопли с 80 градуса. Колко ще се удължи целият мост?
Подсказка
1000 метра по 1 мм.
Отговор
С около 1000 мм, тоест около 1 метър. Затова мостовете имат фуги.
Предизвикателство: мост от хартия
Цел: Да построиш мост от хартия и тиксо между две купчини книги, който държи най-много монети.
- Сложи две купчини книги на 20 см една от друга.
- Имаш само 3 листа А4 и 30 см тиксо.
- Пробвай поне две форми: сгъната хармоника, тръбички, арка или триъгълници.
- Слагай монети в средата една по една, докато мостът се огъне.
- Запиши резултата и сравни с другите в класа.
Накрая: Мост и число: колко монети е издържал, плюс обяснение коя форма е помогнала.
Тест с точки
10 въпроса, 18 точки, оценка накрая и разбор какво да преговориш.