679361

Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide Handleiding

80
Verklein
Vergroot
Pagina terug
1/81
Pagina verder
HANDLEIDING
LEERKRACHT
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN
BOUWWERKEN
Education
®
78640
www.knexeducation.com
Education
®
BRUGGEN
Handleiding leerkracht
Een opmerking over
veiligheid
Veiligheid is belangrijk in een klas waar aan
natuur en techniek gedaan wordt. Er wordt
aanbevolen om duidelijke regels en afspraken
te maken in het algemeen en voor het gebruik
van K’NEX in het bijzonder.
SPECIALE AANDACHT:
Met het elastiek moet voorzichtig worden
omgegaan, dus niet te ver uitrekken of
opdraaien. Een brekend elastiek kan letsel
veroorzaken. Ieder beschadiging moet gelijk bij
de leerkracht gemeld worden. Inspecteer ook de
elastieken voor gebruik.
Let op dat leerlingen handen en haar uit de buurt
van de bewegende onderdelen houden. Stop ook
nooit vingers tussen bewegende onderdelen.
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
96568-V3-10/14
© 2014 K’NEX Limited Partnership Group
and its licensors.
K’NEX Limited Partnership Group
P.O. Box 700
Hatfield, PA 19440-0700
www.knexeducation.com
abcknex@knex.com
1-888-ABC-KNEX
K’NEX Education zijn gedeponeerde
handelsmerken van K’NEX Commanditaire
vennootschap Groep.
Conforms to the Requirements of ASTM
Standard Consumer Safety Specification
on Toy Safety, F963-03.
Manufactured under U.S. Patents 5,061,219;
5,199,919; 5,350,331; 5,137,486.
Other U.S. and foreign patents pending.
Protected by International Copyright.
All rights reserved.
! WAARSCHUWING:
INSLIKKINGSGEVAAR – Kleine onderdelen.
Niet geschikt voor kinderen jonder dan 3 jaar.
1
Voorwoord:
OVERZICHT
Deze handleiding voor de leerkracht is ontwikkeld om de leerlingen te kunnen begeleiden als ze werken aan de
K’NEX Education Intro Bouwwerken: Bruggen. De combinatie van het K’NEX-materiaal, het lesmateriaal voor
de individuele leerling en de informatie uit deze handleiding stelt leerlingen in staat om wetenschappelijke
concepten te ontwikkelen en hun onderzoeken in zinvolle leerzame ervaringen om te zetten.
K’NEX EDUCATION INTRO VAN BOUWWERKEN: Bruggen
Als onderdeel van een serie is deze K’NEX constructie-set ontworpen om leerlingen kennis te laten maken met
de geschiedenis, functie, bouwkundig ontwerp, meetkunde en ontwerp van bruggen. Door het onderzoek van
bruggen ontwikkelen de leerlingen een goed begrip van krachten in bouwwerken en constructies. Ze vergaren
ook kennis over de fysieke eigenschappen van materialen en de bouw van bruggen. Ze zullen ontdekken dat
de bouw van bruggen, hoewel gebaseerd op eenvoudige wetenschappelijke principes, vaak ingewikkelde oploss-
ingen vereist. De leerlingen zullen door het werken met deze K’nex-set ervaring opdoen met het bouwen met
concrete materialen, en een onderzoekende leerhouding ontwikkelen met betrekking tot informatie en begrip.
Door samen te werken worden ze aangemoedigd om met elkaar te overleggen, onderzoeken, problemen
HANDLEIDING LEERKRACHT
Omdat de handleiding ook dient als bronnenboek biedt deze een schat aan achtergrondinformatie over de
huidige soorten bruggen, de materialen die gebruikt worden en de toegepaste bouwkundige principes waardoor
deze zware lasten kunnen dragen. Voor de leerling zijn er bij elke eenheid doelstellingen geformuleerd en wordt
een beschrijving en bouwtekening voor elke brug en bijbehorende activiteit gegeven. De handleiding bevat ook
een lijst van sleutelwoorden en definities. De meeste activiteiten vragen niet meer dan 30-45 minuten. Er zijn
ook meer omvattende activiteiten voor een grondiger bestudering van de begrippen. Het verdient aanbeveling
dat de leerkrachten de Kerndoelen en de Leerlijn Techniek raadplegen om te kijken welke activiteiten hieraan
het beste voldoen.
VERSLAG LEERLINGEN
Er wordt verwacht dat de leerlingen altijd een schrift bij de hand hebben voor het maken van aantekeningen.
Ze moeten worden aangemoedigd om hun eerste gedachten bij het begin van een onderzoek te noteren – wat
“denken”ze dat er zal gebeuren. Deze vooronderstellingen kunnen, afhankelijk van hun bevindingen bij het
onderzoek, gewijzigd worden totdat de leerlingen zich zeker genoeg voelen om conclusies te trekken. Hun
eerste aantekeningen helpen om een verbinding te leggen tussen de modellen die ze gebouwd hebben, de
experimenten die ze hebben uitgevoerd en de toepassing in echte bruggen die ze regelmatig gebruiken. Het
verslag geeft de leerling ook een mogelijkheid om te oefenen in het maken van tekeningen en schema’s.
Tenslotte dienen de verslagen als een naslagwerk voor het onderdeel Eenvoudige Machines. In de handleiding
voor de leerkracht is bij elk model en de bijbehorende activiteiten een checklist opgenomen.
INHOUD
Doelen ..............................................................................................................................................................3
Sleutelwoorden en definities
...........................................................................................................................3
Sleutelbegrippen
..............................................................................................................................................5
Introductie van Bruggen: Voorbereidende activiteiten (optioneel)
..............................................................19
Introductie van bruggen: Wat doen bruggen?
.............................................................................................. 21
Zijn alle bruggen hetzelfde?: Hoe bruggen lasten ondersteunen.
................................................................25
Liggerbrug
......................................................................................................................................................29
Balkbrug
......................................................................................................................................................... 35
Cantileverbrug................................................................................................................................................41
Basculebrug
...................................................................................................................................................49
Boogbrug........................................................................................................................................................55
Hangbrug
.......................................................................................................................................................61
Balkbrug met steunkabels / Tuibrug
............................................................................................................ 71
Een brug ontwerpen: tijd en kosten factoren
...............................................................................................77
Werkbladen
....................................................................................................................................................81
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
www.knexeducation.com
Education
®
2
3
Introductie van bouwwerken
Achtergrondinformatie
SLEUTELWOORDEN en DEFINITIES voor de leerkracht
Het volgende is bedoeld als achtergrondinformatie voor de leerkracht. Leeftijd, kennisniveau, vaardigheden en de
Kerndoelen zijn bepalend voor de manier waarop deze sleutelwoorden en definities worden aangeboden in de klas.
Deze termen dienen als hulpmiddel om tot een beter nauwkeurig omschreven begrip te komen en niet als een lijst
uit het hoofd te leren definities.
Brug:
Een bouwwerk waarmee een hindernis overwonnen kan worden. Iets dat dingen verbindt of ondersteunt.
Boogbrug: Een brug met een gebogen vorm. De boog geeft sterkte door kracht uit te oefenen naar beneden
en zijwaarts tegen de brughoofden.
Bascule Brug: Een brug die werkt als een wip. Een deel kan omhoog omdat een ander deel door tegenwicht
naar beneden gaat.
Ligger Brug: De eenvoudigste brug. Is gemaakt van een stijve, rechte plaat met steunpunten aan de einden.
Balkbrug met steunkabels/Tuibrug: Een modern type brug waarbij kabels rechtstreeks tussen wegdek
en torens gespannen zijn.
Cantilever Brug: Een liggerbrug waarbij het middenstuk gesteund wordt door twee platen die op een toren
balanceren. De twee stukken op de toren worden cantilevers genoemd.
Hangbrug: Een brugtype waarbij het wegdek hangt aan kabels die weer bevestigd zijn aan dikke kabels. De
dikke kabels zijn in beton verankerd aan de oevers. De dikke kabel loopt over twee torens.
Balk- of baileybrug: Een type brug dat versterkt wordt door een raamwerk van balken in driehoekige
vormen.
Lasten en krachten:
Last: De verdeling van gewicht over een bouwwerk.(Zie ook Dood Gewicht en Levend gewicht)
Kracht: Een duw of ruk. Bij bruggen wordt de kracht uitgeoefend door een last of gewicht.
Spanning: Een kracht die de neiging heeft de vorm van een bouwwerk te vervormen.
Duwspanning: Een kracht die de neiging heeft een bouwwerk te verkorten, in te duwen of samen te persen.
Trekspanning: Een kracht die de neiging heeft een bouwwerk uit te rekken of te verlengen.
Torsie: De spanning in een materiaal als het gedraaid of verwrongen wordt.
Symmetrie: Een voorwerp of bouwwerk dat in balans en gelijk is aan weerszijden van een denkbeeldige lijn.
Kromtrekken: Een situatie die ontstaat als bouwwerken buigen onder druk.
Dood Gewicht: Het gewicht van de brug zelf.
Levend Gewicht: Het gewicht van het verkeer dat gebruik maakt van de brug.
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. De leerlingen onderzoeken soorten bruggen en laten zien dat ze de werking ervan begrijpen.
2. Beschrijven en begrijpen de krachten die optreden.
3. Beschrijven hoe bouwwerken gestabiliseerd worden en lasten kunnen dragen.
4. Demonstreren en beschrijven hoe bouwwerken door belasting kunnen instorten en onderzoeken
mogelijkheden voor versterking.
5. Bekijken, beschrijven en leggen de eigenschappen van de gebruikte materialen uit.
6. Geven blijk van begrip van ontwerp, bouw- en constructieprocessen bij bruggen.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
4
Brug eigenschappen en kenmerken
Landhoofd. Hoeveelheid stenen of beton aan de uiteinden van een boogbrug die de boog op zijn plaats
houdt zodat ze niet uit elkaar kunnen schuiven.
Verankering: Fundering of betonblokken waarin de kabels bevestigd zijn.
Ligger: Een stijf, horizontaal deel van een brug.
Kabel: Een bundel draden die gebruikt wordt om een wegdek van een hangbrug te ondersteunen.
Caisson: Een tijdelijke constructie om het water weg te houden bij het bouwen van de pijlers
van een brug.
Wegdek: Het oppervlak van een brug dat dienst doet als weg, voetpad of spoorweg.
Ingenieur: Iemand die beroepshalve bruggen en andere bouwwerken onderzoekt en ontwerpt.
Frame: Een geraamte van materialen dat stevigheid geeft aan een bouwwerk.
Dwarsbalk: Een stevige balk die steun geeft.
Vangrail: Een veiligheidsvoorziening aan de zijkant van een brug om te voorkomen dat gebruikers
er af vallen.
Sluitsteen: Wigvormige steen die er voor zorgt dat de andere delen van een boog op hun plaats blijven.
Obstakel: Iets dat in de weg staat of functioneert als hindernis.
Pijler: Een verticale steun in het midden van een brug. – een kolom, toren, o.i.d.
Katrol: Wiel gebruikt om te hijsen of de richting van een kracht te veranderen.
Oprit: Helling vanaf het land naar de brug.
Rijweg: Deel van de brug waarover het verkeer zich verplaatst.
Overspanning: Deel van de brug tussen twee pijlers.
Stut: Voorwerp dat een constructie ondersteunt.
Verbinding: Vastgemaakt onderdeel van een constructie.
Toren: Een grote, verticale steun waarover de kabels bij een hangbrug lopen.
Driehoekconstructie: Manier van bouwen waarbij driehoeken in vierkanten de sterkte van een
bouwwerk vergroten.
Spanten: Een frame van balken waarbij duw- en trekspanning optreedt en driehoekige- en andere stabiele
constructievormen gebruikt worden.
Voussoir: (Frans) Een stenen boog gemaakt van wigvormige stenen die nauwkeurig passen.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
5
SLEUTEL BEGRIPPEN
De volgende samenvatting bevat een aantal sleutelbegrippen met betrekking
tot hefbomen en dient als bron voor de leerkracht. Dit kan nuttig zijn als u de
voorbereidingen treft voor lessen met de K’NEX Education-set Intro tot Bouwwerken.
Bruggen.
Wat is een brug?
Een brug is een BOUWWERK dat het makkelijker maakt om een hindernis over te steken. Hindernissen als
rivieren hebben altijd reizigers en handelaren in de weg gestaan. Maar tegenwoordig overspannen bruggen
wijde riviermonden, wilde stromen, verbinden eilanden en overbruggen drukke verkeerswegen en verbinden
het ene gebouw met het andere. Ze worden gebruikt door motorvoertuigen, treinen, voetgangers,
pijpleidingen en kanalen met water.
We kunnen ons voorstellen dat de eerste “bruggen” omgevallen bomen of een stuk platte steen over een
beekje of kloof waren. Nu zouden we dat een liggerbrug noemen.
Toen mensen bredere hindernissen wilden oversteken, beladen met zware lasten, was de liggerbrug niet altijd
het meest geschikt. De langere overspanning boog door in het midden. De ligger kon wel versterkt worden,
maar stortte dan in door het toegenomen gewicht. De grootste lengte die een liggerbrug kan bereiken is
ongeveer 80 meter.
Bij het ontwerp van een brug zijn de volgende factoren van belang: de LAST die gedragen moet worden,
de KRACHTEN die erop worden uitgeoefend en de MATERIALEN waarmee wordt gebouwd.
Fig. 1
Fig. 2 - Eenvoudige liggerbrug
Fig. 3 - Lange liggerbrug die doorbuigt
Fig. 4 - Versterking door een dikkere ligger Fig. 5 - De brug is te zwaar
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
6
Dode lasten: Dit is het gewicht van de brug zelf. Ingenieurs proberen de constructie van bruggen altijd
zo licht mogelijk te maken.
Schok belasting: Treinen en zware vrachtwagens veroorzaken een zware belasting (of schok) van
de brug als ze daar snel overheen rijden. Bruggen voor treinen moeten erg sterk zijn en voor dit soort
transport zijn hangbruggen niet geschikt.
Omgevings belasting: Omgevingsfactoren als harde wind, ijs en sneeuwhopen, en aardbevingen
kunnen een aanzienlijke extra belasting van de brug geven. Speciale aandacht dient er ook te worden
gegeven aan het effect van harde wind op de kabels van hangbruggen en andere door kabels gesteunde
bruggen.
KRACHTEN
Duwspanning: samendrukken
Trekspanning: uitrekken
Torsie: draaien
Wrijving: glijden, schuiven
De belangrijkste krachten die bij een brug optreden zijn duw- en trekspanning. Hun effecten op de brug kan
eenvoudig gedemonstreerd worden met een rechthoekig stuk schuimrubber. Hierop zijn met een viltstift lijnen
getekend als op de tekening hieronder. Door op het midden te duwen wordt duidelijk waar duw- en waar trek-
spanning optreedt.
LASTEN
Levende lasten: het gewicht van het verkeer dat de brug gebruikt. Deze last veroorzaakt een
neerwaarts gerichte kracht op de brug en dus moet in het ontwerp OF de neerwaartse kracht
overgebracht worden op de fundering OF in evenwicht zijn met een tegengestelde kracht.
Fig. 6i Fig. 6ii
Fig. 9 - Buiging(een combinatie
van duwen en trekken)
Fig. 10 - Torsie (draaien)
Fig. 11 - Wrijving (schuiven)
Fig. 7 - Duwspanning
(samendrukken)
Fig. 8 - Trekspanning (uitrek-
ken)
Fig. 12 -krachten uitgeoefend
op een balk.
LAST
Duwspanning
Trekspanning
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
7
MATERIALEN
Ontwerpers van bruggen moeten rekening houden met de eigenschappen van de materialen die
ze willen gaan gebruiken.
Materialen die bestand zijn tegen duwspanning: hout, gewapend beton, staal en sommige soorten plastic
Materialen die bestand zijn tegen trekspanning: kabels, hout (over de lengte gezaagd)
Gewapend beton is een goede keus voor veel constructies, waaronder bruggen. Er zitten stalen staven in de
lengte en is sterk bij duw- en trekspanning.
Kan je constructies maken van papier? Wat zijn de sterke en zwakke punten?
Deze test laat zien dat papier sterk is bij trekspanning en zwak bij duwspanning.
Kunnen we de natuurkundige eigenschappen van materialen veranderen?
U kunt de volgende activiteiten met uw leerlingen uitproberen. Zie ook Introductie
van bruggen, Voorbereidende activiteiten pag. 19) Zie ook www.encyclopedoe.nl onder het
trefwoord: kracht.
Fig. 13l - Probeer een stuk papier uit elkaar te scheuren.
Fig. 14
Fig. 15
Als je een vel papier tussen je handen houdt hangt
het naar beneden – het is niet erg stevig. Maar met
vouwen krijgt het andere eigenschappen.
Het vel papier is nu stijf en kan verbazingwekkende
zware lasten dragen.
Fig. 13ll - Pers het nu samen.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
8
Een buis van opgerold papier is verbazingwekkend sterk. Dit kun je goed zien als je de koker probeert samen
te drukken. Je kunt ook testen hoeveel de koker kan dragen.
Vouw A4 blaadjes op de manieren die hieronder getekend staan en onderzoek hoeveel gewicht ze kunnen
dragen. Voorspel eerst hoeveel gewicht ze kunnen dragen. Voor een eerlijke test moeten de blokken op
dezelfde afstand staan en mag je slechts één vel papier gebruiken. Leg steeds een vel (balk) op de twee blok-
ken en leg steeds meer gewichtjes op het midden (fig. 18) net zo lang totdat de brug het begeeft. Noteer de
resultaten in een tabel zoals in fig. 19.
Op deze manier kun je verschillende soorten papier en karton onderzoeken.
Fig. 16I- Rol een
vel papier om een
bezemsteel o.i.d.
Fig. 17
Fig. 19
Fig. 18
Fig. 16II-
Sterk: duw- en
trekspanning
Fig. 16III- zwak:
buigen
Uit deze onderzoeken blijkt dat een materiaal dat eerst
ongeschikt lijkt, door het veranderen van de vorm sterk
gemaakt kan worden.
Bij deze bedanken wij Paul Newman, senior technician, The
South London Science & technology Centre, Londen.UK voor
het geven van toestemming om deze activiteit en tekeningen
te gebruiken.
Ontwerp
(dwarsdoorsnede)
Max. gewicht.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
9
Vormen gebruikt in constructies.
In constructies zijn de meest gebruikte vormen: rechthoeken, driehoeken en de bogen.
Wat gebeurt er als op deze vormen krachten worden uitgeoefend?
Rechthoeken
Als je op een hoek van een rechthoek een kracht uitoefent verandert deze in een parallellogram.
Door het toevoegen van een schuine balk wordt de rechthoek versterkt. Het is nu een stabiele,
stevige constructie.
De vorm verandert niet als er kracht op de hoeken wordt uitgeoefend omdat de krachten nu worden
afgevoerd door de schuine balk, die ook sterk is bij duwspanning. Door de toevoeging van de schuine balk
ontstaan er ook twee driehoeken. Balken die duwspanning weerstaan worden stutten genoemd.
Fig. 20-22 - Veelgebruikte vormen in constructies. Gebruik combinaties van K’nex onderdelen.
Fig. 23-24 - Rechthoeken die bij een hoek geduwd worden.
Fig. 25 - Duw- en trekspanning bij een
schuine balk.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
10
Driehoeken
Als een last tegen de zijkant van de driehoek duwt buigt deze naar binnen. De zijkant is het zwakste punt
van een driehoekige constructie.
Als een kracht wordt uitgeoefend op een van de hoeken van een driehoek buigt deze niet omdat de beide
zijden worden ingedrukt en de basis uitgerekt. De krachten worden over de hele constructie verdeeld en
niet aan één kant. Als driehoeken goed gebruikt worden zijn het de meest stabiele en stevige vormen die
in een constructie gebruikt worden.
Bogen
Bogen worden al duizenden jaren gebruikt in bouwwerken. Veel boogbruggen en aquaducten die door de
Romeinen gebouwd werden zijn nu nog steeds in gebruik. Een bewijs van hun sterkte.
Fig. 26 - Kracht uitgeoefend op de zijkant van een driehoek.
Fig. 27 - Kracht uitgeoefend op het hoekpunt van een driehoek.
Fig. 28 - Voorbeelden van boogbruggen.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
11
Als er een last of kracht op de top van een boog wordt uitgeoefend beweegt deze naar beneden.
De zijkanten bewegen opzij.
Het verstevigen van de zijkanten maakt van een boog een sterke constructie.
Als een boog een last moet dragen proberen de zijkanten zijwaarts te bewegen. Maar de buitenkanten duwen
terug en stoppen daarmee de beweging. De steunen aan de buitenkant heten bruggenhoofden.
Er is een grens aan boogbruggen. Als de boog te lang is wordt de constructie zwak. De grootste enkele
boogbruggen zijn tegenwoordig ongeveer 250 meter.
Niet alle boogbruggen zijn van steen. Moderne boogbruggen hebben een stalen frame.
Fig. 29 - krachten in een boog
Fig. 30 - Het verstevigen van een boog.
Fig. 31 - Voorbeelden van boogbruggen in staal.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
12
VERSCHILLENDE SOORTEN BRUGGEN
Voor bruggen zijn er verschillende basistypen. Maar omdat aan iedere brug andere eisen gesteld worden zijn er
talloze verschillen in het ontwerp.
De LIGGER BRUG
Dit is het eenvoudigste type brug, gemaakt van een rechte plaat of balk, die rust op twee steunpunten, elk aan een
kant van de ligger.
Constructie en materialen:
De liggerbrug draagt het eigen gewicht en de last op verticale steunen. Dit type brug wordt doorgaans gebruikt
voor kleine overspanningen als smalle kanalen of over een snelweg. Dit is omdat langere liggers in het midden
doorzakken en daarom extra ondersteuning nodig hebben.
Fig. 32 - Lange liggers zijn zwakker dan korte.
Fig. 34 - Koning constructie Fig. 35 - Koninginnen constructie
Vroeger waren hout en steen de meest gebruikte materialen.Tegenwoordig wordt staal en gewapend beton toege-
past bij de bouw van liggerbruggen.
Krachten die bij de brug optreden:
De krachten die bij een liggerbrug optreden
drukken de bovenkant samen, maar rekken
de onderkant(trekspanning) van de
ligger/balk uit. De bruggenhoofden staan
onder drukspanning.
De BALK of Baileybrug
Een balkbrug is een liggerbrug waarbij de blak/ligger gesteund wordt door een raamwerk van doorgaans stalen
balken die samengevoegd zijn tot een serie driehoeken. Hierdoor wordt de balk dikker zonder veel zwaarder te
worden. Een driehoek geeft een stevige constructie omdat de vorm voorkomt dat de constructie buigt, draait of
uit model wordt getrokken.
Constructies en materialen
Vroege balkbruggen hadden weinig driehoeken en waren gemaakt van hout. (zie fig. 34 en 35) Toen er betere
materialen en ontwerpen beschikbaar kwamen werden de bruggen ingewikkelder. Tegenwoordig bevatten ze
vele driehoeken.
Fig. 33 -
Krachten
bij een
liggerbrug
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
13
Hoewel het toevoegen van raamwerken de ligger sterker maakt, hebben deze toch ook een beperkte lengte.
LANGERE BRUGGEN
Fig. 36 - Balkbruggen
Fig. 37b - Oplossing:
Steun vanaf de onderkant.
Fig. 38
Fig. 37c - Oplossing:
Steun vanaf de bovenkant.
De boog werd zowel door de Chinezen, de Egyptenaren als de Romeinen gebruikt voor bruggen en aquaducten.
Een lange liggerbrug buigt in het midden. Ontwerpers vonden hiervoor twee oplossingen. Ze ontwierpen
bruggen waarbij het zwakke punt van onderaf gesteund wordt door een pijler of van bovenaf door kabels.
Hieronder bespreken we de variaties bij de balkbrug en de boogbrug. Beiden bieden oplossingen voor grotere
overspanningen.
1. Steun door het maken van kortere liggers.
In plaats van het gebruik van een enkele lange ligger die doorbuigt in het midden hebben ontwerpers bruggen
gebouwd die waren samengesteld uit een serie van soms honderden kortere balkbruggen. Een voorbeeld hiervan
is de Chesapeake Bay Bridge-Tunnel in de Verenigde Staten. De 26 km. brede baai wordt overbrugd, maar geen
enkele overspanning is langer dan 30 meter.
2. Gebruik van bogen
de BOOG BRUG
Fig. 39
Fig. 37a - Hoe maak je een grote
overspanning?
Probleem: de brug buigt door en is
zwak
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
14
Constructie en materialen
De boog maakt gebruik van de eigenschap dat steen goed bestand is tegen grote druk. De drukkrachten
houden de stenen vast tussen de beide einden (bruggenhoofden) van de brug. De steen in het midden van de
boog wordt sluitsteen genoemd en alle andere stenen duwen tegen deze centrale steen. De vorm van stenen
in een boog is heel belangrijk. Deze moeten wig-vormig zijn, want het is de vorm die het mogelijk maakt dat
de boog zichzelf staande houdt. In de loop der tijd verbeterden de materialen en werden boogbruggen ook
van gietijzer, staal en beton gebouwd.
3a Ondersteuning
De CANTILEVER BRUG
Een cantilever brug is een variant van de balk of liggerbrug. Een cantilever is een ligger die aan een kant vast
zit. Een kant kan stevig op de kant verankerd zijn en de andere in de lucht steken, waar deze met een andere
cantilever een hele brug kan vormen. In tegenstelling tot andere liggerbruggen hoeft de ligger niet aan twee
kanten gesteund te worden. Dit is handig op plaatsen waar moeilijk pijlers geplaatst kunnen worden of bij een
kanaal met vrije doorvaart. Net als bij balkbruggen worden cantileverbruggen vaak versterkt met een raamwerk.
Het principe van een cantileverbrug kan eenvoudig gedemonstreerd worden met vijf dezelfde boeken(of blokken).
Zet twee boeken neer als pijlers. Elke pijler en cantilever lijken op een T. Verbind de beide cantilevers met een
boek of schuif ze tegen elkaar aan.
Fig. 40 - Boog Bruggen
Fig. 41 - Krachten
in een boog
Fig. 42
pijler
overspanning
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
15
De Forth Railway Bridge over de Firth of Forth bij Edinburgh, Schotland is een van ‘s werelds grootste cantilever-
bruggen. In 1890 gebouwd van staal met een lengte van 2500 meter. De overspanning in het midden is niet meer
dan 100 meter.
Fig. 43 - Krachten in een
cantilever brug.
Fig. 44
Forth Railway Bridge, South Queensferry, Schotland
Fig. 45 - balkbruggen met steunkabels
Bij dit voorbeeld wordt de rails onder en boven gesteund met een raamwerk.
3b Trekken aan de bovenkant
De BALKBRUG MET STEUNKABELS/TUIBRUG
De balkbrug met staalkabels is een combinatie van een cantilever- en een hangbrug: het wegdek is hier de
cantilever die gesteund wordt door kabels vanaf een toren. Elke toren steunt een uitgebalanceerd gedeelte van het
wegdek met kabels. Hoewel het idee niet nieuw is werd dit type brug pas populair halverwege de 20e eeuw toen
het voorgespannen beton beschikbaar kwam. Het is ook een relatief goedkope manier van bouwen omdat er, in
tegenstelling tot bruggen die tussen twee torens hangen, geen verankering nodig is. Daarom wordt dit type brug
gebouwd op plaatsen waar voorheen een hangbrug gebouwd werd.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
16
Fig. 47 - Manieren van spannen
Constructie en materialen
Kabels die aan een grote toren bevestigd zijn worden gebruikt om het wegdek te steunen. De kabels
lopen rechtstreeks van de toren naar het wegdek. Alle kabels staan onder spanning en de toren draagt het
hele gewicht van de brug en alles erop. De torens zijn gemaakt van beton of staal. De kabels kunnen op
verschillende manieren gespannen zijn.
De HANGBRUG
Het principe van een hangbrug werd al in de pre-historie gebruikt. Lianen of klimplanten in beboste gebieden
werden gebruikt om smalle ravijnen over te steken. Tegenwoordig zijn hangbruggen de langste bruggen ter
wereld. Moderne hangbruggen gebruiken kabels die tussen twee torens gespannen zijn – de kabels gaan over of
door de torens – en de hele brug dragen. De uiteinden van de kabels zijn verankerd in de grond. De rijvloer is een
beetje gebogen, heeft een raamwerk (verstijvingsliggers) voor extra sterkte en stevigheid en hangt aan hangers die
aan de draagkabels hangen.
Het ontwerp van de hangbrug, net als bij ieder ander type brug, probeert de krachten in de constructie in
evenwicht te houden. Bij een hangbrug staan de kabels altijd onder spanning omdat er altijd aan getrokken wordt.
Dit geldt ook voor de torens omdat deze altijd de draagkabels moeten dragen.
Fig. 48 - De onderdelen van een hangbrug
Fig. 49 - Het gebruik
van verstijvingsliggers ter
versterking van de rijvloer.
Hangers
Pilonen
Draagkabels
Verankering
Verankering
Golden Gate Bridge, USA
Fig. 46 - krachten in een
balkbrug met steunkabels.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
17
Fig. 50 - Krachten in een hangbrug
Fig. 51
Fig. 52 bascule brug geopend voor scheepvaart
Humber Bridge, Engeland
Tower Bridge, Londen, Engeland
Tegenwoordig zijn hangbruggen de langste ter wereld. Het huidige record staat op naam van de Akashi Brug die
de Japanse eilanden Shikoku en Honshu verbindt met een lengte van 3911 meter.
Bewegende bruggen
De BASCULE BRUG
Het woord BASCULE is Frans en betekent “wip”. Een basculebrug kan open om schepen te laten passeren. De
overspanning is gedeeld en ieder deel is met een contragewicht is balans gebracht om makkelijk openen mogelijk
te maken. De contragewichten zijn meestal van beton gemaakt en zitten doorgaans onder het wegdek. Een motor
drijft de tandwielen aan die het contragewicht laten dalen, waardoor de brug open gaat voor de scheepvaart.
Tower Bridge, over de Theems in Londen, Engeland is een basculebrug. Elke bascule is ongeveer 33 meter lang
en heeft een contragewicht van 422-ton aan het eind.
Meer informatie:
www.encyclopedoe.nl onder het trefwoord: bruggen
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
18
19
Introductie van bruggen:
Voorbereidende activiteiten
WERKWIJZE
Introductie
Vraag de klas eerst wat we bedoelen
met CONSTRUCTIES. Schrijf de ant-
woorden op het bord
Laat de leerlingen vertellen over
de grootste constructie waar ze
ooit in geweest zijn en wat ze
daarbij voelden.
Probeer te ontdekken waarom ze deze gevoelens hadden.
Vraag de leerlingen door wie
constructies als gebouwen, wegen
en bruggen, ontworpen worden.
Vraag de leerlingen: “Als jij de ontwerper van een brug zou zijn waarmee zou je dan allemaal rekening
houden bij het ontwerp?” (sterkte, schoonheid, veiligheid, enz.) Stimuleer de leerlingen met vragen en voor-
stellen in de brainstorm-fase. Schrijf antwoorden op het bord en maak een woordweb om de leerlingen het
verband tussen de factoren te laten zien.
DOELEN
De leerlingen:
1. Herkennen de krachten in een constructie.
2. Demonstreren de manier waarop materialen reageren als er krachten op worden uitgeoefend.
3. Onderzoeken de manier waarop vormen reageren als er krachten op worden uitgeoefend.
MATERIALEN
Elk groepje leerlingen heeft nodig:
- kopieerpapier
- elastiekjes
- lange K’NEX staven
- enkele K’NEX hoekverbindingen
U hebt nodig:
- stuk stevig schuimrubber
(30x6x6 cm)
- viltstift
NOOT: De activiteiten hieronder zijn bedoeld voor leerlingen zonder enige kennis van constructies.
Uiteraard aan u ter beoordeling.
Mogelijke antwoorden zijn: gebouwen, waar-
onder wolkenkrabbers, stadions, wegen dammen,
tunnels,havens, golfbrekers, havenhoofden
hoogspanningstorens,pijpleidingen, boortorens en
boorplatforms, piramides, achtbanen.
Mogelijke antwoorden zijn: opwinding, nieuwsgierigheid,
verbazing
Ingenieurs, architecten
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
20
Onderzoek Activiteiten
U kunt bijvoorbeeld de krachten in een constructie bespreken:
Duwspanning
Trekspanning
Draaispanning of torsie
Wrijving (schuiven)
U kunt ook de volgende
onderwerpen met de leerlingen
onderzoeken:kenmerkende
eigenschappen van
bouwmaterialen en de manier
waarop verschillende vormen
zich gedragen als er krachten
uitgeoefend wordende lasten die
de constructies moeten dragen.
SUGGESTIES
Leg de klas uit dat ze de verschillende factoren gaan onderzoeken waar ontwerpers ook rekening mee
moeten houden.
1. Besteed daarbij aandacht aan de onderwerpen hieronder als deze al eerder ter sprake kwamen en zo niet,
stel dan gerichte vragen en voeg ze toe aan de lijst.
KRACHTEN die op de constructie uitgeoefend worden
MATERIALEN die in de constructie gebruikt worden.
VORMEN die in de constructie gebruikt worden
LASTEN die door de constructie gedragen moeten worden.
2. Om deze begrippen te introduceren kunt u de activiteiten in de Samenvatting op pagina 5-11 van deze
handleiding vinden. De benodigde materialen staan op pagina 22. De uit te voeren activiteiten kunnen
bevatten:
Demonstratie van de effecten van krachten met een stuk schuimrubber of activiteiten van www.
encyclopedoe.nl
Activiteiten die met een vel kopieerpapier laten zien dat de eigenschappen van materialen kunnen
veranderen met de vorm.
Het onderzoeken van de sterkte van verschillende vormen gemaakt met K’NEX staven en
verbindingsstukken.
Gebruik van het krachtenlaboratorium op www.pbs.org/wgbh/buildingbig/bridge/ om het effect van
vormen en krachten in constructies te onderzoeken.
NOOT voor de leerkracht:
Informatie en suggesties voor de leerkracht over KRACHTEN, MATERIALEN en VORMEN is te vinden op
de pagina’s 5-12 van deze handleiding. Informatie over LASTEN bij bruggen is te vinden bij de les ”Zijn alle
bruggen hetzelfde” op pagina 25-28 van deze handleiding.
Zie ook www.encyclopedoe.nl onder de trefwoorden krachten en bruggen. Hier vindt u ook meer informatie
over MATERIALEN, VORMEN en LASTEN.
Al deze onderwerpen staan op de bovenvermelde website
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
21
Introductie van Bruggen
Wat doen bruggen?
WERKWIJZE
Introductie
Vraag de leerlingen – Wat is een brug?
Schrijf hun opmerkingen op het bord.
U kunt daarbij een schema of woordweb
gebruiken. Help ze een definitie van
het begrip brug te vormen als een
constructie die een weg biedt voor
mensen, dieren of voertuigen over een
hindernis.
Moedig de leerlingen aan hun
fantasie te gebruiken en beschrijven
hoe zij denken dat de eerste bruggen
er hebben uitgezien. Antwoorden
noteren op het bord.
Vraag de leerlingen naar:
3 redenen waarom we
tegenwoordig bruggen gebruiken.
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. Bedenken een definitie van een brug.
2. Onderzoeken bruggen in de omgeving.
3. Ontwerpen en bouwen een model van een brug.
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3
leerlingen heeft nodig:
- K’NEX Education bouwset:
Bruggen met instructieboek
- Ruitjespapier of kopieerpapier
- Potloden of stiften
U hebt nodig:
- Een echte bouwtekening – bij de beheerder van
het schoolgebouw of de gemeente (optioneel)
- Een idee van bruikbare websites op
www.encyclopedoe.nl
-
Foto’s van bruggen
NOOT: Bij de leerlingen wordt enige kennis van constructies verondersteld (krachten, vormen, lasten,
bouwmaterialen) opgedaan bij de inleidende activiteiten of kennis opgedaan bij het onderdeel bruggen van
de Encyclopedoe. In het volgende stuk wordt ingegaan op het begrip last.
Een brug is een constructie die mensen/dieren/
voertuigen in staat stelt een versperring over te steken.
Sommige leerlingen kunnen opmerken dat bruggen ook
pijpleidingen of water(aquaduct) dragen.
De antwoorden zullen verschillen: houtblokken die
gebruikt werden als stapstenen.; lianen om over een
stroom te slingeren; combinaties hiervan.
Om (snel)wegenveilig over te steken; om aan de over-
kant van een rivier te komen zonder nat te worden; om
met auto’s een ravijn over te steken.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
22
3 hindernissen voor mensen
die van de ene plaats naar de
andere willen.
Hoe mensen aan de overkant
kwamen zonder bruggen.
Laat de leerlingen naar de foto’s van bruggen en hindernissen in het Instructieboekje kijken. Stimuleer ze
nauwkeurig te kijken naar de vorm van de bruggen en de verschillen te noemen. In dit stadium is het wellicht
verstandig om slechts 3 typen bruggen te bekijken. De liggerbrug(pag. 2-3), de boogbrug(pag.10) en de
hangbrug(pag.12).
Laat de leerlingen voorbeelden van bruggen in de omgeving zoeken. Als er een brug in de omgeving van
de school is kan deze bezocht en onderzocht worden. Als dit niet in het lesprogramma past, laat dan de
leerlingen een brug in de omgeving beschrijven op kenmerken en gebruikte materialen. Laat de leerlingen
anders op eigen gelegenheid naar een brug gaan en deze onderzoeken en de constructie tekenen en/of foto-
graferen. Ze moeten in het bijzonder letten op het ontwerp, de ondersteuning en de gebruikte vormen.
Ze moeten de afmetingen van de brug schatten en er op bedacht zijn dat ze de gebruikte methode hiervoor
kunnen uitleggen. Laat hun bevindingen opschrijven in hun werkschrift.
Geef een kaart van de omgeving en laat de leerlingen de bruggen in de omgeving in kaart brengen. Vraag
ze hoe het verkeer in de omgeving geregeld zou zijn als er geen bruggen waren. Laat de leerlingen routes
uitzetten van de ene plek naar de andere zonder dat ze gebruik maken van bruggen. Laat de leerlingen de
bruggen tellen en een lijst aanleggen van bruggen waar ze onderweg naar school gebruik van maken.
Bespreek de ontwikkeling van bruggen in de loop der tijd van simpele platte stenen en blokken hout in een
beekje tot grote bruggen met een overspanning van duizenden meters, die eilanden verbinden en brede
riviermonden oversteken. De leerlingen moeten zich ook bewust worden dat hoewel er vernuftige moderne
grote bruggen gebouwd worden, nog steeds simpele bruggen van platte stenen, houtblokken en lianen gebou-
wd worden. Leg uit dat ze met K’NEX verschillende typen bruggen gaan bouwen en gaandeweg in het proces
kennis en begrip opdoen van constructies en problemen die ontwerpers tegenkwamen als ze langere
en grotere bruggen gingen bouwen, die steeds zwaardere lasten moesten dragen.
Rivieren, valleien, ravijnen, rivierdelta’s, (snel)
wegen, water tussen eilanden.
Waden door ondiepe stukken, stapstenen, langs de
rand van een ravijn lopen om een plek te vinden om
over te steken.
Bouw Activiteit
Geef elk groep een set K’NEX Bruggen.
Laat de leerlingen naar het boekje met Bouwinstructies kijken. Asl ze nog niet eerder met K’NEX gewerkt
hebben wijs ze dan op de Bouwtips pagina, in het bijzonder de informatie over de donkergrijze en blauwe
verbindingsstukken. Laat de leerlingen de materialen onderzoeken. Het is belangrijk dat ze het bouwconcept
in dit stadium begrijpen om latere frustraties te voorkomen.
Geef duidelijke richtlijnen voor het omgaan met de onderdelen zodat de doos compleet blijft.
Herinner de leerlingen eraan dat ze aan het eind vijf minuten nodig hebben om op te ruimen.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
23
Vertel de leerlingen dat ze met K’NEX bruggen gaan bouwen. Bespreek hoe ontwerpers, als ze
de beginschetsen gemaakt hebben, modellen gebruiken om de brug te onderzoeken en testen op
veiligheid, sterkte en ontwerp.Naar aanleiding van de resultaten worden dan bouwtekeningen
gemaakt. De bouwers gebruiken deze voor de echte bouw. Probeer een echte bouwtekening te pakken te
krijgen – van een huis of de school bijvoorbeeld - zodat de leerlingen een idee hebben van het soort
informatie dat daarop staat.
Wijs de leerlingen er op dat de bouwtekeningen, net als alle andere kaarten en tekeningen, alleen twee
dimensies tegelijk laten zien. De plattegrond laat de lengte en de breedte van de constructie zien en op de
bouwtekening zie je de hoogte en de lengte of de lengte en de breedte, maar niet allebei tegelijk. Maak dit
met een bordtekening duidelijk.
Onderzoeks activiteit:
Stappen
1. Vertel de leerlingen dat ze een brug gaan bouwen volgens de volgende richtlijnen:
(i) De brug verbindt twee tafels over 30-40 cm.
(ii) Je mag alleen de materialen uit de K’NEX set gebruiken
(iii) De brug moet minstens 15 seconden een schoen kunnen dragen.
(iv) Jij moet bepalen wat voor soort hindernis overgestoken moet worden.
2. Leg uit dat ze vrij zijn in soort en maat van de brug, maar dat ze rekening moeten houden met:
(i) De soort hindernis die overgestoken moet worden
(ii) Wie, of wat, er gebruik van maakt.
(iii) De last die er gedragen moet worden. (schoen)
3. De leerlingen moeten voldoende tijd hebben om met de K’NEX materialen te werken en een solide
model te ontwikkelen dat het mogelijk maakt om een barriere, van wat voor soort dan ook, over
te steken.
4. Moedig ze aan om de stevigheid te testen en te controleren of hun brug inderdaad een schoen
kan dragen.
5. Als de brug klaar is maken ze een bouwtekening op gewoon of ruitjespapier. Nauwkeurigheid is hier
heel belangrijk.
NOOT: Laat de leerlingen als ze voldoende vaardig zijn in meten en het begrip schaal begrijpen, een
tekening op schaal maken.
Het Idee Toepassen
De leerlingen laten om de beurt hun bruggen aan de klas zien en beschrijven:
De hindernis die overwonnen moest worden
Voor wie of wat de brug ontworpen is
De belangrijkste kenmerken die ze in de constructie gebruikt hebben.
U kunt zowel de leerlingen in hun eigen bewoordingen laten vertellen of de gelegenheid aangrijpen om echte
vaktermen in te voeren. U kunt een en ander vastleggen op video en/of de bruggen fotograferen.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
24
De leerlingen moeten er op de “schoentest” voorbereid zijn.
Laat de leerlingen een definitie van BRUG in hun werkschrift noteren. Deze moet de woorden “constructie”
en “hindernis”bevatten.
BRUG:
______________________________________________________________________________________
Laat de leerlingen in hun schriften noteren:
5 gebruikers van bruggen
5 obstakels die bruggen
overspannen
5 vaktermen in relatie tot bruggen
NOOT: Bewaar zo mogelijk de modellen voor de volgende klassenactiviteit.
Het Idee Uitbreiden
1. (a) Laat de leerlingen de bouwtekeningen uitwisselen en alleen daarmee een brug bouwen.
(b) Laat de leerlingen elkaars bruggen beoordelen op nauwkeurigheid.
(c) Bespreek het bouwproces en laat de leerlingen vervolgens een verslag schrijven in hun werkschrift.
2. Laat de leerlingen in tweetallen informatie, foto’s en tekeningen van bruggen verzamelen via
www.encyclopedoe.nl of google.
Ze moeten daarbij aandacht besteden aan verschillende typen bruggen en ook soorten hindernissen die
overbrugd moeten worden. Het accent moet liggen op het verzamelen van zoveel mogelijk verschillend
uitziende bruggen. In dit stadium hoeven bruggen nog niet met namen aangeduid te worden. In een
later stadium na het uitvoeren van de onderzoeken per brugtype kunnen de illustraties verwerkt worden
in een tentoonstelling of collage.
rivier, kanaal, beekvallei, rivierdelta, moeras, straat tussen
twee eilanden,kloof tussen gebouwen,wegen, enz.
voetgangers/wandelaars, dieren, motorvoertuigen,
auto’s,vrachtwagens,fietsen, treinen,pijpleidingen,
kanalen, enz.
oever, overspannen, steunen, verbinden, vastmaken,enz.
CHECKLIST WERKSCHRIFT
De leerlingen houden een individueel werkschrift bij om hun bevindingen te noteren. Hieronder staan
van onderwerpen die in hun werkschrift kunnen staan.
4
Beschrijving en tekening van een brug in de buurt
4
Definitie van een brug
4
Lijst van gebruikers en hindernissen
4
lijst van sleutelwoorden/vaktermen in relatie tot bruggen.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
25
Zijn Alle Bruggen hetzelfde?
Hoe bruggen hun lasten dragen.
WERKWIJZE
Introductie
laat de leerlingen do foto’s op de pagina’s 3, 10 en 12 van het Bouwinstructie-boek bekijken. Vraag ze naar
de verschillen.Laat ze de namen controleren van de verschillende soorten bruggen en vraag ze om een
verklaring van deze benaming.
Maak schetsen op het bord naar aanleiding van hun
antwoorden en geef de juiste vaktermen als deze ter
sprake komen. De onderstaande tekeningen kunnen
als basis voor de schetsen dienen. Maar teken nog
niet de pijlen.
Onderzoek Activiteit
Wijs de leerlingen erop dat krachten in alle constructies
optreden. Vraag vrijwilligers om een lijst van deze krachten
te maken.
Leg de leerlingen uit dat ze de al gebouwde modellen
kunnen gebruiken bij hun onderzoek naar de krachten die
werken in ieder type brug.
DOELSTELLINGEN
De Leerlingen:
1. Bekijken de krachten in constructies
2. Herkennen de verschillen van drie soorten bruggen
3. Onderzoeken hoe een brug een last draagt
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3 leerlingen
heeft nodig:
- Model van de brug van de vorige opdracht
- Instructieboekje
- Gewichten(boeken, gewichtenset, etc.)
- Potlood of viltstift
- Werkschrift
U hebt nodig:
- Lang stuk stevig karton of board.
- Twee personen-weegschalen
- 4 of 5 zware boeken
Duwen/trekken, duwspanning/
trekspanning,buigen, draaien, torsie,
schuiven.
Stel ze in de gelegenheid een
nieuwe brug te bouwen als de oude
al gedemonteerd is.
De pijlen komen later.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
26
NOOT: Laat de leerlingen veiligheidsbrillen dragen als ze de bruggen belasten.
Stappen:
1. Laat de leerlingen de manier
waarop de brug gesteund
wordt onderzoeken en dan
beslissen of het een ligger-,
boog- of hangbrug is.
2. Laat de leerlingen een last(schoen, boeken, gewichten) op de brug plaatsen en kijken wat er gebeurt in
de diverse onderdelen van de constructie. De lasten moeten steeds groter worden. Ze moeten opmerken:
Welke onderdelen buigen,
onder druk of spanning staan
Wat gebeurt er met de steunen van hun brug als de last toeneemt:
Welk onderdeel bezwijkt eerst.
In hun schrift moeten ze tekeningen maken met naamsaanduiding en ook aangeven waar hun brug
het eerst bezweek. Ze moeten bijvoorbeeld de onderdelen van hun brug benoemen die bezweken of
verschoven zijn.
3.
Vraag de leerlingen om hun bevindingen
te vergelijken met de tekeningen van de
drie bruggen op het bord. Vraag ze waar de
krachten in elke brug optraden. Teken pijlen
op deze plaatsen.
NOOT: Geef op de bordschets van de brug met pijlen de richting en uitoefening van de krachten aan. Met kleur-
en kunnen de verschillende krachten worden aangegeven.
4. Bespreek met de klas de variatie van de LAST die de brug moet dragen.
(a) Laat de leerlingen nadenken over de verschillende soorten lasten en schrijf deze op het bord.
(b) Help de leerlingen bij het herkennen van de belangrijkste soorten lasten die een brug moet dragen.
Dode last: het gewicht van de materialen waarmee de brug is gebouwd. Bij de meeste bruggen is
dit het grootste gewicht dat de brug moet dragen.
Levende last: het gewicht van alles en iedereen die de brug gebruikt.
De meeste leerlingen zullen een liggerbrug gebouwd
hebben.
De leerlingen zullen zich nog veiliger voelen bij het
gebruik van termen als duwen, trekken, etc. Accepteer
dit eerst en stimuleer dan de echte vaktermen te
gebruiken.
Beperk deze activiteiten bij lagere klassen
tot de liggerbrug.
Toelichting pijlen.
Een dikke pijl geeft de last aan.
Pijlen langs de kabels, wegdek of bogen geven duw- en trekspanning aan.
Pijlen bij de bruggenhoofden en pijlers stellen de zwaartekracht voor.
Voorbeeld: pijlen bij een boogbrug geven de duwspanning weer terwijl deze bij een ligger- of
hangbrug staan voor een combinatie van spanningen.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
27
(Voor oudere leerlingen.)
Omgevingskrachten: het effect van harde wind, sneeuw, ijs en aardbevingen.
Schok lasten: de plotselinge zware belasting van bijvoorbeeld zware voertuigen of treinen.
(c) Laat de leerlingen naar de lijst op het bord kijken en deel deze in de bovenstaande categorieën
in. Laat aantekeningen in hun schrift maken.
5. Leg uit dat een succesvolle brug de belasting verdeelt over de fundering of in evenwicht houdt met
tegengestelde krachten. Vraag twee vrijwilligers om dit te demonstreren.
(a) Zet twee personenweegschalen op dezelfde afstand als de plank die de leerlingen gaan vasthouden.
(b) Laat een leerling op de weegschaal staan. Leg uit dat deze een PIJLER voorstelt. Laat het gewicht
aflezen.
(c) (i) Geef de leerling op de weegschaal een lange plank en laat deze horizontaal vasthouden. De plank is
het wegdek.
(ii) Laat het gewicht aflezen.
(iii) Laat dan de plank vertikaal
vasthouden en vraag of ze denken
dat de draagrichting verschil zal
maken. Laat dan de weegschaal
aflezen.
(d) Help de leerlingen tot de conclusie te komen dat het hele gewicht van de brug, inclusief dat van de pijler,
op de fundering drukt.
(e) Laat de leerlingen zich voorstellen dat het gewicht zich door wegdek en pijler verplaatst. Wijs een
leerling aan die dit met pijlen op een bordtekening aangeeft.
(f) Weeg de plank en noteer het gewicht in Tabel 1.
(g) Laat de tweede leerling op de andere
weegschaal staan en het gewicht
aflezen. De twee leerlingen moeten
nu de plank tussen zich inhouden.
Laat de rest van de klas voorspellen
hoe de verdeling van het gewicht
van de plank zal zijn.
(h) Om de voorspellingen te testen laat u de leerlingen in tweetallen op de weegschaal staan met de plank
tussen hen in. Vraag elke leerling hoeveel het gewicht met de plank is toegenomen op hun weegschaal.
Noteer de antwoorden in Tabel 1
(i) NOOT: Leg boeken op de plank om tot grotere verschillen te komen.
De weegschaal blijft hetzelfde gewicht aangeven,
onafhankelijk van de draagrichting.
De antwoorden zullen verschillen, maar de
meeste zullen zeggen dat het gewicht gelijk
verdeeld wordt.
GEWICHT VAN
DE PLANK
Tabel 1
TOENAME GEWICHT
PIJLER 1
TOENAME GEWICHT
PIJLER 2
TOTAAL TOEGENOMEN
GEWICHT
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
28
Het idee toepassen
Laat de leerlingen een korte beschrijving maken van de soorten lasten die op de brug worden uitgeoefend.
LEVENDE LAST:
______________________________________________________________________
DODE LAST: _________________________________________________________________________
(hogere groepen)
OMGEVINGSKRACHTEN:
______________________________________________________________
SCHOK LASTEN:______________________________________________________________________
Bespreek de resultaten van het experiment met de verdeling van de lasten en laat de klas hier een artikel
over schrijven. De tabel moet hiervan deel uitmaken.
Laat de leerlingen de schetsen van de ligger, boog en kabelbrug afmaken door er pijlen bij te tekenen die
de richting van de krachten aangeven.
Het idee uitbreiden
1. Laat de leerlingen thuis minstens drie verschillende constructies uitkiezen (tafel, bed, stoel, etc.) en
daar een tekening van maken waarbij met pijlen de richting van de krachten wordt aangegeven.
CHECKLIST WERKSCHRIFT.
4
Tekeningen van bruggen met naamaanduidingen.
4
Tabel 1 ingevuld.
4
Pijlen die de richting van de krachten aangeven bij de tekeningen van een ligger, boog
en kabelbrug.
4
Beschrijving en indeling van de verschillende typen lasten.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
29
De Ligger Brug:
Het herkennen van kenmerken en het vinden manieren om
liggerbruggen te versterken.
WERKWIJZE
Introductie
Leg de leerlingen uit dat deze les gaat over
liggerbruggen. Dit is het eenvoudigste
en oudste type brug, ook wel boom- of
balkbrug genoemd. Misschien uitgevonden
toen er bij toeval een boom over een
kreek of beek gevallen was. Moderne
liggerbruggen zijn gemaakt van stalen
balken met een soms ingewikkelde vorm.
Maar allemaal zijn ze hetzelfde in de mani-
er waarop ze hun eigen gewicht en dat van
de last dragen in verticale richting.
Laat de leerlingen naar het K’NEX-
model van de brug kijken en de dragende
onderdelen van de brug te benoemen.
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. Herkennen de belangrijkste eigenschappen van een liggerbrug.
2. Begrijpen en gebruiken de juiste vaktermen met betrekking tot een liggerbrug.
3. Onderzoeken de voor- en nadelen en de beste toepassingen van de liggerbrug.
4. Bouwen modellen van liggerbruggen met K’NEX.
MATERIALEN
Materialen per 2-3 leerlingen:
- 1 set K’NEX Education Bruggen
met instructieboekje
- gewichtenset 10 - 1000 gram
- werkschriften
leerkracht:
- met K’NEX gebouwd voorbeeld liggerbrug
- stuk stevig schuimrubber(30x6x6 cm.) (het soort
dat gebruikt wordt in kussens)
- merkstift
Steun, pijler, staander, toren, bruggenhoofd, etc.
Ligger
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
30
Herinner ze aan het woord pijler. Het woord dat bruggenbouwers gebruiken om verticale steunen aan
te duiden. Laat de leerlingen in hun eigen woorden de andere dragende delen van de brug omschrijven.
Introduceer dan de volgende termen.
Ligger - het horizontale gedeelte dat
rust op de pijlers.
Overspanning – de afstand tussen
de pijlers.
Brugdek – de bovenkant van de brug
die dienst doet als wegdek of treinrails.
Oprit – het gedeelte tussen het vaste
land en het wegdek.
Vangrail/leuning – de beschermende
hindernis die voorkomt dat gebruikers
over de rand vallen.
Stel een woordenlijst samen voor toekomstig gebruik.
Onderzoeksactiviteit 1: wat is de maximale lengte van een liggerbrug.
Stappen
Noot: Laat de leerlingen veiligheidsbrillen dragen als ze hun bruggen testen.
1. Leg de leerlingen uit dat hun eerste onderzoek erom gaat te zien wat er gebeurt bij een eenvoudige
constructie als je die langer en langer maakt.. Laat ze voordat ze gaan bouwen eerst naar de volgende
vragen kijken:
Wat gebeurt er met het draagvermogen als de brug langer wordt?
Hoe kunnen ze hun ideeën testen?
Welke metingen moeten ze verrichten?
Waar op de brug moeten ze meten?
Waar denken ze dat de zwakste delen in de constructie zullen zitten?
Vooronderstellingen in het schrift laten noteren.
2. (a) Verdeel de klas in groepen van 4- 6 leerlingen en geef elke groep 2 K’NEX Bruggen dozen.
Laat ze een brug tussen twee tafels o.i.d. bouwen en geef daarvoor ook voldoende tijd.
Noot: De brug moet
voldoende hoogte hebben om de
gewichtenset te kunnen gebruiken.
Als er geen set is dan kunnen ze
zelf andere manieren verzinnen
voor het testen.
(b) Laat de leerlingen de lasten
aanbrengen bij verschillende
plaatsen op de brug en
onderzoeken waar deze instort.
Laat de waarnemingen noteren
en er tekeningen bij maken.
De eenvoudigste manier is meten in het midden
van de overspanning.de leerlingen kunnen
beginnen met de groene K’NEX-staven en de zwarte
verbindingsstukken.Eerst 2, dan 3, 4… 6. Laat in elk
stadium metingen verrichten
Waarschijnlijk zal de brug breken bij de
verbindingsstukken.
Ligger
Brugdek
Pijlers
Overspanning
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
31
3. Bespreek de resultaten van het onderzoek.
De leerlingen moeten
ontdekt hebben dat de
brug verzwakt naarmate de
overspanning langer wordt.
De ligger begint door te zak-
ken onder het eigen gewicht
en kan zelfs breken onder
het eigen gewicht. Bij de
K’NEX liggerbrug is dat bij
de verbindingsstukken.
Dit is een mooie aanleiding om de effecten van duw- en trekspanning in een constructie te bekijken.
Dit is eenvoudig te demonstreren met een stuk schuimrubber met verticale strepen op de zijkant.(zie
pag.6) Toenemende druk op het midden van het schuimrubber perst het aan de bovenkant samen.
Hierdoor bewegen de lijnen aan de bovenkant naar elkaar toe en worden deze aan de onderkant uit
elkaar getrokken.
Onderzoek activiteit 2: Hoe maak je een liggerbrug langer en sterker?
Stappen
Noot: laat de leerlingen veiligheidsbrillen dragen bij het testen van hun bruggen.
1. Laat de leerlingen hun brug op een
vel papier leggen en zorgvuldig de
hoeken aan de binnenkant bij de
pijlers aftekenen. Dit zijn hun refe-
rentiepunten voor het uitzetten
van de brug. Laat de leerlingen met
twee vingers krachtig op de zwarte
platen aan beide einden van de
brug duwen en zien wat er gebeurt
(als er iets gebeurt) met de groene
staven van de overspanning en
de pijlers.
Bouw activiteit
Laat elke groep de liggerbrug bouwen van pag. 2 uit het instructieboek. Geef ze vervolgens een paar
minuten voor onderzoek naar de werking. Ze kunnen bijvoorbeeld een auto over de brug laten rijden.
Bij nauwkeurige observatie blijkt dat de brug breekt aan
de onderkant als de verbindingsstukken open springen. Dit
laat zien dat de ligger aan de onderkant onder trekspanning
staat. Op de bovenkant wordt duwspanning uitgeoefend.
Ze moeten opmerken dat de staven niet van vorm
veranderen en de pijlers niet bewegen. Ze constateren
een beetje druk bij de zwarte platen als ze die induwen
Laat de onderdelen eerst sorteren
alvorens de klas in groepen van 2- 3
leerlingen te verdelen. Geef elke groep
een set.
Ligger
LAST
Duwspanning
Trekspanning
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
32
2. Laat dan op de druk uitoefenen
op de plaat in het midden en
kijken wat er gebeurt met de
staven en pijlers.
3. Belast het midden van de brug met steeds meer gewichten en laat het gewicht waarbij de brug gaat buigen
in een tabel als hieronder, noteren en met een aparte kleur het gewicht aangeven waarbij de brug begint te
buigen. Ga door met belasten totdat de brug instort.
4. Houd een liniaal naast de brug
en meet de afstand tussen het
wegdek en de tafel als de brug
belast wordt.
5. (a) Laat de leerlingen de lange
brug van pagina 3 van het
Instructieboek bouwen, herhaal
de belastingsproeven 2 en 3 en
geef de verschillen aan met de
resultaten van de korte brug.
(b) Herhaal de metingen met de liniaal van stap 4.
(c) Laat de resultaten van de twee metingen vergelijken.
6. Laat de leerlingen vervolgens de zwarte platen uit de lange brug halen en stap 2 en 3 uitvoeren, maar
nu rechtstreeks druk uitoefenen op de verbindingsstukken tussen de groene staven en de pijlers. Laat de
resultaten noteren.
De leerlingen moeten constateren dat de staven en
verbindingsstukken buigen en dat de pijlers op de grond
uit elkaar bewegen. Laat de nieuwe situatie op het papier
aftekenen en de verschillen opmeten.
Als het wegdek wijkt moet dit uit de metingen blijken.
De leerlingen moeten ontdekken dat de buiging van de onderdelen bij de lange brug groter is dan bij de
korte en de pijlers eerder uit elkaar gaan. De lange brug kan ook minder gewicht dragen.
Hun bevindingen moeten overeenkomen met de testen
van de korte brug.
Brugdelen
buigen
Pijlers gaan
uit elkaar
DATA-tabel
Brugdelen
buigen
Pijlers gaan
uit elkaar
KORTE BRUG Gewicht Gewicht Gewicht Gewicht Gewicht
LANGE BRUG Gewicht Gewicht Gewicht Gewicht Gewicht
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
33
Het idee toepassen
Bespreek de resultaten van het uitgevoerde onderzoek over de twee bruggen met de klas.
Laat de leerlingen met behulp van hun aantekeningen in hun schriften antwoord geven op de
volgende vragen:
Waar zit het zwakste punt
van de brug?
Welke brug was het sterkst?
Wat was het effect van een
wegdek bij de brug?
Bespreek hoe constructies kunnen instorten en de rol van het eigen gewicht van de brug daarin.
Om dit probleem op te lossen moeten ingenieurs en ontwerpers manieren verzinnen om de brug te
versterken en het buigen te verminderen.
Is er nog een mogelijkheid om
een brug te versterken?
Laat de klas brainstormen
over de voor- en nadelen van
het plaatsen van meer pijlers.
Schrijf de ideeën op het bord.
Kunnen ze bedenken waarin
de K’NEX-brug verschilt van
de echte bruggen op de foto’s.
Laat de leerlingen werkblad 1: de Liggerbrug afmaken.
Bespreek de beperkingen van liggerbruggen, waar ze gebruikt kunnen worden en waar andere ontwerpen
noodzakelijk zijn.
In het midden en bij de verbindingsstukken
Plaats meer pijlers.
De korte brug
De brug werd sterker omdat er een extra laag werd
aangebracht om de krachten over te verdelen.
Met pijlers kunnen meer hindernissen overwonnen worden.
Op het land is dat relatief eenvoudig; het verhoogt de kosten;
het bouwen wordt moeilijk als dit in water moet; schepen
kunnen lastiger passeren.
Bij belasting bewegen de onderkanten van de K’NEX-pijlers
uit elkaar. In het echt zijn deze stevig in de ondergrond
verankerd. Als je de onderkanten van deK’NEX-pijlers vastzet
wordt de brug sterker.
Ligger
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
34
Het Idee uitbreiden
1. Laat de leerlingen nadenken over het volgende:
“Als jij een brug voor over een rivier zou ontwerpen, dan zou je liefst zo min mogelijk pijlers gebruiken”.
Geef argumenten waarom en schrijf die in je schrift op.
2. Laat de leerlingen foto’s en tekeningen van bruggen, ook uit de omgeving, verzamelen en deze vergeli-
jken. Let daarbij op de gebruikte materialen( hout/metaal/beton), hun vorm (kort/lang, breed/smal),
afstand (ver/dichtbij), waar verankerd (land/water).
Overspanningen kunnen lang of kort zijn, breed of smal, van hout, metaal of beton, gebouwd voor
autoverkeer of voetgangers. Spanten en onderdelen kunnen verschillen in lengte en aantal.
CHECKLIST VERSLAG
4
Antwoorden en resultaten van stap 1 van bouwactiviteit 1
4
Tekening en notities van de observaties van de testbrug
4
Geheel ingevulde tabel
4
Vergelijking van de korte en de lange brug wat betreft sterkte
4
Effect van het wegdek bij de liggerbrug
4
Complete tekening met de benoemde onderdelen van een liggerbrug
AANTEKENINGEN:
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
35
De Balkbrug
(met vakwerk-constructie)
Experimenteren met de sterkte van een balkbrug
WERKWIJZE
Introductie
Herinner de leerlingen aan hun
onderzoek van de Liggerbrug. Bedenk
manieren om de brug te versterken.
Help de klas eraan te herinneren dat
extra pijlers niet altijd een praktische
oplossing is. Vooral niet als deze een
hele diepe of brede rivier moet oever-
bruggen. Vraag waarom.
Vertel de leerlingen dat een lange,
sterke overspanning een betere optie
is en vraag naar oplossingen van dit
probleem. Schrijf de suggesties op het
bord en laat deze toelichten.
NOOT: Onder het trefwoord: bruggen is op www.encyclopedoe.nl een heleboel informatie te vinden.
DOELEN
De leerlingen:
1. Herkennen zwakke punten in constructies en onderzoeken manieren om deze te verbeteren
en versterken.
2. Begrijpen de behoefte aan een experimenteer-model waarmee verantwoord onderzoek mee gedaan
kan worden.
3. Bedenken een experiment en voeren dit uit.
4. Evalueren de sterkte van een balkbrug aan de hand van testen.
5. Leggen uit waarom een vakwerkconstructie nuttig is voor het bouwen van bruggen en andere
constructies.
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3 leerlingen
heeft nodig:
- 1 K’NEX Bruggen set met instructieboek
- gewichtenset of boeken, oid (10-1000 gram)
- papier
- touw om gewichten aan te hangen
- potlood
- kleurpotloden of viltstiften
- weegschaal
- werkschriften
Truss
De leerlingen zullen waarschijnlijk voorstellen om meer
pijlers te plaatsen.
Bouwen in een stromende rivier is moeilijk en kostbaar.
Bij een diepe rivier of kloof zouden de pijlers te lang en
daardoor instabiel worden.
De leerlingen opperen waarschijnlijk sterkere of stijvere
materialen. Of de overspanning dikker maken.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
36
Vraag de klas welk type constructie sterk en stijf is en in welke vorm deze voorkomen. Wijs de leerlingen
er zo nodig op dat rechthoeken versterkt worden met diagonale balken waardoor driehoeken ontstaan.
De leerlingen kunnen dit zelf onderzoeken als dit nog niet eerder behandeld is.
Leg de klas uit dat driehoeken
buitengewoon stevige vormen zijn
– ze zijn de enige vorm die niet uit
model gebogen kan worden. Bedenk
in welke constructies ook driehoeken
toegepast worden.
Leg uit hoe ingenieurs de kracht van driehoeken gebruiken om een constructie met driehoeken te ontwerpen
die ze VAKWERK noemen. Vakwerk wordt toegepast bij lange spanten omdat ze de sterkte vergroten zonder
veel gewicht toe te voegen, zoals dikkere balken zouden doen. De VAKWERK-brug was ontworpen als een
raamwerk van driehoeken die het doorbuigen, draaien of uit model raken van de constructie tegengaan.
Optionele Bouw Activiteit
Laat de leerlingen een vierkant maken
van 8 K’NEX onderdelen. (Bijvoorbeeld
van 4 blauwe staven en 4 donkergrijze
90˚ hoekstukken).
Laat ze voorzichtig het vierkant buigen
en draaien. Laat vervolgens de diagonale
staaf aanbrengen en vraag wat ze
constateren. (gebruik een donkergrijze
staaf als diagonaal)
Vraag welke figuren er ontstonden door
het toevoegen van de schuine staaf.
Ze moeten voelen dat het toevoegen van de schuine
staaf de constructie minder flexibel maakt.
Denk hierbij aan hijskranen, dakconstructies van
sporthallen, etc.Zorg zo mogelijk voor foto’s van toepass-
ingen uit de directe schoolomgeving.
TWEE driehoeken.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
37
Onderzoek Activiteit 1: hoe sterk is de brug zonder de vakwerk-
constructie?
Stappen
Noot: Laat de leerlingen veiligheidsbrillen dragen.
1. Laat de leerlingen de sterkte van het basismodel testen door erop te drukken en beargumenteerd raden
hoeveel gewicht de brug kan dragen.
2. Vraag de klas wat een goede manier zou zijn om de sterkte van de brug te testen. Wijs ze er eventueel op
dat een eerlijke vergelijking alleen gemaakt kan worden als de onderzoekmethoden hetzelfde zijn.
3. Waarschijnlijk komen de leerlingen met het idee om gewichten op de brug te plaatsen. Vraag ze
te onderzoeken waar en hoe deze dan geplaatst moeten worden. U kunt nu de term: variabele
introduceren. Help de leerlingen begrijpen dat de plaats waar de gewichten geplaatst worden steeds
hetzelfde moet zijn. Op deze manier is het gewicht de enige variabele en niet de manier waarop het
gewicht over de brug verdeeld wordt.
NOOT: Het gewicht onder de brug hangen geeft een betere puntbelasting dan het zetten op wegdek of
rails. De brug moet dan wel de afstand tussen twee tafels overspannen.
4. Laat de leerlingen het gewicht waardoor de brug instort en de zwakke plekken noteren. Schrijf de
resultaten op het bord.
5. Vraag de leerlingen of ze overeenkomsten of verschillen zien in de gegevens en laat ze deze toelichten
of verklaren.
Dit is een goed moment om het begrip stevigheid/stabiliteit bij bruggen te bespreken.
Stabiliteit is het vermogen om doorzakken, buigen, vervormen of instorten te weerstaan als
er gewicht of last wordt toegevoegd. (Verwijs ook naar de sleutelbegrippen voor aanvullende
informatie over dit onderwerp)
Leg de leerlingen uit dat ze een aantal verschillende vakwerkbruggen gaan bouwen en deze op sterkte
gaan onderzoeken.
Verdeel de klas in groepjes en verdeel de K’NEX-dozen met de instructieboekjes.
Bouw Activiteit 1
Laat STAP 1 van de Warren Truss-bridge bouwen. Pagina 4 van het Instructieboekje.
Leg uit dat ze niet met stap 2 en 3 mogen beginnen voordat ze de sterkte van de basisbrug getest hebben.
Bouw Activiteit 2:
Laat de leerlingen de bruggen repareren en doorgaan met de stappen 2 en 3.
Truss
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
38
Onderzoeksactiviteit 2: Hoe sterk is de brug als je een vakwerk
constructie toevoegt?
Stappen
NOOT: Laat de leerlingen een veiligheidsbril dragen.
1. De leerlingen moeten hun brug weer op dezelfde manier testen.
2. Laat vervolgens na het noteren van
alle resultaten de Howe Truss - en
de Baltimore Truss brug bouwen
van pag. 5 van het Instructieboek.
3. (i) Vraag de groep na het bouwen wat
ze is opgevallen.
(ii) Vraag de klas naar een relatie tussen de sterkte en het aantal driehoeken en laat de resultaten noteren.
4. (i) Laat elke groep de nieuwe ontwerpen testen en de resultaten opschrijven in een tabel als hieronder en een
tekeningen maken met de juiste termen bij de diverse onderdelen.
(ii) Laat ook het aantal driehoeken in de bruggen tellen en invullen in de tabel.
(iii) Wat valt ze eventueel op bij
de resultaten?
5. Bespreek de resultaten en vraag
waarom het gebruik van het model
van de K-Truss brug geen eerlijke
onderzoeksresultaten gegeven zou
hebben. Laat ze daarom zorgvuldig
de K-Truss brug vergelijken met de
andere bruggen van pag. 4 en 5.
Handig is om nog een model van de Warren brug
achter de hand te hebben.
Het moet zijn opgevallen dat het aantal driehoeken bij de
verschillende ontwerpen verschilt.
Het moet opvallen dat de constructie sterker wordt
naarmate er meer driehoeken gebruikt worden.
De leerlingen moeten zien dat de K-truss brug korter is dan
de andere modellen.
Warren Truss
Howe Truss
Baltimore Truss
NAAM BRUG
Data tabel
MAXIMUM BELASTING AANTAL DRIEHOEKEN
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
39
Het Idee Toepassen
Bespreek het volgende met de klas:
Hoe noem je de
constructie met de drie-
hoeken bij een
balkbrug?
Wat is er gebeurd met de
hoogte van de ligger?
Waarom gebruiken
ingenieurs driehoeken in
dit soort constructies?
Bespreek de relatie tussen de sterkte en het aantal gebruikte driehoeken met de leerlingen. Laat de leerlingen
hun bevindingen in eigen woorden en met gebruik van de juiste termen in hun werkschrift noteren.
Laat de leerlingen in hun werkschriften opschrijven waarom dit een “eerlijk”onderzoek was.
(Voor oudere leerlingen)
Bespreek de voordelen van dit soort brug.
Wijs de leerlingen op de informatie op pag.5 van het instructieboekje. Hier wordt uitgelegd dat dit type
brug was ontworpen om zware treinen te dragen met hun probleem van SCHOK-belasting ( Zie ook de
Sleutelwoorden voor meer informatie). Bruggenbouwers ontdekten dat het gebruik van driehoeken in
de constructie het mogelijk maakte om lange liggers te maken die LEVENDE lasten konden dragen die
meer dan 100 ton wogen en steeds het zwaartepunt verplaatsten als ze bewogen.
Het vakwerk maakte niet alleen de ligger sterker en stijver. Ze verdeelde ook de duw- en trekspanning
over de constructie. Bij de gewone liggerbrug werd de bovenkant samengedrukt en de onderkant
uitgerekt waardoor deze begon te buigen. Bij de vakwerkbrug wordt de trekspanning van de onderkant
overgebracht naar de spanten aan de bovenkant, waardoor de onderkant stijf bleef. Dit is belangrijk.
Vooral als er zware lasten over de brug vervoerd werden.
Laat de leerlingen bedenken hoe effectief een vakwerkbrug sterke wind kan weerstaan. De open
constructie laat de wind gewoon door. Hierdoor wordt het effect van de windkracht
(omgevingskrachten) verminderend.
Onderzoek enkele beperkingen
van dit ontwerp als de
overspanning groter wordt.
Vraag de leerlingen wat er zal
gebeuren als ze meer en meer
driehoeken toevoegen om
de brug steviger en langer te
maken. Wijs ze zonodig op de
effecten die ze in voorgaande
lessen bestudeerd hebben.
Laat de leerlingen over de voor- en nadelen van dit soort brug in hun werkschrift schrijven en daarbij de
woorden dode- en levende last gebruiken.
Vakwerk
Die werd hoger.
De driehoekige vorm is sterk en voorkomt dat de ligger
doorzakt of van vorm verandert. Het verhoogt de stabiliteit
van de constructie door het stijver te maken.
Ze moeten antwoorden dat de DODE last van de brug groter
zou worden totdat het eigen gewicht zo groot is dat het zichzelf
niet meer kan dragen. Een langere brug houdt ook in dat de
belasting door de levende last groter wordt omdat er meer
verkeer op past.
Truss
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
40
Het idee uitbreiden
1. Vraag de leerlingen naar
verschillen en overeenkomsten
tussen de eenvoudige
liggerbrug en de balkbrug
met vakwerk-constructie.
2. Werken met tweetallen:
Laat de leerlingen een ontwerp voor een eigen brug met vakwerk maken en bouwen. Of het bouwen door
een andere groep laten doen.
3. Ontwerp taak – Bouw een Balkbrug met vakwerk van minimaal 50 cm en dat het gewicht van een
woordenboek kan dragen.
Voeg twee groepen samen tot een ontwerp team
Ze hebben 10 minuten voor het ontwerp en 20 minuten voor het bouwen. Ze mogen de inhoud van
2 sets gebruiken.
Elke groep test hun brug. De andere groepen kijken toe. Laat elke groep:
(i) alle problemen bespreken die zij ook hadden en vertellen hoe ze deze overwonnen.
(ii) suggesties doen hoe het ontwerp te verbeteren.
Stimuleer het gebruik van de juiste vaktermen.
CHECKLIST WERKSCHRIFT:
4
Tabel met gegevens(data) waarbij de brug instort met en zonder vakwerk-constructie.
4
De volledige tabel waarbij 3 typen bruggen vergeleken worden.
4
De relatie tussen de sterkte van de brug en het aantal driehoeken in de constructie.
4
Voorwaarden voor een “eerlijk”onderzoek.
4
Voor - en nadelen van balkbruggen met een vakwerkconstructie.
De leerlingen kunnen antwoorden dat het allebei balkbruggen
zijn met dezelfde basisonderdelen, maar dat de bruggen met het
vakwerk van driehoeken sterker en langer zijn. Ze kunnen ook de
materialen waarvan beide bruggen gemaakt zijn vergelijken.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
41
De Cantilever Brug:
Een balanceer nummer: de belangrijkste kenmerken van de
Cantilever brug op een rijtje.
WERKWIJZE
Introductie
Leg uit hoe, toen handel en verkeer tussen verschillende gebieden, uitbreidden en er nieuwe vormen van
transport ontstonden, er een behoefte ontstond aan ontwerpers die bruggen konden bedenken die zwaardere
lasten over grotere afstanden konden vervoeren. Breng in herinnering dat de BALK-brug met een raamwerk
al een aantal problemen van ontwerpers had opgelost. Maar voor het overspannen van een wijde riviermond
of delta niet voldeed.
Vraag de klas naar het begrip
riviermond.
Vraag naar de problemen die ont-
werpers tegenkomen als er een
brug over een riviermond gebou-
wd moet worden.
Laat de leerlingen riviermond of delta opzoeken op internet om te zien of ze erachter kunnen komen waarom
de tot dusverre geleerde manieren van bruggen bouwen nu niet volstaan.
Leg uit dat in sommige gevallen het aanleggen van een tunnel een oplossing is, maar niet altijd even
praktisch. En alternatief is een CANTILEVER-brug. Dit type is niet nieuw – kleine houten cantilever-bruggen
werden al meer dan 2000 jaar geleden in China en Tibet gebouwd – maar het bouwen van grote cantilever-
bruggen, die ook zware transporten aankonden, werd pas mogelijk na de uitvinding van het staal aan het
eind van de 19e eeuw.
D0ELSTELLINGEN
De Leerlingen:
1. Demonstreren de werking van de cantilever brug
2. Onderzoeken en beschrijven de krachten bij een enkelvoudige pijler constructie
3. Herkennen en begrijpen het verband tussen de diverse onderdelen van een cantilever brug.
4. Herkennen en beschrijven de toepassing van het cantilever principe in andere constructies.
MATERIALEN
Elk groepje van 2 leerlingen
heeft nodig:
- KNEX-education bouwset Bruggen.
- gewichtenset o.i.d. (10 – 1000 gr.)
- 5(of 9) dezelfde boeken of houtblokken
- werkschrift
De leerkracht heeft nodig:
- 5x stokken van een meter
- 2 stoelen
- 2x 5-6 boeken in een stapeltje met een
touw erom
Cantilever
De monding van een rivier waar deze in zee stroomt.
Doorgaans het breedste deel van een rivieren is
onderhevig aan eb en vloed.
Een brede waterstroom, vaak moerassig zodat het lastig
is om er stevige constructies op te bouwen, grote
schepen moeten de rivier kunnen opvaren ,eb en vloed
veroorzaken grote verschillen in de waterhoogte.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
42
Pijler
1
2 3
5 4 6
78
9
overspanning
Wat is een cantilever?
Wijs de leerlingen erop dat de cantilever-brug eigenlijk een variatie is op de ligger- en balkbrug. Leg uit
dat, in tegenstelling tot de ligger- en de balkbrug er niet twee pijlers nodig zijn maar slechts één. Dit type
bruggen wordt doorgaans gemaakt van meerdere cantilevers achter elkaar en vaak wordt ook een extra stuk
tussengevoegd, dat steunt op de cantilever.
Geef een voorbeeld van twee grote duikplanken tegenover elkaar bij een rivier. Deze kunnen elkaar
rechtstreeks raken, maar er kan ook nog ene stuk tussen gezet worden.
Maak het principe duidelijk met een bordschets.
Laat de leerlingen dit nabouwen met boeken of blokken.
Laat de leerlingen van 5 dezelfde boeken of blokken een cantilever bouwen. Twee rechtopstaande blok-
ken zijn de pijlers. Leg op elke pijler een boek. Dit is de cantilever. Het ziet eruit als de letter T.
Breng de cantilevers in evenwicht als er een boek over het gat gelegd wordt.
Laat de leerlingen experimenteren met het dichter en verder van elkaar afschuiven van de pijlers.
Er kan ook een cantilever gemaakt worden met 9 boeken, die horizontaal geplaatst zijn. Tijdens het bou-
wen ervaren de leerlingen dat er ondertussen ondersteund moet worden. Zonder de belasting erboven
kantelen de boeken aan de zijkanten. Dit is de cantilever werking.
Laat de leerlingen hun bouwwerk vergelijken met de foto van de Forth-bridge op pagina 6 van het
instructieboek. Deze lijken op elkaar. Waar zitten de cantilevers in deze brug?
Leg uit dat de leerlingen nu een model van een cantilever-brug gaan bouwen van K’NEX. Verdeel de klas in
groepjes van 2-3 leerlingen.
Cantilever Cantilever
Pijler Pijler
toegevoegde ligger
Cantilever
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
43
Onderzoek activiteit 1:
Hoe breng je een cantilever in balans?
Stappen
1. Laat de leerlingen hun stuk van
de brug horizontaal aan het eind
vasthouden. Hierbij voelen ze
de uitgeoefende krachten. Wat
merken ze op?
2. Leg een niet te zwaar gewicht
op het einde van de brug. Wat
voelen ze nu?
3. Leg het stuk wegdek op een pijler
van boek of blok zodat het zo
veel mogelijk uitsteekt.(net zoals
je het in je hand hield) leg nu
gewicht op het gedeelte dat op
het boek rust. Krijg je de het
brugdeel in balans?
4. Help de leerlingen te begrijpen dat de cantilever in balans moet zijn om los te kunnen staan –
dit kan door:
(i) de brug aan het korte eind te verlengen om een T-constructie te maken
(ii) contragewicht toe te voegen of de brug op de oever te verankeren. De ankers dienen als
tegenwicht zodat de overspanning langer kan worden.
(het uitvoeren van de volgende activiteiten is ter beoordeling van de leerkracht)
5. Laat de leerlingen weer kijken
naar hun wegdek op de pijler en
vraag naar manieren om de brug
te versterken. Het plaatsen van
meer pijlers is niet mogelijk.
6. Schrijf de ideeën op het bord en bespreek de diverse oplossingen om de cantilever te versterken.
De cantilever kan versterkt worden met een raamwerk van driehoekige constructies zoals ze bij de
balkbrug geleerd hebben.
7. Vat de les als volgt samen:
Een cantilever-brug bestaat meestal uit 2 brugdelen. Elk brugdeel wordt door één pijler ondersteund.
De belasting van de cantilever-brug wordt via de pijlers uitgeoefend op de ondergrond. Elke pijler is
stevig verankerd in de ondergrond en het wegdek op de pijler steekt aan beide kanten uit. Bij het
cantilever systeem houdt het gewicht of verankering aan de landzijde het over het water stekende deel
in evenwicht. Het in balans zijn van de krachten maakt het mogelijk dat het wegdek ver over het water
uitsteekt met weinig ondersteuning.
Bouw Activiteit 1:
Geef elke groep een K’NEX-bouwset Bruggen.
Laat alleen stap 1(het wegdek) van de cantilever-brug op pagina 6 bouwen. Elke leerling bouwt
precies de helft van het wegdek .
Ze ondervinden dat het vrij moeilijk is om de brug
horizontaal te houden. De zwaartekracht trekt het naar
beneden. Het is onstabiel. Ze kunnen zeggen dat ze stevig
kracht moeten zetten met hun vingers om het stuk
horizontaal te houden.
Ze zullen willen versterken. U kunt een gesprek beginnen
over het versterken en ondersteunen van constructies. Wijs
ze op de technieken die ze bij de vorige bruggen geleerd
hebben. De leerlingen moeten komen met het idee om drie-
hoekige constructies aan te brengen.
De leerlingen moeten merken dat het brugdeel niet
precies in het midden hoeft te liggen als er gewicht op het
korte eind rust.
Het is moeilijker het brugdeel horizontaal te houden.
Cantilever
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
44
Onderzoek Activiteit 1:
Wat zijn de karakteristieke onderdelen en functies van een cantilever-brug?
Stappen
1. Laat de leerlingen verschillen en overeenkomsten met andere bruggen uitzoeken. Laat de waarnemingen
in het werkschrift noteren.
2. Vraag de leerlingen waarom hun
model brug aan de achterkant van
de pijler uitsteekt.
3. Laat de leerlingen een gewicht
(last) op het midden van de
brug plaatsen om daarmee
de belasting door een trein
te simuleren. Wat gebeurt er
met de ondersteunende pijlers?
Alle observaties moeten
worden genoteerd.
4. Hoe wordt het wegdek gesteund
zodat het sterk en stijf genoeg is
om de last te dragen?
(Voor oudere leerlingen)
5. Laat de leerlingen de
demonstratie uitvoeren waarmee
Sir Benjamin Baker de mensen
overtuigde dat zijn ontwerp voor
een cantilever-brug over de Firth
of Forth zou werken. Kijk naar
de tekeningen.
(a) (i) Maak twee contragewichten van een stapel boeken.
(ii) Zet twee stoelen op 2-3 meter afstand.
(iii) Zet de “contragewichten”op een halve meter afstand van de stoelen aan de buitenkant.
(iv) Zet twee leerlingen op de stoelen met een stok van een meter in elke hand. Het andere eind zit
verankerd onder hun billen. De stokken wijzen schuin omhoog. Ze houden hun armen gestrekt
opzij. Hun ruggen zo recht mogelijk.
(v) Maak de uiteinden van de buitenste stokken vast aan de stapeltjes boeken.
(vi) Laat een derde leerling een stok van een meter in het midden leggen als centrale overspanning.
De leerlingen moeten onderkennen dat deze uitsteken
om de cantilever in balans te houden. Er ontstaat een
T-model.
Bij dit model moeten ze opmerken dat pijlers de neiging
hebben aan de basis naar buiten te bewegen.
Uit oogpunt van veiligheid is het wellicht beter om niet een
leerling op het middengedeelte te laten zitten.
Er is een raamwerk van driehoeken.
Bouw Activiteit 2:
Laat de leerlingen de stappen 2-6 uit het Instructieboek maken en hun brugmodel onderzoeken.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
45
(b) Houd het K’NEX- model van de cantilever-brug omhoog en wijs op de overeenkomsten met de
opstelling van de demonstratie. Leg uit dat de leerlingen de pijlers zijn en hun armen het bovengedeelte
van de brug en dat de stokken fungeren als ondersteuning of raamwerk. De stapels boeken zijn
de contra-gewichten of verankering om de cantilever in balans te houden. De derde leerling is de
overspanning tussen de cantilevers.
(c) Vraag de klas wat er
gebeurt met de stokken
die door de leerlingen
vastgehouden worden.
(d) Vraag aan leerlingen
op de stoelen hoe hun
armen voelen.
(e) Vraag de klas wat ze zien
aan de lichaamshouding
van de leerlingen op
de stoel na een paar
minuten.
(f) Wijs de leerlingen erop dat de twee krachten in balans zijn – het bovengedeelte van de cantilever
constructie (de armen) staat onder trekspanning, maar dit wordt opgevangen door het onderste deel
van de constructie (de lichamen en stokken) waar duwspanning optreedt.
(voor oudere leerlingen)
6. Laat de leerlingen hun eigen modellen onderzoeken en kijken wat er gebeurt als ze voorzichtig op de
constructie duwen of er gewicht op zetten:
(a) Welke delen van de
brug staan onder
duwspanning.
Waarschijnlijk zullen ze zeggen dat het niet meevalt om ze
lang gestrekt te houden.Hun armen worden uitgerekt. Ze
voelen trekspanning.
De pijlers/torens en de driehoeken aan de onderkant van
het wegdek.
Waarschijnlijk zien ze dat hun medeleerlingen niet meer
zo rechtop zitten. Wijs de klas erop dat dit komt door de krachten
die ze ondervinden.
Ze moeten opmerken dat ze doorbuigen en naar beneden get-
rokken worden.. Ze voelen compressie (duwspanning).
Cantilever
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
46
(b) Welke delen van de brug staan
onder trekspanning?
7. Laat de leerlingen hun brugmodel
onderzoeken en het midden aan-
geven. Zijn de beide kanten
van de brug elkaars spiegelbeeld?
Hoe noem je dit?
8. Vraag elke groep of een cantilever-
brug een stabiele of een instabiele
constructie is. Laat de antwoorden
beargumenteren.
De delen zijn elkaars spiegelbeeld
Symmetrie of symmetrisch
Leg dit begrip verder uit omdat symmetrie veel
voorkomt bij bruggen. Symmetrie helpt de krachten in
balans te houden. Bij de bouw van een brug werken
de duw- en trekspanning eerder samen dan dat ze
elkaar tegenwerken.
Het idee toepassen
Evalueer het cantilever concept met de volgende vragen:
Wat is het benodigde
minimum aantal liggers bij
een cantilever-brug?
Hoeveel pijlers heeft
elke ligger nodig bij een
cantilever-brug?
Hoe kan elke helft van een
cantilever-brug op zichzelf
staan.
De spanten boven het wegdek als het gewicht/last
naar benden duwt.
Twee – een vanaf ELKE kant van de rivier.
Meerdere antwoorden zijn mogelijk
Het gewicht moet in balans zijn. Dit houdt doorgaans
in, het verlengen van de ligger of wegdek en dus et
gewicht verdelen aan beide kanten van de pijler.
Eén – elke pijler draagt een helft van de brug.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
47
Waarom zijn de beide
kanten van de brug
symmetrisch?
Laat de leerlingen een schets van de brug maken, de onderdelen benoemen en aantekeningen maken over
de functies.
(voor oudere leerlingen)
Laat de leerlingen de demonstratie van Baker beschrijven zoals deze in de klas werd uitgevoerd. Dit doen ze
aan de hand van een tekening waarop behalve de benoemde onderdelen ook de krachten met verschillende
kleuren zijn aangegeven.
Laat de leerlingen in hun werkschriften een verhaal schrijven/werkstuk maken over symmetrie en balans.
Het Idee uitbreiden
1. Ontwerp taak
Maak een ontwerp-team van twee groepen. Hun opdracht is om een cantilever-brug te bouwen die twee
woordenboeken kan dragen op een overspanning van 60 cm. Ze hebben 10 minuten voor de planning en
30 minuten voor het bouwen. Ze mogen de inhoud van twee dozen gebruiken.
Wijs elke groep voordat ze beginnen op:
Welke methode ze gaan gebruiken om de cantilever te ondersteunen – Waar wordt de grootste
kracht uitgeoefend?
Elke groep test hun brug waarbij de andere groepen observeren. Stimuleer de groepen om hun ervaringen
in het overwinnen van problemen uit te wisselen.
Laat elkaar ook suggesties geven om ontwerpen te verbeteren.
Stimuleer het gebruik van de juiste vaktermen.
2. Laat de leerlingen een van de grootste cantilever0bruggen in de wereld onderzoeken, de Forth Railway
bridge. Deze overbrugt sinds 1890 de Firth of Forth bij Edinburgh in Schotland. Leg uit dat deze brug
eens de langste brug ter wereld was.
3. Laat de leerlingen op internet en in het documentatiecentrum zoeken naar constructies die gebruik
maken van het cantilever principe. Overdekte stadions maken bijvoorbeeld vaak gebruik van cantilevers.
CHECKLIST VERSLAG
4
Een tekening met benoemde onderdelen en beschrijving van de functies.
4
Duw- en trekspanning in de constructie van de brug. (alleen oudere leerlingen)
4
Beschrijving, met tekening en benoeming van de onderdelen van de demonstratie van Baker.
(alleen oudere leerlingen)
4
Vergelijking van symmetrie en balans.
Een symmetrisch ontwerp helpt om de krachten in
balans te houden. Daarnaast is een symmetrische brug
vaak mooier.
Cantilever
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
48
49
De Bascule Brug:
Een brug die beweegt.
WERKWIJZE
Introductie
Bespreek met de klas hoe een brug allerlei soorten verkeer – voetgangers, fietsers, andere voertuigen en trein-
en - in staat stelt om een rivier of kanaal over te steken.
Laat de leerlingen kijken naar de Forth Rail
bridge op pagina 6 van het Instructieboekje
en wijs op een probleem voor een type trans-
port dat grote hinder ondervindt van de brug.
Breng de klas op het idee dat het voor grote
en hoge schepen niet mogelijk is onder de
brug door te varen. Dit is een oud probleem
dat zich al voordeed in de tijd van de zeilvaart.
Tegenwoordig zijn de schepen zo groot dat ze
ook te hoog zijn om onder de brug te kunnen
doorvaren.
De leerlingen moeten begrijpen dat een
cantilever-brug als de Forth-bridge heel hoog
zou moeten zijn om grote schepen te kunnen
laten passeren. Vraag wat voor problemen dit
zou geven bij het ontwerpen en bouwen.
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. Bouwen een model van een brug met een bewegend onderdeel en demonstreren de werking.
2. Herkennen de beperkingen van een bascule-brug.
3. Leggen de werking van een bascule-brug uit.
4. Begrijpen en gebruiken de bij een bascule-brug passende vaktermen.
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3 leerlingen
heeft nodig:
- K’NEX Education bouwset: bruggen
met instructieboek.
- gewichtenset of andere gewichten
(10-1000 gram)
- optioneel (klei)
- werkschriften
De leerkracht heeft nodig:
- foto’s van bascule-bruggen
Bijvoorbeeld Tower Bridge
- foto’s van zeilschepen met
hoge masten of grote schepen
(containerschepen/olietankers).
Bascule
Laat een paar foto’s van grote schepen door de
leerlingen onderzoeken en de hoogte schatten.
Hogere kosten, meer ondersteuning voor de
grote pijlers, een zwaardere brug die weer meer
ondersteuning nodig heeft, etc.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
50
Hoe los je dit probleem op?
De antwoorden zullen verschillen. Schrijf de oplossingen op het bord. Bespreek daarna de praktische
haalbaarheid van de suggesties. Bijvoorbeeld: hoge schepen kunnen wel onder een hoge brug door varen,
maar een hoge brug is niet altijd praktisch, vooral niet over een smalle rivier in een vlak gebied. Bespreek
de mogelijkheid van een beweegbare brug en vraag hoe je deze zou kunnen maken.
Accepteer alle oplossingen. Bijvoorbeeld:
de ligger gaat omhoog of draait. Laat de
leerlingen denken aan de bruggen die
in de Middeleeuwen bij de ingang van
een kasteel lagen. Vraag dan hoe deze
genoemd werden, werkten en gebruikt
werden.
Een moderne toepassing is de klep van een veerpont. Het gebruikte principe is hetzelfde. Er zit een gewicht
aan het korte eind van de klep dat dient als tegenwicht.
Leg uit dat in deze les één type brug behandeld wordt – de BASCULE-BRUG. Leg uit dat bascule het Franse
woord is voor wip. Schrijf het woord op het bord en laat dat overnemen in de werkschriften.
Laat de leerlingen naar de foto van de bascule-brug op pagina 8 in het Instructieboekje kijken.
Vraag ze naar het verschil met een
ophaalbrug van een kasteel.
Vraag de leerlingen of de bascule brug ze doet denken aan een ander type brug dat ze eerder bestudeerd heb-
ben. Wijs ze erop dat deze brug lijkt op de cantilever-brug met twee beweegbare armen.
Leg uit dat bij de ligger/wegdek van de bascule-brug het gewicht wordt gecompenseerd door een
contragewicht aan de korte kant van de brug. Het grote contragewicht verdwijnt in een opening in de pijler
van de brug als deze naar open gaat – net als bij de ophaalbrug van een kasteel. Zonder contragewicht is het
bijna onmogelijk om het gewicht van de brug en wegdek omhoog te krijgen.
Laat de leerlingen op internet foto’s zoeken van bascule-bruggen, waar deze liggen, waarvoor ze gebruikt
worden en hoe lang ze zijn.
Kijk ook op www.encyclopedoe.nl onder: bruggen.
De leerlingen kennen waarschijnlijk de ophaalbrug
die deel uitmaakten van het verdedigingssysteem van
Middeleeuwse kastelen. In horizontale stand was het een
brug over de slotgracht. In verticale stand vormden ze een
extra hindernis voor aanvallers bij de hoofdingang.Met
behulp van katrollen, hefbomen en kettingen kon de brug
snel worden opgehaald en neergelaten.
De brug bestaat uit twee delen die in het midden
opengaan. Een kasteelbrug bestaat uit één stuk.
Bouw Activiteit:
Maak groepjes van 2 – 3 leerlingen en geef elke groep een set K’NEX-Bruggen.
Laat de leerlingen de BASCULE BRUG van pagina 8 en 9 van het Instructieboekje bouwen.
Laat een paar minuten de gebouwde brug onderzoeken.
LAST
macht
draaipunt
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
51
Onderzoek actoviteit 1: Hoe gaat een bascule brug open en dicht?
Stappen
1. Laat de leerlingen de
verschillen beschrijven
tussen deze en de andere
bruggen die ze bestudeerd
hebben.
2. Wat zijn de overeenkomsten
tussen deze en andere bestu-
deerde bruggen? Wijs zo
nodig op de manier waarop
elke helft van de
brug wordt ondersteund.
3. Vraag enkele leerlingen
de werking van het model
van de bascule-brug te
beschrijven. Laat ze
beginnen met de zin : “Om
de K’NEX bascule brug te
openen moet je eerst …”
4. Laat de leerlingen de brug
open en dicht doen met hun
vingers. Vraag ze waar ze
dit in eerdere lessen zijn
tegengekomen.
5. Laat de leerlingen manieren
verzinnen om de benodigde
kracht voor het openen van
de brug te meten. De ideeën
moeten in hun werkschrift
genoteerd worden en
vervolgens uitgevoerd.
(voor oudere leerlingen)
Onderzoek activiteit 2: Wat zijn de beperkingen van de bascule brug?
Stappen
1. Laat de sterkte van de brug met gewichten testen. Deze stellen een levende last voor die de brug pas-
seert. Laat de gewichten op verschillende plaatsen neerzetten en dan opletten wat er met de pijlers en de
brugdelen gebeurt. De test moet meerdere keren met steeds zwaardere gewichten uitgevoerd worden. Zie
de tabel op de volgende pagina.
Er moet het volgende ter sprake komen: Oefen een kracht uit op
de blauwe horizontale staven(hefbomen) aan beide einden van
de brug. Omdat het K’NEX-model geen contragewicht heeft
moet er kracht uitgeoefend worden om het wegdek omhoog te
krijgen. Het wegdek draait om een andere blauwe staaf naar een
verticale stand. Het brugdeel kan niet doordraaien omdat het
wordt tegengehouden door de pijler. Om de brug weer te sluiten
moet een opwaartse kracht worden uitgeoefend op de blauwe
staven. De groene staven voorkomen verder doordraaien.
De overspanning bestaat uit twee delen.
De bascule brug lijkt op de cantilever-brug omdat elk deel aan
het eind ondersteund wordt.
Het wegdek gedraagt zich als een wip, behalve dat het draaipunt
niet in het midden zit. Herinner ze aan de activiteiten met de set
met de hefbomen.
Sommige leerlingen zullen gewichten gebruiken, andere geven
de voorkeur aan het met een unsters(trekveer) aan de blauwe
staaf trekken.
Bascule
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
52
(a) Waar zitten de sterkste en de
zwakste delen van de brug?
(b) Hoe zullen de ontwerpers
van de Tower Bridge dit
probleem hebben opgelost?
Denk hierbij aan sommige
andere brugtypen die eerder
bestudeerd zijn en de manie-
ren die gebruikt werden om de
bruggen te versterken.
(c) Hoeveel gewicht kan er op
het brugdeel geplaatst
worden totdat de brug niet
meer werkt?
(d) Wat constateren de leerlingen
over de stabiliteit van hun
model?
(e) Hoe kan de constructie
verbeterd worden?
Ze Installeerden ankers op de oevers en in de ondergrond
zodat de pijlers niet meer konden bewegen en versterkten de
onderkant van het brugdeel met een raamwerk van driehoeken.
De antwoorden zullen verschillen, maar de meeste willen de
pijlers en de basis van het model versterken.Zodat de pijlers
minder snel zullen verschuiven. Sommigen willen een zwaar
gewicht op de basis zetten.
Meerdere leerlingen zullen vinden dat de brug niet erg stabiel is.
Meerdere antwoorden mogelijk.
De zwakste plekken zitten in het midden van de brugdelen en
bij de pijlers. Een gewicht dat geplaatst is in het midden van het
wegdek laat deze doorzakken en de pijlers naar buiten bewegen.
De sterkste delen zitten aan de einden van het wegdek.
Tabel 1
Geplaatst gewicht = _________________
Tabel 2
Geplaatst gewicht = _________________
Afstand tot
tafelblad
Plaats van
gewicht
tussen
platen 1-2
midden
plaat 2
tussen
platen2-3
midden
van plaat3
midden
van de brug
Afstand tot
tafelblad
Plaats van
gewicht
tussen
platen 1-2
midden
plaat 2
tussen
platen2-3
midden
van plaat3
midden
van de brug
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
53
2. Laat de leerlingen twee zwarte platen
van de ene helft van de brug halen en
hiermee de andere helft van de brug
verlengen. Doe dan nogmaals de test
met het belasten van stap 5 en noteer
de resultaten in het werkschrift.
NOOT: Laat een leerling de basis
vasthouden als de tests worden uitgevoerd.
De leerlingen moet tot de conclusie komen dat
er meer kracht nodig is om de brug omhoog
te krijgen.
Het Idee Uitbreiden
1. Ontwerp taak 1: Het verminderen van de kracht die nodig is om de bascule-brug
te openen.
Laat twee groepen samenwerken bij de oplossing van het probleem.
Leg uit dat ze 10 minuten hebben voor de planning en 30-40 minuten voor de bouw.
Laat voor het bouwen van de brug
een tweetal ideeën noteren in hun
werkschrift en beargumenteren
waarom ze voor de gebruikte
oplossing kozen.
Laat de leerlingen hun bevindingen noteren en tekenen. Hierbij moeten de juiste vaktermen gebruikt worden.
Elk team demonstreert de gebouwde brug voor de klas. De teams moeten hierbij aandacht besteden aan:
de bespreking van de problemen en de gevonden oplossingen.
Suggesties voor verdere verbeteringen.
Stel een gewichtenset of modelleerklei beschikbaar
als contra-gewicht.
Het Idee Toepassen
Bespreek de werking van de brug en laat dit stap voor stap beschrijven door de leerlingen. Deel van de
beschrijving is een tekening met benoemde onderdelen waarin duidelijk gemaakt wordt hoe de brug open en
dicht gaat. Wijs ze op draai- of scharnierpunt en het midden van de brug. Laat ze nadenken over de vraag
waar het contra-gewicht bij een echte brug zou zitten.
Laat de leerlingen naar de foto op pagina 8 van het Instructieboekje kijken ( en ook van de Tower Bridge)
en een paar zinnen schrijven over de functie van de verschillende onderdelen in het ontwerp van een
echte brug.
(voor oudere leerlingen)
Laat de observaties van Onderzoek 2
nogmaals bekijken. Hoe de brug werd
geopend en gesloten, hoe de brugdelen
reageerden op belasting, hoeveel kracht er
nodig was voor het openen en sluiten van
de brugdelen van verschillende lengtes, en
dan uitleggen waarom bascule-bruggen
alleen maar korte brugdelen hebben. Laat
de resultaten noteren.
De leerlingen moeten concluderen dat de brugdelen
in het midden doorzakken als ze te lang zijn.
Bovendien zijn ze moeilijker omhoog te krijgen of
duurt het openen te lang.
Bascule
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
54
2. Ontwerp taak 2: Onderzoek naar de werking van een ophaalbrug van een kasteel.
Ontwerp en bouw een ophaalbrug voor een kasteel. Gebruik daarbij de KNEX-set en andere
geschikte materialen.
De leerlingen moet van tevoren een ontwerp maken.
Elk team moet de brug demonstreren voor de klas. Daarbij moeten ze aandacht besteden aan:
De bespreking van problemen en hoe ze die overwonnen.
Suggesties voor verdere verbeteringen.
Het nut van het aanbrengen van een systeem met contra-gewicht om de werking te verbeteren.
3. Laat de leerlingen andere typen beweegbare bruggen op internet of in het documentatiecentrum zoeken.
CHECKLIST VERSLAG:
4
Gebruikte methode voor het meten van de krachten die nodig waren om de brug te openen.
4
Beschrijving, inclusief gelabelde tekening, van de werking van een bascule-brug.
4
Vergelijking van de bascule-brug met andere onderzochte bruggen.
4
Meetresultaten van Onderzoek Activiteit 2: stap 1 met ingevulde tabel.
(alleen oudere leerlingen)
4
Uitleg van de functie van de verschillende onderdelen van echte bascule-bruggen.
4
Waarom bascule-bruggen korte brugdelen hebben. (alleen oudere leerlingen)
AANTEKENINGEN:
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
55
De Boog Brug:
Herkennen van de eigenschappen van de enkelvoudige boogbrug.
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. Herkennen en leggen de functie van de onderdelen van een boogbrug uit.
2. Bouwen en experimenteren met modellen van boog-bruggen om de sterkte van verschillende ont-
werpen te vergelijken.
3. Begrijpen en gebruiken vaktermen in relatie tot boog-bruggen.
4. Herkennen de overdracht van krachten in boog-brug systemen.
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3 leerlingen heeft nodig:
- K’NEX bouwset Bruggen met Instructieboek
- gewichtenset o.i.d.
- werkschriften
- karton, blik, lijm, boeken(optioneel)
Arch
WERKWIJZE
Introductie
Herinner de leerlingen aan hun eerdere onderzoeken en help ze om hun opgedane kennis over, hoe
ontwerpers problemen bij de bouw van bruggen oplossen, te gebruiken in de nieuwe leersituatie. Onderdelen
hiervan zijn:
kracht en stabiliteit in constructies
ontwerpstrategie om problemen met stabiliteit en constructies op te lossen
ontwerpstrategie voor het oplossen van problemen bij grote afstanden die overbrugd moeten worden.
Leg uit dat deze les gaat over een
type brug dat al duizenden jaren
gebruikt wordt.
Laat de leerlingen foto’s zien van
constructies waarbij bogen gebruikt
worden. Bijvoorbeeld Romeinse
aquaducten, Middeleeuwse bruggen
over een rivier, spoorbruggen uit de
19e eeuw.
Zie ook www.freefoto.com en www.
encyclopedoe.nl onder bruggen.
Pont du Gard, Frankrijk
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
56
Hoe sterk is een boog?
Demonstreer met een groene K’NEX flexibele staaf hoe een boog gemaakt wordt voor het maken van stabiele
constructies. Voor meer informatie zie: Sleutelbegrippen in dit boek of kijk bij www.encyclopedoe.nl onder
bruggen/building big.
Verdeel de klas in groepjes van 4 leerlingen.
(even groot en zwaar werkt het best) en zeg
dat ze zelf een boog worden. Zet ze rug aan
rug en laat ze tegen elkaar aan leunen. De
voeten steken een stuk uit aan de voorkant.
Ze moeten hun knieën buigen. Hun benen
vormen nu een boog. De andere leerlingen
uit het groepje voorkomen dat de voeten
wegglijden door hun voeten er dwars voor
te zetten.
Wissel de rollen zodat iedereen een keer deel
van een boog is geweest.
Vraag de leerlingen wat ze voelden bij hun rug,
armen, benen, schouders en voeten.
Waar voelden ze de sterkste kracht?
Wat zorgde ervoor dat hun voeten
niet weggeleden?
Laat een foto zien van een stenen boog-brug en vergelijk die met de boog die ze zelf waren. Leg uit dat de
steen in het midden van de boog bovenaan de SLUITSTEEN genoemd wordt. Deze zit op dezelfde plaats als
waar hun ruggen tegen elkaar duwden. Alle andere stenen duwen of wrijven tegen deze steen. Net als het
gewicht van de leerlingen tegen de bovenkant van hun rug duwde.
Laat de leerlingen de vorm van de
stenen beschrijven.
Op hun rug als ze tegen elkaar duwden.
De stenen zijn wigvormig.
Wrijving en de voeten van de “helper”.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
57
Leg uit dat het deze vorm is die de boog zichzelf overeind houdt. De wig-vorm zorgt ervoor
dat elke steen zich klemt tussen de stenen ernaast en daardoor niet valt.
Maak een tekening van de wig-vormige stenen op het bord.
Vraag de leerlingen waarom
rechthoekige stenen wel of niet
gebruikt kunnen worden.
Vraag de leerlingen of het voelde alsof hun voeten voorwaarts gleden toen ze hun boog vormden en hun
gewicht naar beneden duwde. De boog blijft alleen staan als er sterke steunberen aan de einden van de boog
staan om te voorkomen dat ze zijwaarts verschuiven. Wijs de steunberen aan op de foto van een brug – de
plaats waar de bogen eindigen bij de oever of de rotsen. Schrijf het woord STEUNBEER of BRUGGENHOOFD
op het bord.
Vraag wat bij hun lichaamsboog
fungeerde als steunbeer.
Bespreek dat bogen niet alleen bij bruggen gebruikt worden maar ook in gebouwen omdat het een heel
sterkte vorm is. Sommige Romeinse bruggen worden nog steeds gebruikt na 2000 jaar. Dat geldt ook voor
sommige bruggen met meerdere bogen, zoals de Ponte Vecchio in Florence, Italië bijvoorbeeld.
Leg uit dat de leerlingen nu zelf de stevigheid van boogvormige constructies gaan onderzoeken. Ze moeten
hun bevindingen in hun werkschrift noteren.
Bouw Activiteit 1:
Verdeel de klas in groepjes van 2 of 3 leerlingen en geef elke groep een K’NEX-set Bruggen
Wijs voordat ze beginnen met bouwen eerst op de
drie versies van de BOOG-BRUG op pagina 10-11 van
het instructieboekje. Leg uit dat een boog een heel
handige constructie kan zijn bij een brug. Vraag de
klas naar de verschillen.
Laat alle groepen beginnen met het bouwen van de stappen 1-4 van de brug met de boog aan de
ONDERkant. Pagina 10 van het Instructieboekje.
Bij de stappen 2,3,4 moet worden samengewerkt om het wegdek op de groene staven te klemmen.
Rechthoekige stenen glijden eerder van hun plaats, waardoor de
brug instort.Als er wel rechthoekige stenen gebruikt worden wordt
de ruimte ertussen ongelijk opgevuld met cement Hierdoor
ontstaat hetzelfde effect als bij de wig-vorm.De stabiliteit is
verzekerd, evenals de snelheid van het bouwproces.
De leerlingen die hun voeten tegenhielden.
Het wegdek van de brug kan over, onder
of door de boog.
Arch
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
58
Onderzoek Activiteit 1: Hoe stabiel is een zelfstandig staande boogbrug?
Stappen
1. Stel de volgende vragen
(a) Wat gebeurt er met de boog als
je op het midden duwt?
(b) Is dit een stabiele of instabiele
constructie?
2. Laat de leerlingen weer naar de
foto op pagina 10 kijken en vraag
waar de boog tegen gebouwd is.
3. Herinner de leerlingen aan de
woorden die ze geleerd hebben
waardoor de brug niet zijwaarts
kon bewegen.
4. Leg uit dat steunberen gemaakt
worden en dat bruggenhoofden
vaak de wanden van een kloof of
ravijn zijn. Ze voorkomen beide
dat de zijkanten van een brug
zijwaarts bewegen. Vraag de
leerlingen wat het gevolg daar
van is.
Onderzoek Activiteit 2: Hebben verschillen in het ontwerp invloed op de
sterkte van een boog-brug?
NOOT: Laat de leerlingen veiligheidsbrillen dragen bij het testen van hun bruggen.
Het midden gaat naar beneden en de zijkanten bewegen
naar buiten.
De rotswanden van de kloof.
Steunbeer of bruggenhoofd
De boog wordt een stabiele constructie.
Bouw Tip:
Bij stap 1 wordt aanbevolen om de leerlingen van links naar rechts te laten werken bij het met blauwe staven
verbinden van de spanten aan de onder- en bovenkant. Dit werkt beter dan eerst de bogen van onder en
bovenkant aan elkaar te zetten en dan pas met de blauwe staven te verbinden.
De leerlingen moeten merken dat dit enigszins instabiel is,
hoewel antwoorden kunnen verschillen.
Bouw Activiteit 2:
Verdeel de klas in groepen van 6 leerlingen. Laat elk tweetal een andere versie van de boog-brug bouwen
en een serie onderzoeken uitvoeren. De resultaten worden vergeleken. Ze mogen zelf kiezen wie welke
type bouwt.
Geef ze tijd om te bouwen.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
59
2. (a) Laat de teams een eerlijke test
voor het meten van de sterkte
van hun bruggen bedenken en
de resultaten in een tabel noter-
en. Laat ze zelf de indeling van
een tabel verzinnen..
(b) Vraag of het aanbrengen van het
wegdek invloed had op de sterkte.
(voor oudere leerlingen)
3. Laat de leerlingen de volgende vragen in hun team bespreken en de antwoorden noteren in
hun werkschriften.
(a) Hoe moet je het wegdek onder-
steunen zodat het wegdek sterk en
stevig genoeg is om zware lasten
te kunnen dragen?
(b) Welke delen van de brug staan
onder drukspanning?
(c) Welke delen van de brug staan
onder trekspanning?
Stappen
1. Laat de klas de onderdelen van de boog-brug benoemen. Maak een bordtekening en laat
de diverse onderdelen aanwijzen en benoemen. De volgende termen moeten daarbij
gebruikt worden:
Sluitsteen, steunbeer, bruggenhoofd, wegdek, wig-vormen.
Vertel de leerlingen dat de meeste moderne boogbruggen van staal en beton gemaakt worden en derhalve
geen echte sluitsteen meer hebben. Maar iedere brug heeft een punt in de boog waar vanuit de krachten
zich straalsgewijs verdelen. U kunt de term voussoir Invoeren: een echte boogbrug met wigvormige
stenen die precies passen tussen de steunberen.
De teams zullen waarschijnlijk besluiten om
ergens last/gewicht op elk van de bruggen te
plaatsen en het effect daarvan op het wegdek en de
zijkanten bestuderen
De leerlingen moeten uitvinden dat de hele brug
sterker en stabieler is geworden, maar er moet nog
steeds kracht op de zijkanten uitgeoefend worden.
De antwoorden verschillen – maar verwijzen
allemaal naar de versterking van het raamwerk.
Het wegdek boven de boog.
De hele boogconstructie staat onder druk. U kunt de
leerlingen uitleggen dat de gebogen vorm van de brug
naar de buitenkant duwt tegen de steunberen of brug-
genhoofd aan. Dit zit in de structuur van de boog inge-
bakken.Voor meer informatie zie
www.encyclopedoe.nl bij Bruggen onder Building Big.
Arch
LAST
duwspanning
kracht van landhoofden
spatkrachten
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
60
Het Idee Toepassen
Laat de leerlingen in hun werkschrift een duidelijke, gelabelde tekening maken van een boog-brug.
De onderdelen en hun functie moeten daarbij beschreven worden.
Bespreek klassikaal de resultaten van het onderzoek naar de drie verschillende bruggen. Help de leerlingen bij
de uitleg van de verschillen die ze gevonden hebben.
Het Idee Uitbreiden
1. Laat de leerlingen voorbeelden van echte boogbruggen opzoeken op internet. Ze kunnen daarbij
onderzoek doen naar lengte, plaats en functie.
2. De volgende activiteit stelt de
leerlingen in staat om het concept van
een boogbrug uit te proberen door er
een te maken van karton. Het gebogen
stuk kan gemaakt worden door een natte
strook karton te laten drogen om een
blik. Lijm dan het wegdek en de
steunberen op hun plaats. Laat de
leerlingen in elk stadium van de bouw
op de onderdelen duwen, om te zien
waaruit de brug kracht put.
3. De leerlingen kunnen experimenteren
met verschillende maten stroken en een
brug bouwen met meerdere bogen.
4. Laat de leerlingen aquaducten en
viaducten onderzoeken. Ze kunnen zich
afvragen waar en waarom deze daar
gebouwd zijn en of ze tegenwoordig nog
in gebruik zijn.
CHECKLIST VERSLAG:
4
Gelabelde tekening van een boogbrug.
4
Beschrijving van de belangrijkste onderdelen van de brug.
4
Resultaten van het onderzoek naar de verschillen in sterkte van de 3 versies van de boog-brug.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
61
De Balk- of liggerbrug
met steunkabels/Hangbrug
Een onderzoek naar de kenmerken.
WERKWIJZE
Introductie
Leg uit dat de leerlingen zich in deze les gaan bezighouden met het bestuderen van de balkbrug met
steunkabels. Laat een grote foto van de brug zien. Vraag de leerlingen naar verschillen en overeenkomsten
met de andere bruggen die ze onderzocht hebben. Schrijf de antwoorden op het bord.
Zet twee stoelen op ongeveer 3 meter van elkaar en span een touw van de ene kant van de klas naar de
andere waarbij het touw op de rug van de stoelen moet rusten.
Vraag hoe het touw gebruikt kan worden bij
een brug.
Leg uit dat deze mogelijkheden een balkbrug met kabelondersteuning vormen. Laat ze nog eens naar de
foto kijken.
Geef elke leerling een paperclip.Laat deze open
buigen en hang de paperclip aan het touw.
Vraag ze wat je daaraan zou kunnen hangen.
Laat vervolgens een wegdek van stroken karton aan de paperclips hangen.
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. Bouwen een brugmodel.
2. Herkennen en beschrijven de onderdelen van een balkbrug met steunkabels.
3. Demonstreren en leggen het optreden van krachten bij dit type brug uit.
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3 leerlingen
heeft nodig:
- set K’NEX bruggen met Instructieboekje
- gewichtenset 10 – 1000 gram
- paperclips
- werkschriften
u hebt nodig:
- grote rubberen band
- stuk schuimrubber
- touw
- emmer met gewichten
- karton, tafels, stoelen, tapijt,
etc. (optioneel)
Hangbrug
De leerlingen kunnen zeggen dat je hangend
aan het touw naar de overkant kunt komen of er
een wandelpad of wegdek aan hangen.
De leerlingen moeten opmerken dat je er een
wegdek aan kunt hangen.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
62
verankering
Vraag de leerlingen wat er
gebeurde toen ze het wegdek
vastgemaakt hadden.
Vraag ze wat er moest
gebeuren om de brug weer
omhoog te krijgen.
Zodra hun brug gezekerd is door het vastmaken van de kabeluiteinden wijst u op de foto van de echte
brug, die u liet zien bij de introductie van de onderdelen van de hangbrug. De leerlingen kunnen de
onderdelen beschrijven en u kunt zonodig de vaktermen verbeteren. De vaktermen worden op het bord
en in hun werkschriften geschreven.
Het touw functioneert als de hoofdkabels van de brug. De stoelen zijn de torens. De paperclips zijn de
hangkabels waaraan het wegdek hangt. De einden van het touw zijn vastgemaakt aan de verankering om te
voorkomen dat de torens scheef gaan hangen en de brug instort. Wijs er op dat het wegdek van deze soort
brug in het echt versterkt kan zijn met een raamwerk-constructie.
Vraag 5 vrijwilligers om te komen demonstreren hoe de krachten bij een dergelijke brug werken.
Leg een tapijt op de vloer en zeg dat dit de rivier is die met een brug met steunkabels overbrugd
moet worden.
Wijs op de tekening van pag. 63 en zeg dat de leerlingen die op de stoelen zitten, de torens zijn.
Vraag waar ze moeten zitten. In de
rivier of op de oever.
Zet de leerlingen op de stoelen en leg
het touw over hun schouders. Vraag
wat het touw voorstelt.
Hang de emmer in het midden van
het touw. Vraag de klas wat de emmer
voorstelt. Geef zo nodig de aanwijzing
dat er gewicht wordt toegevoegd.
De brug zakte op de grond.
De leerlingen moeten in de rivier zeggen.
Het touw is de hoofdkabel van de brug.
Het gewicht van het wegdek.
De einden van het touw ergens aan vast maken
Raamwerk bij
een wegdek.
Hangkabels
torens
Hoofdkabels
Verankering
Golden Gate Bridge, USA
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
63
Vraag waar de verankering voor de
kabels moet zitten.
Laat twee leerlingen, die de rol van landhoofd spelen, aan weerszijden van de rivier zitten.
Geef ze de uiteinden van het touw.
Leg uit dat emmer verzwaard wordt en dat zij de emmer op zijn plaats moeten houden.
Laat de nummer 5 meer gewicht in de emmer stoppen en laat de anderen hun ervaringen beschrijven.
De leerlingen van het landhoofd ervaren dat ze nu harder moeten trekken en de zittende leerlingen ver-
tellen dat er meer kracht op hun schouders wordt uitgeoefend.
Vraag wat er gebeurt als een
leerling het touw zou loslaten.
Laat de leerlingen hun ervaringen bij het rollenspel beschrijven.
Maak een tekening van de demonstratie op het bord en bespreek hoe de onderdelen van de brug worden
voorgesteld en de krachten werken.
Bespreek hoe:
Het touw fungeert als een van de hoofdkabels.
De leerlingen die de kabels steunen zijn de torens/pijlers.
De leerlingen die het touw vasthouden zijn de verankering.
Het hengsel van de emmer is een van de hangkabels.
Zet deze termen in de tekening en laat de leerlingen deze overnemen in hun werkschrift.
Bij het landhoofd.
Touw en emmer zouden op de grond vallen.
Hangbrug
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
64
Laat naar de foto van de Golden Gate bridge op pagina 12 van het instructieboekje kijken en ook naar andere
afbeeldingen van dit soort bruggen of deze op internet zoeken.
Benoem de belangrijkste onderdelen van de brug
Onderzoek waar dit soort bruggen staan.
Onderzoek het gebruik van deze bruggen en vergelijk de lengte met andere eerder
onderzochte brugtypen.
Voor meer informatie zie www.encyclopedoe.nl met trefwoord: bruggen of andere sites met
gratis afbeeldingen.
Bespreek een aantal gegevens die
de leerlingen hebben gevonden. Ze
moeten uitgevonden hebben dat een
van de langste bruggen ter wereld een
balkbrug met steunkabels is. Refereer
ook aan eerdere onderzoeken van
bruggen met betrekking tot sterkte
en stabiliteit. En bespreek problemen
die ontwerpers hebben moeten oplos-
sen bij de bouw van lange bruggen
van soms wel 2000 meter. Hoe kan
zo’n lange brug ondersteund worden
en toch stijf en sterk genoeg blijven.
Noteer de suggesties.
Onderzoek Activiteit 1: Is dit een stabiele constructie als er geen kabels
gebruikt worden?
NOOT: laat de leerlingen veiligheidsbrillen dragen bij het testen van de bruggen.
Stappen
1. Laat de leerlingen een test voor stabiliteit bedenken met gebruik van het plaatsen van een gewicht in het
midden van de brug.
2. Elke groep moet observeren wat er gebeurt en de volgende vragen beantwoorden:
Wat is het maximumgewicht
dat de brug kon dragen?
Op basis van hun eerdere onderzoeken kunnen de
leerlingen wijzen op het grote aantal ondersteunende
dunne kabels. Ze hebben ontdekt dat de brug
daardoor lichter van constructie is waardoor langere
overspanningen gebouwd kunnen worden.
Antwoorden zullen verschillen. Ze kunnen de gegevens
noteren in een tabel.
Bouw Activiteit
Verdeel de klas in goepjes van 2-3 leerlinegn en geef deze een set K’NEX-Bruggen.
Het onderzoek begint met het bouwen van het brugmodel op de pagina’s 12 en 13 van het Instructieboekje.
Laat niet verder bouwen dan stap 4.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
65
Wat zijn de zwakste
onderdelen van de brug?
Hoe verklaar je de
waarnemingen?
Is deze constructie
stabiel of instabiel?
3. Bespreek de resultaten en laat deze in hun werkschrift noteren.
Onderzoek Activiteit 2: Wat is het effect van het bevestigen van de kabels
op de sterkte en stabiliteit van de constructie?
Stappen
1. Laat de leerlingen de onderdelen van de brug benoemen. Eventueel met behulp van de eerder
gemaakte tekening.
2. Laat ze naar de foto in het
Instructieboek kijken en
deze vergelijken met hun
K’NEX-model. Vraag
ze welke materialen in
moderne bruggen van dit
type gebruikt worden. (zie
ook de sleutelbegrippen in
deze gids voor aanvullende
informatie.)
De leerlingen zullen waarschijnlijk zeggen dat de
hele constructie zwak is. Het wegdek zakt door in het
midden en slingert over de volle lengte heen en weer:
de torens bewegen en buigen naar het midden.
Wijs ze er zonodig op dat hun bruggen geen verankering hebben
aan het eind van de kabels. Het model heeft ook geen kabel over
de hele lengte van de brug. De torens van de echte brug zijn aan-
zienlijk hoger dan die in het model.
Vergelijkbare bruggen hebben kabels van gedraaid staaldraad en
torens en een wegdek van beton.
Onvoldoende steun in de constructie
De meeste leerlingen zullen antwoorden dat de
constructie instabiel is.
Bouw Activiteit vervolg
Elke groep maakt het model af met de stappen 5-7.
Geen kabels
Kabels niet vastgemaakt
Kabels vastgemaakt
Stadium van de brug
Tabel
toegevoegd gewicht observaties
Hangbrug
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
66
3. Laat de leerlingen deze verschillen in gedachte houden en dan de brug op precies dezelfde manier weer
testen. De vragen moeten beantwoord worden en hun observaties met betrekking tot de last genoteerd
in een tabel.
(a) Is het vermogen van de
brug om lasten te dragen
toegenomen, hetzelfde geb-
leven of verminderd?
(b) Kun je dit verklaren?
(c) Wat zie je aan de vorm van
het wegdek nu er kabels aan
bevestigd zijn?
(d) Wat was de invloed van de
kabels op de stabiliteit van
de brug?
(voor oudere leerlingen)
4. Wijs de leerlingen erop dat het gewicht van wegdek en levende last door de hangkabels(die onder
spanning staan) wordt overgebracht op de hoofdkabels die daardoor onder grote spanning staan. Deze
spanning trekt aan de verankering en de kabels drukken op de torens. Deze geven de neerwaartse kracht
weer door aan de fundering en ondergrond. Wijs er ook op door het ontwerp van de brug duw- en trek-
spanning in evenwicht zijn.
5. Vraag de leerlingen of
de kabels bij een echte
brug heen en weer kunnen
bewegen of dat deze
vast zitten.
6. Laat ze nu aan de einden van
de flexibele groene staven trek-
ken en het draagvermogen van
de brug opnieuw testen.
Het dragend vermogen is toegenomen.
Er zijn steun- of hangkabels verbonden met de hoofdkabel
toegevoegd. En die helpen het midden van het wegdek
ondersteunen.
Het wegdek buigt in het midden. Het krijgt de vorm van een
boog omdat de kabels het omhoog trekken.
De sterkte en stabiliteit van de brug zijn toegenomen.
Leg uit dat de kabels bij een echte brug op de toren rusten.
Dit is omdat ze dan kunnen bewegen als het metaal van
kabels en constructie uitzet en de trekkracht aan
beide zijden van de toren verdeeld wordt bij een ongelijke
belasting.Wijs de leerlingen erop dat dit een ander verschil
is met hun model.
Ze moeten constateren dat het draagvermogen toeneemt
als ze de groene staven vasthouden. Ze moeten zich
realiseren dat zij de verankering zijn en dat dit soort bruggen
heel efficiënt is als alle subsystemen goed werken.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
67
7. Bespreek de resultaten door
te vragen:
(a) Wat is de functie van de torens?
(b) Wat is de functie van de kabels
die over de torens liggen?
(c) Waarom moeten deze kabels aan
de einden verankerd worden?
(d) Wat is de functie van de
verticale kabels?
(e) Hoe wordt het wegdek/rijvloer
sterk en stijf gemaakt??
(voor oudere leerlingen)
8. (a) Bekijk de manier waarop in
de constructie van de brug
de krachten in evenwicht
gehouden worden om te
voorkomen dat de brug
instort. Vraag de leerlingen
naar de twee krachten die in
een brug optreden.
(b) Laat de klas nadenken
over de demonstratie en
de beschrijving van de ervar-
ingen die de deelnemers
gaven. Naar aanleiding
hiervan kunnen ze
beschrijven waar duw- en
trekspanningen voorkomen
in een brug met steunkabels.
Ze kunnen ook zelf op het
midden van de brug duwen en
kijken wat er gebeurt. U kunt
eventueel helpen met een
elastiekje en een stuk schuim-
rubber zoals op de tekeningen
hierboven.
Duw- en trekspanning
Ze moeten uitleggen dat de torens onderhevig zijn aan
duw-spanning omdat de kabels naar beneden duwen. In
de hoofd- en steunkabels treedt trekspanning op omdat er
voortdurend aan getrokken wordt. De krachten die optreden
in het wegdek( dat gewoon aan de kabels hangt) zijn buigen
en torsie(draaiing) door de levende last. De boogvorm van
het wegdek vermindert de spanning in de onderkant van
het wegdek.
Krachten in een hangbrug
De torens dragen het totale gewicht van de brug.
De hoofdkabels dragen het gewicht van het wegdek.
Dit gewicht geeft spanning in de hoofdkabels.Om te
voorkomen dat de hele constructie van de brug instort
moeten deze aan de einden verankerd worden. Verticale
steunkabels verbinden het wegdek met de hoofdkabels.
Het wegdek is sterk en stijf gemaakt met een lichte
boogvorm. Deze vorm wordt in model gehouden door
de opwaartse kracht van de steunkabels.
Hangbrug
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
68
Het idee uitbreiden
1. Leg uit dat het, ondanks vele uren rekenwerk en grote inspanning van ontwerpers, toch nog wel eens
mis gaat met het maken van bruggen.
Laat op internet het instorten van de Tacoma Narrows brug opzoeken.
Zie o.a.
http//eduspace.free.fr/bridging_
europe/index.htm Deze website heeft
ook een filmpje van de instorting.
2. Laat de leerlingen een verhaal uitbeelden over het bouwen van een balkbrug met ondersteunende kabels.
Het speelt zich af bij een brede, wild stromende rivier met hoge rotsige oevers. Laat de leerlingen tafels,
stoelen en tapijt gebruiken als hulpmiddel. Het enige bouwmateriaal is touw. Hoe kunnen ze een
eenvoudige brug bouwen en wat zijn de te nemen stappen in het proces.
Een mogelijke oplossing kan zijn:
1. Zoek een goede plaats voor de brug, met bomen om de touwen aan vast te maken.
2. Maak meerdere touwen van lianen.
Het idee toepassen
Bespreek de bevindingen van de leerlingen over de brug.
Laat de leerlingen een lijst maken van de functies van de onderdelen.
Laat ook schrijven over de verschillen tussen een echte brug en hun model.
Laat de leerlingen uitleggen hoe het aanbrengen van kabels effect heeft op sterkte en stabiliteit.
Laat de leerlingen een tekening van de krachten in de brug maken met verschillende kleuren en de
juiste vaktermen.
Achtergrondinformatie voor de leerkracht:
Moderne bruggen zijn bestand tegen enig heen en weer
zwaaien. Bij de Tacoma Narrow’s Bridge stonden er na
de bouw altijd veel mensen te kijken naar het zwaaien
van deze brug bij een rustig windje. Maar in 1940 ging
het mis omdat er bij wind van zo’n 60 km. per uur
windhozen ontstonden door de vorm van het wegdek.
Destijds werden bruggen nog niet getest in windtunnels.
En uiteindelijk slingerde de brug zodanig
dat deze instortte.
Tien jaar later werd de brug na uitgebreide
testen herbouwd.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
69
3. Knoop het ene eind aan een boom
en schiet het andere eind aan een pijl
uit een boog naar de overkant.
4. Klim langs de oever naar beneden,
zwem naar de overkant en maak het
touw vast aan een boom.
5. Ga hangend aan het touw terug
en knoop meer touwen aan de
brug vast.
6. Knoop de touwen aan elkaar en
knoop er hout tussen zodat je er
gemakkelijk over kunt lopen. Maak
ook houvast voor de armen.
3. Wijs de leerlingen er op dat, wat ze ook
verzinnen, de stappen altijd in een bepaalde
volgorde gedaan moeten worden.
4. Laat ze onderzoeken hoe moderne bruggen
gebouwd worden en van hun onderzoek
verslag doen aan de klas. Hierbij moeten
de volgende termen gebruikt worden:
stroomlijn of windbestendigheid, torens
of pijlers, steunkabels, hoofdkabels,
voetpad, verankering.
CHECKLIST WERKSCHRIFT
4
Tekening van de brug met de benoemde belangrijkste onderdelen.
4
Korte beschrijving van elk van de onderdelen.
4
Het verschil tussen het K’NEX-model en een echte brug.
4
Uitleg over het effect van de kabels op sterkte en stijfheid van de brug.
4
Tekening van de werking van de krachten.
4
Ingevuld werkblad 4.
NOOT: Bewaar, als het mogelijk is, een model van de brug zodat deze met de tuibrug van de volgende les
vergeleken kan worden.
Hangbrug
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
70
71
De Tui-brug:
Herkenning van de onderdelen van de tui-brug.
WERKWIJZE
Introductie
Leg uit dat in deze les de tui-brug onderzocht wordt met behulp van een K’NEX-model. De leerlingen gaan
ook informatie op internet zoeken.
Maak een bordtekening van een tui-brug en een balk-brug met steunkabels / of kopieer de tekeningen op een
werkblad en vraag de klas naar de verschillen in de brugtypen.
Wat zijn de overeenkomsten en verschillen tussen de beide brugtypen?
DOELSTELLINGEN
De leerlingen:
1. Bouwen en onderzoeken een model van een tui-brug.
2. Vergelijken en bestuderen de verschillen tussen een hangbrug en een tuibrug.
3. Gebruiken en begrijpen de bij tui-bruggen gebruikte vaktermen.
MATERIALEN
Elk groepje van 2-3 leerlingen heeft nodig:
- K’NEX set: bruggen
- gewichtenset 10 -1000 gram o.i.d.
- scharen
- touw of koord
- potlood en papier
- werkschriften
Cable-Stayed
Overeenkomst: het wegdek hangt aan kabels. De belasting wordt met torens/pijlers naar
de fundering overgebracht.
Verschillen:Bij een balkbrug met steunkabels loopt er een kabel van toren naar toren en het wegdek hangt
aan steunkabels die aan de hoofdkabel vast zitten. Tui-bruggen hebben meestal één toren. De kabels lopen
rechtstreeks van de toren naar het wegdek. NOOT: sommige hele lange tui-bruggen hebben twee torens.
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
72
Leg de leerlingen uit dat er nog een verschil zit in de manier waarop ze gebouwd worden. Het wegdek
van een balkbrug met steunkabels wordt pas gebouwd als de kabels er hangen. Bij een tui-brug, omdat
daar ook een cantilever-element in zit, kan het wegdek vanuit de torens gebouwd worden. De kabels
worden vastgemaakt zodra er weer een stuk af is.
Onderzoek Activiteit: Wat zijn de kenmerken van een tui-brug en wat zijn
de overeenkomsten met andere bruggen?
Stappen
1. Laat de klas foto’s van echte tui-
bruggen zien. De leerlingen moeten
ook de tui-brug van pagina 14 uit het
Instructieboekje bekijken. Vraag de
leerlingen naar verschillen tussen de
echte bruggen en hun model. Wijs
de leerlingen erop dat ze deze moeten
onthouden bij het onderzoek van
hun model.
2. Vertel de klas dat de tui-brug een relatief nieuw ontwerp is – de eerste brug van dit type werd gebouwd
in 1950. Het verenigt elementen van twee bruggen die al eerder bestudeerd zijn.
(a) Vraag ze naar de naam van het
brugtype waar deze brug op lijkt.
(b) Vraag ook naar een ander brugtype
waarop dit ontwerp is gebaseerd.
3. (a) Vraag de leerlingen wat er gebeurt als
ze een gewicht op aan eind plaatsen of
er op duwen.
(b) Doe hetzelfde in het midden.
(c) Is dit een stabiele constructie?
Bouw Activiteit
Verdeel de klas in groepjes van 2-3 leerlingen en geef elke groep een set K’NEX Bruggen
Laat de leerlingen de tui-brug van pagina 14 uit het Instructieboekje bouwen.
NOOT: Er zijn twee paar handen nodig om het wegdek en de ondersteunende constructie vast
te maken.
Laat de leerlingen hun bouwwerk een paar minuten onderzoeken.
De antwoorden kunnen zijn: Hun model heeft
één toren. Eer zijn geen ondersteunende pijlers
in de brugdelen naar de oevers. Echte bruggen
hebben veel meer kabels.
De balkbrug met steunkabels/hangbrug.
Wijs ze op de toren in het in balans zijn van
de uitstekende brugdelen. Dit komt van de
cantilever brug.
Het K’NEX-model lijkt op een grote wip – het
scharnierpunt zit in het midden. Als er een last aan
het eind geplaatst wordt gaat het andere
eind omhoog. Bij een echte brug zitten er
ondersteunende pijlers. Kijk maar naar de foto’s.
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
73
4. (a) Waar zitten de kabels aan vast?
(b) Wat is het verschil met de
balkbrug met steunkabels/
hangbrug?
5. Onderzoek de vorm van de kabels
in je model en bij de foto’s van
de echte bruggen. Welke vormen
herken je hierin? Wat weet je van
deze vormen?
(Mogelijk verder onderzoek bij de
stappen van pag.15, afhankelijk van
het niveau van de leerlingen)
6. Laat om de werking van de
krachten van de kabels te
demonstreren, deze aan één
kant verwijderen en een
klein gewicht aan beide
einden plaatsen.
7. (a) Bespreek met de leerlingen
dat zowel bij de tui-brug als
de balkbrug met steunkabels de
constructie grotendeels gebaseerd
is op het gebruik van kabels. Laat
ze de duw- en trekspanning bij
hun brugmodel aanwijzen.
(b) Wat merken ze op bij de vorm
van het wegdek?
harpvormstervormigstraalsgewijs
Het eind zonder kabels zal instorten.
Het wegdek is ligt gebogen. Dit helpt om de spanning aan
de onderkant van het wegdek op te vangen.
Ze moeten zien dat de toren en het wegdek blootstaan
aan duwspanning als er levende last over de brug gaat en
er trekspanning optreedt bij de tui-kabels. De spanning in
de kabels is even sterk als het gewicht van het wegdek. De
torens dragen het hele gewicht van de brug en er treedt
duwspanning op.
Aan de toren en wegdek.
De kabels van de balkbrug met steunkabels moeten in de
oever verankerd worden. Bij de tui-brug is dat niet nodig.
De leerlingen moet zien dat deze driehoekige vormen heb-
ben.en zich herinneren dat dit een sterke vorm van
constructie is. Dit biedt aanknopingspunten voor een
klassengesprek over andere vormen. Neem de tekeningen
hieronder over op het bord.
Cable-Stayed
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
74
Het Idee Uitbreiden.
Laat de leerlingen met behulp van tekeningen en tekst de overeenkomsten en verschillen tussen de
tui-brug en de balkbrug met steunkabels duidelijk maken.
Bespreek nogmaals de kenmerkende eigenschappen van de hangbrug, eventueel met behulp van pagina 15
van het Instructieboekje aan de hand van de volgende vragen:
Van welke twee soorten bruggen zijn
tui-bruggen een combinatie?
Waar wordt dit type bruggen
meestal gebruikt?
Laat de leerlingen hun observaties van het brugmodel in hun werkschrift noteren. Daarbij maken ze gebruik
van gelabelde tekeningen en de juiste vaktermen. De werkschriften moeten antwoorden bevatten van de vol-
gende vragen:
Wat is de functie van de toren(s)?
Wat is de functie van de tui-kabels?
(zonodig met gebruik van de stappen 6-8)
Welke delen van de brug zijn
onderhevig aan (i) duwspanning (ii)
trekspanning?
Hoe is het wegdek sterk en
stijf gemaakt.
8. Refereer aan eerder onderzoek naar de ster-
kte en stabiliteit van brugconstructies en
bespreek de mogelijke problemen die ont-
werpers hebben moeten overwinnen
bij de bouw van tui-bruggen. Wat zou er
bijvoorbeeld gebeuren als het wegdek
verlengd werd?
Krachten die optreden
bij een tui-brug.
De constructie zou instabiel worden of instorten
als de krachten niet in evenwicht waren.
Een combinatie van een cantilever met een
brugdeel in balans en een hangbrug.
Doorgaans voor middellange overspanningen.
Hoewel er tegenwoordig steeds meer bruggen
achter elkaar gebouwd worden.
Door het trekken van de tui-kabels wordt het
licht gebogen. In en aan het wegdek zitten ook
raamwerken voor sterkte en stijfheid.
Zowel torens als kabels dragen de last van het
wegdek en levende last.
i. Toren en de bovenkant van het wegdek
ii. Kabels
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
75
Het Idee Uitbreiden
1. Laat de leerlingen de tui-brug met dubbele toren van pagina 15 van het Instructieboekje
bouwen. Daarna moeten ze een vrij recent gebouwd exemplaar van een echte brug
onderzoeken en een verslag maken en een antwoord op de vraag waarom de brug daar
gebouwd is. Zouden de leerlingen hier zelf een hangbrug gebouwd hebben of gekozen voor
een andere vorm? Laat de antwoorden toelichten.
(Bijvoorbeeld Sunshine Skyway Bridge, Tampa, Florida of de tweede Severn Crossing Bridge, Engeland.
Brug over de Sont tussen Denemarken en Zweden)
2. Onderzoek hoe de kabels bij een tui-brug gespannen zijn. Vergelijk de effecten waarmee rekening
gehouden moet worden bij de bouw van een hangbrug en die van een typische tui-brug.
CHECKLIST WERKSCHRIFT:
4
Overeenkomsten en verschillen tussen een balkbrug met steunkabels en een tui-brug.
4
Karakteristieke kenmerken van een tui-brug.
4
Functie van de onderdelen van de tui-brug.
AANTEKENINGEN:
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Cable-Stayed
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
76
77
Een Brug Ontwerpen:
Tijd en kosten factoren.
WERKWIJZE
Introductie
Nu de leerlingen hun onderzoek en studie van bruggen hebben afgerond zou het duidelijk moeten zijn dat
ontwerpers niet alleen de plaats en het type brug moeten uitzoeken, maar de kosten en termijn zijn minstens
zo belangrijk. Hoewel ze vanwege veiligheidsredenen niet kunnen bezuinigen op materiaalkosten moeten
ze wel binnen hun begroting blijven. Ze moeten ook in gedachten houden dat niet altijd alle materialen voor
de bouw verkrijgbaar zijn en dit heeft ook invloed op ontwerp en bouw. Het bouwen binnen de gestelde
termijn is ook belangrijk – het niet halen van een deadline betekent hogere kosten en langere overlast voor
het verkeer.
Leg de leerlingen uit dat ze met 4-6 leerlingen een bouwmaatschappij vormen die een brug gaat ontwerpen
waar specifieke vormen van transport gebruik van gaan maken. Elk team moet ook een naam verzinnen voor
de bouwmaatschappij.
De ontwerp taak
De opdracht is het maken van een brug die een kloof van 40 cm. kan overbruggen en in het midden 50 gram
kan dragen. Ook moet de brug een wegdek hebben waar voertuigen gebruik van kunnen maken.
Spelregels
De activiteit wordt in competitieverband uitgevoerd. De te gebruiken materialen zijn: A4-papier, paperclips,
plakband of tape, pijpenragers, rietjes en touw. De bouwmaatschappij beslist zelf welke materialen ze willen
gebruiken bij hun ontwerp.
Het is niet toegestaan K’NEX-onderdelen te gebruiken in de brug, maar mogen deze wel gebruiken bij het
uittesten van hun ideeën.
De bouwmaatschappij krijgt 45 minuten ontwerptijd, waarin ze de benodigde materialen moeten uitkiezen.
De beschikbare tijd voor de bouw van de brug is 45 minuten.
DOELSTELLINGEN
De Leerlingen:
1. De leerlingen ontwerpen en bouwen een brug om een serie criteria te ontwikkelen.
2. Berekenen de kostprijs van de materialen.
3. Concurreren met andere teams om de goedkoopste brug te maken binnen de
afgesproken termijn.
MATERIALEN
Elk groepje van 4-6 leerlingen heeft nodig:
- 1 of 2 sets K’NEX Bruggen
- touw
- A4 papier
- potloden
- plakband
- paperclips
- pijpenragers
- rietjes
- scharen
- werkschriften
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
78
De materialen zijn tegen de volgende prijzen verkrijgbaar bij materialen groothandel “Leerkracht”
A4 papier 5 euro per vel
Plakband/tape 1 euro per 10 cm.
Paperclips 0,50 euro per stuk
Rietjes 1 euro per stuk
Pijpenragers 2 euro per stuk
Touw 1 euro per 10 cm.
De beste planners hebben aan het eind geen materiaal over. Overgebleven materialen kunnen geretourneerd
worden naar de “Leerkracht”winkel tegen de helft van de aankoopprijs. Materialen die aangeschaft moeten
worden na de eerste bestelling kosten dan dubbel zo veel.
De bouwmaatschappijen zorgen ook voor een naam van hun brug.
De Winnaar
De winnaar is de bouwmaatschappij die de goedkoopste brug bouwt binnen de termijn en voldoet aan de
belastingstest met 50 gram.
Ontwerp en Bouw Activiteit
Wijs de leerlingen erop dat planning en testen de sleutel zijn tot een succesvolle deelname aan de brug
competitie. Stimuleer de leerlingen materialen te gebruiken die niet bij de “Leerkracht”-winkel in het
assortiment zitten.
Laat de bouwmaatschappijen aantekeningen maken van al hun ideeën en besluitenvorming. Ze moeten
ook aantekeningen maken van hun argumentatie.
Stimuleer de werknemers van de bouwmaatschappij om gezamenlijke beslissingen te nemen en elkaar
te helpen als ze de deadline naderen. Vertel ze ook dat u let op teamwork, waarbij iedereen de kans
moet hebben aan het constructieproces bij te dragen. Er moet voor iedereen in het team een rol
zijn weggelegd.
Herinner de bouwmaatschappijen eraan om hun werkschriften als logboek te gebruiken om de kosten
in de hand te houden. Een overzichtelijke manier om overzicht te houden is het maken van tabellen
met de kosten per stuk voor elke materiaalsoort, het aantal gebruikte onderdelen en de totale kosten
van de brug. De opgevoerde bedragen moeten nauwkeurig gecontroleerd worden.
Bij de evaluatie van het ontwerp moeten de volgende vragen beantwoord worden:
• Hoemakenwedebrugstabiel?
• Hoemakenwedebrugsterker?
• Watzijndezwakkeplekkeninhetontwerp?
• Hoekunnenwedieverbeteren?
Laat elk bouwbedrijf haar brug nogmaals testen om er zeker van te zijn dat er een gewicht van 50 gram
gebruikt is.
Controleer kosten en tijd van elke groep en beloon de groep die het beste voldaan heeft aan de
voorwaarden van kosten, tijd, sterkte van de brug en samenwerking met een bouwcontract. (Maak
eventueel een officieel uitziend document)
BRUGGEN
INTRODUCTIE VAN BOUWWERKEN
Education
®
79
Het Idee Toepassen
Om de competitie compleet te maken vraagt u de leerlingen om:
De problemen en oplossingen die ze tegenkwamen te bespreken met elkaar.
Te beschrijven hoe ze hun ontwerp verbeterd hadden – wat waren de zwakke punten en hoe werden
deze verbeterd?
Uitleggen hoe ze hun brug kunnen versterken en tegelijkertijd minder materiaal gebruiken.
AANTEKENINGEN:
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
BRUGGEN
www.knexeducation.com
Education
®
… 80

Hulp nodig? Stel uw vraag in het forum

Spelregels

Misbruik melden

Gebruikershandleiding.com neemt misbruik van zijn services uitermate serieus. U kunt hieronder aangeven waarom deze vraag ongepast is. Wij controleren de vraag en zonodig wordt deze verwijderd.

Product:

Bijvoorbeeld antisemitische inhoud, racistische inhoud, of materiaal dat gewelddadige fysieke handelingen tot gevolg kan hebben.

Bijvoorbeeld een creditcardnummer, een persoonlijk identificatienummer, of een geheim adres. E-mailadressen en volledige namen worden niet als privégegevens beschouwd.

Spelregels forum

Om tot zinvolle vragen te komen hanteren wij de volgende spelregels:

Belangrijk! Als er een antwoord wordt gegeven op uw vraag, dan is het voor de gever van het antwoord nuttig om te weten als u er wel (of niet) mee geholpen bent! Wij vragen u dus ook te reageren op een antwoord.

Belangrijk! Antwoorden worden ook per e-mail naar abonnees gestuurd. Laat uw emailadres achter op deze site, zodat u op de hoogte blijft. U krijgt dan ook andere vragen en antwoorden te zien.

Abonneren

Abonneer u voor het ontvangen van emails voor uw Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide bij:


U ontvangt een email met instructies om u voor één of beide opties in te schrijven.


Ontvang uw handleiding per email

Vul uw emailadres in en ontvang de handleiding van Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide in de taal/talen: Nederlands als bijlage per email.

De handleiding is 7,6 mb groot.

 

U ontvangt de handleiding per email binnen enkele minuten. Als u geen email heeft ontvangen, dan heeft u waarschijnlijk een verkeerd emailadres ingevuld of is uw mailbox te vol. Daarnaast kan het zijn dat uw internetprovider een maximum heeft aan de grootte per email. Omdat hier een handleiding wordt meegestuurd, kan het voorkomen dat de email groter is dan toegestaan bij uw provider.

Stel vragen via chat aan uw handleiding

Stel uw vraag over deze PDF

Andere handleiding(en) van Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide

Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide Bouwtekening - Deutsch - 94 pagina's

Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide Bouwtekening - English - 83 pagina's

Knex 78640 - Education Intro to Structures Bridges Teachers Guide Bouwtekening - Français - 94 pagina's


Uw handleiding is per email verstuurd. Controleer uw email

Als u niet binnen een kwartier uw email met handleiding ontvangen heeft, kan het zijn dat u een verkeerd emailadres heeft ingevuld of dat uw emailprovider een maximum grootte per email heeft ingesteld die kleiner is dan de grootte van de handleiding.

Er is een email naar u verstuurd om uw inschrijving definitief te maken.

Controleer uw email en volg de aanwijzingen op om uw inschrijving definitief te maken

U heeft geen emailadres opgegeven

Als u de handleiding per email wilt ontvangen, vul dan een geldig emailadres in.

Uw vraag is op deze pagina toegevoegd

Wilt u een email ontvangen bij een antwoord en/of nieuwe vragen? Vul dan hier uw emailadres in.



Info