Получите свидетельство
Вход
АНО ПО школа – пансион « Плесково»
ПРОЕКТНАЯ РАБОТА
на тему:
«ФИЗИКА В МЕТРО»
Учитель:
Сахарова Ольга Сергеевна.
Слайд 1
Тема проекта: физика в метро
Цель работы:
ознакомиться с устройством метрополитена и понять на основе каких физических законов работает метро
популяризация научных знаний
Границы исследования:
объект - метро
предмет - Московское метро
Слайд 2
План:
Введение
Немного истории
Метро - объект гражданской обороны
Техника метро
контроль параметров микроклимата в метрополитене
турникеты
эскалаторы
дефектоскопия пути
подвижной состав
энергоснабжение
центральная диспетчерская
Заключение
Слайд 3
Введение
Одна из проблем большого города – транспортная. Население Москвы вместе с гостями насчитывает более 10 млн. человек. Поэтому роль метрополитена как основного вида городского общественного транспорта постоянно возрастает. Большая буква «М», хорошо заметная днём, и вечером, стала символом самого быстрого и удобного вида городского транспорта.
Московский метрополитен – это и инженерно-техническое сооружение, и ансамбль произведений архитектуры, живописи и скульптуры, и место для научных исследований археологов, геологов, физиков. Это объект штаба гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций. В метро назначают свидания и встречи. О метро сочиняют стихи и пишут песни. Метро – это история нашей страны и часть нашей жизни.
Современный метрополитен – сложный комплекс технических систем, работающих слажено, чётко и быстро.
Метрополитеном пользуется огромное количество людей, но они даже не задумываются о том, что все внутри метро связано с физикой и ее законами.
Слайд 4
История
Первая городская подземная дорога, или метрополитен (от фр.- столичный), была открыта в Лондоне. В 1863 году состоялся пуск первого в мире 3,6 километрового подземного участка внеуличной железной дороги.
Линия метрополитена, построенная в Нью-Йорке в 1868 г., была не подземной, а наземной. Старейшими метро континентальной Европы считаются будапештское (1896), венское (1898) и парижское (1900).
В Москве метро открыли 15 мая 1935 года.
Наиболее грамотные проекты первых метрополитенов в Москве представили инженеры П.И Балинский и А.И. Антонович.
Сейчас метро действует в 28 странах.
Метро - объект гражданской обороны
Помимо военных и специальных объектов, предназначенных для сохранения управляемости страной в случае чрезвычайных ситуаций, под поверхностью нашей планеты предусмотрены многочисленные сооружения, призванные сохранить жизнь тем, кем предполагается управлять. Самым большим таким сооружением, несомненно, является метро.
Слайд 5
Впервые стать бомбоубежищем Московскому метро довелось во время Великой Отечественной Войны - по ночам, а иногда и днем, метро укрывало под своими сводами тысячи москвичей от авианалетов противника.
Врагу назло в этой обстановке метрополитен продолжал строиться. Весной 1942 года, когда потребность в убежищах снизилась, строительные работы возобновились. В забоях работали женские бригады. И справлялись, строили. Общая протяженность "военного" участка составила 13 километров. На каждой из пущенных в эксплуатацию станций установлены таблички: "Сооружена в дни Великой Отечественной войны".
Слайд 6
Начиная с пятидесятых годов станции стали строиться с учетом новых реальностей - наличия высокоэффективного атомного, химического и бактериологического оружия. Отныне все вентиляционные стволы оборудовались фильтрами, на перегонах строились санузлы, способные обслуживать большое количество людей, которым в случае тотальной войны пришлось бы провести под землей не один день.
Все тоннели и входы на станции оборудуются герметичными дверьми (гермозатворами), способными выдержать воздействие ударной волны. Помимо оборонительной, эти двери несут и сугубо мирную функцию - они призваны предотвратить затопление тоннелей и станций в случае наводнения, прорыва плывуна и прочих подобных неприятностей.
На случай отключения городских источников питания, предусматриваются защищенные дизельные электростанции (ДЭС), которые, конечно, не способны обеспечить бесперебойную работу метро, однако для освещения и вентиляции их вполне достаточно.
Казалось бы давно минули времена, когда угроза тотального уничтожения в результате соперничества двух сверхдержав висела над миром. Однако многочисленные новые опасности - начиная от терроризма и кончая техногенными и разбушевавшимися в последнее время природными катастрофами, заставляют поддерживать всю систему защитных устройств в действующем состоянии и пример Праги, где метро было затоплено во время наводнения, лишний раз подчеркивает ее необходимость.
Техника метро
| 4.1 Контроль параметров микроклимата в метрополитене. Микроклимат метрополитена – одна из основных составляющих комфортной и безопасной перевозки пассажиров. Поскольку метро — уникальный вид транспорта, расположенный глубоко под землей, поддерживать в нем микроклимат – достаточно трудоемкий процесс, требующий постоянного контроля и использования контрольно-измерительной техники. Вентиляция Слайд 7 Основной задачей этой системы является удаление тепла, выделяемого электропоездами, электродвигателями, освещением, пассажирами. Подземные сооружения оборудованы системами тоннельной и местной вентиляции с искусственным побуждением воздуха (конвекцией). В течение часа воздух в тоннелях несколько раз обновляется. Установки тоннельной вентиляции пропускают более 100000000000 (100 млрд.) м 3 воздуха в сутки. Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком, составляет 0,2 м/с. В зимнее время года скорость движения воздуха не должна превышать 0,2 — 0,5 м/с, а летом — 0,2 — 1,0 м/с. Регуляцию температуры и влажности воздуха, его химического состава на всех объектах метрополитена в основном обеспечивает система вентиляции. Слайд 8 Вентиляция - сложная система шахт, труб, вытяжек и сбоек, с помощью которых в метро поступает воздух с поверхности, и забирается из тоннелей. При работе системы вентиляции дополнительного отопления (охлаждения воздуха) не требуется, поскольку принцип работы терморегуляции в метрополитене основан на теплообмене между воздухом на поверхности и внутри станций через слой грунта. Любая вентиляционная шахта может работать в одном из двух режимов: на приток и на вытяжку. В первом случае она нагнетает свежий воздух с поверхности земли в тоннель метрополитена, во втором — выдувает тёплый воздух из тоннеля наружу. Движение воздуха в помещениях является важным фактором, влияющим на тепловое самочувствие человека, поэтому помимо контроля системы вентиляции, в тоннелях, на станциях и в служебных помещениях метрополитена необходимо контролировать температуру и относительную влажность воздуха. Слайд 9 Температура Необходимость учета основных параметров микроклимата может быть объяснена на основании расчета теплового баланса между организмом человека и окружающей средой на станциях метрополитена. В метрополитене особую роль играет равновесие между параметрами окружающей среды и теплоотдачей организма человека, поскольку эти факторы напрямую зависят друг от друга. Температура и относительная влажность воздуха станций влияют на количество теплоты, выделяемым организмом человека в окружающую среду. Учитывая количество людей, перевозимых метрополитеном в сутки, выделяемое количество теплоты существенно влияет на состояние микроклимата – значительно увеличивается температура и сокращается содержание кислорода в воздух. Отдача теплоты организмом человека в окружающую среду происходит в результате теплопроводности через одежду Q т, конвекции у тела Q к, излучения на окружающие поверхности Q и, испарения влаги с поверхности кожи Q исп. Часть теплоты расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха Q в. Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия) обеспечивается при соблюдении теплового баланса: Q = Q т + Q к + Q и + Q исп. + Q в, поэтому температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6° С). При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудования и помещений 30 — 35°С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре воздуха большая часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. В этих условиях организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. При понижении температуры окружающего воздуха реакция человеческого организма иная: кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, и отдача теплоты конвекцией и излучением уменьшается. |
Слайд 10
Относительная влажность
Влажность воздуха также оказывает большое влияние на терморегуляцию организма. Повышенная влажность (φ85%) затрудняет терморегуляцию из-за снижения испарения пота, а слишком низкая влажность (φ Оптимальные величины относительной влажности составляют 40 — 60%.
Слайд 11
Измерительное оборудование для контроля температуры и относительной влажности воздуха в метрополитене рекомендуется использование термогигрометров.
Построение измерительной сети на основе портативных термогигрометров позволяет не только считывать с индикатора текущие значения температуры и относительной влажности в помещениях и тоннелях метрополитена, но и в on-line режиме контролировать изменения параметров микроклимата на экране ПК на пункте контроля.
4.2 Турникеты
Слайд 12
Действие турникетов основано на явлении фотоэффекта. Приборы, принцип действия которых основан на явлении фотоэффекта, называют фотоэлементами.
Фотоэлементы, действие которых основано на внешнем фотоэффекте, преобразуют в электрическую энергию лишь незначительную часть энергии излучения. Поэтому их широко применяют в различных схемах автоматики для управления электрическими цепями с помощью световых пучков. В фотореле под действием света меняется напряжение на базе транзистора и срабатывает электромагнитное реле. Оно может включать турникет в метро, устройство для счёта деталей на конвейере, работать в различных схемах автоматики и телемеханики.
Слайд 13
Принцип действия фотоэлектрического реле, срабатывающего при прерывании светового потока, падающего на фотоэлемент: Фотореле состоит из фотоэлемента Ф, усилителя фототока, в качестве которого используют полупроводниковый триод (транзистор) Т, и электромагнитного реле, включенного в цепь коллектора транзистора. Напряжение на фотоэлемент подают от источника тока E1, а на транзистор — от источника тока Е2. Между базой и эмиттером транзистора включен нагрузочный резистор R.
Когда фотоэлемент освещен, в его цепи, содержащей резистор R, идет слабый ток, потенциал базы транзистора выше потенциала эмиттера, и ток в коллекторной цепи транзистора отсутствует. Если же поток света, падающий на фотоэлемент, прерывается, ток в его цепи сразу прекращается, переход эмиттер — база открывается для основных носителей, и через обмотку реле, включенного в цепь коллектора, пойдет ток. Реле срабатывает, и его контакты замыкают исполнительную цепь. Ее функция выдвигание преграды в турникете метро.
4.3 Эскалаторы
Слайд 14
Эскалатор - пассажирский подъемник непрерывного действия, представляющий собой лестницу с движущимися ступенями.
Слайд 15
Искреннее удивление можно прочитать в глазах человека, впервые оказавшегося перед эскалатором в машинном зале российского метрополитена.
Ступень эскалатора — тележка на четырех колесах (бегунках), при ширине лестничного полотна 1 м предназначена для транспортировки двух пассажиров и, если рядом окажутся двое по центнеру — каждый из четырех бегунков воспримут около 50 кг полезной нагрузки.
Слайд 16
Лестничное полотно обычно располагается под углом 30° к горизонту и состоит из следующих элементов:
тяговых цепей пластинчатых втулочно-роликовых со специальными замками в шарнирах,
ступеней в виде металлического сварного каркаса, опирающегося на 4 бегунка,
пластмассового настила с продольными, часто расположенными рейками, которые входят в пазы стальных гребенок на входных площадках.
Слайд 17
Привод или движение эскалатора осуществляется от электродвигателей (машин, преобразующих электрическую энергию в механическую). Принцип действия электродвигателя основан на явлении электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора или индуктора и подвижной части — ротора или якоря. В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты. Крутящий момент от двигателя к эскалатору передается через редуктор и звездочку, которая находится на главном валу.
Слайд 18
Поручневое устройство — две замкнутые ленты специального профиля с ведущими блоками, получающими вращение от главного вала через систему цепных передач, и натяжными блоками. Наверное, каждый из нас замечал, что поручи едут быстрее, чем ступени, это результат износа шестерен, так как при долгом сроке эксплуатации их диаметр становится меньше, и скорость увеличивается.
В метрополитенах все агрегаты привода устанавливаются на общей железобетонной плите, на специальных амортизаторах с целью локализации вибраций.
Слайд 19
Э. оборудуются тормозными устройствами двух или трех видов: рабочими, обычно колодочными тормозами, стопорами на случай обрыва тяговых цепей и аварийным тормозом цепной передачи привода.
Слайд 20
Управление эскалаторами достаточно простое и осуществляется дистанционно из нескольких пунктов. Кроме того, применяются различные предохранительные устройства, которые останавливают Э. в случае каких-либо ненормальностей в его работе.
Скорость движения Э. 0,9 м/сек.
4.4 Дефектоскопия пути
Слайд 21
Дефектоскопия (от лат. Defectus - недостаток и греч. skopeo - наблюдать, обнаруживать)
В результате эксплуатации в тяжёлых условиях в изделиях появляются различные дефекты, которые изменяют физические свойства материала (плотность, электропроводность, магнитные, упругие свойства и др.). В основе существующих методов Д. лежит исследование физических свойств материалов при воздействии на них рентгеновских, инфракрасных, ультрафиолетовых и гамма-лучей, радиоволн, ультразвуковых колебаний, магнитного и электростатического полей. Основные методы дефектоскопного контроля - видео, ультразвуковое и магнитное наблюдение.
Регулярная дефектоскопия пути - неотъемлемая часть обеспечения безопасности движения, которая в нашем метро на самом высоком уровне в мире.
В первые годы контроль над состоянием рельсов в основном осуществляли обходчики, проверка рельсов и скреплений проводилась визуально и с помощью простейших приспособлений. Позже были внедрены магнитные и ультразвуковые дефектоскопы.
Слайд 22
Ультразвуковая дефектоскопия основана на использовании упругих колебаний, главным образом ультразвукового диапазона частот. Нарушения сплошности или однородности среды влияют на распространение упругих волн в изделии или на режим колебаний изделия. Основные методы: эхометод, теневой, резонансный, ультразвуковые и акустические.
Наиболее универсальный эхометод основан на посылке в изделие коротких импульсов ультразвуковых колебаний и регистрации интенсивности и времени прихода эхосигналов, отражённых от дефектов. Для контроля изделия датчик эходефектоскопа сканирует его поверхность. Метод позволяет обнаруживать поверхностные и глубинные дефекты с различной ориентировкой. Эхосигналы можно наблюдать на экране осциллоскопа или регистрировать самозаписывающим прибором. Чувствительность эхометода весьма высока: в оптимальных условиях контроля на частоте 2—4 Мгц можно обнаруживать дефекты, отражающая поверхность которых имеет площадь около 1 мм2.
При теневом методе ультразвуковые колебания, встретив на своём пути дефект, отражаются в обратном направлении. О наличии дефекта судят по уменьшению энергии ультразвуковых колебаний или по изменению фазы ультразвуковых колебаний, огибающих дефект. Метод широко применяют для контроля сварных швов, рельсов.
Слайд 23
Путеизмеритель, в отличие от дефектоскопа, проверяет не повреждения, а геометрические параметры рельсового полотна, в том числе его износ (боковой кромки и поверхности катания рельса). Вагон-путеизмеритель выводит результаты с датчиков в виде бумажной осциллограммы с привязкой ко времени и пройденному пути, которые затем расшифровывается, обрабатываются и передаются в службу пути той линии, на которой происходила проверка.
Существует и другая вспомогательная техника для обслуживания пути. Это машина для выправки, рихтовки и подбивки пути, габаритный вагон, путеукладчик, снегоочистители, вагон-лаборатория и множество других мелких единиц подвижной техники. Составы с этими спецвагонами объезжают заданные для них (каждому - свои) линии по определенному графику
4.5 Подвижной состав.
Поезда метро основаны, так же как и эскалаторы, на электрической тяге, только ток к ним идет не по проводам, а по контактному рельсу, протяженность которого 636,6 км! В них также установлены электрические двигатели.
4.6 Энергоснабжение.
Слайд 24
В настоящее время энергетическая система метрополитена включает развитую кабельную сеть около 20 тыс. км, 39 тяговых преобразовательных подстанций, 137 понизительных и 95 совмещенные тягово-понизительные подстанции. Все они автоматизированы и имеют управление с единого диспетчерского пункта.
4.7 Центральная диспетчерская.
Слайд 25
В просторном помещении на стене висит огромное табло, на котором нарисована схема линии. По нему медленно ползут белые червячки поездов. Напротив табло сидит поездной диспетчер - мозговой центр линии метрополитена. Перед ним - график движения и микрофон.
Отсюда диспетчер может связаться с любым составом, сюда к нему приходит информация о малейшей неисправности и в любой момент он может вмешаться в развитие событий. Работа диспетчера - наблюдать и принимать решения.
Заключение
Понимание сути обыденных, но сложных явлений есть основа ощущения безопасности в современном высокотехнологичном мире. Понимание работы такого сложного механизма как метро невозможно без привлечения научных знаний, в частности физики. Знакомство с этой стороной жизни метро не только снимает страхи, но и пробуждает интерес и здоровое любопытство, дающее импульс развитию интересов человека и дальнейшим исследованиям.
Литература
П.А. Приматенко «Русский торгово-промышленный мир»
В. Пикуль «Предвестники Московского метро»
СНиП II.11-77: «Защитные сооружения гражданской обороны»
Бовин Г. М., Ивашков И. И., Олейник А. М. « Эскалаторы»
Из статьи «История развития технических средств метрополитена»
В. Малеев журнал «Метро»
По московскому метрополитену (проспект). Факты и цифры.
www.metro.ru.
Проектная работа "Физика в метро" (4.51 MB)
0
552
11
Нравится
0
