Papirtårnutfordringen er en viktig øvelse for studenter som begynner på studiet av strukturell ingeniørarbeid fordi den lærer om lastfordeling, kinematikk, Newtons bevegelseslover og annet viktig prinsipper. I en enkel versjon av utfordringen bygger elevene et stabilt tårn av ett stykke 8 1/2-til-11-tommers papir. De fleste strategier krever å skjære papiret i strimler og forme dem til bjelker. Når mer enn ett lag konkurrerer mot hverandre, er det vinnende laget det som bygger høyest tårn som tåler en forutbestemt mengde kraft, for eksempel brisen fra en vifte, uten å falle over.
En vinnende strategi
Den viktigste delen av tårnet er basen, og selv om det er flere tilnærminger for å konstruere det, er den mest stabile strukturen et ligesidig stativ. Fordi det fordeler lasten symmetrisk, motstår stativet velter bedre enn et flatt papir. Stativet gir også høyde til tårnet.
Etter at du har konstruert basen, bruk resten av papiret du har til selve tårnet. Hvis du går for maksimal høyde, vil du skape den minste mulige basen, men ikke ofre stabilitet for økonomi, ellers tåler kanskje ikke tårnet en mild bris.
Byggepapirdragere
Hver løsning på denne utfordringen innebærer å kutte papiret i tynne strimler og forme dem til bjelker. Du vil maksimere antall bjelker du får fra papiret. For å gjøre det, bør du kutte tynne strimler, men hvis du kutter stripene for tynne, er de vanskelige å danne. Et godt kompromiss mellom økonomi og stabilitet er å kutte hele arket i 1-tommers strimler langs bredden.
Du kan forme stripene til bjelker på to måter. Den ene er å vikle dem rundt en blyant for å lage sylindere, og den andre er å brette dem i rør med trekantede tverrsnitt. Et båndstykke i hver ende av hver bjelke bør være nok til å holde det sammen, men det kan være lurt å legge til et tredje stykke bånd i midten. La minst en tomme være i begge ender av hver bjelke uformet. Dette gjør at du kan montere bjelkene på langs.
Bygg basen
Du trenger minst tre bjelker for å bygge et stativ for basen. De skal spre seg ut fra en sentral toppunkt, og avstanden mellom hver av føttene skal være lik lengden på en bjelke. For å bli med bjelkene på toppunktet, vikle et enkelt stykke tape rundt endene av bjelkene for å danne en sylinder som kan passe inn i en av bjelkene. Hvis du synes dette er for vanskelig å gjøre, klemmer du endene sammen og gir dem en vri før de teipes.
Hvis du bygger tårnet på en glatt overflate, kan du ha problemer med å stabilisere basen. En løsning er å koble føttene til tre bjelker til for å lage en trekant. Dette gir deg færre bjelker for å konstruere tårnet, så det blir ikke så høyt, men det vil være mer motstandsdyktig mot å falle.
Reis tårnet
Du danner tårnet ved å montere de resterende bjelkene sammen for å danne et langt rør. Sett enden av en bjelke inn i enden av en annen og skyv dem sammen til tapen forhindrer deg i å skyve dem lenger. Dette gir deg et enkelt rør som er et sted mellom 40 og 60 inches langt, avhengig av hvor mange bjelker du brukte til basen. Rett opp tårnet ved å skyve den ene enden av det lange røret mot toppunktet som er dannet av de tre bærebjelkene.
Fordi du har kuttet papiret i bredden, har du kortere bjelker enn du ville gjort hvis du klippet papiret på langs, noe som betyr at tårnet har flere skjøter. Dette er bra, fordi leddene er sterkere enn bjelkene. Men hvis du er noen som liker å eksperimentere, kan du prøve å bygge et tårn med samme prosedyre, men denne gangen kutter du bjelkene langs papirets lengde og sammenligner stabiliteten til de to ferdige tårn.
En ekstra utfordring
Noen konkurranser tillater ikke bruk av tape. Du kan fremdeles bruke denne strategien for å bygge tårnet, men du må finne en måte å få bjelkene til å holde sammen ved å gjøre små kutt i endene av papiret og brette dem sammen. Pass på at hendene er rene når du gjør dette, og bruk skarpe sakser.