桥项目

研究问题:

• 什么力作用在桥上?
• 有哪些不同类型的桥?
• 什么是拉力和扭矩?他们和桥有什么关系?
• 哪些形状和设计是最坚固的?
• 如何建造桥梁来应对天气和其他磨损?
• 对于你将要建造的每一座桥，你的假设是什么?哪种材料和形状效果最好?

桥用于行人、汽车、火车等。它们必须跨越或长或短的距离，并承受自然的力量。有几种类型的桥，每一种都是针对特定的强度设计的。例如:梁桥可以在短距离内承受很大的重量，桁架桥利用了三角形形状的强度，而悬索桥可以在长距离内处理扭矩和张力。当工程师设计桥梁时，他们必须考虑作用在桥梁上的许多力。通过实践实验，桥梁建造中固有的物理概念变得清晰起来。这种经历让学生更好地理解他们在城市和城镇中经常遇到的人造结构。

材料:

材料可以在工艺品店和杂货店里轻易买到。

• 冰棒棍
• 牙签
• 意大利面
• 热胶枪
• 可用于测试桥面强度的等重物品(如汤罐、木块、小砝码、电话簿)
• 笔记本
• 照相机(可选)

实验过程:

1. 在你的笔记本上画一座桥。现在选择材料，你将使用建造几个版本的桥。例如，你可以使用材料清单中建议的意大利面、牙签和冰棒棒。你可以决定使用不同的材料。

2. 你的三座不同的桥应该跨越相同的距离，所以选择它们的长度。你可以用两把椅子把桥架起。

3. 用你的图画，你的想象力和创造力在这两把椅子上架起三座设计和长度相同的桥。如果您决定使用热胶枪，请有成年人帮助您!

4. 在笔记本上记录以下内容:每种材料你用了多少;你遇到了什么挑战，你对每条桥的工作效果有什么假设。

5. 在你开始增加重量之前，你可能希望给你的桥拍张照片，然后在整个实验过程中继续拍照。

6. 通过每次增加一个“重量”来测试每个桥。继续下去，直到桥梁断裂。记录每座桥能承受的重量。

7. 在你尝试了自己的创意设计之后，研究一下世界各地人们建造的一些不同类型的桥梁。选择一个设计，你将建立你的工艺材料。例如，你可以选择桁架桥。你可以用意大利面搭一座桁架桥，用牙签搭一座，用冰棒搭一座。

8. 记得在笔记本上再次记录以下内容:每种材料你用了多少;你遇到了什么挑战，你对每条桥的工作效果有什么假设。

9. 在你开始增加重量之前，你可能希望拍一张你的桥的照片，然后继续整个实验。

10. 试试你的新桥。这些和你原来的设计相比如何?一定要记录你的结果!什么力作用在你的桥上?请参见下面的图1和图2了解一些想法。

11. 你可能希望建造更多的桥梁来测试其他力量，如张力和扭矩!如何测试这些力呢?

12. 你要在你的项目报告中包括你的假设是否正确，为什么你认为它们是正确的，如果你将来要重复你的实验，你会有什么不同的做法。

图1

图片来自:http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/bridge/susp_forces.html

图2

图片来自:http://www.carondelet.pvt.k12.ca.us/Family/Math/03210/page4.htm

术语和概念:力;负载;压力;张力;转矩;桁架桥;拱桥;吊桥;梁式桥;假设

引用:

• 建大:桥梁基础http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/bridge/index.html
• 丹尼,马克。超级结构:桥梁、建筑、大坝和其他工程壮举的科学。约翰·霍普金斯大学出版社，巴尔的摩，2010
• 麦考利,大卫。构建大。矶鹞渡，波士顿，2004年