Тенсегрити

самонапряженный модуль

ЧТо это?

Тенсегрити (англ. tensegrity от англ. tensional integrity — соединение путём натяжения) — принцип построения конструкций из стержней и тросов, в которых стержни работают на сжатие, а тросы — на растяжение.

При этом стержни не соприкасаются друг с другом, но висят в пространстве, а их относительное положение фиксируется растянутыми тросами, в результате чего ни один из стержней не работает на изгиб.

Задача

Имеется несколько стержней и ниток (канцелярских резинок).

Можно ли из них собрать жесткую объемную конструкцию, которая будет сохранять свою форму без внешней помощи и даже способна выдержать падение с небольшой высоты? При этом требуется, чтобы стержни не соприкасались (ни непосредственно, ни «через нитки»).

Подсказка 1

В итоге должна получиться жесткая конструкция из ниток и стержней. Подумайте, каким образом ей могут придать жесткость стержни, а каким — нитки (канцелярские резинки). Каким воздействиям могут противостоять первые, а каким — вторые?

Подсказка 2

Какое минимальное количество стержней понадобится и почему?

Решение

В условии требуется, чтобы стержни не соприкасались. Ясно, что одного стержня не хватит, чтобы собрать требуемую конструкцию, — объему просто неоткуда взяться. Двух тоже мало: чтобы был объем, их придется расположить на скрещивающихся прямых, но тогда понадобится зафиксировать расстояние между этими прямыми, а с помощью одних ниток это сделать не получится. Итак, стержней должно быть не меньше трех. Попробуем тремя и обойтись.

Принцип тот же, что помогает при укреплении высоких мачт, антенн, труб, — использовать растяжки. Кто хоть раз видел такие конструкции, вспомнит, что обычно от них отходят в разные стороны три или четыре сильно натянутых троса, которые позволяют строениям не падать даже при очень сильном ветре. У нас в роли мачт выступят стержни, а в роли растяжек — нитки.

Но за что их закрепить?

Поскольку по условию ничего другого использовать нельзя, то придется закреплять за другие стержни.В итоге должно получиться, что от каждого конца каждого из трех стержней растяжки идут к концам двух других, которые должны перекрещиваться между собой.

Как объяснить детям?

В основе нашей конструкции лежит принцип самонапряжения, или тенсегрити. Стержни работают на сжатие, а тросы (резинки) на растяжение. При этом стержни не соприкасаются друг с другом, но висят в пространстве, а их относительное положение фиксируется растянутыми тросами, в результате чего ни один из стержней не работает на изгиб.

Рис. 1. Схема конструкции: стержни — черные, нитки — красные

Рис. 2. Жесткая конструкция из трех карандашей в виде правильного октаэдра

Что нам понадобится?

1. Три соломинки покрепче, хотя для жесткости можно вставить в них деревянные палочки, проверьте, чтобы палочки легко можно было втолкнуть в соломинки - теперь мы будем называть их стержни.

Размер зависит от длины палочек
Четыре резинки разных цветов (чтобы не запутаться при сборке)
Ножницы или канцелярский нож.

! Также можно использовать карандаши и нитки. (Рис.2) При их использовании рекомендуется закрепить на двух концах каждого карандаша "ограничитель" для предотвращения соскальзывания нитки.