Презентация по физике "Физика в архитектуре"

Задачи:

В своей работе я попытаюсь выяснить, в каких случаях проблемы устойчивости и прочности проявляются в конкретных архитектурных проектах.

Цель:

Доказать тесную связь архитектуры с физическими законами.

Предыстория.

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.

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!

ФИЗИКА В

архитектуре

Выполнила: Голованова Мария

ученица 11 класса МБНОУ лицей №22 г.Белово

Учитель:Шутова Т.Г.

Задачи:

В своей работе я попытаюсь выяснить, в каких случаях проблемы устойчивости и прочности проявляются в конкретных архитектурных проектах.

Цель:

Доказать тесную связь архитектуры с физическими законами.

Предыстория

• 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
• 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.

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!

Основные элементы физики в архитектуре

Строительная механика.

Виды равновесия:

Устойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, возвращающая его в равновесие. Свойственна архитектурным постройкам.)

Неустойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, удаляющая тело от положения равновесия)

Безразличное (при выводе тела из состояния равновесия равнодействующая сила остается равной нулю)

Устойчивость  — способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. Определение понятия устойчивости положения равновесия было дано в конце XIX века в работах русского ученого А. М. Ляпунова.

Для повышения устойчивости сооружения необходимо:

• Увеличить площадь опоры
• Понизить центр тяжести

Достаточные условия устойчивости положений равновесия для систем  определяются  теоремой Лагранжа - Дирихле :  положение равновесия консервативной механической системы устойчиво, если в положении равновесия потенциальная энергия системы имеет изолированный минимум .

Прочность. Виды прочности.

Прочность   — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. Свойство конструкции выполнять назначение, не разрушаясь в течение заданного времени.

Прочность подразделяют на статическую, под действием постоянных нагрузок, динамическую и усталостную ( выносливость ), имеющую место при действии циклических переменных нагрузок. Для конструкций различают общую прочность — способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения, и местную — та же способность отдельных узлов, деталей, соединений.

Снеговая нагрузка.

Снеговая нагрузка на крышу - единица необходимая для расчёта сечения стропильных ног.

Полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

    S=Sg×μ;   

где:

Sg - расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности   земли, принимаемое по таблице,

μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Самые красивые здания и их особенности

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.

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.

3.Условия устойчивости тела, имеющего площадь опоры

• 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.

Пизанская башня

• Наклон 3°54’

• 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..

Развитие форм архитектуры.

Дом Бальо (арх.Антонио Гауди) Испания(1877-1907)

Пирамиды Гизы Зиккурат в Уре

Милуокский художественный музей(арх.Сантьяго Калатрава) США 1957год

Вывод

Вывод.

• Архитектура тесно связана с физикой и не может существовать без нее.
• Строгое соблюдение законов физики необходимо как при проектировании, так и при строительстве архитектурных сооружений.
• Чем сложнее проект, тем больше внимания требуется уделять физическим законам

Спасибо за внимание!