آنچه نیاز دارید

4 عدد کتاب

برگه‌ی کاغذ A4

گیره‌ی کاغذ

درب پلاستیکی بطری آب معدنی

شرح آزمایش

آیا تا به حال با اتومبیل، دوچرخه و یا پیاده از روی یک پل بسیار طولانی عبور کرده‌اید؟ پل‌ها باید به اندازه‌ای محکم باشند که بتوانند بدون فرو ریختن وزن تعداد زیادی از افراد و اتومبیل‌ها را تحمل کنند. یک بخش مهم در طراحی پل‌ها انتخاب مواد مناسب است. بخش مهم دیگر این است که مطمئن شویم مواد سازنده‌ی پل طوری شکل داده شده‌اند که در قوی‌ترین حالت خود باشند. در این فعالیت علمی شما با استفاده از وسایلی که همیشه در اختیار دارید، یعنی کاغذ و چسب، پل‌های ساده‌ای خواهید ساخت. آیا می‌توانید پل کوچکی بسازید که قدرت تحمل بار را داشته باشد؟

2 عدد کتاب را در سمت راست خود و 2 تای دیگر را در سمت چپ خود قرار دهید. این دو دسته کتاب را در فاصله‌ای از هم قرار دهید که وقتی برگه‌ی کاغذ A4 را به صورت طولی روی آن‌ها قرار می‌دهید برگه روی میز نیافتد.

درب بطری را روی کاغذ قرار دهید.

دانه دانه گیره‌های کاغذ را روی درب بطری بیاندازید و بشمارید. ببینید که پل کاغذی ساده‌ای که با برگه‌ی A4 ساخته‌اید تا چه میزان دوام می‌آورد.

حالا مانند شکل زیر پل کاغذی خود را ارتقا دهید و مانند یک پل روی رودخانه لبه‌های کاغذ را خم کنید و روی زمین قرار دهید. این بار نیز درب بطری را روی پل قرار دهید و دانه دانه گیره‌ها را اضافه کنید و بشمارید تا ببینید که پل تا چه اندازه‌ای دوام می‌آورد.

کاغذ 4 A را مانند شکل درست کنید طوری که انگار می‌خواهید یک بادبزن کاغذی درست کنید. حال از این کاغذ به عنوان پل استفاده کنید. این بار با اطمینان یک لیوان را روی پل قرار دهید و تمام گیره‌ها را در لیوان بریزید. چه اتفاقی می‌افتد؟ چرا چل تا این حد مستحکم و مقاوم شد؟

آنچه اتفاق می افتد...

پس از انجام این آزمایش متوجه می‌شوید که پل مستقیم چندان مستحکم نیست و زیر فشار بار خم می‌شود. اما به محض اینکه لبه‌های این پل را خم می‌کنید استحکام این پل زیاد می‌شود. چون پل لبه خمیده، بیشتر از پل مستقیم، بار را تحمل می‌کند. درست همین تکنیک در ساخت پل‌های واقعی استفاده می‌شود.

آیا می‌دانید که پل‌هایی که در وسط آن‌ها داربست است محکم‌تر هستند. برای ساخت این پل می‌توانید چند نوار مقوایی بلند را به هم وصل کنید و آن‌ها را به صورت زیگ‌زاگ تا بزنید.

 پل خمیده‌ای که در وسط آن داربست است، بیشترین استحکام و قدرت را دارد چون داربست جهت فشار بار را تغییر می‌دهد.

همانطور که می‌دانید، یک تکه کاغذ به راحتی خم می‌شود. میزان سخت بودن خم کردن یک ماده، سختی خمشی آن ماده نام دارد. هرچه ماده سخت‌تر باشد، خم کردن آن نیز دشوارتر خواهد بود. با این حال اگر همان کاغذ را به شکل یک لوله‌ی سفت بپیچید و یا آن را به شکل یک آکاردئون تا کنید، خم کردن آن بسیار سخت‌تر می‌شود. چرا این اتفاق می‌افتد؟ ماده هیچ تغییری نکرده است اما شکل آن تأثیر فراوانی بر روی نحوه‌ی خم شدنش می‌گذارد. هر دو فاکتور سختی خمشی و شکل معیارهای بسیار مهمی برای مهندسین عمران در هنگام طراحی پل‌ها هستند. تعداد بسیاری اتومبیل به طور همزمان از روی یک پل عبور می‌کنند و همه‌ی این اتومبیل‌ها بسیار سنگین هستند. اگر سختی خمشی یک پل به اندازه‌ی کافی بالا نباشد ممکن است پل تحت فشار وزن ماشین‌ها خم شود و یا حتی فرو بریزد! بنابراین، مهندسین عمران فارغ از اینکه پل از چه جنسی از جمله سنگ، چوب، فولاد و یا هر ماده‌ی محکم دیگر ساخته شده باشد، وظیفه دارند شکل این مواد را به دقت بررسی کنند.

کاغذ تحت تنش يکي از ضعيف‌ترين مواد است.وقتي دو انتهاي کاغذ را بهم نزديک کنيد به راحتي مچاله مي‌شود. وقتي وزني روي کاغذقرار مي‌گيرد مي‌خواهد خم شود و خیلي نازک است. با تا کردن يا لوله کردن کاغذ ضخامتي بوجود مي‌آوريد که باعث مي‌شود به راحتي مچاله نشود و بتواند نيروي بيشتري تحمل کند.