Natuurkunde

spaghettibrug


Inleiding

Ieder jaar wordt in Nederland een spaghetti bruggenbouwwedstrijd georganiseerd waar studenten en bedrijven aan deelnemen. Tijdens deze wedstrijd is het de bedoeling dat deelnemers doormiddel van spaghetti en lijm een brug bouwen met een bepaalde minimum overspanning. De brug moet een zo groot mogelijke belasting kunnen dragen. Het is hierbij de bedoeling dat je met een zo licht mogelijke constructie een zo hoog mogelijke belasting haalt. Het wereldrecord spaghettibrug bouwen is sinds 2009 in het bezit van een paar Hongaarse studenten. Zij kregen het voor elkaar met nog geen 1 kilo spaghetti een brug te bouwen die maarliefst 443,58 kg kon dragen. Dit is vergelijkbaar met een belasting door ongeveer 27 volle kratten bier. Op youtube zijn filmpjes te vinden waarop je kunt zien dat de brug getest wordt en uiteindelijk instort.

Trek- en drukkrachten 

In het geval van een spaghettibrug kunnen in de spaghetti zowel trek- als drukkrachten optreden. Trekkrachten zijn de krachten op de spaghetti als aan beide uiteinden van de spaghetti wordt getrokken. Drukkrachten zijn de op de spaghetti als aan beide uiteinden wordt gedrukt. Uit experimenten zal blijken dat spaghetti vele malen beter bestand is tegen trekkrachten dan tegen drukkrachten. De uitdagingen in het ontwerp zal dan ook zijn om te zorgen dat zoveel mogelijk spaghetti op trek wordt belast en niet op druk.

Krachtenevenwicht 

Wanneer je een spaghettibrug gaat ontwerpen is het belangrijk dat je goed in de gaten houdt dat op ieder punt in de constructie een krachtenevenwicht geldt. Dit wil zeggen dat op een bepaald punt in de constructie de som van de krachten nul is. In de afbeelding is hiervan een goed voorbeeld te zien. De lengte van de pijlen geven de grootte van de kracht weer. Houdt er rekening mee dat ook de omgeving, de plek waar de brug aan beide zijden ondersteund wordt, meetelt in dit krachtenevenwicht. Wanneer de brug precies in het midden belast wordt en het ontwerp symmetrisch is, zal de kracht daar aan beide zijden van de brug gelijk zijn (gelijk aan de helft van het gewicht van de brug + de belasting).

onderzoeksvragen

Materiaaleigenschappen
Wat zijn de materiaaleigenschappen (druk- en trekkracht) van spaghetti en wat zijn de eigenschappen van lijm? Is de constructie afhankelijk van de sterkte van de lijm of van de spaghetti?

Ontwerp
Er zijn vele technieken (vakwerk, boogbrug enz.) om een spaghettibrug te bouwen. Welke techniek levert de sterkste brug op?

Spanningsopbouw
Waar zitten in je proefopstelling de hoogste spanningen? Hoe kunnen de delen waar deze hoge spanning zit worden ontlast door het ontwerp iets aan te passen?