Bạn có quen thuộc với vật lý + kiến ​​trúc không?

Nhà tôi được xây dựng theo đúng những quy luật kiến ​​trúc khắt khe nhất. Bản thân Euclid có thể học được từ hình học tổ ong của tôi. Con Ong (Nghìn Lẻ Một Đêm)

Thân treo như một sợi xích dẻo, khi lộn ngược có hình vòm. Robert Hooke

Bất kỳ âm thanh nào được tạo ra trong tòa nhà đều tồn tại khá lâu sau khi nguồn phát xong; do có nhiều phản xạ

kết hôn, anh ấy đi dạo quanh các tòa nhà nhiều lần… Robert Wood Symmetry… là một ý tưởng mà con người đã cố gắng trong nhiều thế kỷ để giải thích và tạo ra trật tự, vẻ đẹp và sự hoàn hảo. Hermann Weil Lúc đầu, khi chúng tôi lấy mô hình một thánh đường làm từ diêm thật và Trái đất thật, mọi thứ đều ổn và ổn định. Nhưng sau đó, khi chúng ta mở rộng thánh đường, chúng ta phải phóng to Trái đất!.. Richard Feynman

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

VẬT LÝ + KIẾN TRÚC

Khi nói đến kiến ​​​​trúc, như một quy luật, điều đầu tiên bạn nghĩ đến là một loạt các hình ảnh hài hòa, cổ điển, người ta có thể nói, những hình ảnh lưu niệm - cung điện, điền trang, thánh đường. Nhưng đây chỉ là một khía cạnh thẩm mỹ của một lĩnh vực hoạt động đa dạng của con người như kiến ​​​​trúc. Một mặt khác, có lẽ không quá cao siêu, trần thế của nó là sự thể hiện các kế hoạch của kiến ​​trúc sư, đòi hỏi đào tạo kỹ thuật và kỹ thuật kỹ lưỡng, kiến ​​thức về tĩnh học và âm học, trắc địa và thủy lực, khoa học vật liệu và kỹ thuật chiếu sáng. Thật là một nghề độc đáo - một kiến ​​​​trúc sư! Và để thành thạo nó, bạn sẽ phải học không chỉ vẽ và vẽ mà còn phải phát triển trí tưởng tượng không gian - và đây là hình học, có khả năng tính toán - và đây là đại số và phân tích toán học, cũng như giải các bài toán vật lý - chúng ta sẽ ở đâu nếu không có nó! – bài toán. Có khá nhiều trong số chúng nằm rải rác trong tất cả các phần của khóa học vật lý ở trường; tất cả những gì được yêu cầu là lấy mẫu thích hợp.

Câu hỏi và bài toán

1. Tại sao ở các nước nóng, chẳng hạn như Iran, người ta đặt các tòa nhà truyền thống $группами?^{2.}$ Những tòa nhà cao tầng có lỗ thông ở tầng trệt không phù hợp với những khu vực nhiều gió. Tại sao?

2. Khi thiết kế cầu đường sắt, một đầu giàn thép được cố định, đầu kia đặt trên xe đẩy đang di chuyển. Ý nghĩa của điều này là gì $операции?^{4.}$ Mật độ của nhựa xốp dùng để cách nhiệt rất khác nhau tùy thuộc vào thể tích lỗ chân lông của nó. Độ dẫn nhiệt của xốp polystyrene có phụ thuộc vào $плотности?^{5.}$ Tại sao máy hút mùi trong bếp lại nằm ở vị trí $потолка?^{6.}$ Tia hồng ngoại có xuyên qua kính tốt không? Còn tia cực tím thì sao? Điều này có vấn đề gì nếu kính được sử dụng trong xây dựng $зданий?^{7.}$ Tại sao các bể chứa dầu ở các doanh nghiệp lớn hầu như luôn được làm hình trụ (và đôi khi thậm chí là hình cầu), chứ không phải ở dạng hình khối, chẳng hạn như hình khối, sẽ tốt hơn về mặt công nghệ $удобнее?^{8.}$ Một số kim tự tháp giống hệt nhau có đáy hình vuông được làm bằng vật liệu có mật độ 1,5 g $см^{3}$. Từ những thứ này, bạn có thể lắp ráp một khối lập phương có chiều dài cạnh 4 cm sao cho không có lỗ rỗng bên trong nó. Khối lượng của một tháp truyền hình $пирамидки?^{9.}$ Ostankino, cao 540 mét, có khối lượng (không có móng) hơn 30 nghìn tấn, và đỉnh của nó dao động với biên độ vài mét khi trời có gió. Điều gì mang lại sự ổn định cho tòa tháp?

10. Tháp Eiffel cao 300 mét và nặng 7.200 tấn. Mô hình của tòa tháp cao 30 cm này sẽ có khối lượng bao nhiêu, được làm bằng chất có mật độ nhỏ hơn 3 lần so với mật độ của vật liệu $башни?^{11.}$ Được xây dựng cách đây gần 2000 năm, mái vòm của đền Pantheon La Mã có đường kính 43,2 mét và trọng lượng của nó là 4535 tấn. Làm thế nào có thể phân phối nội bộ $давление?^{12.}$ Năm 1985, trong một trận động đất mạnh ở Thành phố Mexico, các tòa nhà cao 7–8 tầng đã bị phá hủy, mặc dù các tòa nhà 4–5 và 10–12 tầng vẫn còn nguyên vẹn. Làm thế nào điều này có thể được giải thích?

Kinh nghiệm vi mô

Bạn có thể (rất cẩn thận!) đặt chân bàn lên bốn quả trứng gà sống không? Để đảm bảo sự ổn định của vị trí thẳng đứng của trứng, trước tiên chúng phải được trang bị các vòng cao su hoặc nhựa từ bên dưới. Chúng ta hy vọng rằng nếu thí nghiệm thành công thì nó đã xác nhận điều gì?

Thật thú vị rằng…

… sự phát triển của các thành phố đòi hỏi phải xây dựng các công trình cấp và thoát nước. Rất lâu trước kỷ nguyên mới, thành phố Mohenjo-Daro bên bờ sông Indus đã có hệ thống cấp nước và hệ thống thoát nước để xả nước mưa, còn Hy Lạp thì nổi tiếng với các nhà tắm công cộng có hệ thống ống nước hoàn hảo. … Galileo đã có thể hiểu rằng độ bền của vật liệu không thay đổi tỷ lệ thuận với kích thước của chúng. Ông đã bị sốc trước phát hiện của mình đến mức coi nó cũng quan trọng như việc phát hiện ra các định luật về chuyển động. …Nhà vật lý người Pháp Edme Mariotte, quen thuộc với học sinh về một trong các định luật khí, cũng nghiên cứu lý thuyết uốn cong của dầm, sửa đổi nghiên cứu của Galileo, và trong khi thiết kế hệ thống cấp nước cho Cung điện Versailles, ông đã nghiên cứu độ bền kéo của đường ống. … nhà khoa học vĩ đại người Anh Robert Hooke cũng là một kiến ​​trúc sư tài năng - một số công trình công cộng được xây dựng theo thiết kế của ông. Và một khám phá quan trọng liên quan đến việc sử dụng các đường cong chuỗi trong kiến ​​trúc (xem phần ngoại văn) đã được ông thực hiện vào năm 1671. … nhà vật lý lỗi lạc John Rayleigh đã chứng minh vào năm 1877 rằng bài toán các dao động của một hệ thống phức tạp có thể được quy giản thành việc nghiên cứu các dao động với một bậc tự do. Được cải tiến sau này, phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong lời giải bài toán lý thuyết về cấu trúc. …các nhà xây dựng và kiến ​​trúc sư từ lâu đã sẵn sàng xây nhà trên cát. Và vào năm 1885, nhà vật lý người Anh Osborne Reynolds đã giải thích khi nào và tại sao các hạt cát đạt đến trạng thái dày đặc nhất và đất có được tất cả các đặc tính của một vật thể rắn. … việc sử dụng các cấu trúc hình vòm đã giúp tạo ra những công trình kiến ​​trúc khổng lồ vào cuối thế kỷ 19. Ví dụ, đối với Triển lãm Thế giới Paris năm 1889, Cung điện Máy móc đã được xây dựng - vào thời điểm đó là tòa nhà lớn nhất về nhịp, chiếm diện tích 421 x 115 mét trong quy hoạch. …một trong những biểu tượng kiến ​​trúc dễ nhận biết của Moscow là tòa tháp cao 150 mét, được xây dựng theo thiết kế của kỹ sư và nhà khoa học V.G. Shukhova. Thiết kế của nó bao gồm sáu phần được lắp ráp từ các dầm thép thẳng nằm dọc theo các đường dẫn của hyperboloid. … trong vài thập kỷ qua, một nhánh kiến ​​trúc mới đã xuất hiện, liên quan đến lý thuyết và thực tiễn thiết kế và xây dựng môi trường sống ngoài không gian. Trước hết, đây là sự phát triển của khái niệm trạm quỹ đạo và tàu khám phá Mặt trăng và Sao Hỏa.

Nên đọc gì trong «Kvant» về sự kết hợp giữa vật lý và kiến ​​trúc

(ấn phẩm những năm gần đây) 1. “Ở đây tiếng vỗ tay lặng lẽ” – 2016, số 3, tr. 34; 2. Kính vạn hoa «Kvant» – 2019, số 2, tr. 32; 3. “Tháp Shukhov” ​​- 2022, số 3, tr. 2; 4. “Tháp Tolya Vtulkin” – 2022, số 9, tr. 26; 5. “Frieze” – 2023, số 2, tr. 2.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị