Papperstornets utmaning är en viktig övning för studenter som börjar studera struktur teknik eftersom den lär om belastningsfördelning, kinematik, Newtons rörelselagar och annat viktigt principer. I en enkel version av utmaningen bygger eleverna ett stabilt torn av ett enda stycke 8 1/2-till-11-tums papper. De flesta strategier kräver att du skär papper i remsor och formar dem till balkar. När mer än ett lag tävlar mot varandra är det vinnande laget det som bygger högst torn som tål en förutbestämd kraft, till exempel vinden från en fläkt, utan att falla över.
En vinnande strategi
Den viktigaste delen av tornet är basen, och även om det finns flera sätt att konstruera det, är den mest stabila strukturen ett liksidigt stativ. Eftersom den fördelar lasten symmetriskt, motstår stativet tippning bättre än en platt pappersbit. Stativet ger också höjden till tornet.
När du har konstruerat basen använder du resten av papperet som du har för själva tornet. Om du vill ha maximal höjd, vill du skapa minsta möjliga bas, men inte offra stabilitet för ekonomi, annars kan tornet kanske inte tåla en mild vind.
Byggpappersdragare
Varje lösning på denna utmaning innebär att du skär papper i tunna remsor och formar dem till balkar. Du vill maximera antalet balkar du får från papperet. För att göra det bör du klippa tunna remsor, men om du skär remsorna för tunna är de svåra att forma. En bra kompromiss mellan ekonomi och stabilitet är att skära hela pappersarket i 1-tums remsor längs dess bredd.
Du kan forma remsorna till balkar på två sätt. Den ena är att linda dem runt en penna för att göra cylindrar och den andra är att fälla dem i rör med triangulära tvärsnitt. En tejpbit i vardera änden av varje balk bör vara tillräcklig för att hålla ihop den, men du kanske vill lägga till en tredje tejpbit i mitten. Lämna minst en tum i båda ändarna av varje balk oformad. Detta gör att du kan montera balkarna i längdriktningen.
Bygg basen
Du behöver minst tre balkar för att bygga ett stativ för basen. De ska spridas ut från en central topp, och avståndet mellan var och en av fötterna ska vara lika med balkens längd. För att sammanfoga balkarna vid toppen, svep en enda tejpbit runt ändarna på balkarna för att bilda en cylinder som kan passa inuti en av balkarna. Om du tycker att det är för svårt att klämma ihop ändarna och ge dem en vridning innan du tejpar.
Om du bygger tornet på en hal yta kan du ha problem med att stabilisera basen. En lösning är att ansluta fötterna med ytterligare tre balkar för att skapa en triangel. Detta ger dig färre balkar för att bygga tornet, så det blir inte så högt, men det kommer att vara mer motståndskraftigt mot att falla.
Resa tornet
Du bildar tornet genom att montera kvarvarande balkar för att bilda ett långt rör. För in änden på en balk i änden på en annan och skjut ihop dem tills tejpen hindrar dig från att skjuta dem längre. Detta ger dig ett enda rör som är någonstans mellan 40 och 60 tum långt, beroende på hur många balkar du använde för basen. Rikta upp tornet genom att trycka ena änden av det långa röret på toppen som bildas av de tre basbalkarna.
Eftersom du har klippt papperet längs dess bredd har du kortare balkar än vad du skulle gjort om du klippte papperet på längden, vilket innebär att tornet har fler fogar. Det här är bra, eftersom lederna är starkare än balkarnas spännvidd. Men om du är någon som gillar att experimentera, försök att bygga ett torn med samma procedur, men den här gången skär du balkarna längs papperets längd och jämför stabiliteten hos de två färdiga torn.
En extra utmaning
Vissa tävlingar tillåter inte användning av tejp. Du kan fortfarande använda den här strategin för att bygga tornet, men du måste hitta ett sätt att få balkarna att hålla ihop genom att göra små snitt i pappersändarna och fälla ihop dem. Se till att dina händer är rena när du gör detta och använd skarpa saxar.