Физика и архитектура.

ФИЗИКА И
архитектура

Архитектурой называют не только систему
зданий и сооружений, организующих
пространственную среду человека, а самое
главное- искусство создавать здания и
сооружения по законам красоты. Слово
«Архитектор» в переводе с греческого означает
«главный строитель». Сама архитектура
относится к той области деятельности
человека, где особенно прочен союз науки,
техники и искусства. Недаром основная задача
архитектуры звучит как ее девиз : польза,
прочность, красота

В основе выбора архитектурной композиции
лежат данные многих наук : надо учитывать
назначение сооружения, его конструкцию,
климат местности, особенности природных
условий и т.д. Среди всех этих наук физика
занимает важное место , которое особенно
возросло в современной архитектуре и
строительстве.
• Прекрасной вертикальной иглой взметнулась
к небу 553-метровая Останкинская башня в
Москве. У основания башня опирается
десятью железобетонными «ногами» в
кольцевой фундамент с внешним диаметром
74 метра , заложенный в грунт на глубину
4,65м. В строительстве такой фундамент,
несущий 55 000 т бетона и стали , - достижение
феноменальное, обеспечивающее
шестикратный запас прочности на
опрокидывание . На изгиб запас прочности
был выбран двукратный. И это не случайно,
так как амплитуда колебаний при сильном
ветре достигает 3,5 метра! Для башни, кроме
ветра , « врагом» стало и солнце. Из-за нагрева
с одной стороны корпус башни переместился у
вершины на 2,25 метров, но 150 остальных
тросов удерживают ствол от искривления.
Особую выразительность и стройность такое
грандиозное и грациозное сооружение
приобрело потому, что башня сооружена без
расчалок и дополнительных креплений.

Еще в наставлениях древним зодчим
указывалось: «на устройство подошвы и
поддела ни трудов, ни иждивения жалеть не
должно». Это и понятно, ведь фундамент
здания – это в полном смысле слова его основа.
Расчеты фундаментов основаны прежде всего
на учете силы давления на грунт!
ОПЫТ 1. ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ
ДАВЛЕНИЯ ОТ ВЕСА ТЕЛА И
ПЛОЩАДИ ЕГО ОПОРЫ

Одно из самых красивых и величественных
зданий Санкт-Петербурга – Исаакиевский
собор – каждый год оседает на 1 мм. В 70-х гг.
знаменитый музей был надолго закрыт на
реставрацию : проводилась работа по
предупреждению оседания здания. Для
уплотнения фундамента в него заложили
раствор смеси бетона с жидким стеклом. В
таких смесях особую роль играет трение и
вязкость материалов. Физика изучает законы
Опыт 2. Зависимость силы
трения от качества
трущихся поверхностей.

До изобретения связующего раствора
приходилось очень простыми инструментами
обтесывать и шлифовать, а потом с
удивительной точностью подгонять друг к
другу огромные каменные глыбы. Недаром
архитектуру древнего мира называют
монументальной каменной архитектурой.
Пирамиды и храмы Египта, дворцы Персии и
Индии поражают не только своим величием и
грандиозностью. В них много неразгаданных
тайн. Вот одна из них. В Малой Азии, недалеко
от Сирийской пустыни, высоко в горах
Антиливана, вокруг храма солнца находится
Баальбекская веранда. Она сложена из
цельных плит объемом 400! Какова же масса
этих плит? Могли ли древние с помощью своих
несовершенных орудий труда поднять эти
глыбы на такую высоту? Не один современный
кран не справится с этой задачей. Загадка
веранды еще не разгадана. В наше время на
помощь строителям приходит авиация. Чем
выше архитектурное сооружение , тем строже
требования к его устойчивости.
ОПЫТ 3. ПРОВЕРКА ПРАВИЛА МОМЕНТОВ
СИЛ, НАХОДЯЩИХСЯ В РАВНОВЕСИИ.
ОПЫТ 4. ВЫЯСНЕНИЕ УСЛОВИЯ
УСТОЙЧИВОСТИ ТЕЛА,
ИМЕЮЩЕГО ПЛОЩАДЬ ОПОРЫ.
ОПЫТ 5. ДЕЙСТВИЕ НЕВАЛЯШКИ ИЛИ
ВАНЬКА-ВСТАНЬКИ.

Инженерные расчеты авторов Останкинской
телебашни утверждали, что она очень
устойчива. Огромная полукилометровая башня
была построена по принципу неваляшки : три
четверти всего веса башни приходится на одну
девятую ее высоты. Вся основная тяжесть
сосредоточена внизу у основания. Требуются
колоссальные силы, чтобы заставить упасть
такую башню.

Среди исторических памятников в некоторых городах
Европы и Азии сохранились до наших дней так
называемые «падающие» башни. Такие башни в городах
Пизе, Болонье, есть они в Афганистане и других местах. В
течение нескольких веков на площади в Болонье стоят две
башни. Они наклонны и кажутся весьма неустойчивыми.
Меньшая из башен, построенная в 1112 году имеет 49м
высоты и вершину, отклоненную от вертикали на 2,4м.
Высота другой башни 49 м, а вершина ее отклонена на 1,23
м от вертикали. Нет данных, по которым возможно было
установить, почему башни имеют наклонное положение.
Может быть в таком виде они были выстроены с самого
начала, осуществляя затейливую идею средневекового
архитектора , рассчитывающего наклон башен так, что за
многие годы падения «падающих» башен не произошло. Не
исключена возможность, что башни вначале были
прямыми, затем уже наклонились при одностороннем
оседании почвы, как это произошло с одной из колоколен в
Архангельске.

Прочность конструкции во многом зависит
от ее формы. Принцип «сопротивляемости
конструкции по форме» архитекторы
заимствовали у природы. Интересное
инженерное решение нашли строители в
простом курином яйце. В Дакаре, столице
Сенегала, проектировали здание театра,
внутри которого должно не должно было
быть ни одной колонны, ни одной, даже
декоративной, опоры, - все здание должно
было представлять собой огромную, пустую,
тонкую железобетонную скорлупу,
покоящуюся на специальном фундаменте.
Когда все расчеты были закончены,
оказалось, что запроектированной
конструкции явно не хватало прочности.
Между тем яичная скорлупа стояла
спокойно. В чем же дело? Пришлось
обычное куриное яйцо подвергнуть
тщательному изучению. Установили, что
его прочность достигается тонкой и
эластичной пленкой-мембраной. Этим
решили воспользоваться строители. Только
мембрана была изготовлена не из куриного
материала, а из армоцемента..

Итак, как мы смогли убедиться –
архитектор не просто художник дома!
Это еще и человек знающий законы
физики! Ведь, задача архитектора не
только красота! Но еще и прочность и
польза!
Презентацию готовила
 Хорунжая Анна
 РУКОВОДИТЕЛЬ Климова В.В.
 Учитель-физики МОУ- СОШ №26
