5 Lietas, Ko Jenga Var Iemācīt Mums Par Konstrukciju Inženieriju

{h1}

Spēle jenga var iemācīt jums par dažādiem konstrukcijas komponentiem. Uzziniet 5 lietas, ko jenga var iemācīt jums par konstrukciju inženieriju.

Cilvēki ir dabiski dzimuši būvinženieri. Ja jums ir grūti noticēt, vērojiet mazu bērnu rotaļās ar vienkāršu koka klucīšu komplektu. Bez ārējiem norādījumiem un ar daudzām enerģētiskām pārbaudēm un kļūdām viņš / viņa galu galā iemācīsies, ka visstabilākais veids, kā celties augšup, ir novietot horizontālu staru pāri divām vertikālām kolonnām.

Bērna intuitīvā loģika ir tāda pati, kas iedvesmoja 13. gadsimta Mycenaean arhitektus B.C.E. no divām akmens kolonnām un nedaudz izliektu siju uzcelt slavenos Lauvas vārtus. Tas ir tas pats strukturālais lietpratējs, kurš senajiem ēģiptiešiem teica: ja vēlaties celt kaut ko augstu no akmens, jums jāsāk plati pie pamatnes. Un tas pats dabiski dzimušais inženieris mūsos saka: "Dude, ja vēlaties uzvarēt Jenga, neatstājiet vienu balstu torņa apakšā!"

Dženga ir viena no populārākajām spēlēm pasaulē, trešā ir tikai Monopoly un Scrabble pārdoto vienību skaitā [avots: Little]. Spēles mērķis ir vienkāršs: Jūs sākat ar 54 bloku kaudzīti - trīs blokiem pāri, 18 līmeņu augstumā. Katram bloku līmenim jābūt perpendikulāram līmenim zem tā. Katram spēlētājam jānoņem bloks netālu no torņa apakšas un jānovieto virsū, izmantojot tikai vienu roku vienlaicīgi. Galu galā tornis kļūst bīstami nestabils. Ja tu esi tas, kurš beidzot to sagrauj, tu zaudē.

Jenga izgudroja Leslijs Skots, Lielbritānijas pilsonis, kurš dzimis un audzis Kenijā un Tanzānijā. (Jenga svahili valodā nozīmē "būvēt".) Skots vairākus gadus spēlēja spēli ar savu ģimeni Āfrikā; galu galā viņa pameta darbu Intel, lai atvērtu Jenga 1983. gada rotaļlietu gadatirgū, kur tā kļuva par tūlītēju spēļu parādību [avots: mazais].

Daļa no Jenga šarma ir tās vienkāršība; nekas cits kā koka bloki un smagums. Bet pat šī vienkāršā spēle var daudz iemācīt mūs par sarežģītāko konstrukciju pasauli. Galu galā ēkas ir pakļautas tiem pašiem spēkiem, kas var apgāzt Jenga torni, - tādiem spēkiem kā slodze, spriedze, saspiešana, vērpes un citi. Nejaušs spēles galda sasitums ir lieliska katastrofiskas zemestrīces versija.

Sāksim Jenga konstrukciju izpēti ar skatu uz kravām.

5. Kravas

Viens no svarīgākajiem būvniecības tehnikas principiem ir iekraušana. Vai esat dzirdējuši par nesošo sienu? Parasti tā ir iekšējā siena (piemēram, tā, kas sadala jūsu virtuvi un dzīvojamo istabu), kas arī kalpo kā kolonna, kas aiztur otro stāvu vai jumtu. Ja noņemat nesošo sienu, konstrukcija, iespējams, nespēs izturēt savu svaru - un tas rada problēmas.

Džengā divi koka bloki nav sagriezti tieši tādos pašos izmēros, kas nozīmē, ka bloki atrodas nevienmērīgi viens pret otru [avots: Smits]. Viens no galvenajiem Jenga trikiem ir “vaļīgo” gabalu atrašana, kurus ir vieglāk noņemt, netraucējot torņa integritāti. Ja gabals ir vaļīgs, tad jūs zināt, ka tas nevar būt nesošs.

Ko tas mums māca par konstrukciju inženieriju? Projektējot ēku, inženieriem jāņem vērā kravas ceļš no ēkas augšdaļas līdz pamatiem. Katram struktūras līmenim ir jāatbalsta spēki, kas tiek samazināti no augšējiem līmeņiem. Ēkā notiek trīs veidu slodzes:

  • Nepilnas kravas - Spēki, ko pieliek visi konstrukcijas statiskie komponenti, piemēram, sijas, kolonnas, kniedes, betons un sausa siena.
  • Tiešās kravas - Spēki, ko ietekmē visi "kustīgie" elementi, kas var ietekmēt konstrukciju, ieskaitot cilvēkus, mēbeles, automašīnas un tādus normālus laika apstākļus kā lietus, sniegs un vējš.
  • Dinamiskās slodzes - Dinamiskās slodzes ir slodzes, kas pēkšņi rodas ar lielu spēku. Piemēri ir zemestrīces, viesuļvētras, viesuļvētras un lidmašīnu avārijas [avots: Jā, Mag].

Inženieriem jāveic rūpīgi aprēķini, lai pārliecinātos, ka nesošās sienas, griesti un jumti var izturēt mirušās, dzīvās un pat dinamiskās kravas, it īpaši, ja tiek būvēti seismiski aktīvās zonās.

Nākamais svarīgais princips, ko Jenga māca par konstrukciju inženieriju, ir pamats.

4. Pamati

Tāpat kā jums jāatrod perfekta virsma, uz kuras spēlēt Jenga, arī būvinženieriem jāapsver tās virsmas, uz kurām viņi izvēlas būvēt.

Tāpat kā jums jāatrod perfekta virsma, uz kuras spēlēt Jenga, arī būvinženieriem jāapsver tās virsmas, uz kurām viņi izvēlas būvēt.

Katrai ģimenei ir sava iecienītā virsma, uz kuras spēlēt Jenga. Nevīžīgais kāršu galds ir apšaubāms, jo vismazākais sasitums no nepareizā elkoņa radīs jūsu torņa pagrimumu. Izturīgais virtuves galds ir pamatīga izvēle, jo tas negrabējas tik viegli kā kāršu galds, taču nekas nepārspēj labu cietkoksnes grīdu. Jūs nevarat to notriekt uz sāniem, tas ir diezgan drūms un vienīgais drauds stabilitātei ir neregulārs rāpojošs mazulis vai mājdzīvnieks.

Būvinženieriem jāņem vērā arī virsma, uz kuras viņi būvē savu konstrukciju. Ja nolaidīsit 15 stāvu ēku uz vaļīgas augsnes, konstrukcija var izlīdzēties nevienmērīgi, izraisot plaisas sienās vai pat sabrukumu. Pat ja ēka tiek uzbūvēta uz cietas klints, zemestrīce to varētu sagraut uz sāniem, liekot tai slīdēt pa ielu pāris pēdu garumā, sagraujot jebko savā ceļā. Tāpēc visas mūsdienu ēkas, gan mazas, gan augstas, ir būvētas uz pamatiem.

Fonds kalpo dažiem galvenajiem mērķiem. Pirmkārt, tas nodod konstrukcijas slodzi zemē. (Mēs runājām par kravām pēdējā lappusē.) Jo garāka un smagāka ēka, jo vairāk kravas tiek virzīta uz leju. Ja ēka atrodas līdzena virsmā, tad zemākajiem konstrukcijas elementiem būtu jānes visu, kas atrodas virs tiem, kopējā slodze. Bet ar pareizi izstrādātu pamatu visas konstrukcijas slodze iziet cauri zemākajiem elementiem un tiek izkliedēta zemē zemāk.

Pamati kalpo arī nolūkam fiziski noenkurot struktūru uz zemes. Tam ir būtiska loma ļoti augstās ēkās. Iedomājieties, kā mēģināt līdzsvarot pagalma nūju vienā galā. Jūs varētu to novilkt uz īpaši līdzenas virsmas, bet pat izelpojot tas apgāztos. Bet kas notiek, ja jūs noņemat pagalmu un izmetat vienu galu zemē dažas collas? Tagad jūs varat to pieskarties vai pat uzsist, un tas neapgāzīsies. Pamats daļu ēkas apglabā zemē, nodrošinot tai lielāku stabilitāti pret dinamiskām slodzes izmaiņām.

Augstām ēkām, kas būvētas uz vaļīgas augsnes vai smiltīm, inženieri padziļina tērauda pāļus dziļi zemē, līdz tie sasniedz pamatiezi. Tad viņi būvē dzelzsbetona pamatus ap tērauda pāļiem, lai izveidotu stingru enkuru, uz kura balstīties.

Tālāk mēs apskatīsim, ko koka Jenga bloki var iemācīt mums par celtniecības materiāliem.

3. Sasprindzinājums un saspiešana

Konstrukciju inženierijā jebkurā konstrukcijas elementā darbojas divi pamata spēki: saspiešana un spriedze. Saspiešana ir spēks, kas tiek pielikts, kad divi priekšmeti tiek saspiesti. Padomājiet par smagu akmeņu kaudzīti. Spēks, kas saspiežas uz apakšējā akmens, ir saspiešana. Spriedze ir spēks, kas tiek pielietots, pavelkot vai izstiepjot priekšmetu. Labs piemērs ir batuta virsma. Kad kāds lec uz batuta, materiāls stiepjas.

Inženieri runā par stiepes izturība materiālu. Tas ir maksimālais spēks, ko var pielikt materiālam, to nenovelkot. Tērauda kabeļu saišķiem ir neticami augsta stiepes izturība, tāpēc tos izmanto pasaules garākajos un smagākajos balstiekārtas tiltos. Pat viens tērauda kabelis, kura diametrs ir tikai 1 centimetrs, var noturēt divu pilnīgi izaugušu ziloņu svaru [avots: Jā, Mag].

Tagad padomāsim par tipisku struktūru Jenga. Ja jūs noņemat centra gabalu pēc kārtas, tad abās torņa pusēs izveidojat divas vienkāršas siju un kolonnu struktūras. Gaisma, kas novietota pāri divām kolonnām, vienlaikus piedzīvo gan saspiešanu, gan spriedzi. Svars, kas atrodas uz sijas augšdaļas, to saspiež uz sijas centru. Un, kaut arī jūs to nevarat redzēt ar neapbruņotu aci, staru kūļa apakšdaļa tiek izstiepta uz āru.

Iedomājieties, ja sija būtu izgatavota no gumijas. Svars to izstieptu "U" formā. Tāpēc gumija padara tik draņķīgu celtniecības materiālu. Būvinženieri izvēlas (un dažreiz arī projektē) materiālus ar vislabākajiem kompresijas un stiepes parametriem darbam. Akmens ir lieliski saspiests, bet ļoti viegli atdalāms. Tāpēc akmens arka ilgst daudz ilgāk nekā akmens sija. Dzelzsbetons ir ideāls celtniecības materiāls, jo betons tam piešķir spiedienu un iestrādātie tērauda stieņi tam piešķir stiepes izturību.

Jenga torņi nav pietiekami augsti vai smagi, lai koka gabalus varētu nopietni saspiest vai sasprindzināt, tāpēc bažas par sadalīšanu ir ļoti mazas. Bet reālos būvniecības projektos inženieriem ir rūpīgi jāizvērtē katra elementa stiprās un vājās puses.

Tagad mēs paskaidrosim, kāpēc vienmēr ir labāk atstāt divus balstus Jenga torņa apakšā.

2. Rotācijas spēks

Šī piesiešanas torņa stāvēšana nozīmē daudz vairāk nekā tikai veiksmi.

Šī piesiešanas torņa stāvēšana nozīmē daudz vairāk nekā tikai veiksmi.

Pieredzējuši Jenga spēlētāji zina, ka ātrākais ceļš uz krītošo torni ir novilkt divus apakšējās rindas ārējos gabalus, atstājot visu struktūru līdzsvarot uz viena šaura koka bloka. Ar tikai vienu balstu apakšā, katrs torņa sasitums un plauksts tiek palielināts, izraisot tā nestabilu šūpošanos no vienas puses uz otru. Bet kādi tieši ir spēki, kas iedarbojas uz struktūru ar tik šauru balstu? Un kas viņus padara tik bīstamus?

Būvinženieri nerunā par ēkas līdzsvarotu uzturēšanu. Viņi runā par uzturēšanu rotācijas līdzsvars. Iedomājieties augstu ēku kā garu sviru ar lielāko rokas daļu virs zemes un mazāku sekciju (pamatu) zem zemes. Punkts, kur ēka sastopas ar zemi, ir sviras balsts. Tagad nofotografējiet ēku nedaudz pa labi vai pa kreisi. Tā vietā, lai tikai apgāztos, jūs varat domāt par to, ka tas rotē ap atbalsta vietu. Inženieriem un fiziķiem ir divi vārdi šim rotācijas spēkam: brīdis vai griezes moments.

Strukturālās inženierijas pamatprincips ir tāds, ka, jo garāka ir jūsu sviras roka (vai jo tālāk tā atrodas prom no atbalsta loka), jo lielāks brīdis. Lai samazinātu ļoti augstas ēkas brīdi, jums jābūvē plati balsti. Jo platāki balsti, jo mazāks ir moments. Lai to saprastu, mēģiniet stāvēt ar kājām, kas atrodas ļoti tālu viena otrai, un lūdziet, lai kāds draugs mēģina virzīt jūs pāri sāniem. Tas prasa daudz spēka. Salieciet papēžus un izmēģiniet to pašu. Tavam draugam tik tikko nav jāpieskaras tev, un tu apgāzies. Struktūra ar jauku plašu pamatni būtībā ir stabilāka nekā ēka ar šauru pamatni.

Par pēdējo Jenga apgūto būvinženieru nodarbību mēs runāsim par zemestrīcēm.

1. Zemestrīces spēki

Rekordi augstākais Jenga tornis bija 40 līmeņu, kas tika sasniegts, izmantojot oriģinālo Jenga komplektu, kuru izstrādājusi pati Leslija Skota [avots: Bērnības muzejs]. Lielākajai daļai spēlētāju ir paveicies, ja viņi var iegūt vairāk nekā 30 līmeņus, pirms visa lieta sabrūk. Tornis kļūst arvien nestabilāks, jo pieaug, jo nevienmērīgs svara sadalījums. Kad konstrukcijas augšpusē atrodas pārāk liels svars, tas sāk darboties kā apgriezta svārsts, šūpojoties uz priekšu un atpakaļ uz tā šauro savienojumu ar zemi [avots: FEMA]. Jengā rezultāts ir divu minūšu sakopšana. Reālajā dzīvē jums būtu katastrofa.

Kad būvinženieri izvēlas būvēt seismiski aktīvā reģionā, viņiem jāņem vērā sānu vibrācijas ietekme uz viņu ēku. Kad seismiskie viļņi ripo pa zemi, tie virmo ēkas gan augšup, gan lejā, gan turp un atpakaļ. Izciļņi augšup un lejup nav tik bīstami kā sānu kustības, kas, visticamāk, novedīs pie sabrukšanas [avots: Līča apgabala valdību asociācija].

Šīs vibrācijas no vienas puses uz otru tiek pieredzētas atšķirīgi dažādos attālumos no zemes. Jo augstāk jūs ceļojat pa ēku, jo izteiktākas ir vibrācijas. Iemetot svaru vienādojumā, sekas var būt postošas. Saskaņā ar pamattekstu “Kāpēc ēkas nokrīt”, zemestrīces spēki pieaug proporcionāli struktūras svaram un tās augstuma kvadrātam [avots: Levy].

Ļoti smaga struktūra vibrē ar daudz ilgāku laiku periods - laiks, kas nepieciešams, lai pārvietotos pa vienu pilnīgu vibrāciju, nekā uz grunts smago ēku. Ilgāks periods nozīmē arī lielāku fizisko pārvietojumu. Piemēram, divstāvu ēka. Zemestrīces laikā ēka virzās uz priekšu 2 collu (51 milimetru) attālumā no centra. Pievienojot svaru tās pašas ēkas augšdaļai (pat ja tas ir kaut kas vienkāršs, piemēram, smags dakstiņu jumts), šūpošanās palielinās līdz 3 collām (76 milimetriem) no centra [avots: Līča apgabala valdību asociācija].

Mēs ceram, ka esat iemācījušies dažas lietas par ēku krišanu - un ko jūs varat darīt, lai beidzot pieveiktu māsu Jenga. Lai iegūtu vairāk informācijas par ģimenes spēlēm un ikdienas zinātni, pārejiet uz saites nākamajā lapā.

Iepazīstieties ar pasaules garāko jūras šķērsošanas tiltu

Iepazīstieties ar pasaules garāko jūras šķērsošanas tiltu

Honkongas-Zhuhai-Makao tilts ir inženierijas brīnums. WordsSideKick.com aplūko šo apbrīnojamo struktūru.



Video Papildinājums: .




Pētniecība


Pirmā Metamusela Peles Atjaunošana “M Balva” Ir Piešķirta
Pirmā Metamusela Peles Atjaunošana “M Balva” Ir Piešķirta

Bioniskie Pirksti Varētu Palīdzēt Cilvēkiem Saķerties
Bioniskie Pirksti Varētu Palīdzēt Cilvēkiem Saķerties

Zinātne Ziņas


Negaisa Mākoņi Uz Priekšu: Budžeta Samazinājumi Apdraud Nopietnas Laika Prognozes
Negaisa Mākoņi Uz Priekšu: Budžeta Samazinājumi Apdraud Nopietnas Laika Prognozes

Suņu Komforts: Vai Suņi Zina, Kad Esat Skumjš?
Suņu Komforts: Vai Suņi Zina, Kad Esat Skumjš?

Cilvēka Un Dzīvnieka Himeras: Bioloģiskie Pētījumi Un Ētiskie Jautājumi
Cilvēka Un Dzīvnieka Himeras: Bioloģiskie Pētījumi Un Ētiskie Jautājumi

Fotoattēlos: Mazuļu Haizivis Demonstrē Pārsteidzošu Spēju
Fotoattēlos: Mazuļu Haizivis Demonstrē Pārsteidzošu Spēju

Aprīļa Muļķi! 5 Jautri Viltus Zinātniskie Sasniegumi
Aprīļa Muļķi! 5 Jautri Viltus Zinātniskie Sasniegumi


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com