Na chvilku stavebním inženýrem

Stavební inženýrství je obor, který se zabývá návrhy a konstrukcemi staveb jako jsou například mosty, budovy, hráze, tunely, elektrárny nebo třeba i mořské vrtné plošiny. Stavební inženýr mimo jiné musí také zkoumat síly, které mohou mít vliv na stabilitu a chování příslušné stavby či konstrukce.

Možná se vám bude hodit pár informací o silách. Síla se projevuje buď tlakem, nebo tahem. Na těleso působí síly dvěma základními směry. Síly, které působí na těleso ze strany, se nazývají boční síly (v praxi takovou silou může působit například vítr) a síly působící shora dolů nebo zdola nahoru označujeme jako svislé síly. Nejdůležitější silou, se kterou musíme počítat a kterou všichni beze zbytku využíváme, je gravitační síla. To je síla, kterou Země přitahuje všechna tělesa směrem ke svému středu. Těleso, které je přitahované gravitací k Zemi působí na podložku nebo na závěs silou, které říkáme tíha. Tíha tělesa závisí na hmotnosti (tedy na množství látky v tělese). Možná se někdy setkáte také s pojmy mrtvá a živá síla. Například u budovy působí mrtvými silami zdi, podlahy, střechy – je to tedy tíha všech částí budovy, které jsou spolu pevně spojeny a nemohou se přemisťovat. Živé síly to jsou tíhy předmětů nebo těles dočasně v budově nebo na budově umístěných – nábytek (dnes je v jedné místnosti a zítra v jiné), lidé (v pátek jsou v kanceláři a působí na budovu tíhou, ale o víkendu jsou doma), sníh (který jeden den napadne a během týdne roztaje).

Pevnost každé stavby do značné míry ovlivňují tvar a profil použitých stavebních prvků. Dnes si tak trochu zahrajeme na stavební inženýry a budeme se věnovat prověřování pevnosti různých profilů. K pokusům budeme potřebovat dvě knihy stejné tloušťky, list kancelářského papíru (A4 do tiskárny) a 15 nebo více stejných tužek (pastelek, fixů apod.). Na stůl dejte knihy tak, aby byly od sebe asi 15 cm daleko. Přes knihy položte list papíru (ujistěte se, zda obě knihy přikrývá stejně velký kus papíru). Vznikne jednoduchý most. Teď pomocí tužek otestujeme jeho pevnost: vezměte tužku a opatrně ji položte přesně doprostřed mostu – mezi obě knihy. Předpokládám, že tento most tužku neudržel, zbořil se a chudinka tužka spadla do údolí pod mostem. Pokud se pletu, testujte dál přidáváním dalších tužek, dokud most drží. Nastává druhá fáze pokusu. Vezměte papír a přeložte ho přesně napůl přiložením jeho kratších stran k sobě. A to samé udělejte ještě jednou. Papír rozložte a pomocí přehybů jej vymodelujte do tvaru písmene M. Tento M-most zase položte přes knihy (opět se o každou knihu musí opírat stejnou délkou papíru) a znovu zatěžujte postupně jednou, dvěma, třemi, … tužkami (viz obrázek). Tužky samozřejmě přikládejte v kolmém směru přes špičky přeloženého papíru, tedy opět rovnoběžně s hranami knih. Kolik tužek unese most nyní? Pokračujme dál v bádání. Sundejte most, přitiskněte k sobě jeho boční strany a přiložením delších stran mostu k sobě opět přeložte napůl. Pokud máte vše správně, tak po rozložení papíru dokážete překládáním ohybů vytvořit jakési varhánky, harmoniku – tentokrát bude mít most podobu dvou písmen M vedle sebe. Položte dvojitý M-most přes knihy a znovu postupně zatěžujte tužkami. Tužky mohou mít tendenci z mostu sjíždět – jednoduše jim v tom prstem zabraňte. Kolik tužek zbortí kost nyní?

Jaké jsou vaše výsledky? Jak je to s nosností jednoduchého a dvojitého M-mostu? Objevili jste nějakou závislost, neřkuli zákonitost? No a co kdybychom místo jednoho papíru vytvořili most ze dvou papírů položených na sebe? Testujte různé druhy papírů a porovnávejte. A nakonec se podívejte, jak je vyrobená vlnitá lepenka, ze které se dělají krabice, ve nichž si domů z obchodů vozíte různé zboží – tiskárnu, mikrovlnku, stůl, ledničku atd. Čím více přehybů, tím větší pevnost.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte! 

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.