Vilka brodesigner är de starkaste för vetenskapsprojekt?

Broar, särskilt de typer som designats och byggts av människor, har varit en källa till oändlig förundran och fascination ända sedan människor först hittade sätt att konstruera dem. Kanske spelade du och dina vänner av små strömmar som ungdomar och instinktivt försökte bygga små provisoriska broar av tillgängliga pinnar och stockar. I så fall kan du kanske föreställa dig det grundläggande sättet som dina förfäder för länge sedan närmade sig samma uppgift men av behov snarare än rekreation och i större skala.

I den moderna världen är naturligtvis enorma broar med mer än ett dussin körfält och med flera vägdäck norm i större städer som inkluderar stora floder eller ansluter över små remsor med havs- eller sjövatten för att ansluta till en annan landsmassa. Dessa eleganta kullar finns i en mängd olika typer, med utformningen av varje vald för att passa den specifika landlayout och transportbehov för den aktuella bosättningen.

Broar är en tidstestad och tidskrävande typ av skolvetenskapsmässa eller naturvetenskapsprojekt. Om du vill imponera på dina mentorer och kamrater bör du välja en design som är särskilt stark. Vissa typer av broar och deras underklasser lämpar sig lättare för denna uppgift än andra.

Det finns fem huvudtyper av broar som varierar främst i grundform och därför i termer av hur den stress de upplever - från både sin egen betydande vikt och deras trafik - är distribuerad. Chansen är bra om du bor i en större stad som du har använt några eller kanske alla dessa brotyper, förmodligen utan att kunna nämna mer än en av dem.

Beam Bridge: Detta är den enklaste typen av bro, som bara kräver en rak spänna, som bär all spänning ("dragning") av brygglasten, och bryggor, som bär kompressionskrafterna. Dessa är billiga och lättare att bygga än andra broar, men de är dåligt lämpade för stora vattenvägar eftersom deras individuella spännvidd mellan bryggorna inte kan vara så långa. Även om de är billiga anses de estetiskt charmlösa i de flesta inställningar.

Arch Bridge: Denna typ av bro går tillbaka till antika romertider. Det är gynnat för sin skönhet, men i många fall tillåter inte landet att överbrygga den breda kontaktbasen för denna typ av bro. Dessa kan nå imponerande storlekar. En bågbro över New River i West Virginia byggt 1978 har en enda stark spännvidd som överstiger 3000 fot.

Fackverksbro: Det finns faktiskt minst fyra olika individuella fackverksbrokonstruktioner, med antalet beroende på vilken källa som konsulterats. Dessa, liksom balkbroar, är billiga och lättare att bygga än de flesta typer av broar, men de är oattraktiva att se på och dåligt lämpade för vattenvägar av samma skäl som balkbroar är - en kort sträcka mellan bryggorna.

Hängbro: Om du kunde namnge en enda typ av bro innan du går in i den här artikeln är det troligtvis hängbro, vördad av världen för sin storhet och av ingenjörer för dess matematiska och fysiska skicklighet. De Brooklyn Bridge och andra hängbroar har kablar som löper längs däcket och förankras för att landa i vardera änden för att kompensera spänningen; två (vanligtvis) jättebryggor som kallas torn absorberar kompressionen och däcket hängs upp av en uppsättning vertikala kablar från den andra uppsättningen.

Kabelstannad bro: Den Zakim Bridge i Boston är ett lockande exempel på denna typ av bro. Som en hängbro använder den kablar och enskilda spännvidd kan vara enormt långa, mer än 1,6 km. Kablarna går dock från toppen av tornen till vägdäcket istället för till vardera änden av bron.

Du kan använda olika material för olika stilar av nedskalade broar. Förslag ges nedan för att använda vanliga spelkort, men improvisera gärna så länge din bro uppfyller definitionen för sitt slag.

För alla brotyper kan du använda toalettpapper eller pappershandduksrullar eller något annat som är billigt och lätt att skaffa. Du vill också ha ett bra utbud av tejp, sax, häftapparat, snöre, linjal och kanske hålslag.

Beam Bridge-modell: Vik dina kort längs rät vinkel för att göra bryggorna och tejpa ändarna på andra kort försiktigt ihop för att göra strålen (kortlek). Observera hur placeringen av korsningarna vid olika punkter i förhållande till bryggorna nedan påverkar vad som händer när du "testar" din bryggstyrka genom att trycka ner den försiktigt med ett finger. Var ska korsningarna vara och vad händer när du använder för få av dem?

Arch Bridge-modell: Den här tar lite tålamod och mycket tejp, men hänvisar till ett foto av en befintlig bågbro för vägledning. Du kan skapa enskilda "tegelstenar" genom att fälla enskilda kort i små lådor och tejpa dem stängda. Se till att du inkluderar distanser för att motverka de avsevärda sidoriktade krafterna vid bryggans nedre ändar.

Truss Bridge-modell: Nedan lär du dig om de olika typerna av fackverksbroar, men den viktiga aspekten är triangelns stabilitet som en geometrisk konstruktion. Observera att om du bygger ett "boxstativ" med fyrkantiga "spänn" istället för sammankopplade trianglar är strukturen mindre stabil.

Hängbrosmodell: Detta är svårt att ta sig ensam om du inte har mycket tid och tålamod. Det är lättast att först bygga tornen och däcket och sedan spela med justeringar av kabellängden och spänningen för att se vad som "känns" starkast. Tänk dig att vara projektledare för den första hängbroen någonsin!

Kabelhållen bromodell: Återigen är detta ett ganska detaljerat modellval, men ger en bra chans att spela med den ideala längden på kablarna som faller ner från torntopparna. Vad tror du skulle hända om en bro av denna typ gjordes med asymmetriska kabelstorlekar mellan de två tornen?

Det finns ett antal olika stilar av fackverksbroar som används. Du kan göra fackverksbroar lättare med ispinnar än med spelkort; ha bara trälim tillgängligt.

Sett från sidan ser ett fackverk ut som en trapesform - en rektangel med symmetriskt sluttande ändar snarare än parallella. Delarna av denna fyrsidiga ram är toppen och botten ackord och ändarna kallas inlägg. De inre delarna av fackverket kallas medlemmar.

• Warren: Denna modell använder medlemmar som bildar liksidiga trianglar, men det finns inga vertikala delar.
• Pratt: Denna sort har en serie mager rektanglar som innehåller inåt-lutande delar för att bilda triangelpar i de enskilda enheterna.
• Howe: Detta liknar mycket Pratt, men i mitten möts de "lutande" medlemmarna i toppakkordet istället för längst ner på ackordet. Det är bättre än Pratt när det gäller hantering av kompression, allt annat är detsamma, men dyrare.
• K truss: Som namnet antyder innehåller denna komplexa fackverksenheter enheter i form av bokstaven K och dess spegelbild.

Vilken fackverksbro är den starkaste? Det beror på material och andra faktorer förutom grundläggande design, på samma sätt som vissa cyklister kan resa snabbare än en dålig förare i en bumbil. Men hur som helst har mycket starkt arbete gått in i alla dessa broar och deras design över tiden.