Tensegrita: Fyzika, co popírá gravitaci (nebo to aspoň vypadá)

Možná jste nás letos potkali na nějaké výjezdní akci a všimli si naší nové „hračky“. A říkali jste si: Co to? Jak to? Jedná se o takzvanou tensegritní strukturu, zkráceně tensegritu. Neslyšeli jste o ní zatím? V článku vám tuto stále oblíbenější fyzikální zábavu trochu přiblížíme.

 

Výraz tensegrita vychází z anglických slov tension (napětí) a integrity (celistvost). Jedná se o konstrukci tyčí propojených předepnutými lany, která zajišťují stabilitu celého systému. Na první pohled budí taková konstrukce dojem levitace, ale samozřejmě to tak není. Naopak je to krásný příklad využití fyzikálních zákonů v praxi.

Tensegrity můžeme potkat jako umělecká díla ve městech a architekti využívají jejich principy při navrhování střech některých budov:

 

Tensegritní strukturu má dokonce i DNA. K prozkoumávání neznámých míst (kde působí předem neznámé síly) mohou být použiti tensegritní roboti.

 

Anebo si takovou tensegritu můžeme vyrobit jako dekoraci. Lze k tomu použít stavebnici LEGO (nebo samozřejmě i českou alternativu Cheva).

 

či dřívka od nanuků nebo si můžeme komponenty vytisknout na 3D tiskárně.

 

Rozměrově větší tensegritu můžeme vytvořit z dřevěných hranolů a řetízků.

Inspiraci naleznete na různých internetových stránkách, pro ilustraci přikládáme pár našich výrobků.

A jak to tedy funguje?

Každá tensegrita je tvořena dvěma prvky – lany (nebo provázky, řetízky apod.) a tyčemi (ty mohou být různě ohnuty či tvořeny spojenými tělesy). Lana jsou mezi tyčemi napnuta pod určitým napětím. Na tyče působí tíhová síla (stejně jako na každé nezanedbatelně hmotné těleso na Zemi) a zároveň tyče na sebe navzájem působí tlakovou silou. Aby se konstrukce nezřítila, musí být napětí v lanech v rovnováze se silami působícími na tyče. Při sestrojování tensegrity to znamená, že lana napínáme do té doby, než náš výtvor zůstane držet bez vnějšího zásahu.

K fyzikálnímu vysvětlení na základě rozkladu sil si vezmeme na pomoc jednoduchou tensegritu vytištěnou na 3D tiskárně. Aby držela stabilitu bez vnějšího zásahu, musíme použít tři provázky, přičemž každý z nich je napínán určitou silou (F1, F2, F3 – viz obr. 7).

Tíha dolní části konstrukce je kompenzována podložkou. Proti tíze horní části působí síla F1. Kdyby však byla horní část připevněna pouze provázkem uprostřed, převrátila by se (jednalo by se o těleso ve vratké rovnovážné poloze, které je podepřeno pod těžištěm). Proto jsou použity ještě provázky napínané silami F2 a F3, které zabraňují převrácení. Tyto síly jsou společně v rovnováze se silou F1 (pro jejich velikosti platí F2 + F3 = F1).

 

Zdroje:

P. Land, A. Ferreiro Sistiaga: Tensegrity Structures. Arch 487, Fall 2013.

K. Snelson: Tree I. In: Wikimedia Commons [online]. 2019 [cit. 2024-11-22]. Dostupné z: https://bit.ly/2XEze4V

L. Hall: Super Ball Bot. NASA [online]. Washington, DC: National Aeronautics and Space Administration, 2017 [cit. 2024-11-22]. Dostupné z: https://go.nasa.gov/3h7Mzxa

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DPwU3NkPMQV4&psig=AOvVaw0PibwG76U6IvkOiAZL_MLl&ust=1734097499741000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBcQjhxqFwoTCPiUyYmvoooDFQAAAAAdAAAAABAE