• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Andra
    5 saker Lego -block kan lära om konstruktionsteknik
    Kan dina barn älska Lego -block översätta till ökad kunskap om fysik? Kirsty OConnor - PA Images/PA Images via Getty Images

    Block för block, en plastdel i taget, barn och vuxna runt om i världen tävlar om att bygga planetens högsta Lego -struktur. En ny rekordbrytare, mäter 102 fot (31,09 meter) hög, använt ungefär 500, 000 kvarter för att stiga högt upp i stadens luft [källa:World Records Academy].

    Men för oss som inte vill slå rekord, att bygga även en fothög design tar förutseende. Kommer din struktur att vara balanserad och inte välta? Är basen tillräckligt bred för att stödja den? Kan din Lego -skapelse stå emot naturens krafter - eller till och med familjens katt?

    Att leka och experimentera med Lego sträcker sig längre än barndomens speltid. Faktiskt, dessa block och produkter ger en praktisk möjlighet att lära sig grunderna i konstruktionsteknik , ett område där experter undersöker liknande frågor när de bygger byggnader, broar, bilar, dammar, stadioner och andra stora strukturer.

    Det ultimata Lego-imperiet och verkliga konstruktionsteknik har två saker gemensamt:förståelse för fysik och kreativitet . Så länge du känner till begränsningarna för det material du arbetar med, det kommer att bli färre problem med att trolla fram ditt plastskapande - och kanske andra strukturer när du blir mer avancerad.

    Skala är allt, särskilt om du vill bygga en kopia av ett känt landmärke eller en byggnad. Läs varför skala också är viktigt för ingenjörer på följande sida.

    Innehåll
    1. Bygga i skala
    2. Laddningsbegränsningar
    3. Hur man stärker
    4. Design runt naturen
    5. Spänning och kompression

    5:Bygga i skala

    Att lära sig att bygga i skala är ett av kännetecknen för Lego -klossar. Xinhua News Agency/Xinhua News Agency via Getty Images

    Skalbegrepp är viktiga för både Lego -byggnad och konstruktionsteknik. Trots allt, du vill bygga något som är tillräckligt stort för din leksaksminifigur och hans vänner, höger?

    Väl, samma koncept gäller för ingenjörer som skapar utrymmen som är tillräckligt stora för att rymma ett önskvärt antal människor. Även med tanke på slutresultatet, det finns en viktigare anledning att tänka på skala:det kräver planering och modellering av din struktur innan du tar dig an den riktiga saken - ett måste för konstruktionsingenjörer och arkitekter.

    Säg att du vill bygga en återgivning av Eiffeltornet med Lego -klossar. Innan du samlar det antal bitar du behöver, det är en bra idé att bestämma omfattningen av ditt projekt och hur stort det kommer att bli. Detta gör att du kan skapa kärnan i strukturen med tegelstenarna i mindre skala. Att bygga i skala sätter också byggmaterial i perspektiv, kräver att du erkänner deras begränsningar. Ju större struktur, desto lättare kommer du att införliva kurvor och valv i den, även när du använder rektangulära tegelstenar. Om du är särskilt beredd på utmaningen, du kan använda matematik för att minska tidigare Lego -projekt genom att dela sektioner i mer hanterbara storlekar.

    Himlen är gränsen - även med Lego -produkter. Men är din struktur funktionell? Läs mer på nästa sida.

    4:Belastningsbegränsningar

    Lego -klossar kan hjälpa barnen att bättre se två grundläggande principer som ingenjörer tänker på:statisk lastning och dynamisk lastning. Anton Novoderezhkin/Anton Novoderezhkin/TASS

    Belastningsbegränsningar kan påverka hur konstruktionsingenjörer närmar sig ett visst projekt. Även om termen kanske inte låter bekant, det är i grunden ett sätt att ifrågasätta vad som kommer att hända när vikt eller andra faktorer påverkar en struktur eller ett objekt.

    Genom att använda Lego -klossar, du kan bättre föreställa dig två grundläggande principer som ingenjörer överväger: statisk laddning och dynamisk laddning . Statisk belastning inkluderar vikten och trycket på strukturen medan den är stillastående, medan dynamisk belastning avser hur yttre krafter verkar på strukturen medan den används. Till exempel, varje byggnad har sina fysiska gränser för vad den kan stödja - sin statiska lastkapacitet. Men hur är det med något som är lite mer mobilt - till exempel ett flygplan som är utformat för att rymma passagerare och alltid förändrar flygförhållandena? Ingenjörer måste överväga dessa faktorer för att säkerställa att när ett plan laddas dynamiskt (med människor, och i luften) det är säkert och effektivt.

    För att testa dynamiska belastningsbegränsningar, bygg en Lego -bro och använd sedan en fjärrkontrollbil eller trälådbilar med olika vikt för att titta på hur de påverkar strukturen när de rör sig över den. Spänner en av balkarna under den extra vikten? Att leka med dynamisk laddning är mycket mer effektivt än att läsa om det i en textbok, där vikter och siffror inte är påtagliga.

    Nästa upp, vi ska prata om vad varje seriös Lego -byggare behöver veta.

    3:Hur man stärker

    Designer och konstnär, Yinka Ilori (längst till höger), inspirerar barn att bygga en lekfull stad under en LEGO -workshop. Tristan Fewings/Getty Images för LEGO

    Att veta hur man använder tegel för att förstärka styrkan i en struktur ger dig inte bara en fördel när du använder Lego -produkter, men det kan också hjälpa dig att linda din hjärna runt de komplexa strukturerna i hela ditt Lego -samhälle.

    Låt oss säga att du skapar en pittoresk miniatyrby och inser att en byggnad inte är särskilt stabil och att den välter. När jag tog upp den, du inser att det fortfarande är relativt intakt. Ska du skrota det?

    Inte nödvändigtvis. Se om du kan ge extra stöd genom uppiggande , eller lägga till ytterligare bitar för stöd. För en konstruktör, fackverk, kolumner och balkar bör göra susen, men kontaktpinnar och axlar kommer att ge extra stöd åt hans Lego -motsvarighet. Också, det är klokt att fråga dig själv:Staplade du bitar som inte matchade eller byggde du med samma typ av tegel ovanpå varandra? Att använda samma typer av bitar för stapling är en bra strategi för att göra strukturer mer stabila.

    Geografi och vädermönster påverkar hur ingenjörer skapar en struktur. Hur kan du testa dessa förhållanden med hjälp av Lego -produkter?

    Strukturingenjör kontra arkitekt

    Även om de två yrkena ofta samarbetar, strukturingenjörer och arkitekter utför olika jobb. Ofta, arkitekten kommer med en design och arbetar tillsammans med en konstruktör för att titta på planens säkerhet och effektivitet.

    2:Designa runt naturen

    Barn leker med LEGO byggklossar på LEGOLAND Castle Hotel Grand Opening i Carlsbad, Kalifornien. Daniel Knighton/Getty Images

    Flera tävlingar och visuella experiment har använt Lego -projekt för att modellera fallgropar av konstruktionsteknik under naturliga händelser som jordbävningar. Konkurrenter lär sig hur seismisk belastning , eller den extra påfrestning en byggnad upplever under en jordbävning, påverkar deras småskaliga strukturer.

    Vad både Lego -byggare och konstruktionsingenjörer kollektivt erkänner är att skapa en robust modell - eller till och med en riktig byggnad, för den delen - kräver förståelse för en rad seismiska vågor och de problem de ställer. Eftersom vissa områden i nordväst upplever både låg- och högfrekventa skalv, ingenjörer utmanas att designa byggnadsstrukturer som tål båda.

    För att skapa starkare byggnader som tål skalv, studenter hantverk strukturer med tyngre toppar eller infoga stödstolar mellan golv eller lager av byggnader, ungefär som vad ett konstruktionsingenjörsteam skulle göra. Sedan, de utmanar sina strukturer genom att placera dem i jordbävningssimulatorer för att se vilken design som fungerar bäst. Tanken är att låta naturlig innovation ta fäste, som några projekt presenterar nya idéer som är värda att testa i större skala.

    Vad håller komponenterna i din Lego bridge ihop? Ta reda på vilket konstruktionsteknik du kan leka med i ditt vardagsrum på nästa sida.

    1:Spänning och kompression

    Att bygga vad som helst, oavsett om det är en spänningsbro eller bara en massiv vägg, ur Legos, kommer att lära ditt barn om teknik. BSIP/Universal Images Group via Getty

    Vissa broar verkar som de trotsar fysiken, med massiva bitar upphängd i luften. Det visar sig att samma koncept som gör detta möjligt fungerar även i mindre skala med Lego -projekt hemma.

    Spänning (dragkrafterna på material) och kompression (trycket på material), ge många strukturer en flytande effekt. För Lego -älskare, Du kan försöka avbryta delar av strukturer genom att skapa dina egna valv och broar. Truss broar, särskilt, använd spänning och kompression för att få jobbet gjort. Det är också viktigt att tänka på materialets styvhet, eftersom det kommer att ge mer eller mindre under ytterligare tryck.

    Ursprungligen publicerat:13 sep. 2011

    Mycket mer information

    relaterade artiklar

    • 5 saker Jenga kan lära dig om konstruktionsteknik
    • 5 fantastiska element av grön arkitektur
    • Är stål fortfarande det bästa materialet för att bygga?
    • Vad var den första stålramade skyskrapan?
    • Hur Geodesic Domes fungerar

    Källor

    • Hamilton, Linda. "Friktion och bilbyggande." LEGO Links of Linda Hamilton. 7 april kl. 2001 (17 september, 2011) http://www.marshall.edu/lego/lessonplans/Car1.html
    • Institutionen för strukturingenjörer. "Om konstruktionsteknik:inlärningszonen." (10 september, 2011) http://www.istructe.org/about_structural_engineering/learning_zone/Pages/default.aspx
    • Kuester, Falco, och Tara Hutchinson. "Ett virtualiserat laboratorium för utbildning i jordbävningsteknik." Datorprogram i ingenjörsutbildning. 15, 1. sid. 15-29. 2007 (10 september, 2011) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cae.20091/abstract
    • LEGO Engineering. "Lektionsplan/aktivitet:Robust byggnad." (12 september, 2011) http://www.legoengineering.com/index.php?option=com_community&Itemid=59&c=item&id=235
    • Melchior, Alan, Cohen, Faye, Fräs, Tracy, och Thomas Leavitt. "En utvärdering av de FÖRSTA Robotiktävlingens deltagare och institutionella effekter." April 2005 (10 september, 2011)
    • http://428355761930069868.weebly.com/uploads/6/3/7/1/6371896/first_study.pdf
    • Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley. "Lär dig med LEGO:School-University Partnership (SUP) för utbildning i jordbävningsteknik." (10 september, 2011) http://peer.berkeley.edu/education/learning_lego.html
    • USFIRST.org. "USA FÖRST:Om oss." (10 september, 2011) http://www.usfirst.org/aboutus/vision
    • Vamplew, Peter. "LEGO Mindstorms Robots som en plattform för undervisning i förstärkningslärande." Internationell konferens om artificiell intelligens inom vetenskap och teknik. 2004 (10 september, 2011) http://eprints.utas.edu.au/104/
    • Wang, Eric, LaCombe, Jeffrey, &Rogers, Chris. "Använda LEGO Bricks för att genomföra tekniska experiment." Proceedings of the American Society for Engineering Education årliga konferens och utställning 2004. 2004 (10 september, 2011) http://soa.asee.org/paper/conference/paper-view.cfm?id=20495
    • World Records Academy. "Högsta LEGO -torn:Brasilien -barn sätter världsrekord." 11 april kl. 2011 (10 september, 2011) http://www.worldrecordsacademy.org/biggest/tallest_LEGO_Tower_Brazil_children_sets_world_record_112203.html
    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com