пятница, 11 октября 2013 г.

Как строят мосты? Клуб почемучек.

Здравствуйте, дорогие читатели! Приветствую вас в пятничном выпуске  "Клуба почемучек"!
Сегодня я отвечаю  на вопрос мамы Юлии и ее дочки Риты (7 лет): "Как строят мосты?"

Начнем с самого начала. Что такое мост? Думаю, даже ребенок ответит, что мост - это сооружение, помогающее пересечь реку, озеро, ущелье или любое другое препятствие. Мост - это одна из первых инженерных конструкций, придуманная человеком.
Я приглашаю вас сегодня вместе с моими помощниками Катей и Витей повторить ход развития мостостроения и пройти все его этапы на собственном опыте. Для этого нам понадобится мисочка с водой, символизирующая реку, пластилин, зубочистки и полоски картона. Мои помощники будут делать модели всего того, о чем я буду рассказывать, а вы присоединяйтесь к нам. Готовы?

как строят мосты

Чтобы понимать, о чем будет говориться дальше, я предлагаю разобраться с инженерными понятиями, касающимися мостов. Посмотрим на рисунок и составим небольшой словарик терминов.

строение моста
Рисунок 1. Основные части моста

Итак, мост состоит из пролетных строений и опор.
Пролетные строения - это собственно сам мост. То, по чему переходят реку люди или переезжает транспорт. Пролетные строения бывают самыми разными - балочными, фермовыми, арочными, вантовыми и еще несколько других видов. О каждом из них мы поговорим отдельно.
Опоры - это те конструкции, на которые мост (точнее, его пролетные строения) опираются и которые распределяют нагрузку, давящую на сам мост. Опоры, стоящие на берегах реки в обоих концах моста называются устоями. А промежуточные опоры, стоящие в воде - быками.
Теперь, когда о мостах мы уже кое-что знаем, отправимся в путешествие в далекое прошлое.

Спросите, что бы сделал малыш, если бы ему надо было попасть на другой берег речки? А из материалов и инструментов у него были бы только самые простые - дерево, камень, веревки? Скорее всего он ответит, что срубил бы достаточно высокое дерево, перекинул бы его через реку и перешел бы на другой берег по нему. Наверное, именно так и выглядели самые первые мосты на свете.
По одному бревну передвигаться не очень удобно, но если выложить ими целый ряд, то получится обыкновенная дорога, по которой легко перебраться на другую сторону. Именно так долгое время выглядело большинство мостов. Этот тип мостов называется балочным.

развивающее занятие  - мосты
Балочный мост

Кроме того, в те же давние времена были изобретены остальные основные конструкции мостов - распорные (арочные и подвесные) и понтонные.

типы мостов

Например, подвесные мосты тоже имеют очень давнюю историю. Они были распространены (и используются по сей день) в горных районах нашей планеты. В Индии, Китае, в Южной Америке. Везде, где есть узкие, но очень глубокие ущелья. Строятся они очень просто. На другой берег перебрасывается (или переносится вплавь) один из концов веревки. Второй конец остается на этом берегу. Оба конца закрепляются. Получается канатный мостик.
По нему рискнет пройти лишь цирковой акробат-канатоходец.
Вспомните, видели ли вы такой номер в цирке? Решится ли малыш повторить его? Нет? Тогда вам надо потренироваться! На прогулке поучитесь ходить по бордюру, как можно дольше сохраняя равновесие. Правда ли, что чтобы не упасть, лучше держаться за какие-нибудь перила? Поэтому чуть выше основного каната на подвесном мосту обычно протягивают еще две веревки, чтобы было за что держаться. Да и снизу часто вместо одного каната протягивают два и настилают по ним настил из поперечных дощечек.

подвесной мост
Подвесной веревочный мост. Фото с сайта  www.mostow.ru

А в Индии такие мосты бывают живыми! Люди протягивают канаты с берега на берег и пускают по ним виться ростки лиан. Лианы очень прочные и гибкие растения. И растут они достаточно быстро. Поэтому через некоторое время канат оказывается опутанным лианами, по которым вполне можно ходить как по мосту.

как строят мосты
Подвесной мост из лиан. Фото с сайта  www.mostow.ru

Еще один вид мостов - понтонные. Так называют плавучие мосты, пролеты которых опираются не на твердые опоры, а на плавающие в воде объекты - понтоны. Понтонами могут быть просто несколько бочек, связанных одна с другой и поставленных на якорь. Или какие-то плоты. Или даже суда.

понтонный мост
Чтобы сделать понтонный мост, опустите в воду плавать половинку пробки

Именно понтонный мост использовал великий и воинственный персидский царь Ксеркс в своем походе на греков. Он мечтал покорить Грецию, собрал несметное войско и выступил в поход. Но армии сначала надо было преодолеть пролив, отделяющий их от Греции - Геллеспонт (ныне Дарданеллы). И тогда Ксеркс приказал по всему проливу поставить на якорь корабли и соединить их мостками, чтобы воины могли перейти по этому плавучему мосту на греческий берег. Но, когда бОльшая часть моста была уже готова, на море вдруг началась сильная буря и разметала все корабли. Мост рухнул. А Ксеркс в ярости приказал своим рабам высечь непокорное море цепями!

Ксеркс наблюдает, как секут море. Рисунок из книги  Райнер Кёте "Мосты"  

Но и висячие мосты, и понтонные в те далекие времена использовать было не очень удобно. Они были ненадежными и сложными в эксплуатации. До тех пор, пока не были изобретены новые строительные материалы (а произошло это уже в 19 веке), основными мостами все же были балочные и арочные.
С балочным мостом мы уже познакомились. Он достаточно прочен и его легко строить. Но со временем оказалось, что у такого моста есть ряд недостатков. Самый главный из них тот, что под большим грузом он прогибается. Человек свободно проходит по нему, а вот груженая повозка уже может мост прогнуть и даже переломить.

конструкции мостов
Балочный мост прогибается под тяжестью

Предложите малышу подумать, что же можно сделать в таком случае?
Конечно же, подставить под длинный пролет опору!

опоры моста
Добавляем промежуточную опору

Если мы взглянем на Рисунок 1, то вспомним, что такие промежуточные опоры называют "быками".  Правда, необычное название? У детского писателя А. Шибаева есть такое забавное стихотворение:
"Что за шутки? Говорят,
На быках мосты стоят!
Вот он, мост,
Под ним река —
Ни единого быка!
Не пойму я ничего:
Утонули, что ли?
Или все до одного
Убежали в поле
От нелёгкого труда?
Ну, а мост на чём тогда?.."

Промежуточная опора-бык поможет и при второй проблеме: если длина балки моста короче длины реки. Ведь не всегда можно найти такое бревно, чтобы оно доставало с одного берега до другого. Тогда и кладут несколько балок, опирая их концами на опоры, стоящие в воде.

как строят мосты
Балочный мост с двумя пролетами

Но даже при наличии промежуточных опор, балки под грузом прогибаются. Эту проблему решили древние римляне.  Дорожная сеть в их огромной империи простиралась на 300 тыс. км. И нередко римлянам приходилось пересекать на своем пути большие и малые речки. От того, насколько успешно они это могли делать, зависела боеспособность римских армий. Поэтому в строительстве мостов римлянам не было равных.  Именно они стали строить первые каменные мосты, использовать в строительстве цемент и делать арочные (или как их еще называют, сводчатые) конструкции.
Знает ли малыш, что такое арка? Возьмите полоску картона и попросите малыша продемонстрировать вам арку. Чем же она лучше ровного перекрытия?
Дело в том, что нагрузка на горизонтально расположенную поверхность гораздо больше, чем на выгнутую дугой. Это можно проверить самому. Пусть малыш попробует надавить пальцем на середину "моста" из полоски картона. Он легко прогнется. А теперь выгните полоску в виде арки и пусть малыш попробует прогнуть этот мост. Правда, это сделать гораздо труднее?

зачем нужна арка
Ровная балка прогибается под тяжестью

зачем нужна арка
Арка тяжесть выдерживает

Поэтому и мосты с арочными перекрытиями очень прочны и их можно делать гораздо длиннее, чем балочные. Есть мосты, построенные древними римлянами, которые стоят до сих пор. Так же как и акведуки (мосты не для людей или транспорта, а для воды), по которым проходил водопровод в римские города. Например, одни из самых знаменитых и хорошо сохранившихся из них, которыми можно любоваться и по сей день, это мост  Понте де Тиберио в Римини и акведук Пон-дю-Гар во Франции.

Мост  Понте де Тиберио в Римини (Италия). Фото с сайта  wikipedia.org

древнеримский мост
 Акведук Пон-дю-Гар (Франция). Фото с сайта  wikipedia.org

Долгое время прочности деревянных балочных и каменных арочных мостов хватало, чтобы обеспечивать движение любых грузов через реки. Но вот пришел 19 век. А вместе с ним появились новая техника и новые материалы. По всему миру стала активно строится сеть железных дорог. И вот тогда обнаружилось, что старые мосты для нее не подходят. Чтобы выдерживать тяжелые грузовые составы понадобились мосты еще более прочные, чем традиционные каменные. И тогда люди для строительства мостов начали использовать сталь. Стальной мост крепок, строить его быстрее и дешевле, чем каменный. Но в конструкции стальных мостов потребовались улучшения. Для них стали использовать фермы.

ферма моста
Фермы делают конструкцию моста жестче

Фермы - это такие металлические решетчатые конструкции. Сейчас мы чаще всего их видим на железнодорожных мостах, опорах линий электропередач, подъемных кранах. Они придают крепость сооружению за счет перераспределения нагрузки между всеми элементами.
Давайте сравним простой балочный мост и такой же балочный мост, укрепленный фермами. Уже на этапе сборки можно своими руками почувствовать, насколько полоса, состоящая из треугольников, крепче простой линейной конструкции. Попросите ребенка повертеть мост в руках - он обязательно оценить его крепость.

ферма
Линейная конструкция (вверху) и фермовая (внизу)

Но самые длинные и самые распространенные современные мосты относятся не к балочным, а к подвесным. Да-да, к подвесным! Оказывается, висящий мост прочнее того, что стоит, опираясь на берега. Только, конечно, висит мост уже не на канатах, и даже не на цепях, а на стальных тросах. 

модель подвестного моста
Модель подвесного моста

Чтобы подвесить мост, сначала строятся высокие столбы - пилоны, на которых потом крепится система тросов, удерживающих всю конструкцию. Бывает две разновидности крепления. У висячих мостов несущие тросы крепятся обычно в одной точке наверху пилона и имеют дугообразную форму.  А у вантовых мостов тросы крепятся по всей высоте пилона и натянуты как струна.

виды подвесных мостов

Ну а теперь самый главный вопрос, который очень интересовал мою дочку все то время, пока я рассказывала о строении мостов. Да, мосты бывают длинные и короткие, ровные и выгнутые, деревянные и стальные, крепкие и не очень. Но как их ставят на опоры в реке? Ведь там же вода?
Тогда я попросила Катю придумать какой-нибудь способ, чтобы можно было поставить опору для моста посреди реки, и она сама смогла найти один из ответов. Я уверена, что подумав, вы тоже его найдете :) Реку надо просто осушить! Можно прорыть для нее временное русло, и когда вода уйдет, спокойно построить опору на сухом месте. Можно дождаться естественного падения уровня реки (например, один из самых старейших средневековых каменных мостов - мост в Регенсбурге, или Штайнерн Прукн, начали строить в 1135 году, когда река необыкновенно обмелела).

Мост  Штайнерн Прукн. Фото  из книги  Райнер Кёте "Мосты" 

Этот способ, конечно, подходит не всегда (спросите малыша, а когда он не может применяться?). Поэтому наряду с ним используют и другие способы. Например, если грунт в месте строительства моста позволяет, то в дно можно вбить сваю - опору с заостренным концом. Сваи вбивают обычно прямо с судна. И опора прочно укрепляется на дне. В нашей модели мягкий грунт мы смоделировали пластилином  - в него очень крепко встала свая-палочка.

Так забивают сваи

Но если мы по какой-то причине не можем это сделать, то можно опору установить на фундаменте. Этот способ часто используют в современном мостостроении. Но как же сделать бетонный фундамент под водой? Во-первых, бетон может застывать и в воде. А во вторых, в том месте, где будут производится работы можно воду и убрать. Делается это с помощью кессонов.
Чтобы понять, что это такое, проведем один физический опыт.  Даже не опыт, а фокус. Для него нам понадобится миска с водой, пустой стакан и большой кусок скомканной бумаги. Вложите бумагу в стакан так, чтобы комок там плотно застрял и не выпадал при переворачивании. И скажите малышу, что вы сможете перевернуть вверх ногами и погрузить стакан с бумагой в воду так, что бумага останется совершенно сухой. А потом просто проделайте то, что сказали. Никаких особых навыков вам не понадобится - просто поставьте стакан вверх дном в миску. И вы увидите, что воздух в стакане так и остался. Он вытеснил воду с этого места и внутри миски с водой образовался воздушный колокол. И бумага осталась совершенно сухой - достаньте стакан обратно и убедитесь в этом.

опыт с давлением воды

опыт со стаканом


опыт про давление воды

опыт про давление воды

Вот на наш стакан и похож кессон. В нужном месте устанавливают цилиндрическую водонепроницаемую камеру, открытую снизу. И в этом месте создается воздушный колокол, дно реки освобождается. В камеру через специальный шлюз забираются рабочие и устанавливают опору.
Вот так все просто и интересно!  Надеюсь, Рите понравится мой ответ :)

Если вас тоже увлекла тема строительства мостов, то можно посмотреть про это одну из серий развивающего американского мультсериала "Волшебный школьный автобус". Называется она "Under Construction" (в русском переводе "Строительство"). Ссылка на ютьюбе http://www.youtube.com/watch?v=DzOQJu0Bpag В этой серии ученики мисс Фризл стали маленькие-маленькие и им пришлось строить разнообразные мосты из подручных материалов.
А еще можно скачать игру-головоломку на андроид, в которой нужно строить из ферм  все более и более сложный  железнодорожный мост так, чтобы потом поезд мог по нему проехать. Очень увлекательное занятие :) Называется игра "X-construction"

 Игра-головоломка "X-construction"

А на следующей неделе вас ждет рассказ о том, почему оладушки получаются круглыми. Этот вопрос мне прислала мама Ирина и ее сын Роберт (7 лет). Не пропустите следующую пятницу :)

занятия по физике для детей
Чтобы я ответила и на ваши вопросы, вступайте в Клуб (для этого надо всего лишь поставить его баннер на боковую панель блога, а если такого нет - то дать ссылку в любых соц. сетях) и присылайте их мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой "Клуб почемучек".  Среди всех присланных вопросов, независимо от того, опубликовала я на них ответ или нет, я разыгрываю призы.
Следующий розыгрыш состоится в первый день рождения "Клуба почемучек", который он отмечает 26 октября. Не пропустите!   Призом будет один из возрастных блоков моего платного проекта "Нескучная наука".
А также я приглашаю спонсоров к сотрудничеству с моим Клубом!!! 






Архив прошлых выпусков "Клуба почемучек" можно посмотреть ЗДЕСЬ.
Другие развивающие занятия на тему техники можно увидеть здесь:  Что быстрее, машина или поездКак работает лифт,   Почему самолет оставляет на небе белый след, Куда пропадает мультгерой, когда выключают телевизор, Добыча и выплавка металлов, Водяные часы - клепсидра, Как самим сделать мультфильм, Почему люди не выпадают из качелей, Ракета на водяном двигателеКак увидеть МКСКак сделать флюгер   

Материалы по теме:
  • Сайт "Все о строительстве мостов" (http://www.mostow.ru)
  • Райнер Кёте. Мосты (http://www.razlib.ru/istorija/mosty)
  • Мост. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Мост)

36 комментариев:

  1. Таня, я - ваш новый читатель, зашла по ссылке на флэшмоб. Понравилась идея и подписалась. Но ничего не читала пока. Сегодня, прочитав про мосты, пришла в неописуемый восторг. Я - технарь, поэтому очень приветствую техническое обучение. Да еще в такой интересной подаче! Спасибо-спасибо! С такими ресурсами не всё потеряно для нашего постсоветского пространства. Я обязательно буду потихоньку читать ваш чудесный блог. У меня взрослые дочери, внуков пока нет. Но они ведь когда-нибудь будут)))

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Спасибо за добрые слова, они очень вдохновляют! Всегда рада познакомиться с новыми читателями )

      Удалить
  2. Как интересно! Сама с удовольствием прочитала) Сын подрастет, будем с ним изучать все выпуски))) А книжку по части выпусков я уже скачала и сохранила)

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Я рада, что сыночку пригодится)

      Удалить
  3. Очень полезная и интересная статья. Спасибо!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. А вам спасибо, что читаете)

      Удалить
  4. Грандиозный труд! Конструкции мостов просто поразили! ))) Это же надо так придумать - скучную (на первый взгляд для меня) тему ТАК интересно рассказать! )))

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Я уже давно поняла, что скучных тем на свете просто нет. В любую из них лишь углубишься - там целый мир открывается. Со своими загадками, интересными фактами и удивительными открытиями)

      Удалить
  5. И на вопрос ответ получили, и про все виды мостов узнали, и любимый интересный мультик посмотрели! Потрясающая статья, Таня, Витя, Катя, СПАСИБО!!! Как всегда, очень интересно, подробно, понятно и наглядно (модели мостов - отличные)! Рите так понравилось! Уже свой игрушечный мост сегодня строила под впечатлением от того, что узнала, очень благодарит )

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Юля, я так рада, что Рите понравилось и было интересно! Я все-таки все время сомневалась - все-таки не мальчик, а девочка... Будет ли ей интересно про мосты так подробно? Мой-то Витя сразу как увидел, что мы с Катей собираемся делать, тут же прибежал ) Ему было даже интереснее, чем ей. Катя больше играла с мостами, а Витя строил ) Оба передают привет Рите)

      Удалить
  6. Моим мальчикам очень понравилась Ваша статья. Они любят играть машинками и постоянно конструируют какие-то мосты. Спасибо, интересная информация.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Я рада, что вашим мальчикам как раз пришлось к игре )

      Удалить
  7. Классно и познавательно!

    ОтветитьУдалить
  8. Таня, очень интересно, спасибо большое за твои труды!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Я рада, что понравилось :)

      Удалить
  9. Хорошая тема! И так доступно! Меня тоже интересовал вопрос: как под водой опоры устанавливают! Спасибооо, Таня! Просветила))

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. И меня интересовал, да все не до того было, чтобы разбираться :) Так что спасибо Рите за присланный вопрос :)

      Удалить
  10. спасибо большущее за мосты! очень кстати нам пригодились!:) http://oduvashka.blogspot.de/2013/10/blog-post_6114.html#more

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Как здорово, что занятие пришлось кстати :)

      Удалить
  11. Было очень интересно почитать и многое для себя узнать! Спасибо большое за Ваши труды!!!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. А вам спасибо, что читаете и интересуетесь :)

      Удалить
  12. Таня, чудесная, интереснейшая статья!
    И макеты мостов нас с сыном покорили:))))
    Если бы в школе так интересно рассказывали, то проблем с учебой у детей не было бы!
    Спасибо!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Здорово, что вам понравилось :)
      А у школы другие задачи, вот и приходится дома наверстывать ;)

      Удалить
  13. Таня, в который раз с удовольствием читаю ваши статьи, так интересно. Надо же, как увлекательно можно про мосты рассказывать!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Спасибо, рада, что вам нравится)

      Удалить
  14. Таня, вот это игры! Класссссссс!!!!! Мы опыты проводили с мостами, но не так глобально. Как скажет Маша из мультика "Хочу! хочу!" )

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Буду рада, если тебе для занятий с Дашенькой какие-нибудь из этих идей пригодятся :)

      Удалить
  15. Анонимный03.06.14, 13:31

    супер! теперь и я знаю, как строят мосты:)))) ураааа
    Только я не поняла, как можно подписаться на ваши статьи???? очень хотелось бы!

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Очень рада, что вам было интересно :) А подписаться на обновления блога можно, введя адрес своей электронной почты в правой колонке вверху. Если же вы хотите подписаться только на Клуб почемучек, то зайдите на страничку Клуба (в меню) - там есть специальная форма подписки. Буду рада новому читателю! :)

      Удалить
  16. Анонимный12.01.15, 19:03

    Я гуманитар и технические науки всегда считала недостижимыми для себя. Но вдруг мне стало интересно узнать терминологию при строительстве мостов, она понятна только специалистам. Я просмотрела уйму сайтов, посвященных этой тематике, и ничего не поняла. И только когда я случайно попала на ваш сайт, я получила ответы на свои вопросы. Спасибо огромное за ваш труд. Буду рекомендовать ваши статьи своему внуку, хотя ему уже не 7 лет.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Большое спасибо за добрые слова! Мне безумно приятно слышать, что и взрослому человеку было полезно и интересно читать статью :)

      Удалить
  17. Михаил17.06.16, 21:42

    Искал что-то о мостах проще учебников по мостостроению, набрёл на вашу статью. Очень понравилась, всё просто, доступно и интересно. Родные ржут, человек с 4-мя высшими познаёт мир по сайту для мамочек. :D Спасибо вам большое за материал.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. :) Очень приятно, что человеку с 4 высшими было интересно :)

      Удалить
  18. Просто супер! Я реально узнала много нового и интересного :)

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Очень приятно, что вам понравилось:)

      Удалить

Чтобы оставить комментарий, напишите текст в окошке и выберите в "Подписи комментария" профиль из любого вашего аккаунта. Если вы нигде не зарегистрированы, выбирайте Имя/URL и просто вводите свое имя - оно отобразится в подписи.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...

ShareThis