ШКОЛЬНАЯ СКАМЬЯ

В начале учебного года выяснилось, что скамейка в гардеробе нашей школы была сильно повреждена. После осмотра места происшествия выяснилось, что не сломаться она не могла, поскольку была сделана из древесно-стружечной плиты (ДСП): материал распространенный,

но хрупкий, вредный для здоровья и применяется только для неподвижных конструкций, не испытывающих ударных нагрузок. А тут школа…, первоклашки, как «вечные прыгатели» со своими шумными играми. В общем, директор школы задумалась.

Тогда и поступило смелое предложение. Давайте сделаем скамейку сами, но именно такую, какая нам нужна. С учетом горького опыта. Идея понравилась, а главное — в ней был вызов: кто кого победит. Или первоклашки нас, или мы их «задавим инженерной мыслью». Сказано — сделано, и началась разработка «объекта».

Скоро были сформулированы основные требования к скамейке. Она должна, во-первых, выдержать любые «посягательства» на ее прочность со стороны первоклашек. В этом была отправная точка объявленного нами негласного соревнования. Динамические расчеты мы, конечно, проводить не стали, но было ясно, что скамейка должна выдержать удар с разбега до 30 кг «живого веса» маленького озорника.

Затем был сформулирован общий принцип «антивандального» исполнения скамейки. Как нам посоветовал папа Эдика, а он инженер, детали скамьи надо расположить так, чтобы материал в них встречал внешние силы самым выгодным образом. То есть с максимальной прочностью.

«Внешние силы» в это время, видимо, что-то «разнюхали», и следили за нами, громко сопя и сдавленно хихикая неподалеку за углом. «Погодите же», — подумали мы, вы нас еще узнаете.

Теперь надо было определиться с материалом для изготовления скамейки. Но тут, собственно говоря, особого выбора у нас не было. В нашей школьной мастерской, как и во многих других школах, стояла пара-тройка станков для деревообработки. Так что все скоро согласились, что нам доступно только дерево.

Дальше мы перешли к конкретным размерам, форме и прочим деталям, и настала пора чертить. Здесь мнения разделились. Эдик ратовал только за компьютер: его папа показал ему, как он работает в чертежной программе, и Эдик уже кое-что умел чертить на компьютере. Миша говорил, что проще по старинке: бумага-карандаш-резинка. Решили делать параллельно, но сообща, чтобы можно было в случае чего советоваться.

С общими размерами определились быстро. Чтобы комфортно сесть на скамейку втроем, она должна быть не меньше 1200 мм в длину. Сиденье скамейки решили сделать из трех деталей, оставив между ними зазоры по 10 мм.

Эдик так и сказал, что размеры на настоящих чертежах пишутся в миллиметрах, причем это давно известно и поэтому размерность не подписывают. Просто число — и все. Потом Саша промерил рулеткой стулья, стоявшие в мастерской, и сказал, что ширины в 30 см для скамейки будет достаточно. Эдик поправил — 300 миллиметров. Высота также была определена измерением стульев, получилось 440 мм. подходит всем.

Теперь надо было посмотреть, какой материал имеется в кладовке, какие доски, каких размеров и прочее. Саша сказал, что проще всего будет собрать скамейку на шурупы (саморезы). Миша был за болтовые соединения. Эдик задумался и не знал, что выбрать. В это время в мастерскую зашел учитель труда Григорий Васильевич. Увидев непривычно тихо сидящих ребят, он спросил, что случилось. Ребята поделились с ним своими размышлениями. Учитель на несколько секунд задумался, а потом сказал:

— Тут дело такое, кроме прочности и удобства пользования скамейкой, да и любой другой вещью, надо помнить еще и о себестоимости ее производства. Что будет стоить дороже: болты или саморезы?

Увидев вопрос в глазах ребят, он пояснил: вещь должна быть минимальной стоимости, тогда она сможет найти максимальный спрос. Люди стараются купить недорогую, но качественную вещь.

А чтобы вам этот подход к конструированию стал ясен, то я вам поясню на примере вашей же скамейки. Вот та, которую сломали…. Она была сделана по принципу «наименьшей стоимости», но ее производители забыли о прочности. В результате, применив дешевый материал, они соорудили заведомо плохую вещь. Плохую, потому что она не соответствовала своему назначению.

Таким образом, если вы хотите создавать хорошие вещи. — рассуждал Григорий Васильевич, — то вам необходимо идти по такому пути: первое — это обеспечение назначения вашего изделия. В вашем случае, скамейка должна быть удобной, прочной и безопасной. Ну. в том смысле, что она должна быть гладко вышкуренной, со скругленными углами и покрыта не вредными для здоровья краской или лаком. А вот дальше на портале вы начинаете считать затраты на производство скамейки и стараетесь их снизить, не ухудшая главных ее свойств.

Лица ребят повеселели, они поняли мысль учителя и заулыбались. Ну конечно! — воскликнул Эдик. — Так и надо. Однако…, — тут же, задумавшись, добавил он, — какие же тогда взять доски для того, чтобы эти первоклашки опять не сломали скамейку.

А это, как раз первый вопрос о качествах вашей скамейки. Это вопрос прочности. — Григорий Васильевич сделал паузу. — Видите, что получается, чтобы скамейка не сломалась, надо взять доску потолще. А она, в свою очередь, будет стоить дороже….

Да…, — задумчиво протянули ребята, -действительно…. Тогда как?

Григорий Васильевич улыбнулся. -А вот здесь вы не смущайтесь. Весь инженерный мир во все времена старался и старается решить эту головоломку. Как сделать лучше всех и при этом иметь минимальные затраты? Вот для этого и нужен инженер, человек технически грамотный, с хорошим образованием и острым умом.

— Мы тут еще не можем решить такой вопрос: на что собирать детали скамейки? — сказал Саша. — Использовать болты или саморезы?

Учитель ответил быстро и уверенно: ни то, ни другое!

Ребята удивились. А Григорий Васильевич продолжил: — Болтовое соединение может ослабнуть. И это обязательно случится, поскольку вы знаете своих «заказчиков». Уж они-то точно будут, сперва даже специально, стараться расшатать скамейку. Саморезы в этом случае будут еще хуже.

— Клей! — неожиданно громко, почти крикнул Саша. — Надо все склеить.

— Верно, — согласился Григорий Васильевич. — Хороший клей, а его сейчас и искать не надо, сделает вашу скамейку прочной, потому что соединит ее детали в одно целое. И в этом случае они будут работать вместе, или, как говорят инженеры, — совместно. Прочность такой составной конструкции значительно повышается. А чтобы склеивание деталей получилось наилучшим, то есть максимально прочным, детали достаточно собрать на саморезы. Они обеспечат плотный прижим, клей проникнет в поры дерева и даст самое прочное соединение. Что нам и надо.

Ребята с учителем пошли в кладовку, где хранились различные материалы, в том числе и доски. Григорий Васильевич достал одну из них и объявил:

— Вот, смотрите, у нас есть доска-дюймовка.

— Как это?

Это старое название, еще с тех пор, когда были не десятичные единицы измерения. Это доска толщиной в 1 дюйм, то есть в 2,5 см. Или, — Григорий Васильевич посмотрел на встрепенувшегося Эдика, — да, Эдуард, 25 мм. В технике приняты миллиметры.

Теперь, если мы прострогаем доску на станке, чтобы она стала ровной и гладкой, у нас останется миллиметров 20 — 22 толщины. Миша тревожно спросил:

— Не маловато ли будет?

— Маловато, — согласился Григорий Васильевич.

— Что же делать? — забеспокоились ребята.

— Надо, опять же, как говорят инженеры, проработать конструкцию скамейки на прочность. То есть нам надо придумать так, чтобы имеющимся материалом, а у нас это доска-дюймовка, обеспечить требуемую прочность. Кстати, что такое прочность — вы знаете? -спросил ребят учитель.

Ну, это просто! Это когда не ломается, — сказал Миша.

Что не ломается? При какой нагрузке не ломается? — Григорий Васильевич опять сделал паузу. Ребята задумались.

— Ладно, не буду вас мучить. Прочность — это способность вашей конструкции. то есть скамейки, выдержать заранее заданную нагрузку.

— Да, точно. — Сказал Эдик. — Это значит трое первоклашек, пусть даже и по 50 кг каждый, сядут на скамейку и не сломают ее.

— Верно. Только не по 50 кг. Это все-таки многовато для первоклассника.

— Да я с запасом, — ответил Эдик.

— Я как раз и хочу подчеркнуть, что запас необходим для любой конструкции. — пояснил Григорий Васильевич. -Только он принимается по специальным нормам, которые сложились из опыта. Обычно для таких вещей, как скамейка, запаса в два раза вполне хватает.

Однако, как этот запас, да и сами параметры прочности рассчитать, вы сможете узнать, когда пойдете учиться в технический колледж или университет. А мы пока рассмотрим с вами картину прочности в общем виде.

Вот смотрите. — Григорий Васильевич положил доску-дюймовку на две табуретки и осторожно присел на нее. — Видите, как доска сильно изогнулась?

Ребята закивали головами.

— Что делать, ведь других досок у нас нет? — снова задал вопрос учитель.

Воцарилось молчание.

— Хорошо, — сказал Григорий Васильевич, — а так?

Он привстал, поставил доску на ребро и теперь снова сел на нее, только уже быстро и уверенно. Доска даже не изогнулась.

Ух ты! — заулыбались ребята.

— Подождите немного, — остановил их учитель. — Здесь, кажется, проблема решена, но…. — Он покачал доску вперед-назад, и ребята увидели, что доска продолжала гнуться, но теперь уже в горизонтальной плоскости. — Что делать?

После короткой паузы первым нарушил задумчивое молчание Саша.

— Надо еще одну доску? — изрек он не очень уверенно.

— Молодец, «тепло»…. Какую? — Подбодрил его Григорий Васильевич.

Но всех опередил Миша.

— Надо такую же, как та, на которой вы сидите, только положить ее, — быстро произнес он.

— Верно! — согласился учитель. — Смотрите, мы с вами только что «изобрели» балку буквой «Т», или тавр. Она так называется потому, что, если посмотреть на нее с торца, мы увидим настоящую букву «Т». Во многих справочниках ее так и называют — Т-балка.

— Да, надо только их как следует соединить! — радостно вставил Эдик, который теперь тоже «схватил» суть дела.

— Совершенно верно. Доски, поставленные таким образом, как бы подстраховывают друг друга — одна в одном направлении, другая — в поперечном. Если мы поставим на нашу скамейку две таких Т-балки по краям сиденья, то прочность будет обеспечена. Тем более, что мы их тоже соберем на клею и саморезах.

— Можно и среднюю доску так же сделать, — сказал Миша, — будет еще прочнее.

— Это будет лишним, — ответил Григорий Васильевич. — Знаете, какая мне сейчас пришла в голову идея? Давайте среднюю доску сиденья скамейки оставим без вертикальной стенки. Не будем ее подкреплять. Тогда она будет прогибаться под весом сидящего человека и пружинить. А крайние балки снимут со средней часть нагрузки таким образом, что средняя не сломается. И у нас получится «мягкая» скамейка, на которую будет приятно садиться.

— Хорошо, — сказали ребята. — А как быть с ножками скамейки? Их тоже надо чем-то укрепить, чтобы они не сломались и не сложились под нагрузкой.

— Давайте подумаем. — сказал Григорий Васильевич.

Ребята начали обсуждать разные варианты, но все получалось как-то очень сложно.

— Сначала нам надо понять, при каких условиях ножки будут занимать требуемое положение. То есть надо ответить на вопрос, как зафиксировать ножки скамейки неподвижно в том положении, в каком нам надо? Ведь, в отличие от средней доски сиденья, они не должны пружинить, а жестко стоять на своих местах.

— Кстати, а кто из вас знает, какая разница между прочностью и жесткостью?

— А разве это не одно и то же? — удивились ребята.

— Нет, конечно, нет. Прочность, как мы выяснили, это способность конструкции или детали выдерживать заданную нагрузку. А жесткость — это способность конструкции или ее деталей держать форму под заданной нагрузкой. Не сплющиваться, не ползти, не сминаться. Как видите — это другой параметр.

Хорошо, — Григорий Васильевич ненадолго замолчал, а потом сказал: -Давайте подумаем, на что похожи по конструкции ноги скамейки? Кто из вас помнит, как выглядят самолетные «ноги» — шасси?

— Да, — сказали ребята почти хором. -там вертикальная нога, а сбоку под наклоном идет подпорка.

— Точно, только подпорка называется подкос. Все балки, которые идут наклонно, называют косыми. Вертикально стоящие — это стойки, потому что они «стоят». Горизонтальные балки — перекладины. Вот давайте, и мы так сделаем. Может быть, с подкосом будет не слишком красиво, но зато — просто и крепко, особенно если мы упрем его прямо в основание ноги.

Так и решили. Вскоре были готовы чертежи, которые Эдик торжественно распечатал на принтере. Все необходимые размеры были проставлены, детали и крепеж, то есть шурупы-саморезы были посчитаны. Детали, которые не видны, он показал штриховой линией, как и положено это делать на настоящих чертежах.

Однако из чертежей было неясно до конца, как сделать скамейку, поэтому пришлось начертить дополнительные виды и сечения — это когда мысленно разрезают деталь или объект таким образом, чтобы показать то, что не видно снаружи. Нам пришлось «разрезать» скамейку вдоль, чтобы показать, как крепятся ножки и подкосы. Место разреза Эдик обозначил на чертеже буквами А-А и В-В. Стрелки показывают направление, в котором мы смотрим на разрез. «Разрезанные» детали показываются штриховкой.

Эдик даже сделал трехмерную картинку половинки скамейки. В его чертежной программе есть такая функция. Она позволяет наглядно представить себе объект конструирования.

— Последним шагом создания скамейки было присоединение к ее ножкам опор. Для надежности решили сделать их парами. Для общего вида скамейки Эдик также сделал трехмерный вид. Он внес окончательную ясность в устройство скамейки.

— Теперь переходим к производству, -объявил Григорий Васильевич. — Это тоже не простое дело. Его надо грамотно организовать, чтобы минимально необходимым количеством работников была достигнута цель — выпуск качественной продукции.

Чертежи деталей сделал Миша. Получилось так.

Григорий Васильевич сказал, что для того чтобы не запутаться и не держать все в голове, делают перечень деталей, где их обозначают цифрами по порядку. И что еще важно, указывают количество штук каждой детали. Такой список называется «спецификацией». Им снабжают каждый сборочный чертеж.

А дальше договорились так: Григорий Васильевич строгает доски на станке, Саша делает разметку и передает заготовки Мише и Эдику. Они вдвоем пилят заготовки по разметке в размер и получают готовые детали.

Тут встала проблема, как пилить заготовки точно под углом 45 градусов. Так, чтобы детали скамейки становились на свои места точно, как на чертеже.

Спецификация

Григорий Васильевич показал ребятам. как сделать шаблон угла в 45 градусов и по нему потом нарезать точные и одинаковые детали.

Когда все детали были заготовлены, ребята приступили к сборке скамейки. Григорий Васильевич принес из кладовой специальный клей для дерева и все соединения ставились на него, а затем скреплялись саморезами. Как это уже было ясно раньше, собирать скамейку оказалось проще всего половинками, которые состояли из крайних досок сиденья (1), ребра (2), ножки (3) и подкоса (5).

Затем половинки скамейки устанавливались «вверх ногами» на верстак. Между ними ребята положили среднюю доску сиденья. Чтобы выдержать размер щелей, между досками закладывались вставки шириной 10 мм. Все три доски стягивались струбцинами. Затем по краям устанавливались на клей и шурупы стяжки (6), и также через вставки шириной 22 мм сводились вместе ножки, на которые затем устанавливались опоры (4). Тоже на клей. Прямые углы проверялись столярным угольником.

За работой пролетели два дня. Когда сборка скамейки подходила к концу, в мастерской неожиданно появилась Мишина сестра Катя.

— Миша! Ты здесь? Что вы тут такое делаете? — спросила она. — Мама просила напомнить тебе о том. что ты обещал сегодня прийти домой пораньше. У нее есть задание для тебя.

Когда Катя увидела, что ребята делают, она неожиданно сказала: «А для меня найдется работа? Я тоже хочу делать скамейку. Можно, я буду вам помогать?»

Григорий Васильевич улыбнулся и предложил Кате малярные работы. Скамейку решили покрыть коричневой морилкой. Эта такая прозрачная краска, которая придает цвет, но не скрывает волокна дерева. Сверху договорились покрыть скамейку лаком, чтобы она не пачкалась и красиво выглядела.

— Не забудьте перед покраской скруглить острые кромки и углы на крайних досках сиденья скамейки. — напомнил ребятам учитель труда.

Когда работа была закончена, все вздохнули с облегчением. Труд оказался нелегким, несмотря на кажущуюся простоту самой скамейки. Ребята устали, но были довольны.

— Идите отдыхать, а завтра, когда мы установим скамейку на место в гардеробе, вы внимательно еще раз осмотрите свое изделие. Отметьте, что получилось хорошо, и подумайте, а что бы вы сделали лучше в следующий раз. Это всегда помогает добиваться высокого качества работы. — Григорий Васильевич опять оказался прав.

Последовавшие несколько дней показали, что первоклашки были полностью повержены в нашем соревновании. Скамейка оказалась прочной, сделать они с ней ничего не смогли и вскоре потеряли к ней всякий интерес. Мы победили!

В. СТАРЧАКОВ