Strukture, kragte en materiale

In hierdie hoofstuk gaan jy leer oor kragte wat op strukture inwerk en hulle kan laat swig (faal), oor hoe om strukture te versterk, en oor die verskillende materiale wat in strukture gebruik word.

 

 

 

Kragte werk op verskillende plekke in

Identifiseer en analiseer kragte

Die gewig van die seun druk na onder op die stoel, soos wat deur die pyl gewys word. As een voorwerp teen ’n ander voorwerk druk, sê ons dat daar ’n krag “uitgeoefen” word op die voorwerp. In hierdie geval kan gesê word dat die seun ’n afwaartse krag op die stoel uitoefen , of dat daar ’n afwaartse las op die stoel is.

1. In elkeen van die beelde op hierdie en die volgende bladsy, maak teken 'n pyl om te wys hoe die las op die struktuur werk.

   

   

   

2. 1. Is die las op die dak in figuur 5 die hele tyd op dieselfde plek? Waarom sê jy so?

      ---

   2. Is die las op die dak in figuur 6 die hele tyd op dieselfde plek? Waarom sê jy so?

      ---

   3. Is die las op die brug in figuur 7 altyd op dieselfde plek? Waarom sê jy so?

      ---

      

   Solank iemand stil op ’n stoel bly sit, bly die las op die stoel op dieselfde plek. Dit word ’n vaste of ’n statiese krag genoem.

3. In die prent hierbo oefen die motor en die vragmotor elk ’n krag op die brug uit. Kan die krag wat in elke geval uitgeoefen word ’n statiese krag genoem word? Verduidelik waarom jy so sê.

   ---

   Wanneer ’n bewegende voorwerp ’n krag op ’n ander voorwerp uitoefen, dan sê mens die krag is dinamies .

4. In elk van die volgende gevalle, sê of die krag wat op die tafel uitgeoefen word staties of dinamies is. Verduidelik in elke geval jou antwoord.

   1. ’n Pot met blomme wat op die tafel staan.

      ---

   2. ’n Kat wat op die tafel loop.

      ---

   3. ’n Seun wat ’n sokkerbal oor die tafel rol.

      ---

   4. ’n Man wat die tafel skrop.

      ---

5. Wat is die verskil tussen die lasse wat op die twee tafels hieronder uitgeoefen word?

   ---

Kyk na die verskillende maniere waarop die twee vragmotors hieronder gelaai is. Op die een vragmotor vorm die dromme ’n las orals oor die hele laaibak van die vragmotor. Op die ander vragmotor is die hele las een groot drom. Die enkele drom oefen ’n krag op slegs een klein gedeelte van die laaibak uit.

 

6. Dink aan ’n huis met ’n sinkplaatdak en die kragte wat die sinkplate op die dakstruktuur uitoefen.

   1. Is die las eweredig of oneweredig versprei? Waarom sê jy so?

      ---

   2. Is die las staties of dinamies? Waarom sê jy so?

      ---

7. Dink aan mense wat met ’n houttrap op en af loop.

   1. Is die las eweredig of oneweredig versprei? Waarom sê jy so?

      ---

   2. Is die las staties of dinamies? Waarom sê jy so?

      ---

8. Jy moet twee houttafels ontwerp en jy is versoek om so min hout as moontlik te gebruik. In die geval van die een tafel, sê die ontwerpopdrag dat die las op die tafel altyd staties en eweredig versprei sal wees. In die geval van die tweede tafel, sê die ontwerpopdrag dat dit dieselfde las as die eerste tafel sal dra, maar dat die las soms dinamies en ook oneweredig versprei sal wees. Beskryf hoe jou ontwerpe vir die twee tafels van mekaar sal verskil en verduidelik waarom.

   ---

Kragte werk op verskillende maniere in

Kragte kan op die volgende maniere op strukture en dele van strukture inwerk:

Die verskillende stukke van ’n raamstruktuur word seksies of elemente of dele van die struktuur genoem.

Kragte kan stoot, trek en verdraai

Gebruik gebruikte skryfpapiervelle en rol ses buise daarmee. Plak hulle met gom of kleefband vas om te keer dat hulle afrol.

1. Plaas jou hande aan beide eindpunte van ’n buis en druk hulle na mekaar toe. As jy dit doen, oefen jy “drukkrag” op die buis uit.

2. Gryp ’n buis aan elkeen van sy eindpunte en probeer om dit uitmekaar te trek. As jy dit doen, oefen jy “trekkrag” op die buis uit. Jy plaas die buis onder spanning.

3. Plaas die eindpunte van ’n buis op twee boeke en druk afwaarts in die middel van die buis. Wat gebeur en watter soort krag het jy op die buis toegepas?

   ---

4. Neem ’n buis by sy twee punte en draai dit soos in hierdie prent gewys word.As jy dit doen, pas jy “wringkrag” toe.

   

5. Maak twee buise aan mekaar vas deur ’n vuurhoutjie of klein stokkie daardeur te druk, soos hieronder gewys word.

   

   As jy die twee papierbuise van mekaar wegtrek, pas jy “skuifkrag” op die stokkie toe.

Vind krag in vorm

1. Vou ’n gebruikte A4-papiervel oor sy lengte in twee helftes.

   

   Vou dit weer:

   

   Vou dit ’n derde keer, sodat jy ’n plat strook het wat agt lae dik is.

   Maak nog twee gevoude stroke soos hierdie een.

   

2. Plaas die gevoude strook oor die rand van jou skoolbank soos hieronder gewys word. Druk dit met een hand op die bank vas en druk liggies met die ander hand op die oorhangende stuk van die strook om dit na onder te laat buig.

   

3. Vou nou jou papierstrook weer halfpad oop en vou dit weer, sodat jy ’n driehoekige buis kry, soos hieronder gewys word.

   

   

   

4. 1. Plaas die driehoekige buis oor die kant van jou lessenaar soos wat jy met die plat strook in vraag 2 gedoen het. Druk dit met een hand op die lessenaarblad vas en druk dan liggies na onder met die ander hand op die verste deel om dit te laat afbuig.

   2. Wat was die maklikste om te buig, die plat strook of die driehoekige buis?

      ---

      

   Die vorm wat jy sien as jy reguit na een punt van ’n deel van ’n struktuur kyk, word ’n “dwarssnit” of ’n “profiel” genoem.

5. Maak vryhandsketse van die dwarssnitte van ’n ronde, ’n vierkantige en ’n driehoekige buis in die spasie hieronder.

   

6. Maak jou driehoekige buis oop en vou dit weer om ’n buis met ’n T-profiel, soos hier regs vertoon, te maak.

   

   

7. Laat jou T-vormige “balk” soos hier regs gewys, regop op jou skoolbank staan en druk liggies van die bo-punt na onder. Moenie dit nou buig nie. Neem een van die plat stroke wat jy vir vraag 1 gemaak het. Hou dit regop en druk dit na onder soos jy met die T-vormige balk gemaak het. Watter een van die twee stroke is die sterkste as jy afwaartse druk op die punt daarvan toepas, die plat strook of die T-vormige balk? Verduidelik waarom.

   ---

   ’n T-vormige balk weerstaan drukkrag beter as ’n plat strook wat ewe lank is en van dieselfde hoeveelheid materiaal (papier) gemaak is.

   

8. Vergelyk die drukweerstandigheid van verskillende balke en buise, elk gemaak van een vel A4-papier, met die volgende deursnit-vorms of profiele: T-vorm; vierkantvorm en ronde vorm. Verduidelik jou antwoorde.

   ---

   	Metaalbalke wat gebruik word om raamstrukture te bou, word in ’n verskeidenheid profiele vervaardig. ’n Klompie gewilde profiele word hieronder gewys. H-profiel. Hierdie profiele word dikwels gebruik as regop stutte of pilare, byvoorbeeld in geboue. Dit weerstaan druk baie goed en buig nie maklik nie.
   	I-profiel. Hierdie profiel word vir spoorstawe gebruik. Die breë basis verskaf stabiliteit.
   	U-profiel. Hierdie profiel is ligter as die H-profiel. Dit word dikwels gebruik om horisontale ondersteuning te gee, byvoorbeeld in rakke. Die onderstel van ’n vragmotor word normaalweg met U-balke gemaak.
   	Hierdie profiel word ’n hoekyster genoem, selfs al is dit van ’n ander metaal gemaak. Dit het ’n hoër buigkrag as plat stroke. Dit is lig en word dikwels vir kruisverspanning in kragmaste, torings en ander strukture gebruik.
   	Buisprofiel. Dit is die beste profiel om verwringing te weerstaan.

Gebruik van interne kruisverspanning om verwringing te voorkom

Stel jou voor jy het met reguit stukkies hout ’n raamstruktuur gemaak.

Stel jou nou voor jy draai hierdie struktuur inmekaar soos die persoon op die foto die handdoek inmekaardraai.

Die raamstruktuur mag uiteindelik so lyk:

Om te voorkom dat die struktuur so opgedraai word, moet jy, soos wat hier gewys word, meer elemente byvoeg.

Dit word interne kruisverspanning genoem.

Verskillende materiale vir verskillende doeleindes

Hoe materiale van mekaar kan verskil

1. Wat buig die maklikste, jou potlood of ’n papiervel?

   ---

2. Plaas ’n papiervel plat op jou skoolbank se blad neer. Tel dit met beide hande op en buig dit sonder om dit te vou. Plaas dit terug op die bank. Is dit weer plat?

   Materiaal wat maklik buig, maar maklik na sy oorspronklike vorm terugkeer, as jy dit laat los, word buigsame materiaal genoem.
   Materiaal wat nie buigsaam is nie, word onbuigsame of stywe materiaal genoem.

3. 1. Is klei buigbaar of styf?

      ---

   2. Is die poot van ’n stoel buigbaar of styf?

      ---

   3. Is ’n stuk draad buigbaar of styf?

      ---

   4. Is jou skoen buigbaar of styf?

      ---

4. Druk jou vinger teen jou skoolbank. Druk nou jou vinger teen jou arm. Wat is die verskil tussen die druk van jou vinger teen jou bank, en die druk van jou vinger teen jou arm?

   ---

5. As jy met jou vinger teen ’n sak sand druk, sal dit dieselfde wees as om teen jou bank of jou arm te druk?

   ---

   Bakstene word gemaak deur klei te bak totdat dit hard is.

   Sommige materiale is hard, en ander materiale is sag.

6. 1. Dink aan ’n baksteen en ’n stuk skuimrubber van dieselfde grootte (soos die skuimrubber wat in matrasse gebruik word).Watter een van die twee is die maklikste om op te tel?

      ---

   2. Hoeveel stene dink jy kan jy met gemak dra as jy hulle in ’n krat op jou skouer dra?

      ---

   3. Hoeveel stukke baksteengrootte skuimrubberstukke dink jy kan jy met gemak dra as jy hulle in ’n krat op jou skouer dra?

      ---

   ’n Baksteen is baie swaarder as ’n stuk skuimrubber met dieselfde grootte.
   Een verskil tussen gebakte klei en skuimrubber is, dat as jy twee ewe groot stukke daarvan het, die gebakte klei swaarder as die skuimrubber sal wees. Dit sal meer arbeid vereis om gebakte klei op te tel of te dra.
   Die verskil tussen gebakte klei en skuimrubber kan soos volg beskryf word: gebakte klei het ’n hoër digtheid as skuimrubber.

7. 1. Watter materiaal het die hoogste digtheid, hout of rots?

      ---

   2. Watter materiaal het die hoogste digtheid, glas of plastiek?

      ---

   Stukkies metaal wat buite rondlê, lyk soms bruin.Dit word roes of korrosie genoem. Roes word gevorm deur ’n chemiese reaksie tussen die metaal en suurstof in die lug of water. Hout en glas roes nie. Rots wat yster bevat, roes.As jy in die veld stap, sien jy soms stukke rots met presies dieselfde bruin kleur.

   Geroeste rots kan verskillende kleure hê, soos die kleure in die gekleurde strook onder aan hierdie bladsy. In die verlede is kleur om verf te maak van geroeste rots verkry.

8. Metaal word gebruik vir die bouwerk aan torings, dakke, motors en vragmotors en soms selfs meubels.Wat kan ’n mens doen om te voorkom dat metaal roes?

   ---

lets meer oor metale

Materiale in ’n huis

’n Huis is ’n goeie voorbeeld van ’n struktuur wat met baie verskillende materiale gemaak word. Om ’n huis soos die een hieronder te bou, moet jy bakstene, beton, hout en metaal gebruik.

 

1. Verskillende dele van die huis word gelys in die linkerkantse kolom van die tabel hieronder. Skryf in die regterkantse kolom van watter materiaal jy dink die betrokke deel van die huis gemaak is.

Deel van die huis	Materiaal waarvan dit gemaak is
Die mure
Die vensterrame
Die deur
Die dakstruktuur
Die dakbedekking
Die heining
Die plaveisel om die huis

Bouers gebruik bakstene, beton, hout en staal, want elkeen van hierdie materiale is op verskillende maniere bruikbaar. Jy kan sê verskillende materiale het verskillende “eienskappe”.

Beton is hard en sal nie maklik skrape opdoen nie, daarom gebruik bouers dit op huisvloere. Beton is ook ferm, daarom buig dit nie as ons daaroor loop nie. Beton word nie deur water beskadig nie en sal nie roes nie.

Bakstene buig nie en roes nie, daarom word hulle gebruik om mure mee te bou.

Hout, omdat dit buigsaam is, word in ’n huis gebruik vir deure, vensters en dakke. Dit beteken dat as jy die deur hard toeslaan, die hout effens sal meegee maar nie sal breek nie. Hout is ook lig, goedkoop en maklik om mee te werk.

Hout kan deur water en die hitte van die son beskadig word. Wanneer hout nat word, kan dit skeeftrek en vrot. Om hout teen beskadiging te beskerm en dit langer te laat hou, moet dit met ’n laag vernis, spesiale olie of enige ander beskermende materiaal bedek word.

Staal is sterk en hard. Dit is ook buigsaam en nie maklik om met ’n hamer stukkend te slaan nie. Dit word daarom vir sekuriteitshekke gebruik. Staal word egter deur water beskadig, in ’n proses wat roes of korrosie genoem word. Om te voorkom dat staal roes, moet mens dit met ’n spesiale verflaag bedek.

2. Skryf die materiale wat vir die onderskeie dele van die huis gebruik word in die middelkolom hieronder. Skryf daarna die redes waarom jy dink elke materiaal vir daardie spesifieke deel van die huis gebruik word, in regterkantse kolom.

   Deel van die huis	Materiaal	Redes vir keuse van materiaal
   Mure
   Vensterrame
   Deur
   Dakstruktuur
   Dakbedekking
   Heining
   Plaveisel om die huis

3. Party huise het teëldakke, ander het sinkdakke. Wat is die voordele en nadele van teëldakke?

   Voordele van teëldakke	Nadele van teëldakke

4. Wat is die voordele en nadele van sinkdakke?

   Voordele van sinkdakke	Nadele van sinkdakke

5. In die ou dae is wawiele van hout gemaak. Vandag gebruik ons rubberbuitebande. Waarom het ons van hout na rubber oorgeskakel?

   ---

6. Wanneer bouers ’n ruit in ’n vensterraam sit, druk hulle ’n sagte, klewerige materiaal, wat stopverf genoem word, al om die rande van die ruit. Die stopverf droog uit totdat dit hard is, en verhoed dat die glas uit die raam val. Grondboontjiebotter is ook ’n sagte, klewerige materiaal wat uitdroog in die son totdat dit hard is. Waarom is dit nie ’n goeie idee om grondboontjiebotter te gebruik om ruite in vensterrame te sit nie?

   ---

Volgende week

Volgende week begin jy met jou praktiese assesseringstaak. Jy gaan ’n plan maak om ’n probleem vir ’n gemeenskap op te los.