VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Можно ли облегчить процесс посыпания тротуаров песком? Механизм для посыпания тротуаров
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
В Новосибирске зимой часто бывает гололед и тротуары покрываются льдом. Для того чтобы людям было безопасно ходить, дворники рано утром посыпают тротуары песком. Если рабочий посыпает тротуар песком вручную, то на это у него уходить какое-то количество времени. Если дворником является женщина, то носить ведро с песком достаточно тяжело и неудобно. Увидев однажды такую же ситуацию, мне захотелось попытаться облегчить труд дворника и ускорить процесс посыпания.
Проблема: как посыпать тротуар песком без поднятия тяжести за более короткое время.
Возможным вариантом решения этой проблемы может быть создание механизма, с помощью которого дворнику будет легко и быстро рассыпать песок по обледенелым тротуарам. Решив эту проблему, можно снизить травмоопасность на ледяных тротуарах и облегчить труд дворника.
Поэтому цель данной работы следующая:
создать удобный механизм для рассыпания песка.
Задачи:
Найти и проанализировать информацию о похожих механизмах и деталях, которые могут помочь при создании такого механизма.
Рассмотреть и изучить понятия золотого сечения, масштаба при выполнении чертежей и модели механизма.
Составить чертежи механизма разных ракурсов с перечнем деталей и материалов для сборки.
Построить модель механизма из подходящих материалов в масштабе.
Провести испытания модели и с последующей необходимой доработкой конструкции.
Обосновать удобство использования собранного механизма.
Рассчитать стоимость механизма и время посыпания.
Методы выполнения проекта:
Наблюдение
Эксперимент
Интервьюирование
Анализ и синтез
Сравнение
Обобщение
Определение понятий
Математические расчеты
Чертежи и модели
2. Основная часть
2.1 Теоретическая часть.
2.1.1 История появления деталей и конструкций: колесо, водяное колесо, тачка.
При создании нашего механизма нам необходимо использовать элементы конструкции для перевозки песка, для толкания и разбрасывания песка, для хранения песка, для подъема самой конструкции. В истории человечества это были колесо, водяное колесо, емкость в виде воронки, тележка.
Колесо (см. рисунок 1-2) — одно из важнейших открытий человечества в области механики. История колеса, по определению ученых-историков, начиналась еще в бронзовом веке (4-1 тысячелетие до нашей эры). Самые ранние глиняные колеса были найдены при раскопках трипольской культуры на территории современных стран (Румынии и Украины), которые датированы 5 тыс. лет до н.э.
(рис. 1)
(рис. 2)
Потом люди стали делать двухколесные повозки, когда 2 деревянных колеса насаживали на оси. Самые первые колеса делались из сплошных бревен. Одновременно назрела необходимость в строительстве дорог, чтобы транспортные средства могли передвигаться в начале между полем и поселением, а затем между населенными пунктами стали перевозить продукты и грузы.
Еще одним скачком в революции колеса стало изобретение и использование спиц, вначале деревянных, затем и металлических. Применение спиц позволило сильно облегчить вес самих колес и всей повозки. Следующим шагом было изобретение обода для колес. Постепенно колесо стали применять и в других устройствах, например для водяных устройств.
По записям ученого Витрувия водяные колеса (см. рисунок 3-4) распространились в Древнем Риме уже в 1 в. до н. э. С момента рождения водяного колеса прошло, по крайней мере, две с половиною тысячи лет.
Использовались два вида таких колес: подливное (для медленно текущих рек) и наливное (на быстрых горных речках). Вода толкает водяное колесо, которое в свою очередь, крутит вал с жерновами. С тех пор водяное колесо стало работать за человека: черпать воду и вертеть мельничные жернова. Но в мелководных горных ручьях водяное колесо отказалось работать. Тогда воду на колесо направили сверху. Так водяные колеса вращались день и ночь: одни — подталкиваемые водою снизу, другие — под тяжестью воды, падающей сверху.
(рис.3)
(рис. 4)
В первом веке до нашей эры в Юго-Западном Китае было изобретено одно из самых распространенных приспособлений для перевозки грузов и земли - тачка. Легенда гласит, что её изобрел Го-юя, один из полулегендарных правителей Китая. Та́чка (см. рисунок 5) — простое устройство для транспортировки грузов, использующее принцип рычага для уменьшения прикладываемого усилия. Колесо этой тачки находилось в центре, в отличие от наших (сейчас делают тачки с колесом спереди), что значительно облегчает перевозку тяжелых грузов.
(рис. 5)
Анализ применения колеса, водяного колеса, тачки в истории человечества помогает созданию нашего механизма. Колесо в нашем механизме можно использовать для передвижения (рис. 6). Водяное колесо в механизме будет играть роль разбрасывателя песка (рис. 9). Также в создаваемом механизме нужно хранилище для песка. Им будет служить ёмкость с уходящим вниз дном (рис.7). Чтобы человеку было удобно держать, толкать, переносить механизм в конструкции нужны поручни ( рис. 8)
(рис. 6) (рис. 7)
(рис. 8) (рис. 9)
2.1.2 Понятие золотого сечения, чертежа механизма, масштаба.
Золотого сечения отрезка - соотношение двух величин a и b, b > a, когда справедливо b / a = (a+b)/b .
a : b = b : c илиc : b = b : a
Золотое сечение в прямоугольнике: Отрезав квадрат от прямоугольника, построенного по принципу золотого сечения, мы получаем новый, уменьшенный прямоугольник с тем же отношением сторон