核心概念
物理學
工程學
材料
力
強度
簡介
如果你觀察過橋樑，你可能已經注意到它們可以用不同的材料製成。有些是木製的，有些是鋼製的，有些是混凝土的，有些甚至是用石頭製成的。如果你想用家裡隨手可得的東西建造一座簡單、堅固的微型橋樑，哪種材料是最好的選擇？試試這個活動來找出答案！
背景
工程師應該使用什麼材料來建造橋樑？這個決定取決於許多因素。橋樑位於哪裡？橋樑有多長？什麼東西將透過橋樑（人、汽車還是火車）？總負載有多重？
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你可能知道不同的材料有不同的屬性。你可能會用你的感官來思考各種材料的屬性——例如，某物的外觀或感覺；是淺色還是深色；光滑還是粗糙？還有一些屬性描述了材料的強度。這些被稱為機械屬性。例如，拉伸、擠壓或彎曲材料有多困難？當你彎曲材料然後鬆開時，它會保持彎曲還是恢復到原來的形狀？如果你把材料彎曲得太厲害以至於它斷裂，它是緩慢地發生還是突然且意外地斷裂？
你可能在日常生活中體驗過這些不同的屬性而沒有意識到。當你彎曲回形針時，它會保持彎曲；也很難讓回形針“突然”斷裂。將此與木製尺子進行比較。如果你稍微彎曲尺子，它會彈回原來的形狀；但是如果你彎曲得太厲害，它就會斷裂。有些材料，如橡膠，很容易拉伸或擠壓。其他材料，如岩石，則硬得多。你可能可以想象哪些屬性對於橋樑很重要。如果一輛重型卡車駛過橋樑，你希望橋樑下沉很多嗎？你希望橋樑在卡車離開後恢復到原來的形狀嗎？在這個活動中，你將用各種家用材料探索這些屬性，並決定哪種材料最適合造橋。
材料
兩本厚書或小盒子
紙
蠟紙
鋁箔
剪刀
膠帶
至少25個便士。（如果你沒有足夠的便士，你可以使用更少但更重的硬幣，例如四分之一美元硬幣，或其他小物體作為砝碼，例如小石頭、螺栓等。）
尺子或捲尺（可選）
準備
將你的蠟紙和鋁箔剪成與紙張大小相同的尺寸。
將你的書本間隔約10英寸放置。
將你的三張材料中的每一張摺疊成橋樑形狀：首先將它們縱向對摺至少兩次。然後向上摺疊邊緣以形成牆壁。用膠帶粘住邊緣，以防止橋樑展開。確保你的橋樑足夠寬，可以平放便士。你認為哪種材料最適合造堅固的橋樑？
步驟
將你的其中一座橋樑放在書本之間的空隙上。
在橋樑的中間放一枚便士。
一次一枚地繼續在橋樑上新增更多便士。將便士均勻地沿著橋樑的長度間隔開。這模擬了真實的人或汽車如何穿過橋樑；他們不會全部堆疊在一起。
當你繼續新增便士時，仔細觀察橋樑。橋樑保持其形狀還是開始下沉？
如果你用便士填滿了橋樑的整個表面，則開始第二層。繼續新增便士，直到橋樑坍塌。需要多少枚便士才能使橋樑坍塌？
對你的其他橋樑材料重複此步驟。哪座橋樑承受的便士最多？橋樑的坍塌方式是否相同（即，有些橋樑突然坍塌，而有些橋樑逐漸坍塌）？
附加題：用每種型別的材料建造一座新的橋樑。在每座橋樑上新增一些便士——但不足以使其坍塌——然後移除便士。橋樑是否完全恢復到原來的形狀——還是永久變形？
附加題：物體的形狀也會影響其強度。嘗試改變你的橋樑的幾何形狀，例如，調整底部的寬度或牆壁的高度，或將每張紙對摺的次數。改變形狀如何影響橋樑可以承受多少便士？
觀察和結果
你可能會發現紙張製成的橋樑最堅固。你可能會驚訝地發現鋁箔橋樑不是最堅固的。畢竟，金屬不是比紙張更堅固嗎？物體的強度不僅取決於其材料，還取決於其尺寸。一張厚紙可能比一張薄金屬片更難彎曲——而鋁箔非常薄。
如果你仔細觀察，你可能還會注意到橋樑的坍塌方式並不完全相同。紙橋可能會開始逐漸下沉，最終掉落並掉落硬幣。鋁箔和蠟紙橋樑可能會更突然地失效——大部分時間保持其原始形狀，然後迅速坍塌。在建造自己的橋樑時，你將如何考慮這些資訊？
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此活動由科學夥伴合作推出
