(ویژه دبیرستان، مخصوص علاقهمندان به مهندسی عمران)
یکی از مهمترین چیزهایی که باید در طراحی یک سازه، مد نظر قرار گیرد پایداری آن در برابر نیروهایی است که به آن وارد میشود. یک مهندس متعهد همیشه به خاطر دارد که سازهای که طراحی کرده باید در برابر نیروهای مخرب ناخواستهای که به آن وارد میشود و خطرات فراوانی را ایجاد میکند مقاومت کند. مثالی از این خطرات احتمالی پایداری سازه در معرض بادهای موسمی است که در این فصل در بسیاری از نقاط کشورمان شاهد آن هستیم. یک باد شدید میتواند سازه را از کنارهها هل بدهد و نیروهایی را به سازه وارد کند و در بسیاری از موارد این بادها میتوانند سبب ویرانی سازهها و آسیب به مردمی شوند که در اطراف آنها قرار گرفتهاند.
با ایجاد و اصلاح سازهها میتوان در نواحی بادخیز، پناهگاهی برای محافظت از باد مناسب ساخت. شاید شما هم سازههایی مانند دیوار و پرچین را در کنار پارکها یا پارکهای ساحلی دیده باشید که مردم را از آسیب وزش بادها حفظ میکنند. یک بادشکن مانند یک سد عمل میکند و میتواند حتی در روزهای پرباد هم یک محافظ عالی باشد. اگر شما از زیرکی و هوش خود استفاده کنید میتوانید این پرچینها را توسعه داده و محافظهای خوبی را برای خانهها، مزارع و شاهراهها طراحی کنید. شاید هم بتوانید برای موارد زیر راه حل مناسبی بیابید:
· پشت بامها: پشت بامها یکی از مکانهای مهمی هستند که همیشه در معرض وزش باد قرار میگیرند. با انتخاب موادی مانند شن، تفال، یا موزاییکهای رسی میتوانید سازههایی برای غلبه و شکست بر آسیب باد طراحی کنیدکه مانند بادشکن عمل کند. اگر به پشت بامهایی که شیبدار هستند یا بالکن یک واحد آپارتمانی محسوب میشوند فکر کنید، حتما بیشتر به ارزش رفع این مشکل پی خواهید برد.
· سایبانها: چادرها و سایبانهایی که عموما در گلخانهها، حیاطها و پارکها به کار میروند نیز همیشه در معرض وزش باد قرار دارند. آیا میتوانید مدلها و آزمایشهایی را برای اصلاح آنها طراحی کنید؟ آیا میتوانید اصلاحهایی اعمال کنید تا برای بادهای کمشدت هم مفید باشد؟
· مناطق روستایی: اگر شما در یک منطقه روستایی یا در یک مزرعه کشاورزی زندگی میکنید، دیدهاید که باد میتواند یک مشکل بزرگ برای گاوها در چراگاهها در ماههای زمستانی باشد. مهندسان کشاورزی در صدد حل این مسئله برای چوپانان مناطق سردسیر و کوهستانی هستند. شما چه کمکی میتوانیدبه آنها بکنید؟
· ...
برای رفع هر یک از این مشکلات که تلاش کنید، علاوه بر این که در جامعهی خود نقش موثر و مفیدی ایفا کردهاید، میتوانید برندهی یکی از جشنوارههای بینالمللی مثل جشنواره خوارزمی باشید. اما چگونه؟ من در این مقاله سعی میکنم یک روش کلی به شما معرفی کنم، تا با تعمیم آن بتوانید مشکلات خاصی را که با آن مواجه هستید حل کنید.
بررسی پیشینه و ادبیات پژوهش
برای انجام این نوع پروژهها باید معنای مفاهیم زیر را به خوبی بشناسید. یک مشاور میتواند شما را در پیدا کردن مطالب مورد نیز در این زمینه در کتابخانه یا اینترنت یاری دهد.
1. باد
2. نیرو
3. بادشکن
4. سازه
5. پایداری
6. طراحی
7. مقیاس
سوالات طرح
در شروع پروژه با خود بیندیشید پس از اتمام پروژه به چه سئوالاتی باید بتوانید پاسخ دهید. من سازههایی مانند دیوار یا پرچین را برای شروع در نظر گرفتهام.
1. چگونه باد بر سازهای مانند دیوار یا پرچین اثر میگذارد؟
2. آیا تغییر طراحی دیوار یا پرچین میتواند بر افزایش پایداری سازه موثر باشد؟
3. آیا دیوارها و پرچینها را میتوان برای مقابله با شرایط محیطهای بادخیز به کار گرفت؟
کتابشناسی
این مقالهها، گزارش کاملی از این پروژه را به شما ارایه میدهند که متناسب با شرایط آب و هوایی امریکا است و با شرایط با بومی نشده، اما میتواند راهنمای خوبی برای شما باشد.
· http://www.sciencenewsforkids.org/articles/20060607/Feature1.asp
· http://kids.nationalgeographic.com/portal/site/Kids/
· http://www.iowabeefcenter.org/pdfs/bch/10200.pdf
مواد و تجهیزات لازم
1. یک دفترچه همراه با کاغذ رسم
روند آزمایش:
1. اولین قدم طراحی دیوار یا پرچین است. یک مداد و یک دفترچه همراه با کاغذ رسم را برای طراحی اولیه خود انتخاب کنید. طراحیها را در مقیاس یک صدم (یا هرچه مد نظر شما است) در کاغذ رسم کنید. ابتدا یک چارچوب برای کار در نظر بگیرید که در تمام مراحل اندازهی آن ثبات باشد. داخل آن را میتوانید به صورتهای مختلف پر کنید. مثلا میتوانید آن به صورت کاملا آجرچین شده، نردههای افقی، عمودی و ... در نظر بگیرید یا:
· از یک صفحهی تخت برای پر کردن چارچوب سازه (دیوار) استفاده کنید.
· به جای صقحهی تخت، موادی مشبک یا صفحههای توری به کار بگیرید.
· چند حفره در صفحهی تخت ایجاد کنید.
· تعداد، فاصله یا عرض تختهها را تغییر دهید.
· زاویهی تختهها را نسبت به هم تعییر دهید.
· یک شبکه خاص طراحی کنید.
· ...
2. برای این که طرح خود را بسازید به چه چیزهایی نیاز دارید؟ در این باره تصمیم بگیرید و مواد مناسبی را انتخاب کنید. برای شروع مقوای ماکتسازی یا فوم گزینهی مناسب و راحتی است. استفاده از چوبها نازک هم خوب است، به شرط این که برای بریدن آن به درد سر نیفتید.
3. قدم بعدی ساخت طرحهای شما با استفاده از موادی است که انتخاب کردهاید. اگر از فوم استفاده میکنید، ما چسب حرارتی را برای چسباندن قطعات پیشنهاد میکنیم. پس از تکمیل، برش و اتصال هر بخش آن را به چارچوب ثابت وصل کنید.
4. یک پنکه را در فاصله تقریبا 3 متری از سازهی خود قرار دهید. مکانی که آن را قرار دادهاید با یک علامت مشخص کنید. دقت کنید که شما به تنظیم شدت باد پنکه و فاصله سازه از پنکه به میزان دلخواه خود (1 تا 5 متر) نیاز دارید. این میزان تغییر به شدت باد پنکه و سایر متغیرهایی دارد که در این آزمایش مد نظر شماست. دقت کنید که به هیچ وجه فواصلی که تعیین کردهاید در مدت زمان آزمایش تغییر نکند. چون این مقدار جزو ثابتهای آزمایش شما است.
5. سازهای که طراحی کرده، ساختهاید را در محل علامتگذاری شده قرار دهید و پنکه را با بیشترین شدت روشن کنید.
6. این کار را برای تمام سازهها تکرار کنید. آنچه روی میدهد را در دفترچهی خود ثبت کنید. آیا سازه فرو میافتد (بله/خیر)؟ آیا سازه کج میشود (بله/خیر)؟ آیا سازه کاملا مقاوم است (بله/خیر)؟
7. کدام طراحیها بهتر در برابر باد عمل میکنند؟ شما باید سازهها را بر اساس عملکردشان طبقهبندی کنید و سپس خواهید توانست کاربردهای واقعی را برای هر یک از سازههای خود مشخص نمایید. آیا میتوانید از بین سازههایی که آزمودهاید یکی را به عنوان سازهی مناسب برای خانه، پارک یا مدرسه پیشنهاد کنید؟ کدام سازه گزینه بهتری برای حل مشکل شما است؟ ایا میتوانید به عنوان بادشکن از سازهی خود در مکانهای مختلف استفاده کنید؟ چه اصلاحات دیگری را پیشنهاد میکنید؟
من منتظر نتایج و ایدههای جالب شما هستم.