Auf den ersten Blick scheint es, dass die Schwerkraft von oben nach unten wirkt und die riesigen Massen über unseren Köpfen einen vernichtenden Druck auf die unteren Stockwerke ausüben müssen. Aufgrund der physikalischen Gesetze bleiben Gebäude jedoch robust und werden nicht unter ihrem eigenen Gewicht zerquetscht.
Das wichtigste physikalische Gesetz, das dieses Phänomen erklärt, ist Newtons drittes Gesetz über die Wechselwirkung von Kräften. Es besagt, dass es für jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte reaktive Aktion gibt. Im Zusammenhang mit den oberen Etagen und den unteren Etagen eines Gebäudes bedeutet dieses Gesetz, dass der Druck, der von den oberen Etagen erzeugt wird, von den unteren Etagen gleichermaßen entgegengesetzt ist. Somit ist die Gesamtwirkung der Kräfte auf die unteren Stockwerke gleich Null, wodurch sie unerschütterlich bleiben können.
Schwerkraft
Die Schwerkraft beruht auf dem Gesetz der universellen Schwerkraft, das von Isaac Newton offenbart wurde. Nach diesem Gesetz ist jedem Körper im Universum eine Wechselwirkung mit allen anderen Körpern inhärent, die proportional zu ihren Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen ihnen ist.
Die Schwerkraft, die auf den Körper wirkt, entspricht dem Produkt seiner Masse, um den freien Fall zu beschleunigen. Im freien Fall fallen alle Körper mit der gleichen Beschleunigung ab, die auf der Erdoberfläche ungefähr 9,8 m / s2 entspricht.
Zurück zur Frage, warum die oberen Stockwerke die unteren nicht zerquetschen können. Die unteren Stockwerke des Gebäudes werden durch die Einwirkung der oberen Stockwerke nicht unter Druck gesetzt, da nur die Schwerkraft und die Reaktion der Gebäudestützen auf jede Etage wirken. Die Schwerkraft wird gleichmäßig auf alle Etagen verteilt, da sie vertikal nach unten wirkt. Jede Etage hat eine Stützreaktion, die modular der Schwerkraft des darüber liegenden Bodens entspricht.
Folglich kann die Schwerkraft die unteren Stockwerke nicht zerquetschen, da jede Etage selbst ein unabhängiges System ist, das nur mit den auf sie wirkenden Kräften interagiert.
Das Prinzip des Archimedes
Das berühmte Archimedes-Prinzip wurde vom griechischen Wissenschaftler Archimedes formuliert, der im 3. Jahrhundert vor Christus lebte und arbeitete. Später wurde dieses Prinzip in die Grundlagen der Hydrostatik integriert.
Das Archimedes-Prinzip begründet, warum die oberen Stockwerke die unteren nicht zerquetschen können. Stellen Sie sich vor, dass die oberen Stockwerke eines Gebäudes in Flüssigkeit eingetaucht sind, zum Beispiel in Wasser. Nach dem Archimedes-Prinzip wird auf jeder Etage eine Hebekraft betrieben, die dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit entspricht.
| Stock | Bodengewicht (kg) | Hubkraft (H) |
|---|---|---|
| Obergeschoß | 1000 | 10000 |
| Mittlere Etage | 1000 | 10000 |
| Erdgeschoß | 1000 | 10000 |
Wie aus der Tabelle hervorgeht, gilt für jede Etage des Gebäudes die gleiche Hebekraft, die dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit entspricht. Somit wird der Einfluss der oberen Stockwerke auf die unteren durch die gleiche und entgegengesetzte gerichtete Kraft ausgeglichen, wodurch verhindert wird, dass die unteren Stockwerke zerquetscht werden.
Das Archimedes-Prinzip ist von großer praktischer Bedeutung und wird in verschiedenen Bereichen angewendet, einschließlich Schiffbau, Unterwassertransport und Lufttransport sowie im Bauwesen.
Härte der Materialien
Die Gesetze der Physik erlauben uns zu verstehen, warum die oberen Stockwerke die unteren nicht zerquetschen können. Eines der wichtigsten Konzepte in diesem Zusammenhang ist der Widerstand des Materials gegen Kompression. Kompression ist eine Druckkraft, die auf den Körper wirkt und versucht, sein Volumen zu reduzieren. Aber die Materialien, aus denen Gebäude bestehen, haben eine ausreichend hohe Härte, die es ihnen ermöglicht, mit der Druckkraft fertig zu werden.
Das wichtigste physikalische Gesetz, das dieses Phänomen erklärt, ist das dritte Newtonsche Gesetz – das Gesetz des Handelns und der Gegenwirkung. Wenn ein Körper nach diesem Gesetz eine Kraft auf einen anderen Körper ausübt, übt der zweite Körper eine gleiche Modulo-, aber entgegengesetzte Richtungskraft auf den ersten Körper aus.
Im Falle eines Hauses üben die oberen Stockwerke eine Druckkraft auf die unteren Stockwerke aus. Die unteren Stockwerke wiederum üben jedoch Widerstandskraft aus und widerstehen der Kompression. Diese Widerstandskraft entspricht der Druckkraft, wodurch das Gebäude unversehrt bleibt und nicht unter dem Gewicht der oberen Stockwerke zusammenbricht.
Neben der Druckfestigkeit haben die Materialien auch andere Eigenschaften, die zur Erhaltung ihrer Integrität beitragen. Zum Beispiel haben viele Materialien eine gute Festigkeit, die es ihnen ermöglicht, hohen Belastungen ohne Verformung und Zerstörung standzuhalten. Darüber hinaus haben einige Materialien eine Elastizität, die es ihnen ermöglicht, ihre Form nach der Verformung wiederherzustellen.
Die Materialien, aus denen die Gebäude bestehen, haben also eine ausreichende Härte, widerstehen Kompression und Zerstörung, was erklärt, warum die oberen Stockwerke die unteren nicht zerquetschen können.
Lastverteilung
Die oberen Stockwerke tragen ihre eigene Last, die aus Wänden, Decken, Möbeln und anderen Elementen besteht. Diese Stockwerke müssen auch der Belastung standhalten, die von Menschen im Inneren des Gebäudes entsteht. Aufgrund der korrekten Verteilung dieser Last auf alle Etagen üben die oberen Stockwerke jedoch keinen übermäßigen Druck auf die unteren Etagen aus.
Die Hauptelemente für eine gleichmäßige Lastverteilung sind Wände, Säulen, Säulen und Decken. Wände und Säulen dienen als vertikale Unterstützung und verteilen die Last gleichmäßig von oben nach unten. Säulen und Überlappungen spielen die Rolle einer horizontalen Lastverteilung und verhindern, dass sie sich an einem Punkt konzentriert.
Darüber hinaus werden verschiedene Materialien mit unterschiedlicher Festigkeit verwendet, um eine optimale Lastverteilung zu gewährleisten. Zum Beispiel haben Beton und Stahl eine hohe Festigkeit und werden für den Bau von Elementen verwendet, die großen Belastungen standhalten müssen.
Ein wichtiger Aspekt ist auch die Gestaltung des Gebäudes unter Berücksichtigung der zu erwartenden Belastungen. Ingenieure und Architekten müssen alle möglichen Faktoren berücksichtigen, die die Konstruktion eines Gebäudes beeinflussen können, um seine Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.
Aufgrund der richtigen Lastverteilung und der Verwendung optimaler Materialien und Konstruktionslösungen können die oberen Stockwerke die unteren Stockwerke nicht zerquetschen und das Gebäude bleibt stabil und sicher.
