Usando papel para hacer pilares de puentes, ¿qué forma puede soportar mejor la carga?

En este experimento,

1. Utilizaremos actividades grupales para cultivar el espíritu cooperativo de los estudiantes y la capacidad de trabajo ordenado. exhibición de productos, competencia y otras actividades, se cultivará el sentido de cooperación y competencia de los estudiantes;

2, durante el proceso de producción, cultive el espíritu de no tener miedo a las dificultades, no adherirse a las convenciones y ser atrevido. para innovar.

3. Aprender la tecnología de producción y comprender las funciones de la estructura principal del puente. A través del diseño y producción de puentes de papel, podemos aprender que la resistencia de un material está relacionada con su geometría.

4. Aprenda a pensar de forma independiente en el proceso de varios experimentos de carga y diseño de puentes de papel.

5. Cultivar la capacidad de los estudiantes para colaborar con otros en la investigación.

6. A través del diseño de modelado de puentes, mejorar las habilidades, técnicas y apreciación de la creación de modelos.

7. Aprende diseño técnico sencillo.

Contenido de la actividad

Diseño y producción de puente de papel

Materiales de referencia

1. Conocimientos previos:

(1) Presión y Presión

Conoce el concepto de presión. La presión se refiere a la fuerza que presiona verticalmente sobre la superficie de un objeto.

Comprender el concepto de presión. La presión es la presión que ejerce un objeto por unidad de superficie.

La presión de un sólido está relacionada con el área que soporta la fuerza, y el área de la sección transversal tiene un impacto directo sobre la presión. Cuanto mayor sea el área de la sección transversal, menor será la presión.

⑵ Puente arqueado: una caja de cerillas se puede sostener con un trozo de papel y doblarla por la cintura. Esto demuestra que el objeto que está arqueado hacia arriba puede soportar mejor la presión externa y su fuerza es. mayor que cuando no es arqueado. La caja de cerillas presiona el puente del arco de papel, dándole al arco de papel una fuerza externa estática, que es diferente de la fuerza de impacto de una bala en un vehículo blindado. La capacidad de un puente de arco de papel para resistir fuerzas estáticas externas se denomina resistencia estática.

Nuestros antepasados ​​descubrieron esta propiedad de los objetos arqueados hace mucho tiempo y la aplicaron en la arquitectura. La mayoría de las tumbas de la dinastía Han del Este excavadas en varios lugares tienen estructuras en forma de "arco", lo que indica que la tecnología de construcción de arcos de China era bastante popular hace 1.000 años.

El puente de arco de piedra más antiguo que existe es el Puente Zhaozhou en China. El puente Zhaozhou fue diseñado y supervisado por Li Chun, un cantero de la dinastía Sui. Fue construido en el año 616 d.C. y tiene una historia de más de 1.300 años. Este puente de piedra cruza el río Nan en el condado de Zhao, provincia de Hebei. La entrada del puente es curva, como un arco iris a través del río. A lo largo de los años, el puente Zhaozhou ha resistido las sacudidas de los terremotos, el impacto de las inundaciones y el aplastamiento de carruajes y caballos, y todavía se encuentra en el río Wei. (Figura 1) El puente Zhaozhou no solo tiene un arco de arco grande, sino que también tiene cuatro arcos pequeños en el hombro del puente. Cuando ocurren inundaciones repentinas, pequeños arcos pueden drenar el agua de la inundación. El secreto del puente Zhaozhou reside en el arco. El personal y los trabajadores científicos y tecnológicos chinos heredaron y desarrollaron la tradición de la construcción de puentes en arco y utilizaron la teoría y la ingeniería de resistencia modernas para crear un puente en arco de doble curva. La forma de un puente de arco de doble curvatura no se diferencia de un puente de arco hueco ordinario. Pero si pasas por debajo del puente, encontrarás que su vientre es cóncavo, como si estuviera formado por varios guardabarros de bicicleta. Verdaderamente un arco dentro de un arco. Las ventajas de este tipo de puente son el bajo costo, la gran carga, la construcción conveniente y el ahorro de material. El puente de acceso a la autopista del majestuoso puente del río Nanjing Yangtze es este tipo de puente de arco de doble curvatura. (Figura 2)

Un arco de doble curvatura puede soportar una carga mayor que un arco simple, principalmente porque el arco de doble curvatura no sólo se arquea en una dirección, sino que también se arquea en otra dirección perpendicular a él. . Los guardabarros de bicicleta son estos arcos de doble curvatura. Cuando se aplica tensión, la fuerza se transmite de manera más uniforme a lo largo de la dirección de los dos arcos; cuando una cierta tensión local es demasiado grande, el arco doble puede ajustar rápidamente su equilibrio por sí solo, de modo que la tensión local no dañe todo el arco doble. .

La estructura en arco se puede utilizar para construir puentes, y otro uso importante es la construcción de presas. Especialmente en el caso de presas de arco de doble curvatura, dado que la presión del agua desde el arco se puede transmitir uniformemente a la orilla del río, la estabilidad se puede mantener mediante un terraplén sólido. En comparación con una presa de gravedad que depende enteramente del equilibrio del peso propio, esto no puede ser así. Solo reduce el volumen y ahorra materiales, pero también tiene cierto grado de elasticidad, cierta adaptabilidad a la deformación local de los cimientos y tiene buena resistencia sísmica.

En nuestros pies existe un "puente de doble arco", lo que hace que las personas con arcos normales puedan distinguir tres arcos: dos arcos longitudinales y un arco transversal.

(3) Historia y estado de desarrollo de los puentes:

En la antigua China, se utilizaban materiales naturales como madera, piedra, ratán, bambú e incluso cuero para construir puentes. Después de la llegada del hierro forjado, aparecieron sencillos puentes de cadenas. Su fuerza es muy baja. La madera, el ratán, el bambú y el cuero son perecederos, y la mayoría de los puentes antiguos que han sobrevivido hasta el día de hoy son puentes de piedra.

Los famosos puentes de piedra de la antigua China incluyen: el puente Anji en Zhaozhou, provincia de Hebei, el puente Marco Polo en Beijing y el puente Anping en Quanzhou.

Durante el período de 1900 a 1949, la construcción de puentes en China estuvo casi paralizada, especialmente porque había muy pocos proyectos de puentes construidos por la propia China. Uno de los puentes representativos es el puente sobre el río Hangzhou Qiantang, que fue diseñado y construido en 1943 por el Sr. Mao Yisheng, un experto en ingeniería de puentes de la generación anterior en mi país. (Imagen 3)

El puente del río Qiantang está ubicado cerca de la Pagoda Liuhe en la puerta de Hangzhou. Se trata del primer puente ferroviario y de carretera de dos pisos diseñado y supervisado por ingenieros chinos. La longitud total del puente es de 1.453 metros, el puente principal tiene 1.072 metros de largo y los puentes de acceso a ambos lados tienen 381 metros de largo. La ceremonia de inauguración se celebró en 1931111 y se abrió al tráfico en 1935. Este moderno puente de acero ha hecho contribuciones destacadas para conectar el norte y el sur, y también marca que China ha entrado en una nueva etapa en la construcción de puentes con acero.

Al mismo tiempo, los puentes extranjeros han superado con creces a los de China, la tecnología del acero ha alcanzado su punto máximo y se ha producido el primer clímax de la construcción de puentes colgantes. Los puentes famosos incluyen: el Puente Washington de Nueva York construido en 1931, el Puente de San Francisco construido en 1937 y el Puente Steel Arch de Sydney construido en 1932.

De 1950 a 1978, la construcción de puentes en China experimentó dos períodos históricos de arduo trabajo y desarrollo tortuoso. El puente del río Wuhan Yangtze (Figura 4) y el puente del río Nanjing Yangtze han sido completados y abiertos al tráfico.

El puente del río Nanjing Yangtze está ubicado en Nanjing, provincia de Jiangsu. Es un hito importante en la construcción de puentes en China. El puente principal es un puente de armadura continua con una longitud de 1.576 metros. El puente del río Yangtze de Nanjing es un puente sobre el río Yangtze construido íntegramente con su propia resistencia técnica y materiales de producción nacional. Por lo tanto, su finalización marca que la tecnología de construcción de puentes de mi país ha entrado en un nuevo nivel y etapa de independencia.

Al mismo tiempo, los puentes extranjeros están mostrando una nueva tendencia de diversificación y capacidades respectivas. Los puentes atirantados se han convertido en el principal tipo de puente, y Japón y Dinamarca también han comenzado a implementar ambiciosos planes de proyectos a través del mar.

En sólo dos décadas, entre 1979 y 1999, la moderna industria de puentes de China ha logrado logros notables y rápidamente alcanzó el nivel avanzado de construcción de puentes del mundo. Los puentes Nanpu de Shanghai, Yangpu y Xupu han establecido el estatus mundial de los puentes chinos. Se construyeron cinco puentes colgantes al mismo tiempo: el puente de la bahía de Shantou con una luz de 452 metros, el puente Humen en Guangdong con una luz de 888 metros, el puente sobre el río Xiling Yangtze con una luz de 900 metros, el puente sobre el río Jiangyin Yangtze con una luz de 1.385 metros, y el puente Xiamen Haicang con una luz de 648 metros, marcando el reino de los puentes de China Estamos avanzando hacia el mundo.

En términos de tecnología moderna de construcción de puentes, China se encuentra entre las clasificaciones más avanzadas del mundo.

En la actualidad, nuestro país se ha vuelto competente en la construcción de puentes de cimientos de aguas profundas y de gran luz, y su tecnología de construcción de puentes se encuentra entre las mejores del mundo. Según Huang Zhendong, Ministro de Transporte, mi país ha logrado avances y avances tecnológicos en la construcción de puentes con vigas de hormigón pretensado, varios puentes en arco, puentes atirantados y puentes colgantes. China ha construido sucesivamente el puente sobre el río Jiangyin Yangtze, el puente Humen, el puente Wanxian sobre el río Yangtze, el segundo puente sobre el río Nanjing Yangtze y otros proyectos importantes con alto contenido tecnológico e influencia en el mundo. Con una luz principal de 1.385 metros, el puente sobre el río Jiangyin Yangtze es el puente de mayor luz construido en China en el siglo XX y ocupa el cuarto lugar entre los puentes colgantes atirantados similares en el mundo. El diseño y la construcción del puente de arco de hormigón armado ultralargo del puente sobre el río Wanxian Yangtze es una tecnología innovadora internacional y ganó el primer premio del Premio Nacional al Progreso de la Ciencia y la Tecnología en 2000. El conjunto completo de tecnología para la construcción del Puente Humen ganó el segundo premio del Premio Nacional al Progreso de la Ciencia y la Tecnología en 2000.

La adopción de nuevas tecnologías, nuevos procesos y nuevos equipos ha asegurado el rápido desarrollo de la construcción de puentes en nuestro país. A finales del año pasado, había 240.000 puentes de carreteras en todo el país, cubriendo 8,65 millones de metros lineales, incluidos 1.139 puentes extragrandes y 12.741 puentes principales. Estos puentes tienen una forma hermosa, hermosos y prácticos, y se han convertido en un paisaje local.

Como estructura de luz, los puentes tienen varias formas, que se ven afectadas principalmente por su luz, materiales, cargas, métodos de construcción y, por supuesto, las tendencias ideológicas o estéticas de las personas. Son solo algunos destacados ingenieros de puentes que utilizaron su profundo conocimiento de las estructuras de ingeniería para diseñar de manera audaz, persistente y creativa muchos grandes puentes, como puentes anti-suspensivos, puentes atirantados curvos, puentes con vigas de envergadura y puentes de acero pretensados ​​diseñados por Lin. Puente Tongyan y otros.

2. Antecedentes del método:

(1) Método y requisitos de producción del puente de papel:

El tiempo de producción es de 35 minutos

Puente La resistencia (entre dos pilares) no es inferior a 15 cm y el ancho del puente no es inferior a 5 cm.

El puente tiene una gran capacidad de carga y es sólido (según el peso del objeto pesado).

(2) Métodos de investigación científica:

(1) Utilice demostraciones visuales para mostrar a los estudiantes varios objetos de puentes, como vigas en I y ángulos de acero (como se muestra en la imagen). Deje que los estudiantes comprendan que al cambiar la forma del papel, se puede aumentar la resistencia del papel blando para que pueda soportar un cierto peso. Los estudiantes realizan experimentos por su cuenta y encuentran más formas de aumentar la capacidad de carga del papel cambiando la forma del papel, cultivando las habilidades de exploración, observación y análisis de los estudiantes. Inicialmente se capacita a los estudiantes para abstraer y generalizar los atributos esenciales de las cosas comunes; formar una generalización de conceptos científicos, habilidades de razonamiento, inducción y síntesis.

② Los estudiantes buscan información o consultan a profesores y padres sobre "la relación entre la forma y la fuerza de los objetos" y los principios científicos, y recopilan y revisan información e imágenes sobre el diseño y modelado de puentes. Los estudiantes están capacitados para recopilar, organizar y aplicar inicialmente información diversa y realizar investigaciones e investigaciones con propósito. Y acumular, clasificar y almacenar los datos e información recopilados, y establecer el concepto de acumulación de información.

③Los estudiantes trabajan en grupos. Se requiere que cada grupo de actividad trabaje en estrecha colaboración para completar la producción del puente de papel según los dibujos y los requisitos de producción diseñados por el grupo. Durante el proceso de producción, preste atención al uso de "papel de registro" (o la hoja de datos proporcionada por el maestro) para registrar datos relevantes. Permitir que los estudiantes aprendan el método científico de procesar observaciones y producir resultados.

④Cada grupo de actividad mostrará su trabajo y cada grupo seleccionará a un estudiante para hablar sobre sus sentimientos sobre el diseño y la producción. Cultivar la capacidad de los estudiantes para utilizar el lenguaje para expresar plenamente los resultados de las observaciones, los procesos de producción y las descripciones de los productos terminados.

(3) Formación de hábitos de comportamiento científico:

① Cultivar la conciencia de aprendizaje de los estudiantes y dominar buenas habilidades de lectura completando de forma independiente actividades de aprendizaje independientes, como la búsqueda de información y la preparación de dibujos de diseño. Formar el hábito de la lectura consciente después de clase.

(2) El grupo de actividades coopera para completar la producción del puente de papel, cultivando el espíritu de unidad y cooperación del equipo de los estudiantes.

(3) Preste atención al registro de datos durante la producción y desarrolle buenos hábitos de comportamiento científico.

3. Palabras clave: presión, presión, resistencia estática y capacidad portante

Concepto de diseño

(a) Viabilidad de la actividad y razones de éxito:

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1.

La selección del contenido de la actividad es consistente con la estructura de conocimiento existente y el nivel cognitivo de los estudiantes, y se enfoca en cultivar el conocimiento integral de los estudiantes y su capacidad para resolver problemas prácticos. Durante las actividades utilizaron de manera integral sus conocimientos y habilidades en física, matemáticas, geometría, arte, artesanías y otros aspectos.

2. La selección del contenido de la actividad tiene un cierto contenido científico y tecnológico, y la combinación orgánica de investigación, experimentación y producción ayuda a cultivar la conciencia científica y tecnológica, los métodos científicos y el espíritu de exploración científica de los estudiantes.

3. El diseño del proceso de actividades destaca el proceso de enseñanza centrado en el estudiante, los inspira a aprender de forma independiente, explorar activamente y aprovechar al máximo su iniciativa y creatividad en el aprendizaje.

4. Según el contenido de la actividad, determinar la forma de la actividad y diseñar cuidadosamente el proceso de la actividad son las claves para el éxito de una clase de actividad.

5. Elegir formas apropiadas de actividades puede estimular eficazmente el interés de los estudiantes en aprender y mantener un buen estado de aprendizaje.

6.

Una preparación adecuada antes de la clase es el requisito previo y la garantía para una buena clase de actividad, que incluye: diseño del plan de actividades, recopilación de datos, experimentos previos a la clase del profesor, investigación, producción. , Preparar material didáctico, información y equipos (vídeos, proyectores, etc.).

(2) Puntos de la actividad:

1. La actividad se basa en grupos y toda la clase. Se divide en varios grupos de actividades (4 personas por grupo), se realizan actividades en forma de competición.

2. El profesor guía a los estudiantes para que realicen experimentos sobre la resistencia y la capacidad de carga del papel, determinen el propósito del experimento y se preparen para el diseño de puentes de papel.

3. Antes de la clase, los estudiantes deben recopilar imágenes de puentes y mecánica de materiales, y estudiar y diseñar los dibujos de producción de puentes de papel en clase.

4. Realizar el puente de papel según los dibujos de diseño. Una vez completado, el grupo se mostrará y comparará.

5. Requisitos y estándares de evaluación de puentes de papel:

①Tiempo de producción: 35 minutos (30 minutos)

②Vanque del muelle 20-25 cm, ancho del tablero del puente 5- 7cm (10 puntos).

(3) El puente tiene una gran capacidad de carga y es fuerte (según el peso de objetos pesados). Si el lapso es grande, puede agregar puntos según corresponda.

(4) Hermosa forma del puente (30 puntos)

Condiciones de implementación

1. Equipamiento deportivo para estudiantes

(1) Materiales: Varios trozos de papel octogonal, cuatro por cada puente.

(2) Utensilios: tijeras, pasta, lápiz, goma de borrar, regla, compás, triángulo, etc.

⑶Objetos de montaje: libros, cajas de cartón o bloques de madera, etc. , los estudiantes pueden elegir a voluntad.

2. Medios y equipos didácticos

(1) Balanzas, pesas, piedras, etc.

(2) Un vídeo, un televisor y un proyector físico.

3. Requisitos presenciales

Actividades grupales en aulas ordinarias

4. Recursos humanos del profesor

Proceso de la actividad

(1) La primera actividad: Explorar la relación entre la forma del papel y el peso que soporta (o la prueba de resistencia del papel) Duración de la actividad: 45 minutos.

1. Introducción:

Utilice demostraciones audiovisuales para mostrar a los estudiantes varios objetos utilizados en puentes, como vigas en I y ángulos de acero (como se muestra en la imagen), de modo que los estudiantes pueden entender cómo pasar. Cambiar la forma del papel puede aumentar la resistencia del papel blando para que pueda soportar un cierto peso. Inspire y guíe a los estudiantes para que exploren y encuentren más formas de aumentar el peso del papel cambiando su forma.

2. Desarrollo de actividades

(1) El profesor inspecciona el proceso experimental de los estudiantes y proporciona orientación aleatoria.

(2) Se requiere que los estudiantes expresen claramente el plan de producción en diferentes formas, como palabras y diagramas.

⑶

Convierta el patrón de diseño satisfactorio en una "placa de puente" con un ancho de no menos de 5 cm y una longitud de no menos de 15 cm, y mida su carga. capacidad de carga. Seleccione el "plato de puente" con la mayor carga del grupo e intente analizar el motivo de la mayor carga (libros, cartones o bloques de madera como objetos de montaje son elegidos libremente por los estudiantes)

(4) Resultados visualización y comunicación

Seleccione un estudiante de cada grupo para informar y mostrar los resultados del grupo, y los estudiantes del grupo harán complementos. Elige la mejor opción de diseño.

3. Organiza las tareas después de esta actividad y el contenido de la siguiente actividad:

⑴Después de la actividad, busca información o pide consejo a profesores o padres sobre "la relación entre los forma y fuerza de los objetos" ”y principios científicos.

⑵ Basándose en los métodos experimentales de este evento y la investigación sobre materiales relevantes, se concibió inicialmente la forma estructural del puente de papel.

(3) Recopilar y revisar información e imágenes sobre el diseño y modelado de puentes. Dibuja el diseño del puente de papel.

(2) La segunda actividad: diseño de puentes de papel. Tiempo de actividad: 45 minutos.

1. Introducción:

El profesor asignó los objetivos predeterminados de esta actividad.

(1) Al intercambiar información con los estudiantes, los estudiantes pueden comprender mejor la relación entre la forma y la fuerza de los objetos.

(2) Al mostrar los materiales obtenidos y los bocetos de puentes en papel, Inspirar el pensamiento de los estudiantes.

2. Actividades:

⑴

Primero, mira algunas fotografías de puentes. Esta lección requiere que cada grupo estudie el plan de diseño del puente de papel y dibuje dibujos basados ​​en las ideas de cada estudiante y los datos e imágenes recopilados. (El tiempo de diseño es de 30 minutos).

(2) Los estudiantes inician actividades grupales (patrulla de maestros)

3. Resumen de la actividad:

Estudiantes en el diseño de la clase. El patrón del puente de papel necesita más modificaciones, especialmente cómo mejorar la resistencia de carga de la plataforma del puente. Se necesita más investigación y exploración para hacer ejercicios de preparación para la siguiente clase.

(3) La tercera actividad: hacer puentes de papel. Tiempo de actividad: 45 minutos.

Antes de la clase, los estudiantes deben preparar los materiales y equipos correspondientes de acuerdo con el plan del grupo para diseñar un puente.

1. Vídeo de introducción: mostrando el proceso de actividad de las dos primeras clases.

2. Actividades:

La última lección es el diseño de puentes de papel, y cada grupo completa el dibujo. Esta lección requiere actividades.

Según los dibujos diseñados por este grupo, el equipo trabajó estrechamente de acuerdo con los requisitos de producción para completar la producción del puente de papel.

3. Requisitos de la actividad y normas de evaluación: (evaluación por profesores y alumnos)

(1) El tiempo de producción es de 35 minutos (30 minutos). Si la tarea no se completa en el tiempo estipulado, no se otorgarán puntos por este ítem.

(2) Envergadura (10 puntos)

(3) Capacidad portante (30 puntos)

(4) Modelado (30 puntos)

5]Creatividad

[6]Espíritu de cooperación

2. Exposición de trabajos:

Seleccione varios grupos que hayan completado la producción de puentes de papel para exhibirlos. sus propios trabajos, un estudiante de cada grupo hablará sobre sus sentimientos sobre el diseño y la producción.

◇Resumen de actividad:

(1) Resumir las actividades de los estudiantes.

⑵ Afirmar la capacidad innovadora de los estudiantes y su actitud de aprendizaje, coraje para explorar y estudiar seriamente durante las actividades.

(3) Alentar a los estudiantes a estudiar seriamente el conocimiento científico y cultural, dominar diversas habilidades y convertirse en talentos a lo largo de los siglos.

◇Evaluación y resumen de la actividad

1. Los estudiantes se autoevalúan y el profesor resume.

2. Pida a los estudiantes que hablen sobre las ideas de diseño, los métodos de producción y la experiencia de producción del trabajo.