Broer, især de slags, der er designet og bygget af mennesker, har været en kilde til uendelig undring og fascination lige siden folk først fandt måder at konstruere dem på. Måske spillede du og dine venner af små vandløb som unge og prøvede instinktivt at bygge små midlertidige broer ud af tilgængelige pinde og træstammer. I så fald kan du måske forestille dig den grundlæggende måde, hvorpå dine forfædre, der var for længe siden, nærmede sig den samme opgave, men ud af behov snarere end rekreation og i større skala.
I den moderne verden er selvfølgelig enorme broer, der bærer mere end et dusin trafikbaner og med flere vejdæk norm i større byer, der inkluderer store floder eller forbinder på tværs af små strimler med hav- eller søvand for at forbinde til en anden landmasse. Disse elegante kløfter findes i en række forskellige typer med designet af hver valgt, så det passer til det specifikke landlayout og transportbehov for den pågældende bosættelse.
Broer er en tidstestet og tidskendt type skolevidenskabsmesse eller videnskabsklasseprojekt. Hvis du vil imponere dine mentorer og jævnaldrende, skal du vælge et design, der er særligt stærkt. Nogle slags broer og deres underklasser egner sig lettere til denne opgave end andre.
Typer af broer
Der er fem hovedtyper af broer, der primært varierer i deres grundform og derfor med hensyn til hvordan den stress, de oplever - fra både deres egen betydelige vægt og deres trafik - er distribueret. Chancerne er gode, hvis du bor i en større by, hvor du har brugt nogle eller måske alle disse brotyper, sandsynligvis uden at være i stand til at navngive mere end en af dem.
Bjælkebro: Dette er den enkleste slags bro, der kun kræver en lige spændvidde, som bærer al spænding ("trækker" spænding) fra brobelastningen, og moler, som bærer kompressionskræfterne. Disse er billige og lettere at bygge end andre broer, men de er dårligt egnede til store vandveje, fordi deres individuelle spændvidde mellem molerne ikke kan være meget lange. Selvom de er billige, betragtes de også æstetisk charmless i de fleste indstillinger.
Arch Bridge: Denne type bro går tilbage til den gamle romertid. Det er foretrukket for sin skønhed, men i mange tilfælde tillader det land, der skal broes, ikke den brede kontaktbase for denne type bro. Disse kan nå imponerende størrelser. En buebro over New River i West Virginia bygget i 1978 har et enkelt stærkt span, der overstiger 3.000 fod.
Truss Bridge: Der er faktisk mindst fire forskellige individuelle truss bridge-design, med antallet afhængigt af kilden, der er hørt. Disse er ligesom bjælkebroer billige og lettere at bygge end de fleste typer broer, men det er de uinteressant at se på og dårligt egnet til vandveje af samme grund som bjælkebroer er - en kort afstand mellem molerne.
Hængebro: Hvis du var i stand til at navngive en enkelt brotype, før du dykkede ind i denne artikel, er det højst sandsynligt hængebro, æret af verden for sin storhed og af ingeniører for dets matematiske og fysiske dygtighed. Det Brooklyn Bridge og andre hængebroer har kabler, der løber langs dækket og er forankret til at lande i hver ende for at udligne spændingen; to (normalt) gigantiske moler kaldet tårne absorberer kompressionen, og dækket er ophængt af et sæt lodrette kabler fra det andet sæt.
Kabelfri bro: Det Zakim Bridge i Boston er et lokkende eksempel på denne type bro. Ligesom en hængebro bruger den kabler, og individuelle spændvidder kan være enormt lange, over 1,6 km. Kablerne løber dog fra toppen af tårnene til vejdækket i stedet for til hver ende af broen.
Bygning af modelbroer
Du kan bruge forskellige materialer til forskellige stilarter af nedskalerede broer. Forslag gives nedenfor til brug af almindelige spillekort, men improvisere, så længe din bro opfylder definitionen for sin art.
For alle brotyper kan du bruge toiletpapir eller papirhåndklæde ruller eller noget andet, der er billigt og let at erhverve. Du vil også have en god forsyning med skotbånd, saks, hæftemaskine, snor, lineal og måske et hulstempel.
Beam Bridge Model: Fold dine kort vinkelret for at gøre molerne og tape enderne på andre kort omhyggeligt sammen for at gøre bjælken (dæk). Bemærk, hvordan placering af krydsene på forskellige punkter i forhold til nedenstående moler påvirker, hvad der sker, når du "tester" din brostyrke ved at trykke den forsigtigt ned med en finger. Hvor skal krydsene være, og hvad sker der, når du bruger for få af dem?
Arch Bridge Model: Denne tager lidt tålmodighed og en masse tape, men henvis til et foto af en eksisterende buebro for vejledning. Du kan lave individuelle "mursten" ved at folde individuelle kort i små kasser og tape dem lukket. Sørg for at inkludere anslag for at modvirke de betydelige lateralt styrede kræfter i broens nederste ender.
Truss Bridge Model: Nedenfor lærer du om de forskellige typer bindingsbroer, men det vigtige aspekt er trekantens stabilitet som en geometrisk konstruktion. Bemærk, at hvis du bygger et "box truss" med firkantede "span" i stedet for sammenkoblede trekanter, er strukturen mindre stabil.
Hængebro Model: Dette er svært at trække alene, medmindre du har meget tid og tålmodighed. Det er nemmest at bygge tårnene og dækket først og derefter lege med justeringer af kabellængden og spændingen for at se, hvad der "føles" stærkest. Forestil dig at være projektleder for den første hængebro nogensinde!
Kabelfri model: Igen er dette et ganske udførligt modelvalg, men giver en god chance for at lege med den ideelle længde på kablerne, der kommer ned fra tårnets toppe. Hvad tror du ville ske, hvis en bro af denne type blev lavet med asymmetriske kabelstørrelser mellem de to tårne?
Truss Bridge Designs
Der er en række forskellige stilarter af bindingsbroer i brug. Du kan gøre trussebroer lettere ved hjælp af popsicle-pinde end med spillekort; bare få trælim til rådighed.
Set fra siden ligner et bindingsværk et trapezformet - et rektangel med symmetrisk skrånende ender snarere end parallelle. Delene af denne firesidede ramme er toppen og bunden akkorder og enderne kaldes indlæg. De indvendige stykker af truss kaldes medlemmer.
- Warren: Denne model bruger medlemmer, der danner ligesidede trekanter, men der er ingen lodrette medlemmer.
- Pratt: Denne sort har en række tynde rektangler, der indeholder indadvendte dele for at danne trekantpar i de enkelte enheder.
- Howe: Dette svarer meget til Pratt, men i midten mødes de "skæve" medlemmer i øverste akkord i stedet for nederst i akkorden. Det er bedre end Pratt med hensyn til håndtering af kompression, alt andet er det samme, men dyrere.
- K bindingsværk: Som navnet antyder, inkluderer dette komplekse bindingsværk enheder enheder i form af bogstavet K og dets spejlbillede.
Hvilken bindingsbro er den stærkeste? Det afhænger af materialer og andre faktorer ved siden af grundlæggende design, på samme måde kan nogle cyklister rejse hurtigere end en dårlig chauffør i en bil med bil. Men uanset hvad, der er gået meget stærkt arbejde i alle disse broer og deres design over tid.
