ด้านที่ 06
โครงสร้างและวัสดุ
ทำไมสะพานจึงตั้งอยู่ได้ และหอคอยจึงไม่ล้ม
โครงสร้างทำหน้าที่รับน้ำหนัก เช่น สะพาน หอคอย หลังคา และโครงต่าง ๆ รูปทรงที่คุณเลือกและวัสดุที่คุณใช้เป็นตัวตัดสินว่าโครงสร้างจะตั้งอยู่ได้หรือพังลง
สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้
- น้ำหนักบรรทุก แรงดึง และแรงอัดคืออะไร
- ทำไมรูปสามเหลี่ยมจึงทำให้โครงสร้างแข็งและไม่เสียรูปง่าย
- วัสดุมีพฤติกรรมอย่างไร: แข็งหรือยืดหยุ่น แข็งแรงหรือเปราะ
- จะหาจุดอ่อนและเสริมให้แข็งแรงขึ้นได้อย่างไร
ตัวอย่างการทดลอง
-
สร้างสะพานจากคาน แล้วเพิ่มน้ำหนักจนสะพานแอ่นมากเกินไป
-
เปรียบเทียบโครงรูปสี่เหลี่ยมกับโครงรูปสามเหลี่ยมภายใต้น้ำหนักเท่ากัน
-
สร้างหอคอยแบบเดียวกันจากวัสดุต่างชนิดกัน
สิ่งที่คุณสร้างได้
-
สะพานโครงถัก
-
หอคอยที่ต้านลมได้
-
แขนปั้นจั่น
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงลักษณะงานในด้านนี้ บทเรียนที่เผยแพร่จริงอาจแตกต่างออกไป
สิ่งที่การจำลองทำให้ง่ายลง
- วัสดุถูกอธิบายด้วยคุณสมบัติง่าย ๆ เพียงไม่กี่อย่าง แต่วัสดุจริงมีตำหนิ และเปลี่ยนไปตามอายุและสภาพอากาศ
- ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าแบบนั้นทำงานอย่างไรในแบบจำลอง อาคารจริงต้องอาศัยวิศวกรมืออาชีพและการตรวจสอบความปลอดภัย
การจำลองทุกแบบล้วนทำให้ความเป็นจริงง่ายลง การรู้ว่าง่ายลงอย่างไรก็เป็นส่วนหนึ่งของการเรียนรู้วิศวกรรม
เชื่อมโยงกับวิชาในโรงเรียน
ฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ (เรขาคณิต) สถาปัตยกรรม ศิลปะ
ความเชื่อมโยงกับด้านอื่น
โครงสร้างอาศัยหลักกลศาสตร์ และเป็นฐานรองรับทุกอย่างตั้งแต่หุ่นยนต์ไปจนถึงอาคาร
น่ารู้
รูปสามเหลี่ยมเปลี่ยนรูปร่างไม่ได้ เว้นแต่ด้านใดด้านหนึ่งจะเปลี่ยนความยาว นี่คือเหตุผลที่ปั้นจั่น หลังคา และโครงจักรยานเต็มไปด้วยรูปสามเหลี่ยม