5 Неща, Които Дженга Може Да Ни Научи За Строително Инженерство

{h1}

Играта jenga може да ви научи на разнообразни компоненти на конструктивното инженерство. Научете 5 неща, които дженга може да ви научи за конструктивното инженерство.

Хората са естествено родени структурни инженери. Ако ви е трудно да повярвате, гледайте как малко дете играе с набор от прости дървени блокове. Без външни инструкции - и чрез много енергични опити и грешки - той или тя в крайна сметка ще научат, че най-стабилният начин за изграждане нагоре е поставянето на хоризонтална греда през две вертикални колони.

Интуитивната логика на детето е същата, която вдъхнови микенските архитекти от XIII век B.C.E. за изграждане на прочутата Лъвска порта от две каменни колони и леко сводеста греда. Това е същата структурна здравина, която каза на древните египтяни, че ако искате да построите нещо високо от камък, трябва да започнете широко в основата. И това е същият този инженер с естествено раждане във всички нас, който казва: „Пич, ако искаш да спечелиш в Дженга, не оставяй нито една опора в дъното на кулата!“

Jenga е една от най-популярните игри в света, трета само на Monopoly и Scrabble по брой продадени единици [източник: Малко]. Обектът на играта е прост: Започвате със стек от 54 блока - три блока напречни, 18 нива високи. Всяко ниво на блокове трябва да е перпендикулярно на нивото под него. Всеки играч трябва да премахне блок от близо до дъното на кулата и да го постави на върха, използвайки само една ръка. В крайна сметка кулата става опасно нестабилна. Ако ти си този, който най-накрая го повали, губиш.

Дженга е изобретена от Лесли Скот, британски гражданин, роден и израснал в Кения и Танзания. (Дженга означава "строя" на суахили.) Скот играе играта със семейството си в Африка от години; в крайна сметка тя напусна работа с Intel, за да стартира Jenga на панаир на играчките от 1983 г., където това се превърна в моментален феномен на играта [източник: Малко].

Част от очарованието на Дженга е нейната простота; нищо освен дървени блокове и гравитация. Но дори тази проста игра може да ни научи много за по-сложния свят на строителното инженерство. В крайна сметка сградите са уязвими към същите сили, които могат да свалят кула на Дженга - сили като товари, напрежение, компресия, усукване и други. Случайният удар на масата за игра е отлична мащабна версия на катастрофално земетресение.

Нека започнем нашето изследване на структурното инженерство на Jenga с поглед върху натоварванията.

5. Товари

Един от най-важните принципи на строителното инженерство е Зареждане, Чували ли сте за носеща стена? Обикновено това е вътрешна стена (като тази, която разделя вашата кухня и хол), която служи и като колона, която държи на втория етаж или на покрива. Ако премахнете носеща стена, конструкцията може да не може да издържи собствената си тежест - и това прави проблеми.

В Дженга няма два дървени блока да бъдат нарязани на абсолютно същите размери, което означава, че блоковете се опират един върху друг неравномерно [източник: Смит]. Един от основните трикове на Дженга е намирането на „хлабавите“ парчета, които се отстраняват по-лесно, без да се нарушава целостта на кулата. Ако парче е разхлабено, тогава знаете, че не може да бъде носещо.

И така, какво ни учи това за конструктивното инженерство? Когато проектират сграда, инженерите трябва да вземат предвид път на натоварване от върха на сградата до основата. Всяко ниво на структурата трябва да поддържа силите, приложени надолу от нивата по-горе. Има три вида натоварвания, които възникват в сградата:

  • Мъртви товари - Силите, прилагани от всички статични компоненти на конструкцията, като греди, колони, нитове, бетон и суха стена.
  • Живи товари - Силите, прилагани от всички „движещи се“ елементи, които могат да повлияят на конструкция, включително хора, мебели, коли и нормални метеорологични събития като дъжд, сняг и вятър.
  • Динамични натоварвания - Динамичните натоварвания са живи товари, които се появяват внезапно с голяма сила. Примери са земетресения, торнадо, урагани и самолетни катастрофи [източник: Да Маг].

Инженерите трябва да правят внимателни изчисления, за да гарантират, че носещите стени, тавани и покриви могат да поддържат мъртви, живи и дори динамични натоварвания, особено при изграждане в сеизмично активни зони.

Следващият важен принцип, който Дженга преподава за конструктивното инженерство, е важността на фондацията.

4. Основи

Точно както трябва да намерите идеалната повърхност, върху която да играете Jenga, така и инженерите от структурата трябва да разгледат повърхностите, върху които решат да построят.

Точно както трябва да намерите идеалната повърхност, върху която да играете Jenga, така и инженерите от структурата трябва да вземат под внимание повърхностите, върху които решат да построят.

Всяко семейство има своя любима повърхност, на която да играе Дженга. Масата с неясна карта не е в състояние, тъй като и най-малкото чупене от заблуден лакът ще изпрати кулата ви. Здравата кухненска маса е солиден избор, тъй като тя не бучи наоколо толкова лесно, колкото масата с карти, но нищо не бива на добро дърво. Не можете да го почукате настрани, това е доста проклета плоскост и единствената заплаха за стабилността е случайното пълзящо бебе или домашен любимец.

Строителните инженери също трябва да имат предвид повърхността, върху която изграждат своята структура. Ако нанесете 15-етажна сграда върху рохкава почва, структурата може да се утаи неравномерно, което да напука стените или дори да се срути. Дори ако сграда е построена върху твърда скала, земетресение може да я отбие настрани, причинявайки тя да се плъзне по улицата на няколко метра, като смаже всичко по пътя си. Ето защо всички съвременни сгради, както малки, така и високи, са изградени върху основи.

Фондацията служи на няколко ключови цели. Първо, той прехвърля натоварването на конструкцията в земята. (Говорихме за натоварванията на последната страница.) Колкото по-висока и по-тежка е една сграда, толкова повече натоварване се насочва надолу. Ако сградата седи равна на повърхността, тогава най-ниските елементи в конструкцията ще трябва да понесат комбинирания товар от всичко над тях. Но при правилно проектирана основа натоварването на цялата конструкция преминава през най-ниските елементи и се разпръсква в земята отдолу.

Фондациите служат и за физическото закрепване на конструкцията към земята. Това е решаваща роля в много високи сгради. Представете си, че се опитвате да балансирате дворна пръчка в единия край. Може да успеете да го издърпате върху изключително равна повърхност, но дори и едно издишване би го препълнило. Но какво се случва, ако вземете дворното стърчане назад и забиете единия край в земята на няколко сантиметра? Сега можете да го докоснете или дори да го ритате и той няма да се преобърне. Фундаментът заравя част от сградата в земята, което й осигурява повишена стабилност срещу динамични промени на натоварването.

За високи сгради, изградени на насипни почви или пясък, инженерите забиват стоманени купчини дълбоко в земята, докато стигнат до основата. Тогава те изграждат стоманобетонна основа около стоманените купчини, за да създадат твърда котва, върху която да се изгради.

След това ще разгледаме какви дървени блокчета Jenga могат да ни научат за строителните материали.

3. Напрежение и сгъстяване

В конструктивното инженерство има две основни сили при работа във всеки конструктивен елемент: компресия и напрежение. компресия е силата, която се прилага, когато два предмета са натиснати заедно. Помислете за купчина тежки камъни. Силата на раздробяване върху долния камък е компресия. напрежение е силата, която се прилага при издърпване или опъване на даден предмет. Добър пример е повърхността на батут. Когато някой скочи надолу по батута, материалът се разтяга.

Инженерите говорят за издръжливост на опън от материали. Това е максималната сила, която може да бъде приложена върху материал, без да го дърпате. Пачките от стоманени кабели имат невероятно висока якост на опън, поради което се използват в най-дългите и най-тежки мостове на окачването в света. Дори един единствен стоманен кабел с диаметър само 1 сантиметър може да задържи теглото на два пълнолетни слона [източник: Да Маг].

Сега нека помислим за типична структура в Дженга. Ако премахнете централното парче подред, тогава създавате две прости конструкции на греда и колона от двете страни на кулата. Лъчът, положен през две колони, изпитва едновременно компресия и напрежение. Теглото, носещо върха на гредата, го притиска навътре към центъра на гредата. И въпреки че не можете да го видите с просто око, долната страна на лъча се изпъва навън.

Представете си, ако гредата е направена от гума. Теглото би го разтеглило до „U“ форма. Ето защо каучукът прави такъв отвратителен строителен материал. Строителните инженери избират (и понякога проектират) материали с най-добрите характеристики за компресия и опън за работата. Камъкът е отличен при компресия, но забележително лесен за раздробяване. Ето защо каменната арка издържа много по-дълго от каменната греда. Стоманобетонът е идеален строителен материал, защото бетонът му придава якост на натиск, а вградените стоманени пръти му придават якост на опън.

Кулите на Jenga не са достатъчно високи или тежки, за да прилагат сериозно компресиране или напрежение върху дървените парчета, така че има много малко притеснения от разцепването на греда. Но в реални строителни проекти, инженерите трябва внимателно да обмислят силните и слабите страни на всеки елемент.

Сега ще обясним защо винаги е по-добре да оставите две опори в дъното на кулата на Дженга.

2. Ротационна сила

Поддържането на тази тенис кула в изправено положение включва много повече от късмет.

Поддържането на тази тенис кула в изправено положение включва много повече от късмет.

Опитните играчи на Jenga знаят, че най-бързият начин за падаща кула е да издърпате двете външни парчета от долния ред, оставяйки цялата структура да балансира върху един тесен дървен блок. Със само една опора в долната част, всяко удряне и натискане на кулата се увеличава, което кара несигурно да се люлее от едната на другата страна. Но какви точно са силите, които действат върху структура с толкова тясна опора? И какво ги прави толкова опасни?

Строителните инженери не говорят за поддържане на сградата „балансирана“. Те говорят за поддържане ротационно равновесие, Представете си висока сграда като дълга лоста за рамо с по-голямата част от рамото над земята и по-малка секция (основата) под земята. Точката, в която сградата среща земята, е опорната точка на лоста. Сега представете сградата да се наклони леко вдясно или вляво. Вместо просто да се спуснете, можете да мислите за това, че се върти около опорната точка. Инженерите и физиците имат две имена за тази ротационна сила: момент или въртящ момент.

Основен принцип на конструктивното инженерство е, че колкото по-дълго е дръжката на лоста ви (или колкото по-далече е от опорната точка), толкова по-голям е моментът. За да намалите момента на много висока сграда, трябва да изградите широки опори. Колкото по-широки са опорите, толкова по-нисък е моментът. За да разберете това, опитайте да стоите с разтворени крака широко и накарайте приятел да се опита да ви избута настрани. Изисква много сила. Сложете петите си и опитайте същото. Приятелят ти едва трябва да те докосне и ти върви веднага. Структура с хубава широка основа е присъщо по-стабилна, отколкото сграда с тясна основа.

За последния урок по конструктивно инженерство, научен от Дженга, ще говорим за земетресения.

1. Земетресетелни сили

Най-високата кула на Jenga в рекорда беше 40 нива, достигната с помощта на оригиналния комплект Jenga, проектиран от самата Лесли Скот [източник: Музей на детството]. Повечето играчи имат късмет, ако успеят да получат повече от 30 нива, преди цялото нещо да се срине. Причината кулата да става все по-нестабилна, тъй като расте, се дължи на неравномерното разпределение на теглото. Когато твърде голямо тегло е разположено в горната част на конструкцията, то започва да действа като обратен махало, люлеейки се напред и назад при тясната си връзка със земята [източник: FEMA]. В Jenga резултатът е двуминутно почистване. В реалния живот бихте имали катастрофа.

Когато структурните инженери решат да строят в сеизмично активен регион, те трябва да вземат предвид ефектите на страничните вибрации върху тяхната сграда. Когато сеизмичните вълни пулсират през земята, те блъскат сгради както нагоре, така и надолу и назад и напред. Неравностите нагоре и надолу не са толкова опасни, колкото страничните движения, които са по-склонни да доведат до срив [източник: Асоциация на правителствата на района на залива].

Тези вибрации отстрани се преживяват различно на различни разстояния от земята. Колкото по-високо пътувате до сграда, толкова по-изразени са вибрациите. Когато хвърлите тегло в уравнението, ефектите могат да бъдат катастрофални. Според първоначалния текст "Защо сградите падат", силите на земетресението растат пропорционално на теглото на конструкцията и квадрата на нейната височина [източник: Леви].

Високо-тежката структура вибрира с много по-дълго Период - времето, необходимо за преминаване през една пълна вибрация - отколкото сграда от тежката дъно. По-дълъг период означава и по-голямо физическо изместване. Вземете за пример двуетажна сграда. Когато земетресение удари, сградата се люлее на 2 инча (51 милиметра) от центъра. Когато добавите тежест към върха на същата сграда (дори ако това е нещо просто като покрив с тежък керемид), люлката се увеличава на 3 инча (76 милиметра) от центъра [източник: Асоциация на правителствата на района на залива].

Надяваме се, че сте научили няколко неща за това защо сградите падат - и какво можете да направите, за да победите най-накрая сестра си в Дженга. За много повече информация относно семейните игри и ежедневната наука прескочете към връзките на следващата страница.

Запознайте се с най-дългия мост за преминаване на море в света

Запознайте се с най-дългия мост за преминаване на море в света

Мостът Хонконг-Джухай-Макао е инженерно чудо. WordsSideKick.com разглежда тази невероятна структура.



Видео Добавка: .




Изследване


Планетарий
Планетарий

Как Пластмасата За Гориво Може Да Стане Следващата Зелена Машина (Op-Ed)
Как Пластмасата За Гориво Може Да Стане Следващата Зелена Машина (Op-Ed)

Наука Новини


Някои Антиоксиданти, Свързани С По-Кратък Живот
Някои Антиоксиданти, Свързани С По-Кратък Живот

Как Работи Програмата За Партньорство За Младежки Успех
Как Работи Програмата За Партньорство За Младежки Успех

Нивото На Лятното Море Се Увеличава Бързо Покрай Брега На Залива На Флорида
Нивото На Лятното Море Се Увеличава Бързо Покрай Брега На Залива На Флорида

Изображения: Изгубен Средновековен Град, Открит В Близост До Ангкор Ват
Изображения: Изгубен Средновековен Град, Открит В Близост До Ангкор Ват

Колко Дълго Ще Продължат Запасите От Нефт В Сащ?
Колко Дълго Ще Продължат Запасите От Нефт В Сащ?


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com