250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 7)

Vì kèo

2500 tCN

Vì kèo là những cấu trúc thường gồm một vài đơn vị hình tam giác làm bằng những miếng kim loại hoặc gỗ thẳng nối lại bằng khớp, hoặc mấu. Nếu toàn bộ các đơn vị của vì kèo nằm trong một mặt phẳng, thì vì kèo đó được gọi là vì kèo phẳng. Trong hàng thế kỉ, các cấu trúc vì kèo đã cho phép những người thợ dựng lên những cấu trúc cứng cáp bằng một cách tiết kiệm, cả về chi phí và sử dụng vật liệu. Giàn khung rắn chắc của vì kèo cho phép nó vươn ra những khoảng cách lớn.

Hình dạng tam giác đặc biệt hữu ích bởi vì hình tam giác là hình dạng duy nhất không thể chịu sự thay đổi về hình dạng nếu không có sự thay đổi về độ dài một cạnh. Điều này có nghĩa là một giàn khung hình tam giác gồm những thanh rầm rắn chắc xiết chặt tại các khớp nối tĩnh không thể bị biến dạng. (Ví dụ, một hình vuông, trên nguyên tắc, có thể chuyển thành dạng hình thoi, nếu các khớp nối trượt bất ngờ.) Một ưu điểm nữa của vì kèo là sự cân bằng của nó thường dự đoán được bằng cách giả sử rằng các thanh rầm chủ yếu chịu tác dụng của lực kéo và lực nén và những lực này tác dụng tại các khớp nối. Nếu một lực có xu hướng làm giãn một thanh rầm, thì nó là lực kéo. Nếu lực có xu hướng làm thu ngắn thanh rầm, thì nó là lực nén. Vì các khớp nối của vì kèo là đứng yên, nên tổng tất cả các lực tại mỗi khớp bằng không.

Vì kèo gỗ được sử dụng trong các căn nhà trên hồ thời xưa vào Thời kì Đồ đồng Sớm, khoảng năm 2500 tCN. Người La Mã sử dụng vì kèo gỗ để xây cầu. Vào thế kỉ mười chín, vì kèo gỗ được sử dụng rộng rãi trong các cây cầu có mái che ở Mĩ, và vô số bằng sáng chế được cấp cho những cấu hình vì kèo đa dạng. Chiếc cầu vì kèo sắt đầu tiên ở nước Mĩ là Cầu Frankfort bắc qua Kênh đào Erie, được xây dựng vào năm 1840, và chiếc cầu vì kèo thép đầu tiên bắc qua sông Missouri vào năm 1879. Sau Nội Chiến, những chiếc cầu đường sắt vì kèo kim loại là phổ biến, vì chúng đem lại sự cân bằng tốt hơn các cầu treo khi chịu tải trọng của những đoàn tàu nặng nề đang di chuyển.

Vì kèo