GetAClass - физика и здравый смысл

#physics
#физика

Сегодня мы обсудим интересный и неожиданный вопрос, связанный со строительной практикой. Представьте себе двускатную крышу на стропилах, которые опираются на стены дома. Ясно, что стропила не только передают вес крыши на стены сверху вниз, но и распирают их в стороны.

И спрашивается: как изменится распирающая нагрузка на стены, если середины каждой пары стропил скрепить горизонтальной перемычкой — ригелем? Кажется очевидным, что эта нагрузка должна уменьшиться, ведь ригель не даёт стропилам разъезжаться в стороны. Но так ли это на самом деле?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы сделали простейшую модель, в которой роль стропил выполняют две жёсткие пластмассовые планки, соединённые сверху на коньке шарниром и упирающиеся внизу в боковые бруски. И для начала рассчитали, какую дополнительную распирающую нагрузку создаёт без ригеля подвешенный к коньку дополнительный груз.

Теория предсказывает быстрый рост распирающей силы с уменьшением угла наклона стропил, что очень похоже на действие верёвочной машины, о которой мы уже рассказывали. И опыт полностью это подтвердил.

Если же соединить стропила ригелем, задача становится статически неопределимой, и здесь надо применять методы сопромата. Но мы не стали решать уравнения, а вместо этого сделали вторую модель из полосок картона, чтобы прогибы стали заметны на глаз. И характер деформации такой модели приводит к неожиданному заключению, что добавление ригеля должно приводить к увеличению, а не уменьшению распирающей силы! Симуляция в программе «Живая физика» и натурный эксперимент с картонной моделью действительно подтверждают этот вывод.

Казалось бы, теперь всё ясно, но не тут-то было: эксперимент с первой моделью из жёстких пластмассовых планок показывает, что добавление ригеля не увеличивает, а уменьшает распирающую силу в 2 раза!

И вот у нас имеются две настоящие, хотя и миниатюрные строительные конструкции, а не какие-то теоретические фикции, и они ведут себя совершенно по-разному. В чём же тут дело?

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Crossbar and rafter paradox» размышляйте вместе с нами о загадках строительной механики и не забывайте ставить лайки!

P.S. Смотрите также анонс и описание оригинального выпуска «Парадокс ригеля и стропил».

P.P.S. По этой ссылке можно найти исходный ролик на других платформах.

[Поддержите нас]

YouTube

Crossbar and rafter paradox

Does the crossbar holding the rafters reduce the force pushing up the walls, or does it, on the contrary, increase it? This question is not at all simple, and we invite you to watch several experiments and then think about it yourself.

Key words: structural…

www.group-telegram.com/us/getaclass_channel.com/746

3.6K viewsDec 28 at 08:37

#physics
#физика

Сегодня мы обсудим интересный и неожиданный вопрос, связанный со строительной практикой. Представьте себе двускатную крышу на стропилах, которые опираются на стены дома. Ясно, что стропила не только передают вес крыши на стены сверху вниз, но и распирают их в стороны.

И спрашивается: как изменится распирающая нагрузка на стены, если середины каждой пары стропил скрепить горизонтальной перемычкой — ригелем? Кажется очевидным, что эта нагрузка должна уменьшиться, ведь ригель не даёт стропилам разъезжаться в стороны. Но так ли это на самом деле?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы сделали простейшую модель, в которой роль стропил выполняют две жёсткие пластмассовые планки, соединённые сверху на коньке шарниром и упирающиеся внизу в боковые бруски. И для начала рассчитали, какую дополнительную распирающую нагрузку создаёт без ригеля подвешенный к коньку дополнительный груз.

Теория предсказывает быстрый рост распирающей силы с уменьшением угла наклона стропил, что очень похоже на действие верёвочной машины, о которой мы уже рассказывали. И опыт полностью это подтвердил.

Если же соединить стропила ригелем, задача становится статически неопределимой, и здесь надо применять методы сопромата. Но мы не стали решать уравнения, а вместо этого сделали вторую модель из полосок картона, чтобы прогибы стали заметны на глаз. И характер деформации такой модели приводит к неожиданному заключению, что добавление ригеля должно приводить к увеличению, а не уменьшению распирающей силы! Симуляция в программе «Живая физика» и натурный эксперимент с картонной моделью действительно подтверждают этот вывод.

Казалось бы, теперь всё ясно, но не тут-то было: эксперимент с первой моделью из жёстких пластмассовых планок показывает, что добавление ригеля не увеличивает, а уменьшает распирающую силу в 2 раза!

И вот у нас имеются две настоящие, хотя и миниатюрные строительные конструкции, а не какие-то теоретические фикции, и они ведут себя совершенно по-разному. В чём же тут дело?

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Crossbar and rafter paradox» размышляйте вместе с нами о загадках строительной механики и не забывайте ставить лайки!

P.S. Смотрите также анонс и описание оригинального выпуска «Парадокс ригеля и стропил».

P.P.S. По этой ссылке можно найти исходный ролик на других платформах.

[Поддержите нас]

BY GetAClass - физика и здравый смысл