Knak och brak. ett kraftfullt avsnitt

Transkript

1 Knak och brak ett kraftfullt avsnitt Knak och brak kan höras när något går sönder. Saker går sönder varje dag. Ofta gör det inte så mycket, men ibland blir det katastrof. Det kan också vara meningen att något ska gå sönder, och då ofta på ett bestämt sätt. Sakerna går sönder eller håller när de utsätts för krafter. Därför är det här "ett kraftfullt avsnitt". Material Du kommer nog ihåg vad som menas med material: Det är ämnen som man tillverkar föremål av. Olika material används till olika saker. De är bra på olika sätt. Egenskaper hos material Material har olika egenskaper. Ett material som passar i bilar kanske inte är så bra i en båt eller ett hus. Det gäller alltså att välja rätt. Här är fyra egenskaper som man kan nämna när man beskriver ett material. De säger hur bra materialet klarar krafter. Material som håller bra är hållfasta. Tryckhållfasthet Tryckhållfastheten säger hur väl materialet tål tryckkrafter. God tryckhållfasthet betyder alltså att materialet tål stora tryckkrafter utan att gå sönder. När måste man välja material som tål stora tryckkrafter? Här är ett par exempel: Till en husgrund, eftersom hela huset trycker på grunden. Till en spik, eftersom hammaren trycker på spiken. Draghållfasthet Materialets draghållfasthet anger hur väl det tål dragkrafter. God draghållfasthet betyder alltså att materialet kan utsättas för stora dragkrafter utan att gå sönder. När måste man välja material som tål stora dragkrafter? En sytråd måste tåla dragkrafter. Materialet i en bogserlina måste ha god draghållfasthet. Hårdhet Hårda material är svåra att repa. Mjuka material är lätta att repa. Ett hårdare material repar ett mjukare.

2 Det kan vara svårt att få rent om man inte har något som slipar eller river. Rivsvamp, skurpulver och stålull är vanliga hemma. För att kunna nöta bort smutsen måste de vara hårda. Men man måste tänka sig för, så att man inte väljer något som är hårdare än det som ska rengöras. En rivsvamp med slipmedel kan repa diskbänken och helt förstöra ytan på matsilvret. När man ska sätta glas i fönster måste man kunna dela glaset, utan att det spricker på fel ställen. Först gör man en repa i glaset. Sedan kan man spräcka glaset längs repan. För att kunna repa glas, måste man ha ett verktyg som är hårdare än glas. Ofta har det en trissa av hårdmetall eller en liten diamant. Elasticitet Ett föremål som utsätts för krafter ändrar form, åtminstone lite. Om det är gjort av ett elastiskt material går det tillbaka till sin första form när det avlastas. En gummisnodd är elastisk - när du drar ut gummisnodden blir den större, när du släpper den återtar den sin gamla form. Ett annat exempel är hårbandet som du kan se på s 22. Elastisk är inte detsamma som tänjbar eller böjlig. En gammal strumpa kan gå att tänja ut, men den kanske inte drar ihop sig igen. Tyget har förlorat sin elasticitet. En bit modellera är lätt att böja, men den rätar inte ut sig igen när man släpper taget. Modellera är inte elastisk. Böjning Dragkrafter och tryckkrafter Bilderna visar en stång av järn. Först är stången rak, sedan böjer vi den. Man kan säga så här om den böjda stången: En del av den har blivit längre och en del har blivit kortare. Vilken del blev längre? Och vilken blev kortare? Finns det någon del av stången som varken har blivit längre eller kortare? Vi jämför med löparbanorna på bilden. Nu är det lätt att se: Stångens övre del, ytterkurvan, har blivit längre, medan innerkurvan har tryckts ihop och blivit kortare. Och i mitten finns ett område som varken har blivit längre eller kortare.

3 På raksträckan är alla banorna lika långa. Men genom kurvan är innerbanan, 1, flera meter kortare än ytterbanan, 8. Innan vi lämnar stången ska vi också klara ut var det blir dragkrafter och var det blir tryckkrafter. Ytterkurvan har blivit längre. Den har dragits ut. Den har alltså utsatts för dragkrafter. I innerkurvan är det tryckkrafter i stället. Balkar ska motstå böjning En balk har som uppgift att motstå böjning. Den ska vara styv. Båda gångbroarna på bilden på s 24 vilar på likadana balkar av trä. Vilken av broarna böjer sig minst när man går på den? Det beror på hur balkarna som bär upp bron är vända. Du vet säkert redan att de plankor som ligger på högkant böjer sig minst. Det har att göra med att det blir större avstånd mellan innerkurva och ytterkurva. För att göra balkar styva brukar man förstärka de delar som är mest utsatta för påfrestningar, dvs i inner- och ytterkurvorna. Det är ju där som de är mest påverkade av drag- och tryckkrafter. På så sätt blir de styva utan att bli onödigt tunga. Man ger balkar namn efter den bokstav kortänden liknar. 1-balken används ofta där påfrestningar är stora. Balkar som ser ut som C, U, L och T är också vanliga. Olika balkformer kan du se på s 24. Ett rör är mycket lättare än en kompakt stång, men kan ändå vara nästan lika svårt att böja. Ett rör är lika svårt att böja åt alla håll. Det gör att röret ofta används i konstruktioner. Ett exempel är byggställningar. Armering Betong är ett av våra viktigaste byggmaterial. Det har använts i 2000 år. Betong tål tryck mycket bra, men spricker lätt om den utsätts för dragkrafter. Därför duger inte enbart betong i en konstruktion som utsätts för böjning. En balk av ren betong skulle gå av. Sprickorna skulle börja i ytterkurvan, där det blir dragkrafter.

4 Därför förstärker man betongen med järnstänger. Stängerna gjuts in där betongen utsätts för dragkrafter. Metoden kallas armering. Stängerna är armeringsjärn. Titta på bilderna på s 25. Korrugering Till tak använder man ofta stora sjok av plåt eller plast. För att göra sådana sjok styva gör man dem vågiga. Det kallas korrugering. (Bokstaven g uttalas som g och inte som sj.) Tack vare vågorna blir sjoket svårt att böja på en led. Vilken? Du kan ta reda på det genom att vika ett papper som bilden på s 26 visar. Hävstänger En planka som är utsatt för böjning fungerar som en hävstång. Den kan vara som en spång eller som en konsol. Bilderna på s 27 i boken visar flera hävstänger. För att en hävstång ska hålla kan man behöva förstärka den där risken annars är störst att den går av. Men var är det? Bilderna och egna erfarenheter hjälper oss. Här är några enkla frågor och svar. Spången Var böjs en spång mest? Där den belastas. Var är spången ömtåligast? På mitten. Exempel: En bräda över diket går lättast av om man kliver på mitten En åra är tjockast på mitten, där den sitter i årtullen. O O

5 Konsolen Var böjs en konsol mest? Där den sitter fast. Var är konsolen ömtåligast? Där den sitter fast. Exempel: När man hoppar på svikten böjs den mest i den fasta änden. Flaggstången är tjockast nedtill. Man håller i den tjocka änden av metspöt. Ramar och skal Det räcker inte alltid att ett föremål är starkt. Det kan behöva vara lätt också. Tänk på ett flygplan - om det är för tungt kan det inte lyfta. Det finns flera skäl att använda så lite material som möjligt. Tunga saker är ofta dyra att tillverka. De är svåra att flytta och att använda. Och materialet räcker längre, om man inte behöver så mycket till varje sak. Minsta möjliga material Här är två vanliga sätt att göra föremål starka utan att det inte går åt mycket material. Det ena är att göra en rare. En ram består oftast av stänger. Vajrar kan också ingå. Eftersom ramen är gles kan den göras stark utan att väga så mycket. Om ytterligare delar krävs, fäster man dessa på ramen. Det andra är att göra ett skal. Skalkonstruktioner är starkast om de är buktiga. Ett skal kan vara mycket starkt och samtidigt tunt och lätt. Många föremål innehåller både ramar och skal. En båt kan vara byggd som ett skal, men ändå ha delar som är ramar. På en segelbåt av plast är själva båten ett skal, men mast och vant (vajrar) bildar en ram.

6 En viktig figur Tänk dig att vi bygger två ramar av träpinnar. Den ena har formen av en rektangel, den andra av en triangel. Se på de små bilderna på s 29. Ramarna är inte särskilt starka i hörnen. Om du känner på ramarna märker du att den ena lätt ändrar form. Den andra ramen håller däremot formen mycket bra. Det är triangeln som är speciell. Det är mycket svårt att ändra dess form. Av den anledningen utnyttjas_ ofta trianglar då man vill göra saker stadiga. Broar Det syns oftast på broar hur det är tänkt att de ska hålla. En del är extra spännande därför att de är gamla, långa eller höga. De flesta broar hör till någon av de typer som finns i det här avsnittet. När du har läst det har du något att säga om nästan varje bro. Det finns flera bilder av olika brotyper och kända broar på s i boken. Balkbroar En balkbro ska motstå böjning utan hjälp av andra konstruktioner - bågbroar och hängbroar, som det står om nedan, är alltså inte balkbroar. Den enklaste balkbron är en spång (en spång, flera spänger). Spången kan vara en bräda lagd över ett dike, men även en "riktig" bro kan byggas som en spång. Den bärs av balkar som vilar på brofästena. Spången behöver ofta förstärkas omkring mitten. Jämför med det du läst om den i avsnittet om hävstänger. I en konsolbro sticker vardera brohalvan ut som en konsol över vattnet. Titta på bilden på s 31. En konsolbro behöver förstärkas närmast brofästena. Jämför med det du läst om den i avsnittet om hävstänger. Både konsolbron och spången kan bestå av flera delar med extra fundament mellan brofästena. Konsolbron förstärks närmast fundamenten, medan spången görs starkast mellan dem. Ett fundament är en stödpunkt, till exempel en bropelare, på land eller i vatten. En betongbro kan vara blandad spång- och konsolbro, en kontinuerlig balkbro. Bågbroar En bågbro bärs av en båge. Bågen pressas samman av brons tyngd. Brobanan kan vara placerad över eller under, eller delvis över och delvis under, bågarna.

7 Sandöbron i Ångermanland är Sveriges mest kända bågbro. En annan bågbro som man ofta ser på bild finns i Sydney. En bågbro med en båge av lösa delar, vanligen sten eller tegel, kallas ofta valvbro. Romarna byggde gärna sådana valv. Många finns kvar, både vanliga broar och i akvedukter, det vill säga broar för vattenrännor. Det finns också gott om valvbroar i Sverige, både i samhällen och längs gamla landsvägar. Samma sätt att bygga är vanligt i hus, mest kyrkor. Hängbroar En hängbro hålls uppe av linor eller kablar som är spända mellan landfästena. Hängbroar används när det är långt mellan brofästena. Golden Gate Bridge i San Francisco och Humber Bridge i norra England tillhör världens mest kända. I Danmark finns bron över Stora Bält. Den längsta hittills finns i Japan. Snedkabelbron är släkt med både hängbron och konsolbron. Den kan byggas bit för bit utan att man måste placera ut de långa kablarna först. Den höga delen av Öresundsbron är en sådan bro, liksom den nya Uddevallabron. Sammanfattning Knak och brak - ett kraftfullt avsnitt Knak och brak handlar om material och form. Genom att välja material och form på ett bra sätt kan man få föremål som har bra egenskaper när det gäller att hålla eller gå sönder. Tryckhållfasthet, draghållfasthet, hårdhet och elasticitet är viktiga egenskaper. De berättar hur ett material beter sig när det utsätts för krafter. En stång som böjs utsätts för dragkrafter i ytterkurvan där den töjs ut. I innerkurvan blir det tryckkrafter. I-balken och röret är två vanliga balkformer. Korrugering betyder att man gör ett tunt sjok vågigt. Det gör att det inte böjs så lätt. Armering innebär att man förstärker ett material genom att lägga i något med god draghållfasthet. Betong armeras med stålstänger. Sandwichmaterial består av flera lager.

8 Ramar är ofta byggda som trianglar av stänger eller balkar.triangeln ändrar inte gärna form. Skal med buktiga ytor kan var mycket starka, trots att materialet är tunt. Minns du? 1. Vad menas med material? Ge ett par exempel. 2. Vad menas med tryckhållfasthet och draghållfasthet? 3. Hur kan man ta reda på vilket av två material som är hårdast? 4. Hur beter sig ett elastiskt material? 5. På vilken led är en planka svårast att böja? 6. Vilken uppgift har en balk? 7. Ge tre exempel på balkformer. 8. Vad menas med korrugering? 9. Rita en spång. 10. Rita en konsol. 11. Vilken form används ofta för att göra en ram stel? 12. Rita enkla bilder: Spång, konsolbro, bågbro, hängbro. Förstår du? 1. Hur kan det bli både dragkrafter och tryckkrafter i en stång som man böjer? 2. Var ska man placera armeringen i en balk av betong? 3. Var i en spång blir krafterna störst? 4. Var i en konsol blir krafterna störst? 5. Vilka delar brukar ingå i en ramkonstruktion? 6. Hur ser en typisk skalkonstruktion ut?