Papirtårnets udfordring er en vigtig øvelse for studerende, der begynder deres studie af strukturelle ingeniørarbejde, fordi det lærer om belastningsfordeling, kinematik, Newtons bevægelseslove og andet vigtigt principper. I en simpel version af udfordringen bygger eleverne et stabilt tårn ud af et enkelt stykke 8 1/2-til-11-tommer papir. De fleste strategier kræver, at papiret skæres i strimler og formes til bjælker. Når mere end et hold konkurrerer mod hinanden, er det vindende hold det, der bygger højest tårn, der kan modstå en forudbestemt mængde kraft, såsom brisen fra en blæser, uden at falde over.
En vindende strategi
Den vigtigste del af tårnet er basen, og selvom der er flere tilgange til at konstruere det, er den mest stabile struktur et ligesidet stativ. Da stativet fordeler belastningen symmetrisk, modstår stativet bedre end et fladt stykke papir. Stativet tilføjer også højden til tårnet.
Når du har konstrueret basen, skal du bruge resten af papiret til selve tårnet. Hvis du går efter maksimal højde, vil du gerne skabe den mindste mulige base, men ikke ofre stabilitet for økonomi, ellers kan tårnet muligvis ikke modstå en mild brise.
Byggepapirbjælker
Hver løsning på denne udfordring indebærer at skære papiret i tynde strimler og forme dem til bjælker. Du vil maksimere antallet af bjælker, du får fra papiret. For at gøre det skal du skære tynde strimler, men hvis du klipper strimlerne for tynde, er de svære at danne. Et godt kompromis mellem økonomi og stabilitet er at skære hele papirarket i 1-tommer strimler langs dets bredde.
Du kan danne strimlerne i bjælker på to måder. Den ene er at vikle dem omkring en blyant for at fremstille cylindre, og den anden er at folde dem i rør med trekantede tværsnit. Et stykke tape i hver ende af hver bjælke skal være nok til at holde det sammen, men det kan være en god idé at tilføje et tredje stykke tape i midten. Efterlad mindst en tomme i begge ender af hver bjælke uformet. Dette giver dig mulighed for at montere bjælkerne i længderetningen.
Byg basen
Du har brug for mindst tre bjælker til at bygge et stativ til basen. De skal spredes ud fra en central spids, og afstanden mellem hver af fødderne skal være lig med bjælkens længde. For at slutte bjælkerne i toppen, vikles et enkelt stykke tape omkring enderne af bjælkerne for at danne en cylinder, der kan passe ind i en af bjælkerne. Hvis du finder det for svært at gøre, skal du klemme enderne sammen og give dem et twist inden tapning.
Hvis du konstruerer tårnet på en glat overflade, kan du have problemer med at stabilisere basen. En løsning er at forbinde fødderne med yderligere tre bjælker for at skabe en trekant. Dette giver dig færre bjælker til at konstruere tårnet, så det bliver ikke så højt, men det vil være mere modstandsdygtigt over for fald.
Opfør tårnet
Du danner tårnet ved at montere de resterende bjælker sammen for at danne et langt rør. Sæt enden af en bjælke i enden af en anden, og skub dem sammen, indtil båndet forhindrer dig i at skubbe dem længere. Dette giver dig et enkelt rør, der er et sted mellem 40 og 60 inches langt, afhængigt af hvor mange bjælker du brugte til basen. Rej tårnet ved at skubbe den ene ende af det lange rør mod toppen af de tre bundbjælker.
Fordi du har skåret papiret i dets bredde, har du kortere bjælker, end du ville gjort, hvis du skar papiret i længderetningen, hvilket betyder, at tårnet har flere samlinger. Dette er en god ting, fordi leddene er stærkere end bjælkerne. Men hvis du er en, der kan lide at eksperimentere, så prøv at bygge et tårn med den samme procedure, men denne gang klipper du bjælkerne langs papirets længde og sammenligner stabiliteten af de to færdige tårne.
En ekstra udfordring
Nogle konkurrencer tillader ikke brug af bånd. Du kan stadig bruge denne strategi til at bygge tårnet, men du bliver nødt til at finde en måde at få bjælkerne til at holde sammen ved at lave små snit i enderne af papiret og folde dem sammen. Sørg for, at dine hænder er rene, når du gør dette, og brug en skarp saks.