หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 64 – การสร้างสะพาน (1)

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


การสร้างสะพาน

การเห็นสะพานเป็นเรื่องธรรมดาที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันสำหรับคนส่วนมาก เมื่อข้ามแม่น้ำหรือเส้นทางน้ำ (Waterway) เราต้องขับรถไปตามสะพาน หรือเราอาจจะเดินไปตามสะพานที่ผู้คนใช้ข้ามระหว่างอาคารในโรงพยาบาล หรือบริษัทขนาดใหญ่ (Complex) และบางครั้งเราอาจเห็นสะพานคนเดิน (Pedestrian bridge) ตามทางธรรมชาติ (Nature trail) ที่ข้ามลำธาร (Stream)

สะพานมักจะถูกค้ำจุนโดยโครงยึด (Truss) อันเป็นโครงสร้างที่ก่อร่าง (Form) จากการเชื่อมโยงของนานาส่วน (Segment) ของสามเหลี่ยมที่ทำจากโลหะหรือไม้ รูปทรง (Shape) สามเหลี่ยมจะกระจาย (Distribute) ภาระ (Load) ได้ง่ายกว่ารูปทรงอื่นๆ ทางเรขาคณิต (Geometric) โครงยึดส่วนมากมี 2 มิติ แต่ในการสร้างสะพานจะมี 3 มิติ จึงต้องรวม (Incorporate) โครงยึดเข้าไปในการออกแบบสะพาน

โครงยึดทั้งหมดของสะพานเสาหลัก (Pillar) หรือสะพานแขวน (Suspended) ล้วนอาศัยโครงยึดซึ่งค้ำจุนโครงสร้างที่รับภาระ (Load-carrying) ไม่ว่าจะเป็นสะพานชนิดไหน ในรูปแบบ (Style) และจุดประสงค์ใด หรือสะพานค้ำจุนผู้คน ยานพาหนะ (Vehicle) หรือรถไฟบรรทุกสัมภาระ (Freight train)

การออกแบบที่ง่ายสุดสำหรับโครงยึดคือ โครงยึดวอร์เร็น (Warren truss) แม้การออกแบบสะพานจะเป็นสิ่งง่าย แต่การที่จะสามารถรับภาระขนาดใหญ่เป็นสิ่งอัศจรรย์ เราเองก็สามารถสร้างสะพานอย่างง่าย โดยการสร้างโครงยึดวอร์เร็น 2 อัน เชื่อมด้วยทางเดิน (Walkway) เราสามารถค้นหาว่า สะพานที่เราสร้างจะแข็งแกร่งแค่ไหน โดยใช้ตาชั่งกระเป๋าเดินทางในการทดสอบว่าสะพานของเราสามารถค้ำจุนแรง (Force) ของเราได้มากน้อยเพียงใด

ลองหาวัสดุทดลองต่อไปนี้ – ถุงที่เต็มไปด้วยไม้ไอศกรีม (Popsicle stick) ปืนกาว แท่งกาว (สำหรับปืนกาว) ถุงมัดสายเคเบิ้ล (Cable tie) กรรไกร ตาชั่งกระเป๋าเดินทางระบบดิจิทัล และเชือกไนล่อน (Nylon) ที่ขมวดเกลียวโดยมีเส้นผ่าศูนย์กลาง (Diameter) 0.5 นิ้ว และความยาว 2 ฟุต

ขั้นตอนปฏิบัติ (Procedure) เริ่มต้นด้วยการสอนให้เด็กใช้ปืนกาว แล้วให้เขาก่อร่างสามเหลี่ยมโดยทากาวให้ปลายไม้ไอศกรีมทั้ง 3 แท่ง ยึดติดเป็นรูปทรงสามเหลี่ยมด้วยการใช้ปืนกาวยิงทีละปลาย จากนั้นบอกให้เด็กเพิ่มไม้ไอศกรีมแท่งที่ 4 ใช้ปืนกาวยิงยึดติดมุมบนไปตามแนวราบ (Horizontal) ต่อด้วยแท่งที่ 5 ให้บรรจบเป็นสามเหลี่ยมหัวคว่ำ

บอกให้เด็กเพิ่มไม้ไอศกรีมแท่งที่ 6 โดยใช้ปืนกาวยิงยึดติดมุมล่างไปตามแนวราบ (Horizontal) ต่อด้วยแท่งที่ 7 ให้บรรจบเป็นสามเหลี่ยมหัวหงาย แล้วดำเนินซ้ำต่อไปเรื่อยๆ จนใช้ไม้ไอศกรีมหมดไปทั้ง 19 แท่ง เป็นรูปแบบ (Pattern) เดียวกัน จากนั้นก็ให้เด็กทำตามขั้นตอนปฏิบัติซ้ำจนได้ชุดที่ 2 ของโครงยึดวอร์เร็น ด้วยไม้ไอศกรีมอีก 19 แท่ง เพื่อก่อร่างให้เป็น 2 ด้านของสะพานเดียวกัน แล้วใช้ในการประกอบ (Assembly) จนสำเร็จรูป

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. How to Build a Bridge for a School Project - https://snapguide.com/guides/build-a-bridge-for-a-school-project/ [2017, September 14].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน