آنچه نیاز دارید

مداد

کاغذ

قیچی

نوار چسب

تخته‌ی چوب با ضخامت زیاد(می‌توانید از تخته‌ی چوبی آشپزخانه استفاده کنید)

شرح آزمایش

مانند شکل یک نوار به عرض 5 سانتی‌متر از کاغذ را ببرید.

با استفاده از مداد کاغذ را دور مداد بپیچید و چسب بزنید. 4 عدد از این استوانه‌های توخالی بسازید.

مانند شکل این سه استوانه‌ی کاغذی را روی میز قرار دهید و تخته‌ی چوبی با ضخامت زیادی را روی آن قرار دهید.

حالا جسم‌های سنگین زیادی را با کمک بزرگتر خود روی تخته قرار دهید چرا استوانه‌های کاغذی خم نمی‌شوند؟ چطور 4 استوانه‌ی کاغذی مانند ستون‌های محکم عمل می‌کند و باری با آن وزن بالا را تحمل می‌کند ؟

آنچه اتفاق می افتد...

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؟

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.

در این فعالیت علمی شما باید متوجه شده باشید که تکه‌های صاف کاغذ بسیار راحت تحت فشار وزن خود خم می‌شوند؛ درحالیکه خم کردن یا پیچاندن همان کاغذها سختی خمشی آنها را افزایش می‌دهد و در نتیجه ستون های پل وقتی به صورت لوله‌ای در می‌آیند می‌توانند وزن نسبتاً زیادی را تحمل کنند. سعی کنید با نگاه کردن به اطراف خود مثال‌هایی از این پدیده در زندگی روزمره پیدا کنید. بعنوان مثال ممکن است میز و صندلی‌های مدرسه‌تان پایه‌ها‌ی فلزی داشته باشد. این پایه‌ها قطعاتی صاف هستند یا لوله‌ای شکل؟ به نظر شما چرا یک جسم با شکل هندسی لوله (استوانه) نسبت به حالت صاف بهتر می‌تواند وزن افراد را تحمل کند؟

کاغذ تحت تنش يکي از ضعيف‌ترين مواد است. وقتي دو انتهاي کاغذ را بهم نزديک کنيد به راحتي مچاله مي‌شود. وقتي وزني روي کاغذ قرار 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.