Taller: Estructures resistents amb paper

OBJECTIUS

L’objectiu d’aquesta pràctica és observar la resistència de les estructures triangulades fent servir materials que, a priori, no semblen ser resistents, com ara el paper .

“Tombats pel vent”

MATERIAL NECESSARI

Per a la realització d’aquesta pràctica faran falta:

• • Fulls de paper de mida DIN A4 per reciclar o reciclats

  • Cola blanca

  • Cola termofusible

  • Cinta adhesiva

  • Tisores

  • Escaire

  • Bàscula

  • Fullola de fusta de 100 x 50 cm

REALITZACIÓ DE LA PRÀCTICA

Es tracta de muntar una torre de mínim tres pisos d’alçada fent servir barres de paper reciclat com a elements de construcció de l’estructura. Els passos a seguir són els següents:

Construcció de les barres de paper

Abans de començar el teu muntatge, et pot ser d’útil mirar el següent vídeo on es mostra com es confeccionen les barres de paper: construcció d’una estructura de barres de paper

Cada una de les barres es construeix a partir d’un full DIN A4. Per a fer-ho has de:

• 1. Enrotllar el full començant per una de les seves cantonades, fins que hagis creat una barra cilíndrica en forma de tub.

  2. Fixar el centre de cada barra amb cola blanca per tal que no es desenrotlli.

  3. Retallar els extrems de cada barra per tal que quedin rectes i igualats

Hauràs de construir un total de:

• • Quatre barres per a les bases de cadascun dels pisos

  • Vuit barres per aixecar cada pis:

    • Quatre barres verticals

    • Quatre barres diagonals

Per tant, per a una torre de tres pisos d’alçada faran falta:

Construcció de la torre

Bases: N’has de construir tres (per a una torre de 3 pisos)

Per a cada base hauràs d’unir quatre barres formant un quadrat.

• 1. Tal com s’explica en el punt 1, confecciona quatre barres de paper de 20 cm cada una.

  2. Verifica que totes les barres siguin iguals. Si no és així, fes les modificacions necessàries.

  3. Amb el pegament termofusible, uneix-les pels seus extrems formant un quadrat. Per assegurar-te que estàs unint les barres amb l’angle correcte, ajuda’t amb un escaire, tal com es mostra.

  4. Reforça les unions amb cinta adhesiva.

Observació: Es recomanable muntar totes les bases a la vegada. Cada vegada que en muntis una de nova, cal que la comparis amb les anteriors per verificar que són iguals. Si no ho són, fes les modificacions necessàries fins aconseguir-ho.

Barres per aixecar els pisos:

Cada pis consta de quatre barres verticals i quatre barres diagonals. De la mateixa manera que ho has fet per les barres horitzontals:

• • Barres verticals --> Confecciona 12 barres de 15 cm de longitud. No oblidis verificar que totes són iguals

  • Barres Diagonals --> N’hauràs de confeccionar un total de 12. Per conèixer la longitud de les balles diagonals:

    • En un full de paper, dibuixa una barra de la base ( de 20cm) i una vertical (15cm) formant un angle de 90o.

    • En un color diferent, traça la recta diagonal que uneix l’extrem de cadascuna de les barres. La longitud d’aquesta recta és la corresponent a la de les barres diagonals de la teva estructura.

Recorda verificar que la longitud de totes les barres diagonals és la mateixa.

Muntatge de la torre:

Un cop hagis confeccionat i verificat totes les barres pels laterals, per muntar la torre procedeix de la següent manera:

• 1. Amb la cola termofusible:

     1. En una de les bases que has muntat a l’apartat a. enganxa dues barres verticals.

     2. Enganxa la barra diagonal corresponent al costat

     3. Repeteix els apartats anteriors fins haver muntat els quatre costats del pis corresponent.

     4. Col·loca i enganxa la següent base en la part superior del pis que acabes de muntar

  2. Reforça les unions amb la cinta adhesiva

  3. Repeteix el procés fins haver muntat els tres pisos

Observació: Tingues cura en no excedir-te amb la quantitat de cinta adhesiva emprada per reforçar les unions de les barres.

El resultat final ha de ser una torre de tres pisos amb estructura triangulada, com el que indica la següent figura:

Prova de resistència a la compressió:

Un cop hagis muntat la torre de 3 pisos observa la seva resistència a la compressió:

Arreplega uns quants objectes amb base plana que puguis fer servir per carregar la torre (per exemple llibres de text, paquets de fulls, plaques de fusta...). Fent ús de la bàscula, mesura i anota el pes de cadascun dels objectes. Omple la següent taula amb les dades:

Carrega la torre amb els objectes:

• 1. Col·loca un dels objectes sobre la torre. Observes alguna deformació de les barres?

  2. Dibuixa la teva estructura, tot indicant la direcció i el sentit de les forces externes que hi actuen sobre quan la carregues.

  3. Fins que observis que l’estructura de la barra es comença a deformar, segueix carregant la barra posant un altre objecte a sobre de l’anterior, de manera que s’aguantin en equilibri, sense haver-los de subjectar.

  4. Un cop observis que l’estructura comença a patir una deformació, retira amb compte tots els objectes abans que la torre es deformi permanentment (encara l’hauràs de fer servir per un altre experiment). Anota el pes total que ha aguantat la barra abans de començar a deformar-se.

Resultats de l’experiment:

• 1. Quin és el tipus d’esforç que ha actuat sobre l’estructura? Raona la teva resposta.

  2. Quin ha estat el pes total que ha resistit l’estructura de paper abans de començar a deformar-se?

  3. Esperaves aquest resultat? Per què?

  4. Explica les conclusions sobre la realització de la pràctica i les teves observacions.

  5. Compara els teus resultats amb els dels teus companys i companyes. Com són? Per què? Quines conclusions en treus?

4. Muntatge d’un objecte quotidià

Acabes d’observar la resistència a la compressió d’una torre construïda a partir de barres de paper. Hi ha molts objectes quotidians que contenen estructures verticals que suporten esforços de compressió.

Com creus que l’ús de més d’una estructura resistent afectarà en la resistència a la compressió d’un objecte? Anem a provar-ho!

• 1. Junteu-vos amb tres grups més de treball i ompliu la següent taula amb les dades corresponents.

• 1. Quina és l’estructura que ha suportat més pes abans de deformar-se? Quin és el seu valor? Observeu les diferents torres. Per què creieu que unes estructures han aguantat més que altres? Raoneu la vostra resposta les quatre torres i la fullola de fusta, munteu una taula.

  2. Quina és la figura geomètrica que formen les quatre torres disposades en forma de potes de la taula? Carregueu la nova estructura amb el triple de pes que el màxim suportat per cadascuna de les estructures individualment.

  3. Observeu alguna deformació? Quina explicació té el fenomen observat?

  4. Feu un croquis de l’estructura de la taula, tot indicant les forces que hi actuen.

  5. Explica per què creus que la nova estructura amb quatre torres suporta més pes que les torres individualment. Podríeu prescindir d’alguna de les potes de la vostra taula i aquesta seguiria sent estable.

  6. Com ho faríeu? Munteu la vostra proposta i feu-ne un croquis.

  7. Formant quina figura geomètrica heu disposat les torres per a que funcioni?

QUESTIONARI FINAL

• 1. Què hem aconseguit enrotllant els fulls de paper en forma de tubs?

  2. Per què creus que és necessari comprovar les dimensions de les bases i de les barres d’igual característica mentre es va muntant l’estructura i no en finalitzar-la? Què podria passar si no es fessin aquestes comprovacions?

  3. Amb quina part del procés tecnològic està relacionada la pregunta anterior?

  4. Quin és l’únic polígon indeformable que pots muntar en una estructura fent ús de barres com a element estructural?

  5. Quines són les tres condicions que ha d’acomplir una estructura per a que funcioni bé?

  6. Com creus que podries augmentar la resistència de l’estructura de paper que has construït?

  7. Què és l’estabilitat d’una estructura?

  8. Indica tres condicions necessàries per a que una estructura sigui estable.

Creat per:

ESTRUCTURES RESISTENTS AMB PAPER. Rosana Fernàndez Ruiz