Matematyka w minutę: Sieć trakcyjna

Gdy zawiesimy łańcuch na dwóch hakach i pozwolimy mu naturalnie zwisać pod własnym ciężarem, krzywą, którą opisuje, nazywamy siecią trakcyjną. Każdy wiszący łańcuch naturalnie znajdzie ten kształt równowagi, w którym siły napięcia (pochodzące z haków trzymających łańcuch w górze) i siła grawitacji ciągnąca go w dół dokładnie się równoważą.

Wembley

Łuk nad stadionem Wembley jest odwróconą siecią trakcyjną. Obraz: Rob, CC BY 2.0.

Coś pięknego dzieje się, gdy odwrócisz krzywą sieci trakcyjnej do góry nogami. Odwrócona sieć trakcyjna będzie teraz opisywać łuk – i okazuje się, że jest to najbardziej stabilny kształt, jaki może mieć łuk. W wiszącym łańcuchu wszystkie siły napięcia działają wzdłuż linii łuku. W odwróconej sieci trakcyjnej siły napięcia stają się siłami ściskania. A ponieważ siły te są skierowane wzdłuż linii łuku, łuk nie wygina się ani nie wygina. Jeśli chcesz zbudować łuk, powinieneś upewnić się, że zawiera on kształt odwróconej sieci trakcyjnej. W ten sposób będzie on swobodnie stał pod własnym ciężarem, a do jego budowy trzeba będzie użyć minimalnej ilości materiałów.

Angielski architekt Robert Hooke jako pierwszy zbadał matematycznie sieć trakcyjną i w 1675 roku opublikował anagram (po łacinie) z : „Jak wisi elastyczna linia, tak ale odwrócony będzie stał sztywny łuk”. Łuk nad stadionem Wembley ma kształt sieci trakcyjnej, a Christopher Wren również zamierzał użyć go w kopule św. Pawła (dowiedz się więcej tutaj).

Równanie sieci trakcyjnej to

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.