Ты вступаешь на трамплин для прыжков в воду, и сердце начинает биться быстрее. Ты волнуешься, конечно, нет страха, что доска сломается, а од трепетно перед прыжком. Однако поговорим о другом: вот, доска согнулась. Интересно, что же происходит внутри нее?
Доска в разрезе.
Под грузом ее конец опускается. Верхняя часть слегка удлиняется. В материале возникает растяжение. Внутренняя часть укорачивается. Материал подвергается сжатию. Средний слой материала не меняется в размерах, его реакции нейтральна. В действительности доска ведет себя, как консоли, которые, выходя из стены, поддерживает балкон, или как кронштейн, закрепленный на стене и поддерживающий книжную полку. Это балка — основной элемент механических конструкций и зданий. Чем больше материала, из которого он состоит, сопротивляется растяжение и сжатию, тем меньше балка деформирует. Так, стали хорошо ведет себя в обоих случаях. А вот камень хорошо сопротивляется сжатию, но легко ломается при растяжении. Почти то же самое происходит с бетоном. Армированный бетон был изобретен для преодоления этого недостатка.
Игра с формами.
Жесткость балки зависит также от формы. Так как в работу включается именно слои, самые удаленные от нейтрального, они-то нуждаются в усилении. Проверить это, проведя следующий эксперимент. Положили лист бумаги на две книги, между которыми осталось свободное пространство. Ты не сможешь поместить сверху на такую тонкую балку ни один крупный предмет в месте этого зазоры, чтобы конструкции не сломалась. А теперь сложи лист бумаги в гармошку, и вот у него уже другая жесткость, сильное растяжение-сжатие сопротивляется только нижние и верхние ребра этой множественное балки, плоская поверхность служит только для связи между ними. Этот принцип лежит в основе архитектурного облома двутаврового сечение, его формы, которую ты встречала многих базовых конструкций металлических балок. Широкие опоры двутавровой балки противостоят сила растяжения-сжатия, а вертикальная часть двутавровой банки выполняют функцию их связи с нейтральным слоем. Экономится материал, облегчается конструкция, и при этом облегчается жесткость. В строительстве часто используют балки с треугольными соединениями, называемые фермами. Наклонные балки несут крышу, который в свою очередь должна выдержать слой снега. Ферму можно сравнить с циркулем, вершину фермы — его шарниром, а две боковые балки — ножками циркуля. Чтобы циркуль не раскрывался, когда давит на шарнирное соединение, достаточно соединить концы ножек веревкой, которая будет противостоять растяжению. То же самые происходит при соединении балок в треугольник. Горизонтальная балка фермы тоже работает на растяжение. Значит, ее можно заменить тонким стальным прутом. Именно поэтому принципу сделаны многим металлические конструкции. Посмотри вверх, проходя под крышей вокзала или рынка. Элементы, работающие на растяжение-сжатие, балки; элементы, работающие только на растяжение, — тонкие руки или стропы dyneema.
