Silné špirálové tvary
https://unsplash.com/photos/several-people-walking-on-stairs-DtzJFYnFPJ8
Preskúmajte štrukturálnu stabilitu v prírode a jej uplatnenie v ľudskom dizajne. Žiaci budú skúmať, ako špirálové usporiadanie prispieva k pevnosti a stabilite, čo je jav často pozorovaný v prírode, napríklad v mušliach. Táto aktivita povzbudzuje žiakov, aby si vytvorili spojenia medzi špirálovými usporiadaniami v prírode a ich potenciálom inšpirovať ľudské inovácie a návrhy.
Vek: 9-12 rokov
Trvanie: 30 minút
Prepojenie na biomimikry:
Táto aktivita je cvičením biomimikry, ktoré skúma štrukturálnu stabilitu v prírode prostredníctvom špirálového usporiadania a spája ju s ľudským dizajnom. Žiaci vytvárajú stĺpy rôznych tvarov, ukladajú na ne knihy a pozorujú, ako tvar ovplyvňuje pevnosť konštrukcie. Kruhový stĺp sa ukáže ako najstabilnejší vďaka rovnomernému rozloženiu napätia - špirály v prírode fungujú rovnako. Spojením týchto pozorovaní aktivita ilustruje, ako môžu konštrukčné stratégie prírody inšpirovať odolnejšie ľudské inovácie a návrhy.
Detaily aktivity:
Pomôcky a materiály
- aspoň tri hárky papiera na skupinu žiakov
- silné lepidlo alebo lepiaca páska
- hromada kníh približne rovnakej veľkosti a hmotnosti
- pravítko alebo meracie pásmo
Opis
Špirálové usporiadanie je veľmi pevné a stabilné. Predstavte si schodisko, ktoré stúpa do veže. Keby bolo schodisko len rovné, bolo by nestabilnejšie a v takej výške by sa mohlo ľahko zrútiť. Ak by však bolo schodisko usporiadané do špirály, bolo by oveľa pevnejšie a stabilnejšie, pretože váha schodiska by sa rovnomerne rozložila na každý stupeň. Preto sa špirálový vzor často vyskytuje v prírode, napríklad v mušliach. Pomocou nasledujúcej aktivity si overte, aké pevné sú špirály.
- Každej skupine žiakov prideľte tri hárky papiera, silné lepidlo/pásku a hromadu kníh približne rovnakej veľkosti/váhy.
- Dajte žiakom pokyn, aby zrolovali/preložili kúsky papiera do stĺpcov s tromi rôznymi tvarmi: trojuholník, štvorec a kruh. (Tu si môžete pozrieť návod na aktivitu - this video).
- Žiaci položia stĺpce zvisle na stôl a postupne na ne ukladajú knihy. Spočítajte počet kníh, ktoré unesie každý z týchto stĺpcov.
- Na stĺpec v tvare kruhu sa zmestí najviac kníh (zďaleka). Prečo je to tak?
Vo všeobecnosti platí, že valcový tvar z rovnakého materiálu rozkladá napätie rovnomernejšie po celom svojom povrchu v porovnaní s tvarmi s rohmi, ako sú štvorce a trojuholníky. Je to preto, že rohy sú miestami koncentrácie napätia, čo môže viesť nakoniec k poruche konštrukcie. Naproti tomu valcový tvar umožňuje rovnomernejšie rozloženie napätia po celom povrchu, vďaka čomu môže byť odolnejší voči deformácii a poruche. Podobne fungujú aj špirály.