Физика в школе

В школе, в которой я учился, кабинет истории был настоящим музеем – стеклянные витрины с экспонатами: черепки, горшки, старинная хозяйственная утварь, старые газеты и т.п. – всё выглядело как в настоящем историческом музее. В таком классе было интересно заниматься. А почему бы кабинет физики не превратить в музей? Музей физики! Не обязательно начинать возводить сразу музейные витрины, заниматься оформлением, и называть громким словом «музей». (Любой кабинет физики, в котором есть хотя бы портреты учёных, по сути и так есть музей). Но можно потихоньку собирать экспонаты: модели, физические игрушки, голограммы, стереоизображения, коллекцию кристаллов и т.д., – всё, что интересно будет детям, – и выставлять в шкафы, сделав предварительно описание для «посетителей». Что-то могут изготовить сами ребята. Думаю, идея хорошая. А пока первый экспонат: Стоящая нить.

Обычная нить (или леска), на которой закреплены упругие изогнутые полоски из пластика. Нить удивительным образом стоит вертикально, тянется вверх, да ещё и держит на себе эти самые пластины. Можно даже навесить на неё грузики. А всё дело в том, что нить находится в растянутом напряжённом состоянии. Она – пример самонапряжённых конструкций. 

Стоящая нить.

Придумана российским архитектором и художником Вячеславом Колейчуком. Она – пример самонапряжённых конструкций, к которым относятся также изобретённые им и Юрием Смоляровым вантово-стержневые самонапряжённые конструкции, широко применяющиеся сейчас в самораскрывающихся антеннах в космосе, самовозводящихся зданиях, самораскладывающихся спасательных плотах и в искусстве архитектуры и скульптуры.

Моцарт 1 – скульптура американского архитектора Kenneth Snelson в Стенфордском университете.

Важный класс самонапряжённых конструкций – железобетонные. В результате объёмного расширения бетона при затвердевании напрягается вся арматура, независимо от её местоположения, и бетон конструкции вследствие интенсивного самоуплотнения приобретает значительную прочность (на 20—30% большую, чем при твердении его в свободном состоянии, т.е. без арматуры), трещиностойкость и высокую степень водо-, бензо- и газонепроницаемости. Напряжение железобетона может производиться не только после, но и до схватывания бетонной смеси. Прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается механическим устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобожденной стальной проволоки или троса передается окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от нагрузки. Конструкции и сооружения, для которых особенно полезен такой подход: все большепролетные сборные железобетонные конструкции; протяженные сооружения покрытий дорог, аэродромов, производственных площадей, полов зданий; трубы гидротехнических и мелиоративных сооружений;  резервуары для воды и светлых нефтепродуктов; вертикальные стволы шахт и т.д.

Останкинская телевизионная башня в Москве (конструктор – Николай Васильевич Никитин) – известный пример самонапряжённых конструкций. 149 стальных канатов диаметром 38 мм, сплетенных из высокопрочной проволоки, натянутые мощными домкратами, сжимают ствол башни с огромной силой, придавая всей конструкции необычайную прочность и упругость. 

 Н.В. Никитиным были выполнены расчёты и для статуи Родины-матери на Мамаевом кургане в Волгограде. 85 – метровая скульптура изготовлена из предварительно напряжённого бетона. Толщина бетонного каркаса фигуры всего 25-30 см, изнутри жёсткость ему придают белее сотни натянутых тросов.

Изготовление стоящей нити на первый взгляд несложно, но требует аккуратности, терпения в правильном завязывании узелков (или закрепления бусинок, или приклеивании-припаивании) и укреплении упругих полосок. Лучше начинать изготовление сверху конструкции – закрепить её в штативе и продвигаться аккуратно вниз. Первую нижнюю дугу нужно укрепить на подставке жёстко, чтобы нить стояла вертикально.