Papier ma już ponad 2 tysiące lat i ciągle się rozwija, znajduje użycie w coraz to nowych obszarach naszego życia. Na codzień używamy papieru do druku, pakowania, pisania listu, życie ‘’administracyjne’’ każdego człowieka zaczyna się od „na papierze” – akt urodzenia, a kończy na akcie zgonu. Inaczej mówiąc papier jest niezastąpiony i wszechobecny w naszym życiu. Papier zniesie wszystko, co na nim napiszemy, ale czy papier jest w stanie znieść jakiekolwiek siły?
Gdyby tak użyć papieru jako materiału do konstrukcji np.: mostów? Ile jest w stanie przenieść taka konstrukcja? 1 kg, 10 kg, a może i więcej? Natknąłem się na ciekawa konstrukcje mostu z papieru, miałem okazje spotkać się z jego konstruktorem i dowiedzieć się kilku ciekawych rzeczy o nowym zastosowaniu papieru.
Jestem na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie, gdzie zaprosiłem na rozmowę Damiana Kanie – absolwenta Wydziału Budownictwa Politechniki Opolskiej, a obecnie studenta Wydziału Budownictwa na tutejszej uczelni. Znajdujemy się w laboratorium doświadczalnym, dookoła pełno urządzeń, maszyn i próbek materiałów budowlanych, przy kawie rozmawiamy o tej ciekawej konstrukcji.
Maciej Strzelczyk: Jak wpadłeś na pomysł użycia papieru do budowy mostu?
Damian Kania: Co roku na wszystkich uczelniach wyższych w Berlinie odbywa się Długa Noc Nauki, inaczej mówiąc Festiwal Nauki, gdzie wszystkie uniwersytety otwierają drzwi by pokazać jak powstają nowe pomysły, ich realizacja, badania i czym zajmują się ludzie tutaj pracujący. Wydział Budownictwa na mojej uczelni, który posiada jedna z największych hal doświadczalnych w Europie, jest nie tylko idealnym miejscem do takich imprez, ale także do eksperymentów, gdzie studenci wraz z kadra naukowa prowadza badania. Jednym z konkursów organizowanych przez Katedrę Mechaniki Budowli była konstrukcja mostu z papieru (format A0 plus A2 – 300 g/m²). Rozstaw podpór wynosił 80 cm, obciążony w połowie rozpiętości przez maszynę do testowania materiałów. Konkurs posiadał 3 konkurencje: efektywność, piękno konstrukcji i maksymalna przeniesiona siła. Zgłosiło się 12 studentów do konkursu.
M.S.: Jaki wynik udało się Tobie osiągnąć w tym konkursie rok temu?
D.K.: Trudno uwierzyć, ale wynik nie tylko mnie zaskoczył. Wykres na maszynie
obciążającej zatrzymał się przy 115 kg przy masie własnej konstrukcji równej 0,267 kg. Ja
osobiście liczyłem na 30 kg, tak wiec była to naprawdę mila niespodzianka. Wygrałem w
dwóch kategoriach: największe obciążenie i najlepsza efektywność. Jeszcze dodam, ze po
wygranym konkursie profesor z Mechaniki Budowli zaoferował mi posadę jako pomoc
studencka w jego katedrze, gdzie pracuje do dzisiaj.
M.S.: Moje gratulacje. Czyli 1 gram papieru przeniósł 430 g obciążenia. Jak to
osiągnąłeś?
D.K.: Po pierwsze rodzaj konstrukcji nośnej. Tutaj wybór padł na kratownice, która
charakteryzuje się specjalnym przenoszeniem sil. Podam prosty przykład: ołówek jesteśmy w stanie złamać bardzo łatwo, ale rozciągnąć ołówek choćby o 1 milimetr już nie damy rady. Wszystkie pręty kratownicy właśnie pracują na tej zasadzie, są albo ściskane albo rozciągane, zginanie jest znikome. Po drugie geometria. Wiadomo ze do geometrii dopasowują się siły. Starałem się dobrać optymalna wysokość konstrukcji, aby siły we wszystkie prętach były w miarę jednakowe. Po trzecie, znalazłem sposób jak można bezproblemowo zwinąć w rurkę papier o grubości 0,36 mm i zastosować go jako pręt 2 kratownicy. Było to dla mnie połączenie nauki i zabawy. Wycinanek z papieru uczymy się jako malutkie dzieci, do tego dołączyłem wiedze zdobyta na uczelni.
Konstruktor mostu
M.S.: W tym roku konkurs zmienił zasady. Co było inne?
D.K.: W tym roku postanowiono sprawdzić wyobrażenie ludzi o nośności mostu z papieru. Z doświadczenia wyniesionego z poprzedniego konkursu zbudowałem most o tej samej rozpiętości, ale z użyciem większej ilości papieru. Masa własna tej konstrukcji to 0,668 kg.
Nieodzowna okazała się pomoc mojej koleżanki Juliane Stopper, której serdecznie dziękuje.
M.S.: Jakie były szacowania, ile Ty obstawiłeś?
D.K.: Rozpiętość szacowań była bardzo duża. Od 1 aż do 5000 kg. Osobiście dałem
gwarancje na 280 kg, po tym oczekiwałem katastrofy budowlanej.
M.S.: I kiedy nastąpiła?
D.K.: Wykres maszyny wspiął się aż do 338,5 kg.
Most podczas obciążania
M.S.: Czy efektywność wzrosła w porównaniu do pierwszego mostu?
D.K.: Tak, dzieląc przeniesiona sile do masy własnej otrzymujemy wynik 506, czyli 10%
lepszy niż poprzedni.
M.S.: Jak myślisz, jaka jest granica efektywności – zwiększyłeś masę ponad
dwukrotnie a efektywność poprawiła się o 10%. Co da lepszy efekt, optymalizacja
konstrukcji, czy zwiększanie ilości materiału?
D.K.: Po zebranych doświadczeniach doszedłem do wniosku ze musze pomyśleć nad
lepszym materiałem i przekrojami prętów. Geometria i typ konstrukcji jest dobry,
charakteryzuje się najkrótsza droga odprowadzenia sil do podpór. Musze tylko obliczyć jak wytrzymały musi być przekrój w danym miejscu, inaczej mówiąc – właściwa ilość papieru we właściwym miejscu.
M.S.: Wracając do Długiej Nocy Nauki. Jaki jest cel organizowania takiej zabawy?
D.K.: Głównym celem jest pokazanie, co ciekawego robi się na uniwersytecie, jak wygląda nauka, studia, jaka jest przyszłość danego zawodu. Nadrzędnym celem jest jednak zachęcenie dzieci, młodych ludzi do studiowania i rozwijania swoich talentów. Dla dzieci są organizowane rożne zabawy, jak budowa wieży z klocków lego, która musi przetrwać prawdziwe trzęsienie ziemi na maszynie symulacyjnej. Innym konkursem jest budowanie jak najwyższej konstrukcji z nitek spaghetti za pomocą kleju. Połączenie nauki i zabawy. I tutaj musze nadmienić ze dziecięca wyobraźnia nie zna granic, sam przyglądałem się tym konstrukcjom i czerpałem z nich nowe pomysły, to było fascynujące jak wyobraźnia wolna od matematyki i podstaw konstruowania może wyczarować tak ciekawe budowle.
M.S.: Ukończyłeś uczelnie w Polsce, dlaczego podjąłeś ponownie studia w Berlinie na
tym samym kierunku?
D.K.: Po dyplomie inżyniera konstruktora Wydziału Budownictwa na Politechnice Opolskiej wyjechaliśmy razem z moja dziewczyna do Berlina, tutaj chce jej bardzo podziękować za wsparcie i motywacje. Ona zaczęła studia, a ja chciałem sprawdzić się w zawodzie. Zawsze moim marzeniem było projektowanie mostów, wieżowców i innych wielkich obiektów. Szukałem pracy w biurach konstruktorskich, ale bez powodzenia, mimo ze język niemiecki znalem bardzo dobrze. Po kolejnej odmowie wyszedłem wieczorem na miasto, i patrząc na te wszystkie mosty, budynki, odpowiedziałem sobie sam na pytanie: Czy jestem wyjątkowo dobry, aby robić to, o czym w życiu zawsze marzyłem? Następnego dnia rano zapukałem do drzwi tutejszego uniwersytetu, przyjęto mnie na 5 semestr i nie żałuje tej decyzji. Tutejsza uczelnia ma międzynarodowe kontakty, uczą mnie profesorzy, którzy projektują budowle na całym świecie. Pomogło mi to w zeszłym roku na odbycie ciekawej 4-miesięcznej praktyki w Indiach. W tym roku z grupa studentów i profesorów zwiedzaliśmy największe mosty świata
w Japonii, co było dla mnie ogromnym zastrzykiem motywacji do dalszej nauki.
M.S.: A jakie są plany na przyszły rok?
D.K.: Ukończenie studiów i znalezienie biura konstruktorskiego zajmującego się
projektowaniem wielkich obiektów, w szczególności mostów. Bardzo ważne jest, aby zaraz po studiach rzucić się na głęboka wodę, do wyzwań, które są naprawdę wymagające. Wiem ze nie będzie to łatwy czas dla mnie, ale wiele się przy tym nauczę, co pomoże mi w dalszym życiu zawodowym. Korzystam maksymalnie z czasu do nauki, bo w życiu zawodowym będą już tylko ode mnie wymagać. Studia to naprawdę piękny okres w życiu, ktoś chce nas czegoś nauczyć, znaleźć ukryte w nas talenty, kwestia tylko czy człowiek z tego skorzysta czy nie. Zrozumiałem ta małą, aczkolwiek ważną różnicę pomiędzy uczeniem się, a nauczeniem się.
Co do mostów papierowych, mam kilka nowych idei jak polepszyć wynik. Ostatnia wycieczka naukowa do Japonii zainspirowała mnie wieloma pomysłami. Jeśli zwiększę efektywność o 50 %, most o masie 1 kg będzie w stanie przenieść 750 kg. Jednak moim celem jest 1000 kg. Zagłębiam swoja wiedze w dziedzinie produkcji i wytrzymałości papieru. Musze znaleźć papier bardziej wytrzymalszy, którego można poddać większym naprężeniom. Wiem, ze nie będzie to łatwe, ale stawianie sobie celów w życiu i dążenie do nich sprawia, ze niemożliwe staje się możliwe. Kto wie? Może pomysły z mostów papierowych będę mógł zastosować w mostach stalowych? Nigdy nie przypuszczałem ze tak będzie wyglądać droga w moim życiu, ze nauka może być tak ciekawa. Na zakończenie dodam przysłowie, które kiedyś powiedział mi dziadek: „Kiedy stracisz wszystko w życiu, zawsze pozostanie Tobie wiedza”.
M.S.: Dziękuję bardzo i życzę powodzenia.
D.K.: Dziękuję również.
Wywiad przeprowadził Maciej Strzelczyk
TWORZYMY OPAKOWANIA 