VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Аппарат для грузоперевозок, основанный на свойствах магнита
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Тема: Аппарат для грузоперевозок, основанный на магнитах.
Цели: Создать макет аппарата для грузоперевозок, основанный на магнитах.
Задачи: Изучить свойства магнита
Подобрать магнит для макета
Сделать чертёж макета
Собрать макет
Гипотеза: На основе свойств магнита возможно собрать аппарат, который минимизирует трение
Теория
Магниты – одни из самых загадочных и малоизученных тел на планете Земля. По определению магнит – это тело, которое обладает собственным магнитным полем. Примером такого тела может служить как обычный электрон, так и наша планета. Точно не известно, кто и когда нашёл магнит. Но существует несколько теорий. Многие считают, что магниты начали использовать как компасы в Китае в IV веке до нашей эры. Об этом свидетельствуют летописи. Другие уверены, что первые залежи пород, обладающих собственным магнитным полем, были найдены на территории современной Греции, в области Магнисия. Эта область названа в честь племени магнетов, а те, в свою очередь, в честь сына Зевса и Фии – Магнета. Так предположительно и произошло название Магнит. Также стоит отметить легенду про пастуха Магнусона. По легенде он пас овец и вдруг заметил, что наконечник его посоха притягиваются к большому камню. Изучив эти данные, можно сделать вывод, что магниты нашли в далёкой древности. Но само изучение магнита началось намного позже. Сегодня магниты нужны везде: в телефонах, в космосе, в технике, на производстве, для сувениров. Но я нашёл для магнита применение поинтереснее. Не многие знают, что ежегодно железнодорожные поезда тратят 80 млрд Кв. При этом основное количество выработки энергии приходится на ТЭС, которые ежедневно выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксид азота, серный и сернистый ангидрид, частички несгоревшего пылевидного топлива, летучую золу и газообразные продукты неполного сгорания. Всё это наносит непоправимый вред нашей планете. Я задумался, можно ли уменьшить количество энергии, которая расходуется на железные дороги. Для этого я изучил, как работает поезд и где можно сэкономить. Неожиданно я понял, что основная часть энергии идёт на движение многотонного тела. Значит, если удастся минимизировать трение, то удастся избежать таких потерь энергии. В это время я смотрел программу про очень интересный поезд в Шанхае. Данный поезд двигается на магнитной подушке, при этом развивая скорость до 600 км/ч, он двигается бесшумно и сберегает энергию. Единственный минус этого поезда- высокая цена, так как система этого поезда очень сложная. Проблема состояла в электромагнитах. Так как на тела, как и на всё во вселенной, постоянно действуют силы, то для того, чтобы поезд не прикасался к рельсам, создана специальная система, которая подтягивает поезд к центру. Я решил сделать аппарат, в котором трение присутствовало, но было бы минимально.
Практика
В первую очередь, мне нужны были магниты. Всего существует три вида магнитов: постоянные, временные и электромагнитные. Я выбрал постоянные магниты. Но тут передо мной встала другая задача: постоянные магниты, оказывается, также бывают разные. Существуют бариевые, стронцивые, неодимовые, самарий-кобальтовые магниты и магниты Альнико. Самыми дешёвыми являются первые два варианта, но они недолговечны и очень хрупкие. Самарий-кобальтовые магниты имеют высокую стоимость. Магниты Альнико обладают слабой силой сцепления. Поэтому я остановился на неодимовых магнитах, которые идеально подойдут для моего аппарата, они долговечны, имеют высокую устойчивость к температуре. Следующим шагом на пути к макету был чертёж
После этого осталось только собрать аппарат и испытать его. Так как это всё-таки макет, я выбрал деревянную основу. В итоге я получил такой аппарат:
Сам аппарат состоит из двух частей: вагончика и рельс. И в вагончике, и в рельсах присутствуют магниты, которые установлены там определённым образом. Благодаря расчётом, можно доказать, что сила трения вагончика об стенки очень мало, и составляет примерно 0,1 Н. По второму закону Ньютона: Fтр + F1 = ma1 . Так как тело движется равномерно, то a1 = 0, значит: Fтр = -F1 . Так как F1 = 0,1 Н, то Fтр = 0,1, В итоге, коэффициент трения равен 0,1. Данный коэффициент – один из самых низких коэффициентов трения. Для сравнения, коэффициент трения тефлона так же равен 0,1. Данный аппарат можно использовать как альтернатива поездам, также он будет полезен на предприятиях, которые работают с большими грузами. Так как трение минимально, то и силы нужно прикладывать меньше.
Вывод
Таким образом, мы получили аппарат, в котором трение минимально. Этот аппарат может вскоре заменить железнодорожные поезда и помогать людям перемещать большие грузы на предприятиях.