Seit 1996 wird im November Heft der Stahlbau eine Weihnachtspreisaufgabe von Prof. Dr. Helmut Rubin gestellt. Bis Ende Januar haben alle Leser der Zeitschrift die Chance ihre Lösung bei Prof. Dr. Rubin einzureichen. Im darauffolgenden März-Heft der Stahlbau werden neben der Lösung der Weihnachtspreisaufgabe auch die Gewinner benannt, welche sich ein kostenfreies lieferbares Buch aus dem Verlag Ernst & Sohn als Prämie wählen können.
2016 gab es zur Weihnachtspreisaufgabe eine zusätzliche Jubiläumsaufgabe.
"Ein Wackelstein ist int’ressant,
bewegt man ihn doch leicht von Hand!
Mit wenig Kraft nur angeregt,
er sich schon hin und her bewegt.
Und ähnlich diesem Wackelstein,
die Aufgabe soll diesmal sein!
So unsere Ellipsenscheibe,
stets völlig frei von Gleiten bleibe!
Sie wird zum Schaukeln nun gebracht,
jedoch geschieht dies mit Bedacht!
auf dass kein Überschlag geschehe,
so geht’s zurück zur Ausgangshöhe.
Im Kopf mit Lust und Akrobatik,
erforscht wird dann die Kinematik.
Das "Phi-Punkt" ist jetzt hier gefragt,
das "N" direkt am Bahnkontakt.
Als letztes noch zu klären ist,
wie lang die Schwingungsdauer misst.
Und wer dann noch voll Schaffenskraft,
womöglich auch die Küren schafft."
Das Jubiläum letztes Jahr
schon ein besond'res Highlight war!
Es brachte viele neue Freunde
der Preisaufgabenfangemeinde!
Spürbar war die Begeisterung,
in jeder Lösung steckte Schwung!
So knobelte mancher gar Wochen
und brachte Synapsen zum Kochen.
Das Zykloid lässt uns nicht los,
ist überraschend und famos!
So rollt 'ne Kugel nun ganz munter
die Zykloidenbahn hinunter.
Sie hätt' im Leben nicht gedacht,
was Reibung alles mit ihr macht!
Sie kugelt hin, sie kugelt her,
ganz gleich wie groß ihr Radius "r"!
Sie dreht, sie rutscht, sie rollt dahin,
Dynamik raubt ihr fast den Sinn!
Wo sind nun die Orte zu finden,
wo Gleiten, wo Haften verschwinden?
Und wie schnell, fragt man sich sofort,
bewegt ihr Mittelpunkt sich dort?
Wer sich auch um Kür1 bemüht,
braucht noch mehr Scharfsinn im Gemüt!
Hier sei man nicht sogleich erschreckt,
wenn man 'ne Polstelle entdeckt!
Wer das gemeistert hat versiert,
vielleicht auch noch Kür2 probiert ...
Ein Skater sucht für seinen Sport
den allerschnellsten Trainingsort.
Er testet dies, er testet das,
mit mehr oder auch wen‘ger Spaß.
Einher geht dabei seine Freud‘
mit höherer Geschwindigkeit.
Die Halfpipe in Zylinderform,
langweilt inzwischen ganz enorm.
In kurzer Zeit, das ist sein Ziel,
von links nach rechts er gleiten will.
Denn kaum kommt er ganz oben an,
zeigt er uns, welche Tricks er kann.
Als ganz besond‘re Attraktion
sucht er als Bahn ein Polygon.
Wer hilft nun unser‘m Skatermann,
damit er flott auch skaten kann?
Es ist ein alter Menschheitstraum,
- entziehen kann man sich ihm kaum -
die Stützen möglichst schlank zu bau'n,
die elegant sind anzuschau'n.
So hat ein schlauer Kopf gedacht:
Die Stütze als Hybrid er macht!
Das Wasser Druck der Stahl nur Zug
erhalten soll - ist das nicht klug?
Gesagt - getan! Und der Erfinder
baut einen schlanken Stahlzylinder.
Er ist mit Wasser vollgefüllt;
der Stahl das Wasser fest umhüllt.
Der Kolben an der Stütze oben,
wird nun um "v" hinabgeschoben.
Was dann geschieht ist int'ressant,
die Rechnung erst macht es bekannt!
Der Spannbetonbau kann verzücken,
jedoch hat er auch seine Tücken!
Doch eben diese nun zu meistern,
wird einen Ingenieur begeistern!
So finden wir ein Spannglied vor
mit recht viel Spiel in einem Rohr.
Wird dieses Zugglied nun gespannt.
so legt es sich an dessen Wand.
Jedoch ist dieses Phänomen
erst dann in diesem Rohr zu seh’n,
wenn die Normalkraft in der Tat
die Knicklast überschritten hat.
Gesucht sind unter and’rem nun
die Kraft, mit der wir es zu tun,
sowie die Länge, wo sich biegt
das Spannglied und an’s Rohr sich schmiegt.
PS:
In diesem Jahr – man soll es offen sagen -
muss man sich mit der Kür ein wenig plagen.
Ein Ring auf einen Tisch gelegt
sich selten nur von selbst bewegt.
Jedoch erwärmt vom unter‘n Rand
er sich verdreht von Zauberhand!
Der Ring sei linear-elastisch,
verformt er sich, wird er nicht plastisch,
auch sei die Drehung reibungsfrei,
Der Querschnitt eben und formtreu.
Nun stellt sich schon die große Frage:
Wo ist wohl die verdrehte Lage?
Und wenn Phi 60 Grad besitzt,
wird wohl der Ring wie stark erhitzt?
Zuletzt eröffnet nun die Kür
noch eine Frage hier die Tür:
Wo ist der größte Druck und Zug?
Das sei schon für die Kür genug!
Ein Stützenkopf mit einer Rolle,
um die ein Seil gelegt sein solle,
das Seil auch noch ein Spannschloß habe,
schon fertig ist die Preisaufgabe.
Spannt man das Schloß, die Stütze weicht:
Die Stützenknicklast wird erreicht!
Wenn ich nun das System so zwänge,
wie groß ist dann wohl die Knicklänge?
Für die mit b’sonderem Statik-G’spür
gibt’s dieses Jahr noch eine Kür:
Wird überspannt um 5 Prozent,
wieviel beträgt dann das Moment?
Des weit’ren stellt sich noch die Frage:
Wo ist des Stützenkopfes Lage?
Ganz klar: Die Kür ist anspruchsvoll,
doch schließlich sie begeistern soll!
Gewidmet sei die Preisaufgabe
Professor Greiner, der die Gabe,
für Stahl so viele zu begeistern.
Die besten mögen sie nun meistern!
Systeme biegen sich und brechen,
sind zu gering die Querschnittsflächen.
Schon wenn das „I“ zu klein, so neigen
Systeme oftmals zum Verzweigen.
So auch bei diesem Satteldach,
mit 1:10 schon ziemlich flach.
Ist hier die Steifigkeit zu klein,
kann instabil das Tragwerk sein.
Dann gibt’s für „delta“ ein’ Bereich,
wo das System wird viel zu weich.
Nun gilt’s das „I-grenz“ zu bestimmen,
um das System stabil zu trimmen.
Wer’s richtig macht, dem winkt als Lohn
ein schönes Werk von Ernst und Sohn.
Zur Weihnachtszeit im letzten Jahr,
genau zu untersuchen war,
was im System so vor sich geht,
wenn’s sich um seine Achse dreht.
Die Formeln waren bald gefunden,
in ein paar stillen Rechenstunden.
Auch wurde ein Modell gebaut,
falls man den Formeln nicht recht traut.
Jedoch nun taucht die Frage auf:
Gibt’s Schwingungen bei diesem Lauf?
Des weit’ren stellt sich das Problem:
Gibt’s Resonanzen in dem System?
Man hofft, da viel noch ungeklärt,
daß Rechnung Klarheit nun beschert.
Denn dieser Sache dient – ganz klar –
die Preisaufgabe jedes Jahr.
Die Fliehkraft ist oft unbeliebt.
Sie Autos von der Fahrbahn schiebt,
wenn man die Kurven zu schnell nimmt,
und so die Fahrt auf sportlich trimmt.
Jedoch nicht immer ist die Kraft,
die dadurch wenig Freude schafft,
daß oft sie destabilisiert,
so negativ wie hier zitiert.
Manchmal kann sie durch Barrieren
ein System stabilisieren.
Wie in dieser Preisaufgabe,
an der nun der Geist sich labe.
Der Statiker weiß instinktiv:
Die Fliehkraft wirkt hier positiv.
Beginnt der Stabzug sich zu dreh’n,
bleibt jeder Winkel fest besteh’n.
Doch wie groß sind die Winkel nun?
Da hat der Tüftler was zu tun!
Und wie groß sind Moment und Kraft?
Dies etwas Kopfzerbrechen schafft!
Jedoch, wenn diese dann gefunden,
hat man mit Stolz sich abgeschunden.
Die Fliehkraft gibt’s hier nur intern,
ein jedes Risiko bleibt fern.
Ein großer Zirkus in der Stadt
ein Zelt für sich errichtet hat
Jedoch noch lang‘ vor der Premiere
trug’s fort der Wind – welch‘ bitt’re Lehre.
Ein neues Zelt ward rasch errichtet -
man ist dem Publikum verpflichtet!
Doch dieses Mal war der Erbauer
schon ein gutes Stückchen schlauer.
Und ohne lange zu verweilen
hing er Gewischte auf an Seilen.
Ein neuer Crash war zu beklagen,
das Knicken führte zum Versagen.
Gewichte ja, doch vor dem Trimmen,
sollt‘ man die Knickfigur bestimmen.
Ist’s Anti – oder Symmetrie
und wie groß ist das GKi?
Ein Preis gebührt nun jedermann,
der dieses Rätsel lösen kann.
Der Brückenbau – wie jeder weiß -
trennt nicht nur Spreu von Weizen,
er ist zu meistern nur mit Fleiß
und d’rum auch voll von Reizen.
Systeme hierzu gibt es viele:
Bogen-, Seil- und Balkenbrücken;
denn just die Vielfalt all der Stile
kann ein‘ jedermann verzücken.
Die Disziplin der Könige
beherrschen nur sehr wenige;
doch diese sind nun angehalten,
mit wenig Würfeln Maß zu halten.
Zu bauen mit diesen ‚ne Brücke,
doch liegt im Detail meist die Tücke,
denn Reibung das Tragwerk nur hält,
ohn‘ die es zusammen sonst fällt.
Der Würfel soll’n 's nur wenig‘ sein,
dann gibt’s gewiß als Lohn,
wenn richtig sitzt so Stein auf Stein,
ein Buch von Ernst & Sohn.
