Бумажный мост: что меняют три сгиба?
Та же бумага, три сгиба — что изменится? Сделайте прогноз, испытайте три новые пары и запишите, как ведёт себя каждый мост.
Сначала предскажите результат
Две одинаковые бумажные полоски перекрывают один и тот же промежуток. Одну оставляем плоской, на другой делаем три сгиба. Какая сильнее прогнётся под одинаковым грузом? Сначала запишите прогноз — и то, какой результат заставит вас передумать.
В этом настольном опыте сравниваются две формы и заранее задаётся условие остановки. Интересным может оказаться не число предметов, а то, как именно мост перестаёт держать нагрузку. Готового результата здесь нет: важны ваша бумага, ваши сгибы и наблюдения.
Подготовьте три новые пары
Понадобятся три листа одинаковой обычной бумаги для принтера, ножницы, линейка, две устойчивые стопки книг одинаковой высоты (не менее 4 см), таймер, 20 одинаковых небольших канцелярских скрепок и один квадрат плотного картона 4 × 4 см. Мелкие детали держите подальше от маленьких детей.
Вырежьте шесть полосок 20 × 10 см. Каждую пару вырезайте рядом из одного листа, направляя длинные стороны одинаково. Три полоски оставьте плоскими, без сгибов. Для каждого повтора нужна новая пара: если складывать уже нагруженную полоску, изменение формы смешается с повреждением бумаги.
Сгибы должны идти от опоры к опоре
На каждой полоске для складывания отметьте линии в 2,5; 5 и 7,5 см от длинного края. Все три линии идут на всю длину 20 см. Сложите бумагу по ним попеременно в разные стороны: получатся четыре равные панели. Равномерно раскройте гармошку до общей ширины 6 см. Оба наружных края направьте вниз, два гребня — вверх.
Гребни должны идти от одной стопки книг до другой, словно рельсы через реку. Не поворачивайте их поперёк моста. Длина сложенной полоски остаётся 20 см; уменьшение её ширины на столе — часть изменения формы.
Расставьте внутренние края стопок на расстоянии 12 см. Укладывайте каждую полоску по центру промежутка: на каждой опоре должно лежать по 4 см. Расстояние и опоры не меняйте. Не приклеивайте, не зажимайте и не придерживайте бумагу.
Одинаковый груз в одном и том же месте
Положите картонный квадрат посередине промежутка и посередине ширины бумаги. На гармошке он должен лежать поперёк двух верхних гребней. Картон распределяет скрепки по небольшому участку; книг он касаться не должен. Во всех испытаниях используйте тот же квадрат и те же скрепки.
Отметьте середину обращённого к вам края квадрата; метка должна оставаться видимой. Для каждой полоски положите пустой квадрат и подождите 10 секунд. При неустойчивости, соскальзывании, обрушении или касании стола запишите 0 скрепок и причину. Иначе измерьте h0 — высоту метки над столешницей, уже включающую устойчивый прогиб. Смотрите на вертикальную линейку рядом с мостом на уровне отсчёта, не касаясь конструкции.
Осторожно добавьте одну скрепку в центр квадрата. Делайте невысокую кучку по центру. Подождите 10 секунд и измерьте высоту той же метки. Продолжайте по одной скрепке. Во время испытания не поправляйте мост.
Заранее решите, когда остановиться
Остановитесь, если метка опустится на 1 см или больше относительно h0, на бумаге появится новый резкий залом или мост обрушится, конец соскользнёт, скрепки рассыплются либо бумага, картон или скрепки коснутся столешницы. На 20 скрепках тоже остановитесь. Это условия опыта, а не нормы безопасности для мостов.
Запишите последнее число скрепок, выдержанное все 10 секунд, и причину остановки: отказ на скрепке n означает результат n−1. Пишите «не менее 20», только если двадцатая скрепка выдержана 10 секунд; максимум не установлен. Различайте рассыпавшийся груз, соскальзывание и прогиб. Если случайно задели установку, пометьте попытку как недействительную.
Испытайте три новые пары, чередуя форму, с которой начинаете. Не используйте повреждённую полоску повторно ради заполнения пропуска в таблице.
Скопируйте таблицу наблюдений
text
Прогноз: _____________________________
Бумага и тип скрепок: _________________
Пролёт: 12 см | полоски: 20 × 10 см
Повтор | Форма | h0, см | Число | Причина остановки
1 | Плоская | | |
1 | Гармошка | | |
2 | Плоская | | |
2 | Гармошка | | |
3 | Плоская | | |
3 | Гармошка | | |
Что повторялось? _____________________
Что различалось между повторами? _____Пишите «не менее 20», только если все 20 выдержаны 10 секунд. Сохраняйте записи о соскальзываниях, рассыпавшемся грузе и недействительных попытках.
Что меняют сгибы
После складывания бумаги не становится больше. Появляется высота поперечного сечения: часть бумаги оказывается выше и ниже середины конструкции. При прогибе вниз верхние участки стремятся сжаться, нижние — растянуться. Материал, расположенный дальше от нейтральной области, может увеличить сопротивление изгибу.
Это объяснение предполагает, что сечение сохраняет форму. Но сгибы могут раскрываться, отдельные панели — терять устойчивость, а весь мост — скручиваться или скользить. Открытая гармошка не является жёсткой треугольной фермой. Направление сгибов, аккуратность изготовления и способ нагружения влияют на результат.
Какой вывод допустим?
Сравните три пары, учитывая причину остановки в каждом испытании. Наблюдения относятся к этим полоскам, центральному грузу и выбранному правилу. Они не доказывают, что любой складчатый мост прочнее, и не предсказывают поведение настоящего моста.
Если результаты расходятся, опишите различия. Затем измените один заранее выбранный параметр — например, расстояние между опорами — и повторите обе формы с новой бумагой. Первые записи сохраните: неожиданный результат стоит исследовать, а не стирать.