Warum Gebäude in „Kartoffelchips“ verwandeln? Ich möchte Sie nicht in Versuchung führen, denn es ist stark …

01 Kartoffelchips. Welche Figur hast du?

Tatsächlich lassen sich die auf dem Markt verkauften Kartoffelchips grob in zwei Formen unterteilen, nämlich in die parabolische Zylinderform und die Sattelform, die durch die Kartoffelchips von Lays und Pringles repräsentiert wird. (Wie unten gezeigt)

(Legt Kartoffelchips links | Pringles Kartoffelchips rechts)

Im Internet kam es zu einer Debatte darüber, wer von beiden weniger zerbrechlich sei. Diese Debatte ist als Kartoffelchip-Streit bekannt.

Welche Seite hat am Ende gewonnen? Lassen Sie es uns analysieren.

02 Magische Sattelnudeln

Die Sattelfläche, auch hyperbolisches Paraboloid genannt, ist nach ihrer sattelähnlichen Form benannt. Die Struktur der Satteloberfläche wird durch eine konkave Parabel gebildet, die sich auf einer anderen konvexen Parabel bewegt. Die horizontale Konturlinie der Oberfläche ist eine Hyperbel, und die senkrecht zur Konturlinie stehende Linie ist eine Parabel. Daher spricht man von einem hyperbolischen Paraboloid. Der Funktionsausdruck lautet:

(Die roten und weißen Linien sind jeweils Parabeln zweier Oberflächen)

Aufgrund der geometrischen Eigenschaften des hyperbolischen Paraboloids kann die gesamte Oberfläche als zwei Teile betrachtet werden: ein Kabel parallel zum höchsten Eckpunkt und ein Bogen parallel zum niedrigsten Eckpunkt. Die beiden stehen orthogonal zueinander und bilden ein räumliches Kräftesystem, das der Kompression des Bogens und der Spannung des Kabels vollen Spielraum lässt. Das heißt, wenn eine äußere Kraft auf die konkave Bogenstruktur einwirkt, hält sie dem Druck stand, und wenn eine äußere Kraft auf die konvexe Kabelstruktur zieht, kann sie einer größeren Spannung standhalten, wodurch diese Struktur stabiler ist als andere Arten von Strukturen.

Die hyperbolische Paraboloidform kann daher keine Spannungslinien bilden, so dass selbst wenn Risse auf den Kartoffelchips auftreten, nicht das gesamte Stück zerbricht, sondern allenfalls nur die Kanten und Ecken beschädigt werden.

03 Der etwas unterlegene Parabolzylinder

Wenn Sie die beiden verschiedenen Kartoffelchipsorten im Bild oben genau betrachten, werden Sie feststellen, dass die Form der Lay's-Kartoffelchips keine hyperbolische Parabel, sondern ein parabolischer Zylinder ist (wie unten gezeigt).

Der Funktionsausdruck lautet:

Seine Erzeugende verläuft parallel zur Z-Achse und seine geometrischen Merkmale führen dazu, dass sich an der Erzeugenden leicht Spannungslinien bilden und diese brechen können. Wenn Sie genau hinschauen, werden Sie feststellen, dass die meisten Kartoffelchips von Lays in zwei Hälften zerbrechen.

04Vergleich: Der Gewinner steht fest

Aufgrund der unterschiedlichen geometrischen Eigenschaften können sich bei Pringles-Kartoffelchips im Vergleich zu Lays-Kartoffelchips keine Spannungslinien bilden und sie können einer stärkeren Kompression und Dehnung standhalten, sodass Pringles-Kartoffelchips den Kartoffelchip-Wettbewerb gewinnen.

Sattelförmige Kartoffelchips haben neben der höheren Stabilität und Bruchsicherheit noch einen weiteren Vorteil: Sie lassen sich beim Transport platzsparender und passgenauer stapeln. sogar……

Sie können mit einem hyperbolischen Paraboloid einen Torus aus Kartoffelchips bauen! (toll)

05Interessantes „Kartoffelchip-Gebäude“

(Links: Londoner Olympia-Velodrom 2012, rechts: Scotiabank Saddledome)

Sehen die beiden Gebäude auf dem Bild oben nicht aus wie zwei riesige Kartoffelchips? Dabei kommt auch die stabilere Leistungsfähigkeit der Satteloberflächenstruktur zum Tragen, die sich bei Zug- und Spannungsbelastung nicht so leicht verformt, wodurch die Kraftgrenze des Stützsystems deutlich verbessert wird. Das Verfahren ist einfach, sicher und zuverlässig und ermöglicht den Bau eines stabileren Gebäudes durch den Einsatz von weniger Baumaterialien und einer kürzeren Bauzeit.

Mitwirkende: Southwest University Popular Science Space Station, Chongqing Physics Society, Beibei District Science and Technology Association

Prüfungsexperte: Zhang Qiaoming

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