Design og bygg ei bru

Det kan vere lurt å lage ein trekant- og ein firkantmodell (fig. 1) for å vise kva forskjell konstruksjonen gjer. Vi merkar at firkanten lett klappar saman når vi belastar den, mens trekantmodellen held fasongen sjølv om den blir utsett for trykk. I konstruksjonar ser vi ofte trekantforma, nett fordi trekantkonstruksjonar er meir stabile enn firkantkonstruksjonar.

Fig 1a Ein trekantmodell Fig 1b Ein firkantmodell

I konstruksjonar er omgrepa trykk- og strekkrefter sentrale. Ein modell av ein takstol som ber taket på eit hus (fig. 2) kan lagast av to pinnar og ein strikk. Når du trykkjer på toppen (som modell på at det er ein last på taket, f.eks. snø), verkar trykkrefter i takbjelkane (pinnane) og strekkrefter i den vassrette drageren (strikken). 

Ein enkel illustrasjon av kreftene i ein trekantkonstruksjon

Bruene kan byggjast av grillpinnar, ispinnar eller spagetti. Grillpinnar kan bindast saman ved hjelp av blomstertråd eller limast med limpistol. Ispinnar og spagetti kan limast. Pinnane blir smidige og kan bøyast dersom dei blir lagde i vatn på førehand.

På tur i nærmiljøet eller ved å biletsøkje på nett kan elevane finne trekantkonstruksjonar i mast, kraner, takstolar, bruer osv. Kuba bru (sjå bilete) over Akerselva i Oslo har tømmerstokkar i trekantkonstruksjonen. Ved belastning av brua vil tømmeret utsetjast for trykkrefter, noko tømmeret klarer å stå i mot. Den loddrette kjettingen vil derimot strekkjast når brua blir belasta. Ein kjetting ville ikkje klart å stå i mot trykk. Slik ser vi at materialval heng saman med kva krefter som verkar kor.

Ei praktisk tilnærming til brubygging kan vere at elevane skal konstruere ei gangbru over vegen ved skulen eller over elva. Då kan det vere aktuelt med ei 3D-teikning. Små grupper av elevar kan arbeide saman, der nokre er arkitektar og nokre ingeniørar.

Gruppene konkurrerer med kvarandre i ein tilbodskonkurranse. Eit godt tilbod må ha gode teikningar. Det er ikkje nok at elevane skjønar teikningane sjølv, teikningane skal også bli forstått av teknisk etat i kommunen. Derfor må tilbodet ha med gode forklaringar som grunngir og utdjupar dei vala som er gjorde.

For å trekkje inn rekneferdigheiter, kan elevane berekne kva brua kjem til å koste. Fastset ein pris for kvar pinne og for kvar samanbinding. Ved å leggje vekt på at brua skal vere så rimeleg som mogeleg, vil elevane måtte avgrense materialbruken. Dette reduserer sløsing, samtidig med at ulike konstruksjonsmåtar blir viktigare enn materialtjukkleik.

Spesielt for ungdomstrinnet:

Designprogram som West Point Bridge Designer (WPBD) eignar seg godt i planleggingsfasen av eit bruprosjekt. Elevane vel utforming av brua si og kan teste den i programmet før dei byggjer den. Programmet er på engelsk. Sjå neste artikkel for ei innføring i programmet.

Du kan starte i klassa med ein introduksjon på 10 minuttar om WPBD, før elevane gjer seg kjent med funksjonar, nedtrekksmenyar m.m. Deretter konstruerer alle elevane ei bru med gitt lengde (4 eller 8 m). Med priskalkulatoren kan elevane konkurrere om den billigaste brua som held. Elevane skriv ut konstruksjonsskissa som blir utgangspunktet for sjølve brubygginga. Arbeidet med WPBD tek ca. 1 skuletime på ungdomstrinnet.

Ungdomstrinnselevar kan utarbeide sin eigen kravspesifikasjon for brua, f.eks. kva den skal tole av belastning og korleis den skal tilpassast omgivnadene. Dei kan sjølv velje materiale og teste ut eigenskapane til ulike materiale. Etter testing av brua er det eit viktig moment at elevane reflekterer over korleis brua kan bli enda betre.