师:同学们,今天我们的课题是桥梁搭建。工程师所说的承重结构桥是什么呢?桥梁建筑专家茅以升说,桥不过是一条放大的板凳。生活中,我们见过形形色色的桥,像赵州桥、立交桥,有陆地上的桥,也有水上的桥。老师最近在一个网站上看到一段跟桥结构有关的有意思视频,现在分享给大家。
这段视频展示了用9根筷子就能搭建一座桥,传说这是中国古代的搭桥方法,《清明上河图》中就有这样一座桥。它不需要桥墩,以多根梁木巧妙地别压、穿插、搭接成拱形结构,是我国独有的方式,而且承重力很强,同学们也可以试一试。
看了这个视频,是不是觉得桥梁设计很巧妙?桥梁的功能,一是通行,二是要能承受一定重量。人和车辆通过桥梁时,桥面会弯曲,弯曲得越厉害就越危险。同样材料、同样厚度的桥,跨度越大越容易弯曲。为防止桥面过于弯曲,可以采用不同方法对桥梁加固,比如增加对桥面的支撑,这就需要桥梁建筑工程师利用专业知识,通过巧妙的结构设计来增加桥梁承重力。
接下来,我们通过一些简易手工实验初步探究结构和承重的关系。大家看这张图片,这是老师一位学生在潮湿天气用一张A4纸做出的纸桥,上面竟然能放这么多米和书,同学们能想象吗?就这么简单的四个柱子结构,就能支撑这么多重物。一张纸本身承受不了多少重物,但通过折叠组合成特殊结构,就能支撑起这么多,结构的力量不容小觑。
现在进入今天的课题。我们的任务是自己设计并制作纸承重结构,制作要求与材料准备如下:
用不超过4张A4纸搭一座承重结构。
结构高度不小于10厘米。
结构要能至少承受5公斤以上重量。
不得用胶水反复涂抹、浇灌构件。
不得在结构内部填充其他物质强化结构承重能力。
加载到结构上的重物必须保持10秒以上,才能确定其承重重量。
我们用到的材料有纸、剪刀、固体胶等。温馨提示,工具可根据实际情况适当调整替换,使用工具时注意安全。本节课学生开展的动手制作活动,请在家长指导下进行,确保安全。
拿到课题后,首先研究A4纸。把A4纸拿在手里拉一拉,会发现它的抗拉性较强,那抗压性如何呢?拿一个很轻的白乳胶瓶子放上去,纸张就会往下坠,说明它的抗压性相对较弱。做结构时要扬长避短,充分利用它的抗拉性。
下面研究纸结构的基本形状,从切面看,纸有圆形、波浪形、三角形、四边形等基本形状,把这些基本形状组合在一起,能变成组合结构。比如把波浪形结构放进圆柱里,就成了组合型结构;多做几个圆柱,还能变成圆柱的多样组合结构。把两个或三个、四个结构组合在一起,能变成更复杂且承重能力更强的组合结构。
对纸的处理方式,可以通过折叠、拼插、粘贴等做出想要的结构。讲讲纸的连接技巧,比如两个接触面较大的基本结构,把需要粘贴的面粘在一起就行。如果是两个比较细小的圆柱要粘在一起,可以剪一张小纸条,涂上胶水,把两个需粘在一起的结构放好,用小纸条拼合,连接会更稳固。
现在开始制作纸承重模型。先做结构的四个立柱,要超过10厘米,把一张A4纸对折,其宽度21厘米,对折后是10.5厘米,不放心的同学可以拿尺子量一下,然后对半裁开。接着把它卷成柱子形状,如果不好卷,可以借用织毛衣针之类的工具,卷的时候注意不要卷歪,尽量卷紧。
