หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 62 – การสร้างโครงยึด (1)

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


การสร้างโครงยึด

หนทางหนึ่งที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสจะสามารถค้ำจุน (Support) ได้เพื่อมิให้มันสูญเสียโครงสร้าง (Structure) ก็คือ การเชื่อม 2 มุมที่อยู่ตรงกันข้ามด้วยเส้นทแยงมุม (Diagonal) ซึ่งจะเปลี่ยนสี่เหลี่ยมจัตุรัสให้กลายเป็นสามเหลี่ยม 2 อัน และเป็นรูปทรงของสามเหลี่ยมที่จำเป็น (Essential) ต่อโครงสร้างของอาคารที่มีเสถียรภาพ

โครงยึด (Truss) ถูกสร้างจากสามเหลี่ยมที่เชื่อมโยงกัน รูปทรงที่ง่ายที่สุดของโครงยึด สามารถสร้างจากสามเหลี่ยม 2 อันมาประชิดกัน (Adjacent) โดยมีเส้นเชื่อมโยงกันด้านบน โครงยึดดังกล่าว รู้จักกันตามประวัติศาสตร์ในนามของ “โครงยึดวอร์เร็น” (Warren truss) ซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตร (Patent) โดยวิศวกรชาวอังกฤษชื่อ เจมส์ วอร์เร็น (James Warren)

เมื่อเชื่อมโยงสามเหลี่ยมจำนวนมาก ก็จะก่อร่าง (Form) เป็นโครงยึดที่ยาวขึ้น เพื่อใช้ในการสร้างสะพาน ในคริสต์ศตวรรษที่ 18 เจมส์ วอร์เร็น ออกแบบสะพาน และคานขนาดใหญ่ (Girder) ที่สร้างด้วยสามเหลี่ยมที่เท่ากันทุกด้าน (Equilateral) ซึ่งสามารถรับแรงตึง (Tension) และแรงกด (Compression) ได้

เขาออกแบบสะพานแขวน (Suspension) แห่งแรกในนคร New York สหรัฐอเมริกา คือ สะพานแมนฮัตตัน (Manhattan Bridge) นอกจากนี้ เรายังเห็นอีกตัวอย่างหนึ่ง ที่เขาออกแบบใช้สามเหลี่ยมในการค้ำจุนปีก 2 ชั้น (Biplane) ของเครื่องบิน [รุ่นโบราณ] ปีกของเครื่องบินเหล่านี้วางซ้อน (Stack) ข้างบนเป็นชั้นๆ โดยค้ำจุนด้วยโครงยึด แล้วมีหนทางใดที่จะสร้างโครงยึดที่บ้านหรือที่โรงเรียนไหม? คำตอบคือ มี ลองรวบรวมวัสดุทดลองดังนี้ – ไม้ไอศกรีม (Popsicle) 15 – 19 แท่ง, ปืนยิงกาว และแท่งกาว เริ่มต้นด้วยการสอนเด็กให้ใช้ปืนยิงกาว โดยให้ก่อร่างสามเหลี่ยม ด้วยการใช้กาวยึดติดปลายของไม้ไอศกรีม 3 แท่ง ให้เด็กใช้ปืนยิงกาวยึดติด (Attach) ไม้แท่งที่ 4 บนยอดมุม (Top corner) สามเหลี่ยมไปตามแนบราบ (Horizontal) ด้านบนทางขวามือ

จากนั้น ให้เด็กยิงกาวที่ไม้ไอศกรีมแท่งที่ 5 เป็นเส้นทแยงมุม เพื่อก่อร่างสามเหลี่ยมที่ 2 แต่เป็นสามเหลี่ยมกลับหัว (Upside down) ให้เด็กยิงกาวที่ไม้ไอศกรีมแท่งที่ 6 ไปตามแนบราบด้านล่างทางขวามือ เพื่อเป็นฐานของสามเหลี่ยมที่ 3 เด็กจะสามารถดำเนินต่อไป ปฏิบัติซ้ำขั้นตอนของการเพิ่มไม้ไอศกรีมเป็นเส้นทแยงมุม ตามด้วยสามเหลี่ยมไปตามแนวราบในแต่ละครั้งจนกว่าจะครบ 15 แท่ง แล้วต่อยาวไปถึง 19 แท่ง หากต้องการ

เมื่อเสร็จสิ้นการใช้กาวยึดติดไม้ไอศกรีมทั้งหมด ถามเด็กว่า เด็กสังเกตเห็นโครงยึดชนิดนี้มีสามเหลี่ยมที่เท่ากันทุกด้าน ซึ่งตั้งชื่อตามวิศวกรที่มีชื่อเสียง (Famous) คนไหน? หากเด็กตอบได้ว่า วิศวกรคนนั้นชื่อ “เจมส์ วอร์เร็น” ปรบมือชมเชย ในความทรงจำที่ดี (Sharp memory) ของเขา แล้วอธิบายว่า ยังมีชนิดอื่นของโครงยึด โดยบางชนิดก่อร่างจากสามเหลี่ยมมุมฉาก (Right angle) อาทิ โครงยึดของฮาว (Howe) และของ แพร็ต (Pratt) และบางชนิดก็ก่อร่างจากสามเหลี่ยมรูปทรงตัวอักษร K หากเด็กสนใจชนิดอื่นๆ ของโครงยึด ลองให้เขาค้นหาในอินเทอร์เน็ต จะพบของโครงยึดที่หลากหลาย (Multitudes)

แหล่งข้อมูล:

  1. Sawah, Rihab and Anthony Clark. (2015). The Everything STEM Handbook – Help Your Child Learn and Succeed in the Fields of Science, Technology, Engineering, and Math. Avon, MA: Adams Media.
  2. James Warren (engineer) - https://en.wikipedia.org/wiki/James_Warren_(engineer) [2017, August 31].
  3. Truss - https://en.wikipedia.org/wiki/Truss [2017, August 31].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน