Изучение практических методов измерения фокусных и межосевых расстояний линз. Освоение базовых способов расчета фокусных и межосевых расстояний линз.

Разработка и реализация лабораторных экспериментальных установок для измерения фокусного расстояния положительных и отрицательных линз и межосевого расстояния очков.

Проведение измерения оптических характеристик очков.

Работа посвящена вопросам разработки установки ультразвуковой сушки пиломатериалов. Целью работы является создание принципиальной схемы установки ультразвуковой сушки пиломатериалов и определение конструктивных особенностей ее основных узлов. Описаны основные требования, предъявляемые к ультразвуковым излучателям. Предложено конструктивные решение специального ультразвукового излучателя в виде изгибного волновода.

В работе представлены ключевые направления по замене традиционных источников энергии, тенденции по развитию альтернативных источников энергии, приведена информация по реализованным объектам в Республике Башкортостан.

Исследовательский проект: «Реализация идеи преобразование попутных нефтяных газов в электричество»

Потримайло Никита Юрьевич

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

«Станция юных техников» г.Волгодонска

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Лицей №16», 11 класс

Научный руководитель: Банникова Татьяна Ивановна, педагог высшей категории МБУДО «Станция юных техников» г. Волгодонска

Научный консультант: Кизеев Юрий Александрович, педагог высшей категории МБУДО «Станция юных техников» г. Волгодонска

Цель исследования: предложить идею  применения попутного нефтяного газа.

Задачи исследования:

• собрать информацию о составе и применении ПНГ;
• проанализировать и систематизировать найденную информацию;
• предложить свою идею использования ПНГ;
• выступить на научных конференциях школьников, студентов для того, чтобы понять насколько идея осуществима;
• распространить идею через сеть Интернет для общения на сайтах со специалистами в данной области.

Попутный нефтяной газ (ПНГ) – ценнейшее сырьё для производства продуктов нефтегазохимии. Но большая часть ПНГ сжигается на факелах газоперерабатывающих заводов, так как присутствие в газе загрязняющих примесей затрудняет его переработку. Таким образом, ценное химическое сырье и энергетический ресурс выбрасывается на ветер. 

В работе я предлагаю идеи переработки ПНГ в электричество. На крупных месторождениях сделать это можно, используя принцип работы теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). ТЭЦ - электростанция, которая комбинирует выработку электроэнергии и обеспечивает город отоплением. На месторождениях, где объемы нефтедобычи и сжигания ПНГ относительно небольшие, эффективным будет использование турбин, которые в свою очередь преобразуют тепловую энергию в механическую работу. Они имеют широкое распространение, надежны и не вызывают трудностей в эксплуатации.

Для демонстрации возможности переработки ПНГ в электричество я выбрал машину Стирлинга потому, что она может работать на малом перепаде температур и в качестве топлива может использовать любой источник тепла. 

Новизна идеи заключается в том, что она позволит более рационально использовать природные ресурсы и уменьшит загрязнение окружающей среды.

Говоря об идеи данного проекта -  переработки ПНГ в электроэнергию, я думаю, что она поможет еще более рационально применить нефтяной газ. Рационально – значит разумное, продуманное, расчётливое использование этого уникального углеводородного сырья.

Источники информации

1. Кирюшин П.А., Книжников А.Ю., Кочи К.В., Пузанова Т.А., Уваров С.А. «Попутный нефтяной газ в России: «Сжигать нельзя, перерабатывать!»» - М.: Экономический факультет МГУ им.М.В.Ломоносова, 2013.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_стран_по_добыче_нефти

3. http://energas.ru/docs/id102.html

4. http://energyproect.ru/poputnyj-neftyanoj-gaz

5. http://helion-ltd.ru/global-problem-hotbed-effect

6. http://bourabai.ru/toe/rusenergy.htm

Тезисы к исследовательской работе “Энергопреобразующая установка на основе двигателя Стирлинга”

 Автор работы: Диких Дмитрий, ученик 11 «а» класса

 КГУ “сш им Ломоносова с ДМЦ”

Актуальность: всем ясно, что основные невозобновляемые энергоресурсы рано или поздно исчерпаются. По одним прогнозам, угля хватит на 1500 лет, нефти на 250лет, газа на 120лет. По другим, перспектива хуже: нефть должна исчерпаться через 40лет, газ через 80, уран через 80-100лет, угля может хватить ещё на 400лет. Отсюда следует, что на данный момент вопрос о нетрадиционных источниках энергии стоит как некогда раньше. Считаю, что тепловая установка на основе двигатель Стирлинга обладает рядом преимуществ, которыми не обладают другие виды тепловых двигателей. 

Гипотеза: двигатель Стирлинга может стать главным нетрадиционным источником электроэнергии используя лишь тепло солнца или же нашей Земли.  

Методы исследования:

    -Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач).

    -Практический (сборка действующей модели, расчеты эффективности).

    -Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов исследований).

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

   1.Собрать исторические справки об изобретателе двигателя внешнего сгорания.

   2.Изучить принцип действия двигателя внешнего сгорания.

   3.Рассмотреть различные виды двигателя внешнего сгорания.

   4.Провести сравнительные анализы между двигателем Стирлинга и двигателем внутреннего сгорания.

   5.Собирать двигатель внешнего сгорания и рассчитать его КПД.

   6.С помощью двигателя внешнего сгорания преобразовать тепловую энергию в электрический ток.

   7.Сделать выводы.

Объектом исследования в настоящей работе является двигатель Стирлинга и его модификации.

Целью данной работы является: изучить принцип работы двигателя внешнего сгорания (двигатель Стирлинга). Разобрать различные модификации Стирлинг машин. Провести сравнительный анализ параметров двигателя внешнего сгорания с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Затем рассмотреть его применение на данный момент в мире. Также собрать действующую модель двигателя внешнего сгорания и рассчитать его КПД.

Практическая значимость: полученные выводы могут быть использованы для дальнейших разработок и возможно серийное производство двигателя Стирлинга в качестве нетрадиционного источника электроэнергии.  

Описание научно-исследовательской работы

Согласно поставленным целям и задачам было необходимо провести ряд исследований и опытов:

1.Была рассмотрена история жизни выдающегося изобретателя Роберта Стирлинга, и история изобретения двигателя Стирлинга.

2.Рассмотрен принцип работы двигателя внешнего сгорания и его конструкционные особенности.

3.Затем рассматриваются модели Стирлинг машин. На сегодняшний день выделяют основные типы альфа-Стирлинг, бета-Стирлинг и гамма-Стирлинг. Также есть радикально отличающиеся двигатели по конструкции, но имеющие один принцип работы: низкотемпературные двигатели, двигатели замедленного нагрева, свободнопоршневые или двигатели Била и термоакустические двигатели.

4.Также рассмотрены перспективы применения. На сегодняшний день Стирлинг машины применяются не активно это обусловлено тем что модели двигателей использующие природные ресурсы более известные и составляют большую конкуренцию. Но в данный момент несколько крупных компаний проявили заинтересованность и одной из них является NASA.

5.Следующим этапом провели сравнительный анализ двигателя внешнего сгорания и двигателя внутреннего сгорания. По результатам этого анализа можно выявить преимущества Стирлинга: «всеядность» – двигатель может работать от любого источника тепловой энергии, высокий КПД (может достигать 70%), не требует особого обслуживания, низкая вероятность поломки, а также бесшумность и экологичность.

К недостаткам Стирлинга относятся: относительно большие габариты (из-за сгорания топлива с наружи), материалоёмкость (для двигателя внешнего сгорания требуется металл который выдержит перепады давления и перепады температуры), высокая проницаемость газов (рабочее тело в двигателе - газ, который обладает высокой проникающей способностью, поэтому двигателю необходима хорошая герметичность).

6.Для следующих исследований мне был необходим опытный образец. Я решил собрать его сам. Для этого я нашел чертёж и принялся за постройку этой модели (полное описание описано в работе). Сборка заняла достаточно долгое время, ведь я не знал пропорции размеров цилиндра и поршня. Но в итоге было найдено «идеальное» соотношение.

Но запустив Стирлинг я понял, что ему не хватает мощности. Поэтому я решил изменить конструкцию разместив поршни по-другому. Собрав новый двигатель я был удовлетворен его мощностью.

7.Далее я решил рассчитать КПД моих двигателей. КПД первой машины 25%, а КПД второй 33%. Это очень хорошие показатели для двигателей собранных из алюминиевых и консервных банок.

8.Затем к двигателям я подсоединил генераторы, которые вырабатывали электрическую энергию. И рассчитал их мощность. Мощность первого двигателя 1.17Вт, а мощность второго двигателя 1,76Вт.

9.Конечным этапом я сделал выводы. Из этих выводов я могу сказать, что двигатель Стирлинга имеет ряд очевидных преимуществ и имеет большие перспективы использования во многих сферах деятельности человека.

Используемая литература

1.https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_Стирлинга

2.http://novostinauki.ru/news/15968/

3.Бреусов В. Стирлинги уже давно работают в космосе. Журнал «Колеса».

4.Бродянский В. Пер. с англ. Двигатели Стирлинга. М.: Мир, 1975.

5.Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые электрические станции. ИД МЭИ 2009.

6.Даниличев В.Н., Ефимов С.И., Звонок В.А. и др. Двигатели Стирлинга / под ред. Круглова М.: Машиностроение, 1977.

7.Левенберг В.Д. Энергетические установки без топлива 1987.

8.Мышинский Э.Л., Рыжков-Дудонов М.А. Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания 1976.

9.Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. Энергоиздат 1982.

Компьютерное моделирование структуры углеродных нанотрубок

Коваленко Лев Алексеевич

МОУ «Лицей №1», г. Петрозаводск

Логинов Дмитрий Владимирович, ст. преподаватель, ПетрГУ

Введение

Компьютерное моделирование физических объектов, и ее неотъемлемая часть построения структурных моделей на атомарном уровне, где требуется высокая точность и большая скорость расчетов, и в сочетании с методами рентгенографии позволяет определить структуру материалов.

Цель

Целью работы было разработать алгоритм позволяющий произвести моделирование нанотрубок различных типов.

В рамках указанной цели решилась следующие задачи:

1. Написать программное обеспечение, которое позволило бы моделировать УНТ
2. Используя полученный программный комплекс рассчитать координаты атомов углерода в нанотрубках и построить различные конфигурации для проведения тестирования на точность расчета.

Разработанный алгоритм, позволяет быстро и с высокой точностью рассчитывать координаты атомов в углеродных нанотрубках различных видов: однослойные и многослойные УНТ, и УНТ типа «свиток» (алгоритм основан на построение УНТ, закрученной по спирали Архимеда). Основными параметрами для построения УНТ служат длина нанотрубки и радиус, а также структурные характеристики (межатомные расстояния и межвитковое расстояние). Координаты атомов УНТ, а также данные, необходимые для расчета теоретической картины рассеяния рентгеновских лучей, записывались в файл. Точность в определении координат атомов оценивалась по рассчитанным значениям межатомных расстояний. Погрешность составила менее 3%.

Методика моделирования нанотрубок типа «русская матрешка» заключается в построении заданного пользователем количества концентрических однослойных нанотрубок. Алгоритм расчета координат атомов однослойной нанотрубки основывается на разбиении окружности с заданным пользователем радиусом на дуги, концы которых соответствуют положению атомов. Введенное значение радиуса УНТ проверялось на соответствие с реально возможным значением (для сохранения свойственных для графита межатомных расстояний).

Основные выводы и результаты

В ходе выполнения поставленных задач, был разработан алгоритм моделирования УНТ различных видов, и реализован в виде конечной программы. Рассчитаны и проанализированы интерференционные функции рассеяния всех построенных кластеров. На сегодняшний момент уже решается вопрос о реализации новых алгоритмов расчёта интерференционных функций рассеяния, построения модели многослойной нанотрубки и УНТ с хиральностью.

Тезисы к исследовательской работе  «Универсальный  прибор гидростатического типа для измерения массы тел, плотности жидкостей и твердых тел»

Автор работы: Акользин Владислав, ученик 10 «А» класса

КГУ “сш им Ломоносова с ДМЦ”

Актуальность работы

Создание недорогого ,но простого ,надежного и универсального прибора, который сможет наглядно продемонстрировать многие физические законы и помочь в изучение физики, как младшим, так и старшим классам.

Задачи работы.

• Разработать методику измерения массы тел и плотности веществ с помощью универсального прибора.
• Исследовать возможные причины появления систематических ошибок измерений данным методом.
• Провести контрольное тестирование прибора.
• Проанализировать достоинства и недостатки прибора.
• Практическое использование в лабораторном практикуме средней школы .

Объект исследования в настоящей работе является устройство, основанное на законе Архимеда.

Методы исследования: анализ, наблюдение, сбор информации из книг, эксперимент, практические методы, работа с Интернет-ресурсами.

Практическая значимость заключается в создании не дорогого и универсального прибора для лабораторных экспериментов и демонстрации на уроках физики в старших  и младших  классах .Этот прибор позволит наглядно увидеть мир физики .А так же возможно использовать в бытовых условиях. 

Используемая литература

Весы из пластиковых бутылок http://www.afterwork.com.ua/vesy-iz-plastikovyx-butylok.html

1. Плотность https://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EB%EE%F2%ED%EE%F1%F2%FC
2. Плотность жидкостей http://www.kakprosto.ru/kak-65248-kak-opredelit-plotnost-zhidkosti
3.  
4. Таблица плотностей металлов http://edu.glavsprav.ru/info/tablica-plotnosti-veschestv
5. Таблица плотностей сыпучих веществ http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsDensity/DensityTable/
6. Поверхностное натяжение https://ru.wikipedia.org/wiki/Поверхностное_натяжение
7. Плотность жидкостей http://fiz.do.am/index/tablica_plotnostej/0-122Как создать прибор для измерения гидростатического давления http://npopp.com/hydraulic/physics/150-hsd-136.html
8. Закон Архимеда http://elementy.ru/trefil/21067
9. Весы из пластиковых бутылок http://www.afterwork.com.ua/vesy-iz-plastikovyx-butylok.html
10. Весы из пластиковых бутылок http://www.afterwork.com.ua/vesy-iz-plastikovyx-butylok.html

Компьютерное моделирование систем кластеров

Гусев Данила Андреевич, Попов Александр Сергеевич

МОУ «Лицей №1», Петрозаводск

Логинов Дмитрий Владимирович, старший преподаватель, ПетрГУ

Введение 

На сегодняшний момент существуют методики расшифровки атомной структуру кристаллических материалов, и нет четкого алгоритма при работе с аморфными наноматериалами, и как следствие практически полное отсутствие программного обеспечения. На кафедре физики твердого тела Петрозаводского государственного университета, ведется плотная работа в решении этой сложной задачи. Одна часть из которой была полностью решена в ходе выполнения поставленной цели и задачи.

Цель

Целью работы было разработать алгоритм моделирования структуры больших кластеров и малых атомных конфигураций, представляющих собой обломки нанотрубок и графеновые слои.

В рамках указанной цели решались следующие задачи:

1. Разработать алгоритм моделирования кластера из совокупности кластеров малой размерности. Написать программное обеспечение.

2. Рассчитать теоретические картины рассеяния рентгеновских лучей кластерами. Выявить зависимость интерференционной функции рассеяния от вида кластера.

Актуальность работы заключается в том, что расшифровка структуры аморфных материалов, является не тривиальной задачей и требует применения совокупности методов как рентгенографического, так и метода компьютерного моделирования. Разработанная программа вошла в состав программного комплекса X-RAY, который позволяет работать с данными дифракционного эксперимента, а также позволяет выполнить расшифровку структуры аморфных материалов, и позволяет производить построение атомных кластеров различной сложности с заданными параметрами учитывающими длины химических связей, смещение атомов из положения равновесия, а также колебания атомных слоев. Разработанное программное обеспечение пригодно для расшифровки структуры многокомпонентных веществ. Другим и очень важным моментом можно отметить то, что разработанная программа, будет распространяться бесплатно.

К новизне, можно отнести универсальность разработанного алгоритма, пригодного для расшифровки многокомпонентных материалов, а также возможность программы работать с универсальным типом файла данных, которые можно использовать в других программных продуктах.

В среде Microsoft Visual Studio 2013 был разработан алгоритм, с помощью которого. Можно создавать атомные кластера различной конфигурации и сложности. Преимуществом написанного программного обеспечения является высокая точность расчета, интуитовно-понятный пользовательский интерфейс и возможность отображения кластера на каждом этапе построения.

Основные результаты и выводы

В ходе выполнения поставленной цели, были получены рентгенограммы двух углеродных наноматериалов (нанотканей). Построены возможные атомные конфигурации, которые могут описывать расположение атомов в области ближнего упорядочения. По полученным данным c использованием формулы Дебая были рассчитаны теоретические картины рассеяния от смоделированных кластеров. Сравнение теоретических картин рассеяния кластеров с экспериментальными кривыми, позволило сделать предположение о возможном расположении атомов в области ближнего упорядочения.

В ходе выполнения поставленных задач, был разработан алгоритм соединения малых кластеров в атомные конфигурации различных видов, и реализован в виде конечной программы. Проанализированы теоретические картины рассеяния кластерами.

Планируется расшифровать структуру образца углеродной наноткани, полученной в присутствии катализатора Ni-Cr.

Список литературы

1. http://biofile.ru/bio/3902.html – научно-информационный журнал

2.Наноматериалы и родственные углеродные материалы//Е. А. Беленков, В. В. Ивановская, А. Л. Ивановский. Изд.: УроРАН - 2008. - С.170.

3. Наноматериалы и нанотехнологии / В. М. Анищик [и др.]; под ред. В. Е. Борисенко, Н. К. Толочко. – Минск : изд. центр БГУ, – 2008. C. 375

4. Суздалев И.П. Нанотехнология: физика-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. - М:. КомКнига. – C. 592.

5.Богатое семейство углеродных материалов, [электронный ресурс], http://www.modificator.ru/articles/carbon_mat3.html

6. Фофанов А.Д. Структура и ближний порядок в кислород- и углерод-содержащих системах с особыми свойствами // диссертация доктора ф.-м. наук. Москва. МГУ.– 1998. –C. 343.

7. Кучер Е.В., Фофанов А.Д., Никитина Е.А. Компьютерное моделирование атомной структуры углеродной составляющей шунгита различных месторождений // Электронный журнал «Исследовано в России» –2002. –102. – 1113 – 1121с.

8. ARRY NanoMaterialsandNanotechnology, [электронный ресурс], режим доступа – свободный, http://arry-nano.com

Рентгенографические исследования образца, содержащего графен

Иванов Артем Дмитриевич, Тихомирова Екатерина Алексеевна

МОУ «Университетский лицей», г. Петрозаводск

Логинов Дмитрий Владимирович, ст. преподаватель, ПетрГУ

Графен – новое вещество, обладающее многочисленными полезными и эффективными характеристиками, и которому в настоящее время учеными уделяется большое внимание. Материал в настоящее время изучен не до конца, накопление знаний о его структуре позволит исследователям создавать новые вещества на базе графена с уникальными физико-химическими свойствами. Исследование при помощи рентгеновского излучения помогает выявить все составляющие углеродного образца, что важно для определения свойств, а значит и сферы его использования.

Целью работы является проведение рентгенографических исследований и компьютерное моделирование углеродного порошка, предположительно содержащий графен, и сделать заключение о его возможном присутствии.

Из цели вытекают следующие задачи:

1. Провести рентгенографический эксперимент

2. Проанализировать рентгенограмму исследуемого образца

3. Выполнить компьютерное моделирование и сделать вывод о присутствии в образце графена.

В ходе выполнения работы, были изучены методики подготовки образцов для проведения рентгенографического эксперимента, выбор условия рентгенографирования, компьютерное моделирование. Для исследования НИЦ «Курчатовский институт» предоставил порошковый образец, предположительно содержащий графен. Рентгенографирование проводилось на дифрактометре ДРОН-6 в MoKα - излучении.

Устновлено, что на кривой I(s) хорошо виден четко выраженный максимум в области 1.75Å-1, который характерен для отражения (002) на рентгенограмме графита. Наличие данного отражения может свидетельствовать о присутствии в образце плоскопараллельных слоев графена или остатков исходного вещества (графит) после синтезе.

На рентгенограмме присутствует размытый максимум в интервале s от 0.5 до 2Å-1, который обусловлен, согласно литературным источникам, наличием в образце углеродных наноматериалов.

В ходе проведения компьютерного моделирования, было построено большое количество кластеров. Анализ кривых теоретически рассчитанных кривых H(s), может дать ответ о зависимости вида интерференционной функции от числа слоев и их размеров.

Выявлена зависимость вида интерференционной функции от размера и числа слоев.

установлено, что в образце присутствуют плоские слои, конфигурации состоящие из двух и более слоев. С большей вероятностью слои смещены друг относительно друга.

ТЕЗИС

Фонтанирующая цепочка

Крылов Александр Дмитриевич

Руководитель: Князев Александр Александрович,

кандидат физмат наук, доцент, учитель физики МАОУ "ФТЛ №1".

МАОУ «Физико-технический лицей №1», г. Саратов

Задача о фонтанирующей цепочке.

Несколько лет назад в Интернете появились демонстрации опыта, в котором показывается длинная нитка бус, положенная в стеклянный сосуд. Если теперь выдернуть её свободный конец, то бусины будут не просто выскальзывать и падать на пол, а изогнутся дугой.

Бусины, как вода в фонтане, как бы, выпрыгивают из него на заметную высоту над краем стакана. Ученые Кембриджского Университета под руководством Джона Биггинса качественно объяснили, почему так происходит, и вы можете прочитать статью.

Правда, все объяснения даются на качественном уровне. Мы же попробуем провести количественные оценки этого явления, проведя опыты и посильные, упрощенные вычисления.

Цель исследования

Целью исследования  является демонстрация того, как используя столь простые представления  из школьной физики можно решать более сложные задачи.

1. Изучение теоретического материала по силам инерции

2. —Провести эксперимент

3. —Предложить качественные модели для рассуждений

4. —Обсудить результаты и сделать выводы

Итоги исследования

Явление фонтанирования цепочки связано с тремя главными процессами:

1)Возникновение центробежной поднимающей силы

2)Возникновение накопления необходимой для фонтана длины

3)Скорость всех звеньев цепочки одинакова

Недостатки модели

Используемая нами модель является довольно упрощенной и обладает рядом недостатков. Прежде всего, об этом говорит форма полученного нами выражение для высоты фонтана. Так, для нашей модели при (πa) ˂g, выражение теряет смысл (для другой геометрии опрокидывания импульса значение критического ускорения будет иным). Это дефект модели. Не учтены и потери энергии на работу по изгибанию цепочки. Не учтена сила сопротивления воздуха. Она должна участвовать при расчёте ускорения падения цепочки. Дело в том, что, несмотря на исключение погонной массы цепочки в наших результатах, она всё-таки где-то должна проявиться: слишком легкая цепочка (нить) начнет парить в воздухе, и запутается – как запутывается леска слабо брошенного спиннинга. Подобные дефекты иногда встречаются в школьных задачах (резонанс, вращение груза на пружинке, колебания жидкости в сообщающихся сосудах и т.п.). 

Используемые материалы:

http://www.youtube.com/watch?v=dYBNKSMvXr0
http://www.youtube.com/watch?v=Ff8oqoYxD7U

Акустическая приманка для рыбы

Горбунов Андрей Андреевич

Специализированный учебно-научный центр (факультет) — школа-интернат имени А.Н. Колмогорова Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

121357 Российская Федерация г. Москва ул. Кременчугская, д. 11

тел. +7 (499) 445-46-34; E-mail: adm@internat.msu.ru

Класс: 10

Научный руководитель: Лихтер Анатолий Михайлович, доктор технических наук,

профессор, кафедра общей физики, АГУ.

Текст тезисов

    Проблема. В настоящее время для увеличения эффективности рыболовных судов используют приманки, приманивающие не только рентабельных для ловли рыб, но и молодняк, что приводит к резкому сокращению популяции и дальнейшему уничтожению вида в целом. Такое, в свое время, произошло с каспийской килькой. Одним из решений данной проблемы является акустическая приманка для рыбы.      

    Актуальность. Актуальность работы заключается в том, что с помощью акустической приманки мы сможем приманивать определенный вид рыбы. Известно, что рыбы до 6-ти     7-ми месячного возраста глухие или плохо различают звуковые сигналы. Это делает нашу установку экологичной, позволяя использовать её не только рыбаку-любителю, чтобы избежать проблемы объеденного крючка, но и в промышленных масштабах.    

    Цель работы.  Научиться влиять на поведение рыбы с помощью акустических сигналов.

    Задачи: 1. Изучить рецепторные органы рыбы

1. Проанализировать существующие системы для передачи акустических сигналов рыбе
2. Определить частотные диапазоны для селективного воздействия на рыбу
3. Разработать устройство для передачи акустической информации рыбе

    Физиология рыбы. Прежде чем приступать к проектированию будущей установки необходимо изучить физиологию рыб. У рыб кроме известных пяти чувств — зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса обнаружено и шестое чувство—способность получать по тончайшим звуковым колебаниям в воде информацию об окружающем их водном пространстве. Для этого рыбы используют органы чувств системы “боковой линии”.  Благодаря ей большинство пресноводных рыб способны улавливать звуковые колебания в диапазоне от 5 Гц до 13кГц.

     Явления, которые возникают при распространении звуковых волн в воде, воздухе или при переходе из одной среды в другую.  Также необходимо учитывать явления, которые возникают при распространении звуковых волн в воде, воздухе или при переходе из одной среды в другую. Так волны могут многократно отражаться, накладываться друг на друга или полностью поглощаться.      

    Эффект Доплера. Особое внимание стоит уделить эффекту Доплера. При движении рыбы к источнику звуковых волн, или против него, длина волны, а соответственно и частота, воспринимаемая рыбой, будет непостоянной. Взяв среднюю скорость, например, окуня (приблизительно 18 км/ч) и рассчитав частоту, выяснилось, что даже при интенсивном движении рыбы к источнику или от него, изменения будут минимальными.

    Дифракция. Также необходимо учитывать возможность звука огибать препятствия. При расчетах выяснилось, что чем больше частота звуковых волн, тем меньше препятствие, которое волна может обогнуть, поэтому при выборе генератора низких частот, необходимо учитывать частоту, на которой он работает. Также, придётся учитывать размер рыбы, которую необходимо приманить, так как длина волны должна примерно соответствовать размеру рыбы.

    Особенности среды.  Необходимо учитывать скорость распространения звука в различных средах и зависимость скорости звука от температуры. Опираясь на эти формулы, мы сможем увеличить эффективность установки.

    Отражение и преломление. Звуковые волны подчиняются законам отражения и преломления. Отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\beta$ равно отношению скоростей звуковых волн в первой и второй:$\sin \alpha /\sin \beta = С1/С2 = k=0,236$ , где $С1$ и $С2$ – скорости звука в воздухе и воде соответственно, при  $\alpha =45°$ , $\beta \approx 10°$^.

     Коэффициент поглощения.  Энергия звуковой волны в процессе ее распространения поглощается средой. Поэтому необходимо рассчитать коэффициенты поглощения в воздушной и водной среде, которые равны $37*{10}^{-9} \left({м}^{-1}\right)$ и $7*{10}^{-10}\left({м}^{-1}\right)$ соответственно.

      Отношение сигнал/шум.   Одним из определяющих факторов эффективности устройств, подобных нашему, является отношение сигнал/шум. Чем оно больше, тем выше эффективность. Одной из наших задач является увеличение значения этого отношения.

       Ход работы по созданию и тестированию устройства.

1. Собрать генератор акустических сигналов;
2. С учётом литературных характеристик произвести первые опыты по приманиванию;
3. Модернизировать устройство с целью моделирования как выборочных, так и биологических сигналов, которые в свою очередь будут записаны в ходе другой экспериментальной работы.

       Аналоги. Аналогичными идеями руководствовались создатели устройств «Фишмагнит» (Патент №78405 и патент РФ №2183926.) Существенным минусом этих устройств является то, что для усиления эффективности в них используются не только звуковые сигналы, но и световые, которые приманивают не только рентабельную для ловли рыбу, но и молодняк, что делает использование данных устройств в промышленности крайне нежелательным.     Выводы:1. Были изучены рецепторные органы рыбы.

1. Были проанализировать существующие системы для передачи акустических сигналов рыбе.
2. Были определены частотные диапазоны для селективного воздействия на рыбу.
3. Разработано устройство для передачи акустической информации рыбе.

Библиографический список

1. http://www.williamspublishing.com/PDF/5-8459-1002-1/part.pdf
2. http://www.vlasenko.ru/Mor-66/Mor-04.htm
3. http://thermalinfo.ru/publ/zhidkosti/voda_i_rastvory/teploprovodnost_fizicheskie_svojstva_vody/32-1-0-35
4. http://ohota.dp.ua/articles/roman_novitsky/skorost_ryb

Приложения:

1. Изучение кристаллизации из растворов в электрическом поле
2. Автор: Филиппова Екатерина Александровна, ученица 10 класса
3. Образовательное учреждение: МАОУ «Лицей №3» г. Чебоксары
4. Научный руководитель: Клинк Надежда Юрьевна, учитель физики МАОУ «Лицей №3» г. Чебоксары
5. Цель исследования:

Изучить возможность  влияния электрического поля на процесс кристаллизации из растворов. Проверить гипотезу.

Задачи исследования

• Поиск и анализ информации по кристаллизации.
• Выдвижение гипотезы
• Выбор методики исследования
• Проведение экспериментов
• Анализ результатов и составление выводов по работе.

6. В работе обсуждается вопрос о механизме зарождения кристаллов. Он, особенно в случае отсутствия центров кристаллизации, окончательно еще не решен. Известно, что для начала процесса необходимы  либо готовые зародыши, либо  какие-то  неоднородности  или   даже неровности  на стенках сосуда. Тепловое движение препятствует кристаллизации,   кристаллизация сопровождается выделением  энергии        (теплоты кристаллизации). Кристаллизация может начаться только  при достаточном переохлаждении  (пересыщении)  раствора, не меньшем некоторого порогового значения.   Поликристаллические агрегаты,  выпадающие из раствора, с энергетической точки зрения менее устойчивы, чем монокристаллы   (то есть их энергия выше).

При помещении раствора электролита  в электрическое поле происходит электролиз, то есть выделение  чистого вещества на электродах.  Однако мы предположили, что при быстром испарении растворителя возможно выпадение кристаллов растворенного вещества, и на этот процесс должно  оказывать влияние электрическое поле. Это и проверялось экспериментально.

Методика экспериментов.

Основным объектом исследования послужила поваренная соль, так как ее легче всего  найти и подготовить насыщенный раствор. Кроме того, изучалась кристаллизация   из ненасыщенных растворов  медного купороса,  перманганата калия. Были проведены две серии экспериментов:1) с использованием  низкого электрического напряжения – батареи «Крона» на 9 В, 2) с использованием источника высокого напряжения «Разряд» - до 25 кВ.   Ряд экспериментов проведен  в микроволновой печи – для того, чтобы проверить, как влияет высокочастотное электромагнитное излучение на процесс кристаллизации. Это тоже показалось нам интересным.

На очищенную стеклянную пластинку наносилась капля исследуемого раствора массой 0,05 – 0,10 г  ( измерено с помощью электронных весов с ценой деления 0,01 г), электрическое поле создавалось между двумя лезвиями, расстояние между которыми измерялось с помощью линейки  ( цена деления 1 мм)  и составляло величину порядка 10 мм. Толщина лезвий, измеренная микрометром ( цена деления 0,01мм)  составляла  0,11 мм. Между лезвиями создавалось постоянное электрическое поле, которое оставалось включенным  до полного испарения растворителя ( воды ). Контрольный  образец содержался в идентичных условиях, но без электрического поля (ЭП) .

После полного высыхания капли ее  фотографировали с помощью оптического микроскопа в лаборатории нанотехнологии  кафедры  общей физики ЧГУ.   При использовании высоковольтного источника напряжения проводилась и видеосъемка с помощью планшета.

           Наблюдения показывают, что если для высыхания контрольного образца ( и при воздействии низкого напряжения) необходимо время 9-10 часов при комнатной температуре,  под действием высокого напряжения этот процесс занимает от 5 до 15 минут, а в СВЧ – секунды. При включении сильного электрического поля происходит  искровой электрический разряд, вдоль канала которого  осуществляется  движение раствора, тогда как в слабом электрическом поле  ( 9 В)  этого не  наблюдается.

Раствор   растекается сначала к положительному полюсу, а затем к отрицательному. Предположительно это связано с различной подвижностью анионов и катионов. Электрический ток, образованный движением ионов, не контролировался. После окончания процесса  кристаллизации  снова происходит электрический пробой.

В работе представлены микрофотографии  кристаллов, сделанные с одинаковым увеличением.   Под каждой фотографией приведены средние размеры кристаллитов.

В таблице 1 приведены значения средних размеров  полученных кристаллов в зависимости от напряженности электрического поля для исследуемых веществ.

Таблица 1    Средние размеры кристаллитов (мм)

В СВЧ-печи происходит увеличение объема, обусловленное  газообразованием, из-за того, что  вода испаряется по объему, а не с поверхности. СВЧ-излучение препятствует образованию кристаллитов. При минимальной мощности (300 Вт) образуются кристаллиты, мелкие монокристаллы, не имеющие ясно выраженной огранки, и дендриты - расщеплённые скелетные кристаллы.

7. Актуальность исследования.

Если обратиться к теориям образования нашей планеты,  становится понятным наш интерес   к исследованию  кристаллизации в электрическом поле. На образование кристаллических структур вполне могли воздействовать  электрические разряды, происходящие  между наэлектризованными областями   первичного газопылевого облака.

8. Степень изученности данной проблемы низкая. Доступ к информации по этой теме открыт, однако в литературе нет данных по исследованию быстрой кристаллизации в электрическом поле.

9. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

• Обнаружено неожиданное явление кристаллизации растворенных веществ при электролизе водных растворов солей.
• Повышение напряженности электрического поля уменьшает средние размеры образующихся кристаллов солей и влияет на их форму.
• Кристаллы поваренной соли преимущественно сохраняют кубическую структуру при кристаллизации в электрическом поле.
• На структуру кристаллов медного купороса и перманганата калия электрическое поле действует деструктивно, по-видимому, они являются энергетически менее устойчивыми.
• СВЧ-излучение большой мощности препятствует образованию кристаллов из растворов.

Выдвинутая гипотеза подтвердилась: в электрическом поле, наряду с электролизом,  происходит кристаллизация растворенного вещества и электрическое поле влияет на процесс кристаллизации.

Исследовательский проект: "ГЕНЕРАТОР ТОКА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ" 

Халипов Антон

Образовательный центр «ПОИСК» 11 класс

Научный руководитель:

Козлов Станислав Алексеевич, кандидат ф.-м.наук, педагог ГАОУ центр ПОИСК

Цели и задачи:

изучить вопрос о создании генератора используя электростатическое поле Земли;

найти способ ионизировать воздух на какой-то высоте;

поднять провод на данную высоту в область ионизированного облака, другой конец заземлить;

сделать разрыв провода и подключив измерительный прибор в разрыв посмотреть величину тока и напряжения данного генератора.

Актуальность и новизна исследования:

работа сохраняет актуальность, поскольку до сих пор было качественное описание параметров на выходе подобного генератора, с практическими результатами я не сталкивался.

Описание научно-исследовательской работы:

работа носит экспериментальный характер, посвящена вопросу о возможном промышленном производстве электроэнергии, получаемой за счёт использования электростатического поля Земли.

Итоги исследования:

в ходе работы была построена действующая модель и получены результаты;

итоги работы сильно отличались от теоретических расчетов. 

Список использованной литературы:

многочисленные статьи в сети интернет по запросу "Атмосферное Электричество".

Исследовательский проект:  " Управление горением с помощью звуковых волн"

 Айвазов Рафаэль ,ученик 10" A" класса 

 МАОУ школа №9 г. Жуковского

 Самкин Евгений Андреевич, учитель физики, школа №9 г. Жуковского

Задачи исследования: Рассмотрение воздействия стоячей акустической волны на процесс горения .

Описание научно-исследовательской работы:

1) Методы проведения исследовательской работы.

  а)Аналитический

  б)Поисковый

  в)Экспериментальный

2)Задачи ,поставленные в процессе исследования.

  а)Изучить информацию о первооткрывателе стоячей акустической волны

  б)Понять физику получения  стоячей волны.

  в)Собрать трубу Рубенса и добитьтся появления стоячей волны.

  г)Провести эксперименты с тущением возгораний в ограниченном пространстве.

*Для иммитации закрытого пространства были использованы банки разного объема, один динамик и генератор звуковых волн.

Актуальность:Эксперименты со стоячими волнами известны еще с 19 века . Но с тех пор широкого практического применения стоячих акустических волн найдено не было. В работе рассмотрена генерация стоячей акустической волны и ее использование для управления пламенем.

Значимость данного исследования: Такой  способ пожаротушения можно применять в маленьких закрытых помещениях, к примеру, в кабине самолета или в салоне машины потому, что обычные огнетушители очень трудно использовать там. Человек просто может задохнуться или потерять управление.

Итоги: Благодаря эксперименту мы доказали, что огонь можно потушить с помощью звуковых колебаний. В опыте свеча была потушена с помощью динамика мощностью 0.2 Вт на частоте звуковых колебаний = 150 Гц. Следовательно, если взять динамик мощнее и сгенерировать стоячую волну, то можно потушить очаг возгорания в первые минуты пожара.

Использованная литература:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%F0%F3%E1%E0_%D0%F3%E1%E5%ED%F1%E0 

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F2%EE%FF%F7%E0%FF_%E2%EE%EB%ED%E0

http://habrahabr.ru/company/gtv/blog/176877/

Оптимизация формы оснастки парусного судна

Алпатов Артём

Самарский лицей информационных технологий

Октябрьского района г. Самара

5 «В» класс

Научный руководитель:

Спирина О.К.

учитель физики, Самарский лицей информационных технологий

Сегодня использование ветровой энергии для различных целей приобретает большую значимость. Связано это со стремлением использовать источники возобновляемой энергии взамен традиционным источникам, а также со стремлением снизить нагрузку на экологию планеты.

Много лет человечество использует энергию ветра для движения парусного транспорта. За многие годы человечество научилось использовать ветер и определило, какими параметрами должны обладать паруса. Оказывается, что наиболее применимая форма паруса – это треугольная форма. Хотя имеются примеры использования и других форм, например, прямоугольной и ромбической. Почему треугольный парус имеет наибольшую применимость в парусном транспорте, почему некоторые формы, например, круг, никогда не использовались на практике и какая геометрическая форма паруса может быть наиболее эффективной – такими вопросами мы задались при проведении данной работы.

Актуальность работы: использование ветровой энергии в транспорте взамен традиционным источникам позволяет снизить нагрузку на экологию планеты

Объект исследования — парусное транспортное средство, обладающее сменными прямыми парусами различной геометрической формы.

Цель исследования: установить влияние геометрической формы прямого паруса на ходовые возможности парусного транспортного средства.

Задачи исследования:

• ознакомиться с теорией движения парусных судов;
• систематизировать знания о видах парусов и их формах;
• изготовить экспериментальную модель парусного судна, обладающего возможностью смены прямого паруса;
• провести экспериментальные исследования по установлению влияния геометрической формы прямого паруса на ходовые качества парусного судна;
• обобщение материалов и выводы.

В работе использованы эмпирические методы исследования: систематическое наблюдение; изучение документированной информации, зафиксированной ранее; сравнение; натурный эксперимент.

Работа имеет практическую направленность, так как позволяет найти возможности для усовершенствования конструкции парусных судов и более интенсивно использовать возможности ветровой энергии на транспорте.

По результатам выполненной работы сделаны следующие выводы:

1. Экспериментально доказано, что лучшей формой прямого паруса для одномачтового судна (буера) является круг;
2. Прямоугольная форма прямого паруса является почти столь же эффективной, как и круговой парус. Разница в экспериментальных результатах составила всего 1,8%;
3. Трапеция оказалась практически такой же эффективной формой прямого паруса, как и прямоугольник. Разница в результатах испытаний между ними незначительная.
4. Ромбический парус показал средние значения между «лучшей формой» (круг, прямоугольник) и «худшей формой» (треугольник);
5. Самой малоэффективной формой прямого паруса оказалась треугольная форма. Разница в пройденных расстояниях между треугольной и круглой формами составила 14%;
6. Эксперименты показали, что при треугольной форме прямого паруса практически не важно какой геометрией обладает треугольник (равнобедренный или прямоугольный);
7. Таким образом, задачи и цель исследования достигнуты. Определена наиболее эффективная форма паруса по критерию максимального первоначального импульса, получаемого судном (буером).

Список использованной литературы

1. Тогхилл Джефф. Яхтинг: Полное руководство. – М.: Гранд-Фаир, 2007. – 192c.
2. Бонд Б. Справочник яхтсмена: пер. с англ. – Л.: Судостроение, 1989. – 336 с.
3. Катера и яхты, 1976, №03(061). – С. 46
4. Катера и яхты, 1976, №06(064). – С.38
5. Катера и яхты, 1977, №02(066). – С. 89
6. http://bmsi.ru/
7. http://flot.com/
8. http://www.mys.ru/

Исследовательский проект: "Исследование траектории движения материальной точки в нестационарном гравитационном поле".

Иванова Светлана Игоревна

Краснодарский край, г. Сочи, МОБУ Гимназия № 1, МОУ ДОД ЦТРиГО, 8 класс

Научные руководители: Тихонова Нина Иосифовна, учитель физики МОБУ Гимназия № 1; Казанцев Александр Васильевич, педагог дополнительного образования МОУ ДОД ЦТРиГО, г. Сочи

Цели и задачи: Разработка математической и компьютерной модели исследования траектории движения материальной точки в нестационарном гравитационном поле, существующим вокруг материального стержня конечной длины переменнгой плотности (по координате и времени).

Описание научно-исследовательской работы: Проблема исследования связана с затруднениями, связанными с вычислением силы гравитационного взаимодействия тел, не являющихся материальными точками. Приходится применять метод разбиения взаимодействующих тел на тела, соответствующие материальным точкам и последующим применением Закона Всемирного тяготения. Особняком стоит задача определения траектории движения тела в нестационарном гравитационном поле. В исследовании рассмотрена задача определения траектории движения материальной точки в нестационарном гравитационном поле стержня конечной длины переменной плотности. Для решения поставленных в исследовании задач построены математическая и компьютерная модели. На основе разработанной компьютерной программы (Delphi) получена возможность количественного и качественного исследования траектории движения материальной точки вблизи стержня с помощью различных сервисов программы.

Актуальность и новизна исследования: Актуальность темы исследования обусловлена трудностью решения сформулированной задачи в общем случае. Теоретическая значимость исследования обусловлена продемонстрированной возможностью решения поставленной задачи с применением информационных технологий.

Итоги исследования: Получено решение актуальной в научном плане исследовательской задачи.

 Список литературы

1. Физика. 10 класс. Базовый уровень. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. М.: 2014. – 416 с. 19-е изд. - М.: 2010. – 366 с.
2. Курс общей физики. Т.1. Механика, колебания и волны, молекулярная физика. Савельев И.В. М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1970. – 508 с.

Автор: Афанасьева Ольга Леонидовна, Маслов Артем Викторович,

учащиеся 11 физико-математического класса Тираспольского Общеобразовательного Теоретического Лицея

Научный руководитель: Федоров Николай Николаевич,

инженер – электрик Когенерационной электростанции Бендерского биохимического завода.

Цели и задачи исследования:

В этой работе мы хотели бы показать недостатки существующей системы энергоснабжения старых зданий и предложить свои способы их решения.

Актуальность и значимость исследования:

    В настоящее время существует большая проблема,  связанная с тем, что энергооснащенность жилых зданий и помещений общественного пользования резко увеличилась, за счет появления в быту приборов с увеличенным энергопотреблением.

Однако проводка в старых зданиях к этому  не приспособлена, из-за чего потребляемая мощность выходит за пределы возможного, что ведет к короткому замыканию, пожарам и прочим проблемам.

Чтобы доказать, что выбранная нами тема актуальна и требует решения, приведем немного статистики. В современном мире  второй по «популярности» причиной пожаров(примерно 23%) является короткое замыкание. Его обошло только неосторожное обращение с огнем(38% всех пожаров). Взять, к примеру, наш край: ежемесячно в столице Приднестровья, поступают около 30 звонков в службу пожаротушения (ДСПТ). И если человеческий фактор- штука постоянная и трудно исправимая, то с проблемой короткого замыкания еще можно что-то сделать.

Краткое содержание работы:

Пример старой схемы электропроводки (Рис. 1).

На схеме мы видим, что в случае обрыва в одной из проблемных точек (обозначены фиолетовым цветом), ток от фазы идет на ноль, после чего попадает уже на другую фазу, что приводит к возгоранию, Мы попытались это исправить, представив схему в другом виде (Рис. 2).

Если же на предложенной нами схеме произойдет точно такой же обрыв кабеля, то ток, не найдя выхода ток, снова пойдет в соседнюю квартиру, где фаза А  уткнется в фазу А. Другими словами подача электрического тока просто прекращается, так как ток не может идти сам от себя. А это означает, что вероятность возгорания или, по меньшей мере, порчи дорогой бытовой техники сводится  к нулю, и все, что нужно сделать - это заменить кабель в нужном месте, либо найти место обрыва и произвести ремонт.

Итоги:

Из всего выше приведенного можно судить, что снизить, а если быть точными, напрочь убрать возможность возникновения пожаров, порчи имущества, в зданиях старого образца, из-за неграмотно продуманных схем электрической проводки, можно путем приведения этих самых схем, к более простому виду, что сделать не проблематично и малозатратно.

Рис. 1– Действующая электрическая схема

Рис. 2 – предлагаемая схема распределения нагрузки

Тезисы к исследовательской работе “Оптические приборы.Исследование квантовой и световой оптики.Фотонная теория света.”

 
Автор работы: Кондрико Павел, ученик 9 «б» класса.

 МБОУ "Брянский городской лицей №2" им.М.В.Ломоносова
 (а так же ученик ЗФТШ МФТИ.)

 
Руководитель научной работы: Вайсеро Л.П.Учитель физики и астрономии высшей степени.

Актуальность: Актуальность оптики обусловлена растущим интересом к полупроводниковым источникам излучения, светодиодам, в видимой области спектра, связанным с перспективой замены с их помощью традиционных тепловых и разрядных источников света. Практическая значимость темы исследования обусловлена тем, полупроводниковые светодиоды все больше начинают применяться в качестве источников света в различных областях, в связи с чем необходимо понимать их физические основы.

Гипотеза: изучение оптики поможет ученым более глубоко изучать квантовые процессы.
(такие как: фотоэффект, фотохимические процессы, лазерное излучение и т. д)

Методы исследования:

   
    -Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач).

    -Практический (сборка прибора, проверка прибора на практическом опыте).

    -Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов исследований).

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

   
   1.Собрать исторические справки об оптических приборах и о оптике в целом.

   2.Изучить основные заноны оптики.

   3.Узнать о принципах работы и сборки оптических приборов.

   4.Создать основные детали для сборки прибора (линзы,корпус и тд.)

   5.Продумать и начертить чертеж будущего изделия.

   6.Собрать подзорную трубу или телескоп и проверить его в работе.

   7.Сделать выводы.

Объектом исследования в настоящей работе является подзорная труба или телескоп.

Целью данной работы является: изучить основные законы оптики и доказать их практически,создание оптического прибора, а так же изучение законов оптики в квантовой физике и оптике.

Практическая значимость: область явлений, изучаемая физической оптикой, весьма обширна. Оптические явления теснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Поэтому неудивительно , что оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основных физических воззрений. Достаточно сказать, что обе основные физические теории прошлого столетия - теория относительности и теория квантов - зародились и в значительной степени развились на почве оптических исследований. Изобретение лазеров открыло новые широчайшие возможности не только в оптике, но и в её приложениях в различных отраслях науки и техники.

Описание научно-исследовательской работы

Согласно поставленным целям и задачам было необходимо провести ряд исследований и опытов:

1.Была рассмотрена история жизни выдающихся ученых занимающихся исследованиями в области оптики.

2.Изучены основные законы оптики.

3.Затем были рассмотренны основные виды линз, их применение и способ изготовления.

4.Также рассмотрены перспективы применения оптических приборов а в частности телескопов. 

5.Следующим этапом являлось создание линз и прочих деталей прибора.

6.На данном этапе я собрал прибор и проверил его в действии. Но столкнулся с проблемой связанной с засветами. Перечитав пару книг по оптике,я решил эту проблему и произведя повторную сборку и проверку прибора, убедился в его исправности.

7.Далее я рассмотрел несколько законов оптики основываясь на трудах прочитанного мною тома квантовой физики Л.Д.Ландау и теоретически проверил и подтвердил эти выводы.

8.Конечным этапом я сделал выводы. Из этих выводов я могу сказать, что еще в недавнем прошлом оптическая наука ограничивалась изучением физических явлений лишь в видимой области спектра электромагнитных волн, вызы­вающей зрительные ощущения и называемой светом. В настоящее время изучаемый оптикой диапазон спектра значительно расши­рился за счет участков невидимого излучения, примыкающих к видимой области: ультрафиолетового, рентгеновского излучений, гамма-излучения и космических лучей, с одной стороны, и инфра­красного излучения вплоть до радиоволн миллиметрового интер­вала, — с другой


К примеру,один из моих опытов,подтверждающий преломление света в линзах.

На данном же изображении представленные линзы,которые я создал для прибора.
В основном мне приодилось использовать двояко-выпуклые собирающие линзы.




Используемая литература

1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика:
Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. IV/B. Б. Берестецкий,
Е. М. Л и ф ш и ц, Л. П. П и т а е в с к и й. Квантовая электроди-
электродинамика. 4-е изд., испр.
2. Абильсиитов Г.А. Технологические лазеры: Справочник, т 1, 1991.
3. Ефремов А.А., Сальников Ю.В. Изготовление и контроль оптическиx деталей, 1983, Высшая школа.
4. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения, 1987.
5. Сухоруков А.П. Нелинейные волновые взаимодействия в оптике и радиофизике, 1988, Наука.
6. Гранкин В.Я. и др. Лазерное излучение.

Расчёт траектории движения горячего пятна в аккреционном диске чёрной дыры

Исполнители: Дёмин Георгий, Назаренко Александр

Образовательное учреждение: Лицей Информационных Технологий №1533

Научный руководитель: Сергей Викторович Репин, сотрудник ИКИ (Института Космических Исследований)

Цель данной работы заключается в создании модели видимого движение горячего пятна, движущегося по круговой орбите в поле керровской чёрной дыры. 
Продемонстрировать различие между привычной нам механикой Ньютона и 
ОТО. Выполнить моделирование в рамках ОТО, путем численного решения 
дифференциальных уравнений движения квантов, что позволит максимально точно продемонстрировать такие параметры, как время движения и энергию излучаемых квантов. 

Описание научно-исследовательской работы: Виртуальное проектирование, реализованное в предлагаемом проекте, позволяет не только проводить точное исследование в области физики, но и детально понять, что такое искривленное пространство вокруг чёрной дыры. Для этого предлагается игра "Попади в пятно",

задача которой состоит в том, чтобы из одного горячего пятна, движущегося по круговой орбите вокруг чёрной дыры, попасть лазерной пушкой в пятно, движущееся по другой круговой орбите, причем обе орбиты задаются пользователем,

а все движения моделируются в рамках механики ОТО.

Для построения видимой траектории горячего пятна необходимо 

вычислить большое количество траекторий квантов, излученных изотропно этим 

горячим пятном. Для численного решения дифференциальных уравнений 

движения квантов используется язык программирования Fortran для 

быстродействия. Язык C# используется для написания основного 

тела программы и визуализации. Одной из трудностей было совместное 

использование этих языков. Также существовала проблема 

быстродействия, которая была решена путем использования различных 

алгоритмов сортировки данных и их оптимального хранения. 

Для дополнительной опции понадобилось сделать вид от наблюдателя,

был придуман новый алгоритм пересчёта координат.

 Актуальность проекта обусловлена большим научным интересом к 

развитию моделей таких астрофизических объектов как аккреционные 

диски и черные дыры. Сами эти объекты находятся от нас на огромном 

расстоянии и для понимания происходящих там процессов необходимо 

численное моделирование наблюдательных эффектов общей теории 

относительности (ОТО).

 Итоги проделанной работы:

Разработана программа, позволяющая: 

• Генерировать видимые движения горячих 

пятен в аккреционном диске в рамках механики ОТО, 

используя большой набор параметров; 

• Оптимизировать данные для наибольшего быстродействия;  
• Игра " Попади в пятно " с модификациями; 
• Сохранять полученные модели в виде набора параметров, что позволяет 

хранить смоделированную орбиту в удобном и компактном виде и

быстро восстанавливать ее, не выполняя повторных вычислений. 

Список используемой литературы:

1. A.F. Zakharov, S. Repin, Astronomy Reports, 43, 705, 1999.
2. A.F. Zakharov, S. Repin, Astronomy Reports, 46, 360, 2002.  
3. L.R. Petzold, SIAM Journal of Sci. Stat. Comput., 4, 136, 1983. 
4. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория поля, М., Физматлит, 2003. - 536  
5. Д.С. Литвинцева. Дипломная работа в лицее 1533, 2014 г.

          РАЗЛИЧНЫЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСКОРЕНИЯ                                               

                                  СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ.

                                                   Слынко Денис.        

                          (г. Подольск, МОУ «Лицей 23», 9 класс)

                                              Научные руководители:

Хоменко С.В., кандидат физ.-мат. наук, ООО «Научные развлечения», г. Москва.

        Морозов В.С., учитель физики МОУ «Лицей 23», г. Подольск.

   Развитие современной техники, практика всех естественнонаучных исследований в мире показывает, что измерение физических величин все шире использует принципы оцифровывания аналоговых сигналов, внедрение датчиков физических величин, компьютерную обработку информации полученной с таких датчиков.

   Цель этой работы – на основе   методических разработок проведения трех различных лабораторных экспериментов по определению ускорения свободного падения с использованием реального оборудования, цифровых датчиков и компьютера, показать некоторые возможности применения компьютерных технологий в учебной и научно-исследовательской деятельности, построение графических интерпретаций рассматриваемых физических закономерностей, получения количественных результатов и оценку их погрешности.  

     В первом эксперименте мы исследуем падение прозрачной линейки в створе оптикоэлектрического датчика. Подробно устройство этого датчика и методы работы с ним описаны в [1], [2].

В ходе эксперимента изучается закон движения вертикально падающей линейки (1, рис.1). На основе анализа этого закона измеряется ускорение свободного падения g.

   Второй эксперимент предполагает изучение движения грузов, связанных  нитью, перекинутой через блок с использованием датчика расстояния. Программное обеспечение устройства для сбора и обработки данных LabQuest, скоммутированное с датчиком расстояния, позволяет получить таблицу координат движущегося тела и моментов времени, соответствующих этим координатам, а также построить графики зависимости координаты,  скорости и ускорения тела в зависимости от времени по методу наименьших квадратов.Использование в эксперименте оптикоэлектрического датчика и компьютерной обработки результатов позволило измерять интервалы времени до   доказать, что координаты экспериментальных точек падающей линейки точно «ложатся» на параболу, а значит линейка движется равноускоренно, и с высокой степенью точности определить ускорение свободного падения.

    Последний эксперимент связан с изучением малых колебаний грузика, подвешенного на тонкой нити. Для определения периода колебаний мы будем использовать уже знакомый нам оптикоэлектрический датчик, позволяющий измерять интервалы времени с точностью  с

   Основные результаты работы:

• Показаны некоторые возможности использования информационно-компьютерных технологий при проведении физического эксперимента.
• Предложены и реализованы различные методики проведения экспериментального определения ускорения свободного падения с получением экспериментальных данных и компьютерной обработкой этих результатов с построением графических интерпретаций и оценкой допущенной погрешности.
• Экспериментально получены значения ускорения свободного падения с точностью от 0,25 до 5 процентов подтверждающие теоретическое значение.
• Результаты работы могут быть использованы в процессе преподавания  физики в средней школе и в составе лабораторного практикума по общей физике высшей школы.

Список литературы:

1. Поваляев О.А., Хоменко С.В. и др. «Проблемы создания школьного компьютеризированного практикума по физике и возможные пути их решения» Физическое образование в вузах, 2009, т.15 №1 стр. 100-113.
2. Поваляев О.А., Ханнанов Н.К., Хоменко С.В. «Обучение школьников навыкам исследовательской деятельности с использованием различных наборов от «Научных развлечений»», Физика в школе, 2013, №6 стр. 31-45.
3. Мякишев Г.Я. «Механика»  Москва, «Дрофа», 2004г.
4. Мякишев Г.Я., Сотников А.З. «Колебания и волны» Москва, «Дрофа», 2002г.                                                                                                                     
5. Ландсберг Г.С. «Элементарный учебник физики», т.1,3. Москва, «Наука»,1985г

 Тезисы проверила учитель русского языка и литературы Козлинская О.А.

НОВАЯ «СТАРАЯ МАШИНА АТВУДА».

МорозовМаксим

(г. Подольск, МОУ «Лицей 23», 9 класс)

Научные руководители:

Хоменко С.В., кандидат физ.-мат. наук, ООО «Научные развлечения», г. Москва.

Морозов В.С., учитель физики МОУ «Лицей 23», г. Подольск.

Целью настоящей работы явилось воспроизведение исторического эксперимента на современной установке, рассчитанной на применение цифровых средств измерений и компьютерной обработки результатов, и проверка методики получения и обработки данных, позволяющей исключить из рассмотрения момент инерции блока и момент силы трения на оси блока

Хотя со времени создания английским физиком Джорджем Атвудом установки, впоследствии получившей его имя, прошло уже более 200 лет, машина Атвуда занимает одно из первых мест в перечне работ практикума по общей физике для студентов технических вузов. В качестве основного средства измерений в этой работе обычно используется секундомер, с помощью которого измеряется либо время ускоренного движения системы тел под действием перегрузка, либо скорость, которую приобрела система тел. Это позволяет определить ускорение системы и, в предположении малости сил трения, рассчитать ускорение свободного падения.

Современный подход к изучению движения двух грузов на блоке и методику определения ускорения свободного падения рассмотрим на примере установки, представленной на рис. 1

      Использование компьютера позволяет не только измерить время движения груза от пуска до остановки, но и получить в одном эксперименте закон движения (зависимость координаты от времени). Подробно устройство этого датчика и методы работы с ним описаны в [1], [2].

Компьютер позволяет изменить и процедуру измерения ускорения, не понижая точности. В классической машине Атвуда для измерения ускорения требуется обязательно начать измерение времени t в момент начала движения груза, чтобы пройденный путь s был связан с ускорением соотношением , позволяющим рассчитать a по измеренным значениям s и t. В данной работе ускорение a определяется путем компьютерного подбора (по методу наименьших квадратов) коэффициентов уравнения, наилучшим образом описывающего экспериментальную зависимость  при равноускоренном движении грузов с начальной скоростью. Зависимость ускорения от массы перегрузка представляет собой линейную функцию со свободным членом,коэффициенты этих зависимостей программа также подбирала по методу наименьших квадратов.

Методика определения ускорения свободного падения опирается на формулу ,

где k₁,k₂ – угловые коэффициенты зависимостей ускорения от массы перегрузка для двух различных значений полных масс системы M₁иM₂. Подчеркнем, что данное соотношение выведено при условии наличия у блока определенного момента инерции и наличия момента силы трения в оси блока.

Таким образом, для определения ускорения свободного падения проводились две серии запусков машины Атвуда с отличающимися в 2 раза полными массами грузов. В каждой серии с помощью компьютера строилась зависимость ускорения от массы перегрузка и определялся угловой коэффициент аппроксимирующей экспериментальные точки прямой.

При проведении этой лабораторной работы нами были получено ускорение свободного падения 9,83 м/с, что отличается от табличного значения для г. Москва на 0,1%.

В заключение сформулируем основные результаты работы:

1. Предложена и успешно реализована методика определения ускорения свободного падения на современном аналоге машины Атвуда с использованием информационно - компьютерных технологий.
2. Показано, что использование в физическом эксперименте датчиков и последующая компьютерная обработка результатов с их графической интерпретацией существенно расширяют возможности понимания физической сущности изучаемых процессов и позволяют повысить точность получаемых результатов.
3. Показано, что данная установка вместе с использованной методикой обработки данных может быть включена в состав физического практикума средней и высшей школы.

Список литературы:

1. Поваляев О.А., Хоменко С.В. и др. «Проблемы создания школьного компьютеризированного практикума по физике и возможные пути их решения» Физическое образование в вузах, 2009, т.15 №1 стр. 100-113.
2. Поваляев О.А., Ханнанов Н.К., Хоменко С.В.«Обучение школьников навыкам исследовательской деятельности с использованием различных наборов от «Научных развлечений»», Физика в школе, 2013, №6 стр. 31-45.
3. Мякишев Г.Я. «Механика»  Москва, «Дрофа», 2004г. Стр.379-390.
4. Ландсберг Г.С. «Элементарный учебник физики», т.1. Москва, «Наука»,1985г.

Приложение:

 Рис.1     Рис.2

Рис.3  Рис.4

Тезисы проверила учитель русского языка и литературы Козлинская О.А.

ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО ПОГЛОЩЕНИЯ ЗВУКА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗОНАТОРА ГЕЛЬМГОЛЬЦА.

Селезнев Никита 

 (г. Подольск, МОУ «Лицей 23», 11 класс)

Научные руководители:

Хоменко С.В., кандидат физ.-мат. наук, ООО «Научные развлечения», г. Москва.

Морозов В.С., учитель физики МОУ «Лицей 23», г. Подольск.

    В замкнутых полостях, сообщающихся с внешней средой через узкую горловину, на звуковых частотах наблюдается резонансное явление, механизм которого принципиально отличается от формирования стоячих волн за счет отражения от стенок полости. Это явление носит название резонанса Гельмгольца в честь немецкого физика Германа фон Гельмгольца, исследовавшего его в середине XIX века и применявшего его для анализа сложных звуковых колебаний.

   Экспериментальному исследованию этого процесса и посвящена эта работа.

   Основой экспериментальной установки являются динамик с внешней звуковой платой и двухканальный осциллографический датчик звука с двумя микрофонами; оба прибора подключаются к USB разъемам компьютера. Микрофоны датчика звука реагируют на изменение давления: его показания     равны нулю, если в среде нет изменения давления, сигнал положителен, если давление повышается, и отрицателен, если давление понижается.

   Установка для исследования резонанса Гельмгольца собирается на основе прозрачной трубы из оргстекла (рис. 1). Данная труба имеет внутренний диаметр 44мм. На один конец трубы устанавливается заглушка с отверстием для вставки в него трубки меньшего диаметра. При выполнении этого исследования   использовались две трубки с внутренним диаметром 13.4мм, две трубки с внутренним диаметром 22мм, длины которых отличаются в 4 раза, и 2 заглушки с отверстиями соответствующих диаметров.

   Перечисленные элементы позволяют исследовать зависимость резонансной частоты от объема полости, длины и площади сечения горловины, а также влияние вязкого трения на основные характеристики резонатора.(рис. 1)

     При выполнении работы по экспериментальным точкам  построена резонансная кривая резонатора и вычислена его добротность, экспериментально доказана зависимость резонансной частоты от величины вязкого трения, а также показана избирательность выбора методики экспериментального определения добротности резонатора.(рис. 2,3,4)

   В качестве практического применения была собрана лабораторная установка, на которой продемонстрировано возможное использование резонатора Гельмгольца для поглощения звука и оценена эффективность его работы.(рис. 5,6,7)

Основные результаты работы:

1. Проведено экспериментальное исследование зависимости резонансной частоты от геометрических характеристик цилиндрического резонатора Гельмгольца. Установлено, что экспериментальные значения частоты оказываются несколько ниже частот, получаемых при расчете на основе простой модели резонатора и на основе ее уточненного варианта.
2. Исследована зависимость резонансной частоты и ширины резонансного контура от величины дополнительных потерь, вносимых в резонатор Гельмгольца. Показано, что отличия в значении резонансных частот, получаемых в расчете и эксперименте, может быть объяснено наличием поглощения звука в реальных условиях эксперимента.
3. Экспериментально продемонстрирована возможность использования резонанса Гельмгольца для поглощения звука, распространяющегося в трубах.

Литература:

[1] Хоменко С.В., Поваляев О.А., Ханнанов Н.К., Исследуем звук, Физика. Первое сентября. 2013. №9. С. 19-22.

[2] Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний.  Москва, издательство «Наука» 1964,

      стр.18-19.

[3] Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. Москва, издательство

       «Наука» 1981, стр.164-165.

[4] Безъязыков Ю. «Различные методики определения скорости звука» XV Школьные Харитоновские чтения, Саров 2015, стр.35-36.

[5] Коростелев И. «Отражение звука от открытого конца трубы» XV Школьные Харитоновские чтения, Саров 2015, стр.47-48.

[6] Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. «Физика для поступающих в вузы». Москва, издательство «Наука» 1978, стр.330-339.

 [7] Горелик Г.С. «Колебания и волны» , Москва государственное издательство физико-математической литературы 1959г, стр.

рис. 1

 рис.2,3,4

        рис. 5,6,7

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА В ЗАКРЫТОЙ ТРУБЕ.  

Безъязыков Юрий

(г. Подольск, МОУ «Лицей 23», 11 класс)

Научные руководители:

Хоменко С.В., кандидат физ.-мат. наук, ООО «Научные развлечения», г. Москва.

Морозов В.С., учитель физики МОУ «Лицей 23», г. Подольск.

Возможности современной учебной измерительной техники позволяют по новому взглянуть на хорошо известные исторические эксперименты, не только воспроизвести их в более компактном и удобном виде, но и выполнить исследование происходящих в них процессов на количественном уровне с использованием компьютера для сбора и обработки данных, а также для представления результатов.

Цель и задачи:

Всестороннее экспериментальное изучение резонансных явлений, возникающих в трубке Кундта.

Описание работы:

При проведении работы были рассмотрены различные состояния, возникшие в экспериментальной установке, что позволило досконально разобрать процессы, протекавшие при проведении экспериментов.

Результаты:

1. Рассмотрено формирование интерференционной картины звуковых волн в трубе, закрытой с обоих концов. Измерены зависимости резонансных частот от длины трубы, при фиксированной длине трубы проведено исследование распределения максимумов и минимумов звукового давления по длине трубы.
2. Построена простая расчетная модель, позволяющая объяснить причины и характер возрастания амплитуды колебаний в условиях резонанса. В основу модели положено суммирование амплитуд волн, распространяющихся в двух направлениях и различие в коэффициентах отражения на разных торцах трубы.
3. Получена зависимость амплитуды звуковых колебаний от частоты в диапазоне частот от 400 Гц до 3кГц. Рассчитаны добротности системы для всех резонансных частот. Показано, что положение большинства максимумов достаточно хорошо описывается зависимостью u_рез=2c/L. Исключение составляют несколько первых максимумов, на положение которых влияют акустические характеристики динамика, пристыкованного к одному из концов трубы.
4. Простота установки и наглядность получаемых зависимостей позволяют заключить, что результаты работы могут быть использованы в демонстрационном эксперименте на занятиях по физике, а также при составлении лабораторных заданий и выборе тематики проектной деятельности для учащихся.

Литература:

1. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф «Справочник по физике» Москва 1968г.
2. Хоменко С.В., Поваляев О.А., Ханнанов Н.К., «Исследуем звук», Физика. Первое сентября. 2013. №9. С. 19-22.
3. Безъязыков Ю. «Различные методики определения скорости звука» XV Школьные Харитоновские чтения, Саров 2015, стр.35-36.
4. Хайкин С. Э. Физические основы механики. Издание второе, исправленное и дополненное. Учебное пособие. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1971.
5. Коростелев И. «Отражение звука от открытого конца трубы» XV Школьные Харитоновские чтения, Саров 2015, стр.47-48.

Целью данной работы является популяризация альтернативной энергетики на примере модели флюгерного оконного генератора по вырабатыванию электрического тока. 

Авторы:   ученики 11 «В» класса

ОГАОУ «Белгородский инженерный юношеский лицей-интернат»
Лихошерстова Анастасия Александровна и Бондаренко Игорь Сергеевич

Руководитель: учитель географии

ОГАОУ «Белгородский инженерный юношеский лицей-интернат» Соболевская

Маргарита Владимировна.

Цель: спроектировать экопоселок на территории Белгородской области.

Задачи:

1. Изучить литературу по теме исследования;
2. Провести анализ карт Белгородской области (для определения размещения поселка);
3. Определить размещение будущих  предприятий;
4. Вычислить численность населения для будущего поселка;
5. Изучить альтернативные источники энергии, которые могут быть использованы в поселке;
6. Изучить устройства экодома и его строительства.
   
   Актуальность: В настоящее время перед людьми стоит задача по рациональному получению и использованию ресурсов.
   
   Вывод:  В результате исследования  доказано, что экопосёлок- это реальная возможность для использования экологически-чистых материалов, размещения экологического и экономически выгодного производства, так необходимого нашей Белгородской области.
   
   
   

Тезисы к исследовательской работе “Создание нового аккумулятора и источника энергии для электротранспорта”

Выполнил: Проценко Антон Сергеевич, ученик 11"А" класса

Научный руководитель: Кочнева Лариса Сергеевна, преподаватель физики

г. Пермь, МБОУ "Гимназия №17"

Главными задачами исследования являются:

1. Поиск альтернативного источника энергии для электротранспорта вместо производимых в наши дни химических аккумуляторов и топливных элементов
2. Составление двумерной модели источника энергии в разрезе с указанием основных элементов
3. Составление программы для вычисления количества энергии, запасаемой в новом источнике энергии

Цель: сделать новый источник энергии:

1. Дешёвым в производстве
2. Безопасным при эксплуатации
3. Энергоёмким
4. Эффективным
5. Быстро заряжаемым
6. Минимального объема и массы

Краткое описание устройства:

Представленная компоновка энергоносителя – это обратимая машина «мотор-генератор» с массивным ротором шарообразной формы, который выступает в роли аккумулятора и источника энергии. Все компоненты и устройство можно увидеть в приложенном изображении (маховичный накопитель в разрезе).

Кожух изделия должен быть помещен в кардановый подвес, но для двух плоскостей.

Материалы ротора: графеновая бумага и нитинол.

Новая компоновка супермаховика не предусматривает использования дорогих редкоземельных постоянных магнитов для аккумуляции и отдачи энергии. Постоянные магниты удерживают ротор в воздухе, графитовые втулки и активные магнитные подшипники удерживают ось утройства в вертикальном положении.

Внешняя обмотка статора может раскручивать маховик или наоборот забирать энергию маховика.

Актуальность исследования:

В настоящее время автомобильные транспортные средства, работающие на ископаемом топливе, являются неэффективными с точки зрения энергопотребления, экологически грязными. Обслуживание двигателей внутреннего сгорания очень дорогое. Электромобили лишены данных недостатков, но у них свои минусы, которые препятствуют их глобальному распространению. В числе этих минусов – дороговизна, малый запас хода, отсутствие инфраструктуры и очень медленная скорость зарядки аккумуляторных батарей.

Значимость и новизна исследования:

Практическая значимость заключается в совершенствовании компоновки супермаховика. Новая компоновка является уникальной. Благодаря шарообразной форме, применению нового материала для изготовления ротора, отказу от дорогих и хрупких постоянных высокоэнергетических магнитов появилась возможность производить экономически рентабельные электромобили.

Научная новизна исследования заключается в:

1. Детальном изучении литературы на тему различных накопителей энергии
2. Выборе подходящего устройства для дальнейшего исследования и рационализации
3. Совершенствовании устройства для применения на транспорте
4. Выборе материалов для ротора, поиске их уникальных свойств
5. Математическом расчете энергоемкости новой компоновки супермаховика на основании общедоступных формул
6. Построении детального чертежа новой компоновки супермаховика с указанием основных механизмов, но без указания точных размеров, на основании изученной литературы

Итоги исследования:

На протяжении исследовательской работы была разработана новая компоновка маховичного накопителя специально для использования на транспорте. Новая компоновка супермаховика поможет распространить децентрализованный электротранспорт по всей планете. Транспорт, использующий электродвигатели, очень эффективен в энергопотреблении. Электромобили помогут отказаться от ископаемого топлива, выбросы двуокиси углерода от которого, по мнению ученых, являются виновниками глобального потепления и изменения климата.

У новой компоновки супермаховика есть огромные плюсы перед электрохимическими аккумуляторами:

1. Быстрота зарядки (менее 1 минуты)
2. Отсутствие циклов заряд-разряда
3. Меньшая масса (2 шара по 0.5 метра в диаметре вместе около 200-220 кг против почти 500 кг у батареи на Tesla ModelS)
4. Прогнозируемая дешевизна при производстве
5. Безопасность

Список использованной литературы:

1. Гулиа Н. Н. Удивительная механика, - НЦ ЭНАС 2006.
2. Элементарный учебник физики: Учеб. Пособие. В 3т. / Под ред. Г.С. Ладсберга: Т. 2. Электричество и магнетизм.-11е изд. М.:Наука. Физматлит, 1995.-480с

Исследование эффекта Губера

Васильева Анастасия Игоревна               

МАОУ «Лицей №3», 428009, г. Чебоксары, ул. 139 Стрелковой дивизии, дом 12

Тел. (8352) 41-81-07; E-mail: liceum3@chebnet.com

Научный руководитель: Клинк Надежда Юрьевна, учитель физики МАОУ «Лицей №3» г.Чебоксары

Цель: Попытаться подтвердить  объяснение природы происхождения эффекта Губера с помощью экспериментов.

Задачи:

1. Изучить информацию об эффекте Губера.
2. Обосновать разные теории происхождения эффекта Губера
3. Провести экспериментальные исследования.
4. Исследовать эффект Губера на упрощенной модели двигателя Мильроя с шариковыми подшиниками;
5. Исследовать эффект Губера на модели рельс.

Гипотеза: Происхождение эффекта Губера объясняется электродинамической природой,  основанной на  взаимодействии токов с магнитным полем, создаваемым токами в других участках цепи.

Объект исследования: двигатель Мильроя, рельсы с колесной парой

Предмет исследования: Эффект Губера.

Методы исследования:

1. Анализ и обработка информации.
2. Консультации с научным руководителем.
3. Создание экспериментальной установки, отработка методики измерений.
4. Теоретические расчеты.
5. Экспериментальные исследования.

 Эффект Губера – эффект возникновения небольшой силы (силы Губера), создающей вращающий момент в паре железнодорожных колес, соединенных стальной осью, при наличии в рельсах тока. Сила возникает только, когда колеса катятся по рельсам, и всегда направлена в сторону их движения. Она не зависит ни от места подключения источника к рельсам, ни от того, постоянный или переменный ток подводится к колесам. С повышением скорости движения колес сила заметно уменьшается, а с увеличением силы тока  – растет.

В проекте представлен обзор информации о природе происхождения эффекта Губера. Путем анализа (таблица 1 приложения 1) наличия признаков силы Губера в каждой версии природы происхождения эффекта Губера, подтверждена моя гипотеза (эффект Губера имеет электродинамическую природу происхождения и обусловлен взаимодействием токов с магнитным полем, создаваемым токами в других участках цепи).

Экспериментальные исследования силы Губера проводились на модели двигателя Мильроя (рисунок 1 приложения 1) и на модели рельс (рисунок 2 приложения 1). Проводилась серия экспериментов с отличающимися по массо-габаритным показателям и качеству материала элементами.

В результате зафиксировано следующее:

• эффект Губера удобно визуально наблюдать на модели двигателя Мильроя, после его первоначального толчка (для преодоления силы трения скольжения);
• с увеличением силы тока визуально наблюдается первоначальное ускорение вращения и последующая стабилизация скорости;
• сила Губера при определенном токе может преодолеть трение скольжения без приложения внешней силы (толчок).

Область экспериментов ограничивали отсутствие источника тока (килоамперы) и наблюдавшиеся побочные эффекты:

• происходит быстрый нагрев всей системы;
• наблюдается видимый дуговой разряд (искрение) в зоне контакта и, как следствие, усиливается «привариваемость», ведущая к окаливанию контактных поверхностей;
• с увеличением силы тока дуговой разряд (искрение) усиливается и, как следствие, усиливается «привариваемость»;
• материал подшипников, трубки и рельс и их массо-габаритные размеры влияют на результаты эксперимента.

 Итоги исследования:

1. Результаты проведенных экспериментов подтверждают наличие эффекта Губера.
2. Практически доказана электродинамическая природа происхождения эффекта Губера.
3. Выявлено, что искрение является отрицательным побочным эффектом, а не причиной движения колесной пары в эффекте Губера.

 Актуальность исследования:  Поиск разгадок непонятных явлений в мире физической реальности - понимание природы происхождения эффекта Губера.

Значимость и новизна исследования: Эффект Губера мало изучен, т.к. не имеет широкого применения в науке и технике. Однако эффект Губера вполне может проявляться в генераторах и летающих дисках, представляющих из себя конструкции из нескольких колец или цилиндров, между которыми помещены ряды намагниченных роликов (двигатель Сёрла или летающий диск). В двигателе Сёрла эффект Губера обеспечивает самопроизвольное ускорение вращения дисков, когда внешний привод после предварительной раскрутки отключается.  Кроме того необходимо учитывать силу Губера при использовании больших токов (килоамперы) в системах железнодорожных токовых рельсовых цепей.

Новизна исследования – выявление силы Губера экспериментальным путем,  расширение знаний о появлении вращающего момента за счет эффекта Губера.

Приложение 1

Сводные данные о природе происхождения эффекта Губера приведены в таблице 1.

Таблица 1

Экспериментальные исследования

1. Экспериментальные исследования на модели двигателя Мильроя (рисунок 1) проводились на четырех «двигателях», отличающихся массо-габаритными показателями и количеством шариков в подшипниках.

Рисунок 1

1. Экспериментальные исследования на модели рельс (рисунок 2) проводились с использованием четырех трубок из разного материала, имеющих разные массо-габаритные показатели.

а) движение по прямым рельсам               б) скатывание с горки                         в) скатывание по дуге рельс

Рисунок 2 – Эксперименты на модели рельс

Список использованной литературы

1. Белашов А. Н. Объяснение принципа работы двигателя Косырева-Мильроя по новым законам электрических и электротехнических явлений основанных на константе обратной скорости света. М.: Журнал научных и прикладных исследований, 2015, № 4 – С. 87- 96
2. Белашов А. Н. Объяснение происхождения эффекта Губера по новым законам электрических и электротехнических явлений основанных на константе обратной скорости света. М.: Журнал научных и прикладных исследований, 2015, № 4 – С. 78- 87
3. Григорьев В.И., Мякишев Г.Я. Силы в природе. М.: Наука, 1988 - С. 20-22.
4. Демин П. Эффект Губера и летающие тарелки. М.: Наука и жизнь, 1991, № 7 – С. 21-23.
5. Кузьмин В.В., Шпатенко В.С. О природе появления вращающего момента в двигателе Косырева-Мильроя. Киев: Вестник КДУ, 2008. - в. 3, ч. 1. С. 119-123
6. Поливанов К.М., Нетушил А.В., Татаринова Н.В. Электромеханический эффект Губера. М.: Электричество, 1973, № 8 – С. 72-76.
7. Сильвестров А.Н., Зименков Д.К. О природе момента в двигателе Косырева-Мильроя. Киев: Вестник КДУ, 2010. - в. 4, ч. 3. С. 74-76
8. Сильвестров А.Н., Зименков Д.К. О природе эффекта Губера. Киев: Вестник КДУ, 2010. - в. 4, ч. 2. С. 95-97
9. Синельникоков Н.Н. Об эффекте Губера. М.: Журнал технической физики, т. 63, в. 11, 1993 – С. 12-16
10. Универсальная электрическая машина Белашова. Патент Российской Федерации № 2175807 от 05.06. 2000 г. – С. 5-12.
11. Хмельник С.И. Объяснение эффекта Губера. М.: Физика и астрономия, 2014, в. 29 – С. 176-179
12. Белашов А.Н. Объявнение принципа работы двигателя Косырева-Мильроя. URL: http://www.belashov.info/MILEROY (дата обращения 20.09.2015)

Исследование фрикционного взаимодействия плоских многослойных тел на модели

Васильева Анастасия Игоревна               

МАОУ «Лицей №3», 428009, г. Чебоксары, ул. 139 Стрелковой дивизии, дом 12

Тел. (8352) 41-81-07; E-mail: liceum3@chebnet.com

Научный руководитель: Клинк Надежда Юрьевна, учитель физики МАОУ «Лицей №3» г.Чебоксары

Цель: Выяснить, от каких параметров зависит сила трения при разъединении плоских многослойных тел.

Объект исследования: Модель плоского многослойного  тела, состоящая из  сцепленных бумажных страниц.

Предмет исследования: Возникающая при воздействии  на модель сила трения.

Задачи:

Изучить информацию о силе трения и провести экспериментальные исследования.

• Изучить, какие силы действуют при разделении двух сцепленных листами книг;
• Исследовать зависимость прилагаемых усилий от качества поверхностей листов (гладкие, шероховатые, тонкие, толстые);
• Исследовать зависимость прилагаемых усилий от глубины сцепления книг;
• Исследовать зависимость прилагаемых усилий от количества листов в книгах.

Методы исследования:

1. Анализ и обработка информации.
2. Консультации с научным руководителем.
3. Создание экспериментальной установки, отработка методики измерений и компьютерной обработки данных.
4. Теоретический расчет модели.
5. Построение и анализ графиков.

 В работе представлены теоретические сведения, расчеты и экспериментальные исследования зависимости   силы трения при разъединении плоских многослойных тел от различных  параметров на модели, представляющей собой  сцепленные  бумажные страницы.

Сделан подробный теоретический расчет для конкретной модели, что представляет собой отдельную задачу. Основные расчетные формулы и рисунки приведены в приложении 1.

 После проведенных теоретических расчетов для двух сцепленных книг из формулы (1) видно, что суммарная сила трения всей конструкции зависит:

• от коэффициентов трения листа о лист (${\mu }_1$) и листа о стол (${\mu }_2$);
• от площади части листов, участвующих в сцеплении (S_л1.1);
• от площади части листов книги 2, находящихся на столе (S_л1.2);
• от количества листов, участвующих в сцеплении (n);
• от количества листов в книгах (k, l).

В ходе выполнения работы  были использованы различные  экспериментальные методики: от самых простейших  прямых измерений с помощью динамометра и грузов,  до высокотехнологичных, а именно с использованием датчика силы и компьютерной программы «МультиЛаб», позволяющей проводить до 10 000  замеров в секунду.

Итоги исследования: Результаты проведенных экспериментов подтверждают предположения теоретических расчетов:

• чем больше листов участвуют в сцеплении, тем больше усилий требуется для их разъединения;
• чем больше площади частей листов, участвующих в сцеплении, тем больше усилий требуется для разъединения книг;
• чем больше шероховатость листов, тем больше усилий требуется для разъединения книг.

Сравнение экспериментальных данных и теоретических расчетов

 В результате оказалось, что  полученные с помощью компьютера значения примерно вдвое отличаются от расчетных. Это подтверждает предположение  о том, что необходимо учитывать адгезию и штрибек-эффект при тестировании реальных конструкций из многослойных элементов. Значения, полученные при измерении динамометром, отличаются от теоретических всего на 13-14 %, что можно считать – в пределах статистической погрешности. Различие   данных, полученных  разными методами, возможно, объясняется инерционностью  традиционных методов измерения силы.

Актуальность исследования:  Исследование процессов статического трения при разъединении плоских многослойных тел  является одной из составляющих в определении запаса прочности к разрывам и трещинообразованию  в многослойных конструкциях, повышения их ресурса при экстремальных условиях эксплуатации. Поэтому  любые работы в этом направлении являются актуальными.

 Значимость и новизна исследования: Улучшенная адгезия необходима в областях применения, связанных с производством многослойных конструкций, изготовленных из нескольких частей, например, проводов и кабелей (оболочки для коаксиальных кабелей, многополюсные кабели, кабели из оптического волокна), многослойных печатных плат, многослойных пленочных материалов, упаковки, фанеры, картона и прочего. Поэтому необходимо понимание явлений, происходящих в самом начале процесса скольжения одного тела по другому. Новизна исследования - выявление зависимости   силы трения при разъединении плоских многослойных тел от различных  параметров на модели, представляющей собой  сцепленные  бумажные страницы.

Приложение 1

Теоретические расчеты

Рассмотрим случай сцепления двух книг на горизонтальной плоскости. Нижняя книга 1 за переплет жестко прикреплена к столу (рисунок 1). Условно считаем, что листы книг и обложки являются абсолютно гибкими телами и под влиянием приложенных к ним сил легко деформируются, силой упругости пренебрегаем.

1 – лист 1                                                     4 – стол

2 – лист 2                                                     5 – крепежный механизм

3 – устройство измерительное

Рисунок 1

 На рисунке 2 показано соединение книг:

Рисунок 2

Будем считать, что:

• книги 1 и 2 одинаковые (массы и площади листов равны);
• в каждой книге одинаковое количество листов;
• площади и массы частей листов, участвующие в сцеплении, равны;
• площади и массы частей листов, не участвующие в сцеплении, равны.

Тогда:

k=l

S_л1= S_л2

S_л1.1= S_л2.1= S_л3.1=…= S_лn.1=…=S_лk

S_л1.2= S_л2.2= S_л3.2= …= S_лn.2

m_л1= m_л2

m_л1.1= m_л2.1= m_л3.1= …= m_лn.1=…= m_лk.1

m_л1.2= m_л2.2= m_л3.2= …= m_лn.2=…= m_лk.2

Суммарная сила трения в части сцепленных листов: 

Сила трения о стол:

Расчетная суммарная сила трения всей конструкции:

,     (1)

где g – ускорение свободного падения (≈9,8 м/с²)

m₁ – коэффициент трения листа о лист

m₂ – коэффициент трения листа о стол

k – количество листов в книге 1

l – количество листов в книге 2

n – количество листов, участвующих в сцеплении

m_л1 – масса листа 1

S_л1.1 – площадь части листов, участвующих в сцеплении

S_л1.2 – площадь части листов книги 2, находящихся на столе

Список использованной литературы

1. “Физика 9 класс” В.В.Белаг, “Физика 9 класс” Б.Б.Буховцев
2. “Физика механика 10 класс”Г.Я.Мякишев.
3. “Физика в примерах задач” У.И.Бутиков.
4. Информация о силе трения: http://ru.wikipedia.org/Трение, http://www.edu.yar.ru/russian/ projects/socnav/prep/phis001/dyn/dynhtml, http://www.abitura.com/abstracts/trenie1.html.
5. www. abitura.com, статья А.А. Первозванского «Трение - сила знакомая, но таинственная»
6. http://www.teoretmeh.ru/statika3.htm 3 / 16, Лекции по статике 29.09.2014
7. Информация о адгезии: http://ru.wikipedia.org/Адгезия, http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/27/Адгезия, http://www.penta-91.ru/adhesion.htm, http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1167181

Исследование характеристик электромагнитного поля при беспроводной передаче энергии на основе собранной модели катушки Тесла

Секция общей и прикладной физики, энергетических и высоких технологий, экспериментальной физики

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №5 с углубленным изучением отдельных предметов, г.Солнечногорск

141506, Московская область, г. Солнечногорск, ул. Дзержинского, д. 5

тел.: (4962)64-47-98; e-mail: sunschool.5@mail.ru

Трапезников Лев Александрович

Класс:11

141503, Московская обл., г. Солнечногорск, ул. Красная, д.103/2, кв.31      тел.: (916)435-92-46; E-mail: trapeznikov-leva@mail.ru

Научный руководитель: Грудинина Виктория Витальевна, учитель физики МБОУ СОШ №5 с УИОП

Цель работы: пользуясь знаниями, из курса физики и других источников, собрать действующую модель катушки Теслы для беспроводной передачи энергии и экспериментально исследовать величину электромагнитного поля.

Задачи: для достижения поставленной цели необходимо изучить физическую природу электромагнитного поля, методы беспроводной передачи энергии; познакомиться с разными видами моделей катушки Теслы, провести эксперименты и измерить напряжение на цоколе ламп разного типа и с разными техническими характеристиками, а также максимальное расстояние для свечения, и расстояние, при котором свечение максимально яркое.

В своей работе я собрал и проанализировал данные из различных источников информации, рассмотрел несколько основных видов беспроводной передачи электроэнергии. Затем я решил подробнее изучить способ беспроводной передачи энергии посредством электромагнитной индукции. Я изучил конструкцию и принцип работы катушки Теслы, затем создал прототип данной катушки. Разработав схему, я произвел намотку катушки и спаял плату, собрал охлаждающую систем, чтобы избежать перегрева транзистора. На собранной установке я провел эксперименты с образцами различных люминесцентных ламп, измерив напряжение на цоколе, максимальное расстояние лампы от катушки для устойчивого свечения и минимальное расстояние для наиболее яркого свечения. Результаты экспериментов перенес в таблицу, а затем рассчитал индуктивность первичного и вторичного контуров, количество витков вторичного контура и напряженность электромагнитного поля.

Полученные данные: рассчитаны параметры модели: количество витков вторичного контура, индуктивность вторичного и первичного контуров; магнитное поле собранной установки способно запитать лампочки.

Основные выводы: изучил физическую природу электромагнитного поля, методы беспроводной передачи энергии, исследовал различные виды моделей катушки Тесла, сравнил их технические характеристики, провел несколько экспериментов и измерил напряжение на цоколе ламп разного типа и с разными техническими характеристиками, а также максимальное расстояние для свечения, и расстояние, при котором свечение максимально яркое, провел расчеты, высчитал некоторые параметры катушки Теслы, наметил план дальнейшей работы над проблемой беспроводной передачи энергии.

Актуальность проблемы: в современном мире одной из главных проблем является энергетическая, и к примеру возможность заряжать различные гаджеты одним устройством беспроводным образом не кажется невероятной. Однако несмотря на существование таких технологий данная проблема до сих пор не имеет решения, так как устройства беспроводной передачи электроэнергии еще не нашли достаточно широкого распространения.

Список литературы:

1. Веников В.А., Глазунов А.А., Жуков Л.А., «Электрические системы. Электрические сети», 1998 г;
2. Госэнергоиздат, «Высоковольтное испытательное оборудование и измерения», Москва, 1960 г;
3. Заев Н.Е., Авраменко С.В., Лисин В.Н., «Измерение тока проводимости, возбуждаемого поляризационным током». Журнал русской физической мысли №2, 1991 г;
4. Кириллин В.А., «Энергетика сегодня и завтра», изд. Педагогика, 1983 г;
5. Неклепаева Б.Н., издательство НЦ ЭНАС, «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования». РД 153-34.0-20.527-98, 2000 г;
6. Николсон О., «Секретное глобальное оружие Николы Теслы», «Интересная газета», 2003 г;
7. Семенов В.Г., Липатов Ю.А., Белецкий А.С., Журнал «Энергосовет», «Энергосберегающая и ресурсосберегающая технология передачи электроэнергии на большие расстояния», 2 (15) 2011 г;
8. Трофимова Т.И., Курс физики, Высшая школа, 1985 г.

«Новый способ получения водорода и тепла из алюминийсодержащего сырья и тригенерационная установка на его основе»

Автор: Ерохин Иван Витальевич –Ученик 11Б класса НЧОУ лицея “ИСТЭк

Краснодарский край, город Краснодар.

Научный руководитель: Мажник Анатолий Павлович - преподаватель физики НЧОУ лицея “ИСТЭк”

Представленная работа посвящена теме получения водорода и тепла из алюминийсодержащего сырья.

Цель работы: предложить новый способ получения водорода и тепла из алюминийсодержащего сырья и тригенерационную  установку на его основе.

Актуальность данной работы обусловлена проблемами получения более надежного, долгосрочного и экологически чистого источника топлива.

В рамках достижения данной цели автором были поставлены следующие задачи:

1. Изучить существующие варианты установок для получения водорода.
2. Выявить возможности для их улучшения.
3. Предложить вариант установки для проведения нужной химической реакции.
4. Разработать и изготовить модель установки.
5. Произвести испытание модели установки.

В ходе решения вышеуказанных задач, были использованы следующие методы исследования:

1. Изучение учебной и научной литературы.
2. Проведение патентного поиска.
3. Проведение экспериментов.

Результатом работы явилось:

Впервые предложено использовать теплообменник в качестве катушки индуктивности.

Предложена технология использования газа (водорода) для саморегулировки системы (газ сам себя регулирует).

Впервые предложено использовать импульсные токи, получаемые посредством катушки - теплообменника, для разогрева алюминийсодержащего сырья и за счет поверхностного эффекта нагревать непосредственно саму зону протекания химической реакции.

Впервые использован импульсный генератор для нагрева алюминийсодержащего сырья в предложенной конструкции реактора.

Впервые предложена автономная мобильная установка для получения водорода из алюминийсодержащего сырья.

Экспериментально проверен факт нагрева алюминиевой детали в индукторе импульсного генератора.

Для улучшения процессов регулирования отвода тепла из реактора предложено использовать тепловые трубы.

Для повышения КПД процессов преобразования выделяющейся тепловой энергии в механическую и электрическую энергии предложено использовать абсорбционные холодильные машины.

Результатом работы явилось предложение нового способа и устройства получения водорода из алюминийсодержащего сырья. Готовится заявка на патент РФ на изобретение: «Способ и устройство для получения водорода из алюминийсодержащего сырья».

Список литературы:

1. Богданов В. Н; Рыскин С. Е. «Применение сквозного индукционного нагрева в промышленности»,М.-Л., Издательство «Машиностроение», 1965 г., 96 стр.
2. Герасимов Я. И.; Гейдерих В. А. «Термодинамика растворов», М., Издательство Моск. ун-та,1980 г.,184 стр.
3. Глинка «Общая химия», М., Издательство «Юрайт», 2010 г., 896 стр.
4. Калужский Н. А; Тайц А. Ю. «Отечественная металлургия алюминия - от первых шагов до промышленного производства», М., Издательство «Металлургия», 1991г., 110 стр.
5. Наносов Ю. Хватит коптить небо и наши легкие!//Изобретатель и рационализатор,2012, №2, ст.7.
6. Патент РФ на изобретение №2232710; Челяев В.Ф. ,Глухих И.Н., Щербаков А.Н.: ”Генератор водорода”14.04.2003
7. Патент РФ на изобретение №2253606; Терещук В.С.: “Сплав на основе алюминия для генерирования водорода, способ его получения и газогенератор водорода” 16.02.2004
8. Патент РФ на изобретение №2297386; Соколов Б.А.,Корольков В.И.,Барсуков О.А.,. и другие: «Химический реактор для получения водорода и способы его эксплуатации”18.10.2005
9. Патент РФ на изобретение №2407701; Буров А.Л.,
   Демин В.А., Терещук В.С и другие: “Генератор для производства водорода”27.10.2008
10. Шкроб Ю. Водород в ведре// Изобретатель и рационализатор,2013, №1, ст.11.
11. Шкроб Ю. Водорода шаги саженьи// Изобретатель и рационализатор,2010, №3, ст.13.
12. Шкроб Ю. Отличное топливо из металлолома // Изобретатель и рационализатор,2008, №8, ст.8-9.
13. Кисеев В М Физика теплопередающих систем : учеб. пособие . Екатеринбург . Изд - во Урал. ун - та . 2006 . - 180 с.
14. Елисеев В. Б. Что такое тепловая труба? / В. Б. Елисеев, Д. И. Сергеев. М.: Энергия, 1971. С. 136.
15. Уокер Г. Двигатели Стирлинга: Пер.с англ. – М.:Машиностроение,1985.
16. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга: Пер.с англ. – М.: Мир, 1986.
17. Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы .Изд - во: Астраханский гос. тех. университет. 1997.

Универсальное электростатическое устройство

Автор: Матвеев Даниил Ильич –

Ученик 11Б класса НЧОУ лицея “ИСТЭК” г. Краснодар,

Научный руководитель: Мажник Анатолий Павлович

Преподаватель физики НЧОУ лицея “ИСТЭК” г. Краснодар.

Аннотация

   Представленная работа посвящена теме разработки, изготовления и испытания универсального электростатического устройства, позволяющего измерять высокие электрические напряжения, электрическую мощность и ряд других физических величин таких как: диэлектрическая проницаемость и вязкость жидкости.

   Актуальность данной работы –связана с отсутствием на рынке дешёвых высоковольтных вольтметров ,тем более, универсальных устройств измерительных устройств.

   Цель работы: предложить конструкцию дешёвого универсального измерительного устройства электростатической системы из подручных средств, которые широко представлены на рынке и в том числе используются в быту.

В рамках достижения данной цели автором работы были поставлены следующие задачи:

1. Изучить существующие электростатические измерительные механизмы.
2. Предложить вариант электростатического устройства с более универсальными возможностями.
3. Разработать и изготовить подобное устройство.
4. Произвести испытание электростатического измерительного механизма.
5. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы.

Для выполнения работы были использованы следующие методы исследования:

1. Изучение учебной и научной литературы.
2. Проведение патентного поиска.
3. Экспериментальные исследования.

Выводы:

1. Предложена новая конструкция дешёвого вольтметра электростатической системы из подручных средств с универсальными возможностями.
2. Произведено проектирование и изготовление измерительных приборов двух разных модификаций.
3. Произведены испытания работоспособности предложенных конструкций.
4. Проведены испытания по измерению напряжения электрического тока , как переменного так и постоянного.
5. Проведены испытания по измерению диэлектрической проницаемости ряда жидкостей, таких как : моторное масло и бензин.
6. Проведены испытания измерения вязкости моторного масла.
7. Для возможности измерения физических величин, предложено сделать верхний неподвижный диск съёмным.
8. Для расширения пределов измерения напряжений, предложено использовать конденсатор переменной ёмкости.
9. Измерены величины токов утечки устройства и предприняты меры по их снижению.
10. Готовится заявка на патент РФ на полезную модель « Универсальное электростатическое устройство».

Список литературы:

1. Писаревский Э. А.Электрические измерения и приборы: учебник — М.:Энергия, 1970
2. Шульц Ю.Электроизмерительная техника. 1000 понятий для практиков- М.Энергоатомиздат,1989
3. Терешин Г. М., Пышкина Т. Г.Электрорадиоизмерения: Учебник для радиотехнических специальностей техникумов — М.:Энергия, 1975
4. Общая электротехника с основами электроники: учебник / В. А. Гаврилюк, В. С. Гершунский, А. В. Ковальчук-«Высшая школа» -1980.
5. Измерительные приборы с электростатическими механизмами. Векслер М.С. Л., «Энергия» 1974г.
6. Физика. Электростатика. 10кл. :учеб. для углублённого изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков- М. :Дрофа, 2007.
7. Физика. Электростатика. Конспект лекций / А.Д. Андреев, Л.М. Черных- Санкт-Петербург, 2004.
8. Авторское свидетельство №129746 «Устройство для измерения малых постоянных электрических напряжений»./ Баюнов В.И., Демидов М.И. 1960.
9. Устройство по патенту РФ № 2307361. Электростатический вольтметр.
10. Устройство по патенту РФ № 2403579. Электростатический вольтметр . Приборы для преобразования тока или напряжения в механическое перемещение.
11. Устройство по патенту РФ № 2198409 .Электростатический вольтметр . Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления.
12. Электрические измерения физических величин. Спектор С.А. Год: 1987 . Количество страниц: 161 (в книжном варианте 320)
13. Кечек, Александр Георгиевич. Микроскопическая теория диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей : 01.04.05.- Москва 2006.
14. Электростатика и электродинамика. Смайт В., 1954.

В различных науках о природе есть такие задачи, которые не решены
до сих пор, несмотря на их большую важность для развития самих наук
и для познания окружающего мира. Задача трех тел - одна из
фундаментальных проблем науки. В отличие от задачи двух тел, в общем
случае задача трех тел не имеет решения в виде конечных
аналитических выражений. Известно только 5 точных решений для
специальных начальных скоростей и координат объектов. Однако каждому
специалисту интересны не только конечные решения, достоверность
которых все равно остается под вопросом, но и общая картина
возможного поведения планет. Кроме того, любая планетарная система
состоит более чем из трех тел. Решить данную задачу математическим
методом сегодня не представляется возможным. Однако с помощью
представленной программы можно представить общую картину движения N
тел в их взаимодействии. Сегодня, когда мы можем наблюдать за
звездами, находящимися от нас в миллионах световых лет, мы видим
лишь то, что было миллионы лет назад. Состояние этих объектов и
вообще их наличие в настоящий момент сложно спрогнозировать. На это
и нацелена настоящая программа: визуализировать в ускоренном времени
процесс взаимодействия небесных тел вне зависимости от их
количества.

Таким образом, программа должна визуализировать
трехмерную модель движения трех небесных тел. Пользователь
(астроном, астрофизик) вводит начальные данные: массы тел, их
координаты в трехмерном пространстве и начальные скорости их
движения по орбите (в качестве вектора). После обработки введенных
данных программа визуализирует процесс взаимодействия тел, их
расположение в пространстве относительно друг друга и в ускоренном
режиме конечный результат. Таким образом, цель проекта - решение
задачи трех тел, частной задачи небесной механики, состоящей в
определении относительного движения трех тел (материальных точек),
взаимодействующих по закону тяготения Ньютона (напр., Солнца, Земли
и Луны).

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Лелюхина Кристина Александровна

ДТДиМ, МОБУ Лицей № 5, г. Оренбург

Лелюхин Александр Сергеевич, к.т.н., доцент, ГОУ ОГУ

Планы, связанные с межпланетными перелетами, с предупреждением астероидной опасности, со строительством индустриального пояса вокруг Земли и лунных баз, открыли второе дыхание космонавтики. «И ни одно из возникающих ее направлений не обойдется без этих необычных машин — ракет».

Целью работы являлось изучение принципов реактивного движения и формирование навыков работы с математическими моделями физических процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие   задачи: познакомиться с историей отечественной космонавтики; рассмотреть физические принципы реактивного движения; исследовать с помощью приложения «Открытая физика» влияние массы топлива на конечную скорость ракеты; разработать действующую модель реактивной тележки; найти примеры устройств, пригодных для демонстрации реактивного движения.

Впервые возможность и необходимость использования ракетных двигателей для запуска человека или автоматических устройств в космическое пространство была обоснована Константином Эдуардовичем Циолковским в статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в 1903 г.

Первая советская жидкостная ракета «ГИРД-09» была создана в 1933 г. под руководством Сергея Павловича Королева по проекту М. К. Тихонравова. Двигатель ракеты работал на жидком кислороде и бензине.

Дальнейшая успешная разработка ракетно-космической техники, выполненная под руководством академика С. П. Королева, позволила осуществить в нашей стране: запуск первого в мире искусственного спутника Земли (4 октября 1957г.); полет вокруг Земли первого в мире космонавта Юрия Алексеевича Гагарина (12 апреля 1961 г.); первый в истории космонавтики выход в открытый космос космонавта Алексея Архиповича Леонова (18 марта 1965 г.); запуск межпланетных автоматических станций на Луну, Марс, Венеру.

Реактивное движение основано на принципе отдачи. В ракете при сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно ракеты.

Формула, описывающая движение ракеты, была получена К.Э. Циолковским и носит его имя:$V=U\times \ln \left(\frac{M_0}{M}\right)$ , где $\frac{M_0}{M}$- отношение начальной и конечной масс ракеты.

Из формулы Циолковского следует, что конечная скорость ракеты может превышать относительную скорость истечения газов. Таким образом, ракета может быть разогнана до больших скоростей, необходимых для космических полетов.

Для исследования реактивного движения использовалась программа «Открытая физика». С помощью математической модели были получены данные о максимальной скорости ракеты в зависимости от массы топлива, при условии, что масса ракеты без топлива равна 1 тонне, скорость истечения продуктов горения -3км/с.

Результаты представлены в таблице.

По экспериментальным данным было определено влияние массы топлива на конечную скорость ракеты при заданных скорости истечения продуктов горения и массе ракеты без топлива. Были найдены точки, в которых ракета достигает первой, второй и третьей космических скоростей. Далее методом подбора было определено количество топлива, обеспечивающее достижение заданных скоростей.

Было установлено, что: первая космическая скорость, равная 7,91 км/с, достигается нашей ракетой при массе топлива 13 тонн; вторая космическая скорость, равная 11,19 км/с, достигается при массе топлива 40 тонн; третья космическая скорость, равная 16,67 км/с, при заданных параметрах моделирования не может быть достигнута.

В работах И. Ньютона, относящихся к 1663 году, был найден рисунок тележки, приводимой в движение паровым реактивным двигателем.

Я решила создать реактивную тележку, подобную модели реактивной тележки Ньютона. В нее входят: топливный бак тележки, который изготовлен из яичной скорлупы; роль топлива играет вода, заполняющая топливный бак; сухое горючее обеспечивает кипение воды в топливном баке; пары воды вырываются из сопла на большой скорости и создают реактивную тягу; теплоизолирующая платформа выполнена из алюминиевой фольги и служит для защиты пластиковой платформы от перегрева.

Сначала заполняем яичную скорлупу водой, устанавливаем тележку на ровную горизонтальную поверхность, поджигаем горючее и ждем, пока оно разгорится и закипит вода. В результате кипения образуется водяной пар, давление в баке повышается. Пар, вырываясь из сопла, создает реактивную тягу. Тележка приходит в движение (рис.1).

Рисунок 1 - Тележка на реактивной тяге

В ходе выполнения исследования по выбранной теме были изучены принципы реактивного движения, получены навыки работы с математической моделью «Реактивное движение», имитирующей полет ракеты и достигнуты следующие результаты: показано, что можно гордиться решающим вкладом в теорию и практику космонавтики отечественных ученых, инженеров и конструкторов; установлено, что реактивное движение основано на принципе отдачи; скорость ракеты зависит от отношения начальной и конечной масс и от относительной скорости выбрасываемых газов; экспериментально показана возможность создания реактивной тележки, описанной в работах Ньютона.

Список использованной литературы

1. Алексеева М.Н. Физика – юным. Книга для внеклассного чтения 7 класс. - М: Просвещение, 1980.- 113 с.
2. Великое уравнение механики. Журнал «Квант». – 2003. -№ 5, с. 35.
3. Почему именно ракета? Журнал «Квант»: - 2005. Приложение № 6. С. 142.

Исследование звуковой волны скрипа.

Выполнил:

Фотин Алексей Дмитриевич,

11 класс, МБОУ Лицей №1, г.Пермь,

Научный руководитель:

Герцен Татьяна Анатольевна,

КХН, доц. каф. прикладной физики ПНИПУ.

Цель работы:

Изучение звуковой волны скрипа.

Задачи работы:

Изучить скрип на примере явления «поющий бокал».

Основная часть:

Вокруг нас можно наблюдать множество явлений, каждое из них уникально и требует своего особого подхода, самые наглядные из них это оптические и звуковые явления. Каждый день мы слышим множества звуков, будь то скрип снега под ногами, пение птиц, шум мотора и другие. Самым интересным на наш взгляд звуком является скрип. Это явление давно известно человеку, оно часто встречается в природе, и даже упоминается в художественной литературе.

Нас заинтересовало это явление своей популярностью и загадочностью. Его мы будем исследовать с помощью известного всем явления «поющий бокал».

Бокал издает звук из-за совпадения частоты вынуждающий нелинейной силы трения и внутренней частоты колебаний кристаллической решетки, это явление называют автоколебанием. Так как скорость звука в разных агрегатных состояниях вещества меняется, то при наполнении бокала жидкостью частота итоговая будет уменьшатся (из-за того, что в скорость звука в твердом теле больше чем в жидкости, а в жидкости больше чем в газе).

Все результаты эксперименты были обработаны с помощью программы Adobe Audition CC 2014 и метода Стьюдента.

Актуальность:

В результате исследования можно выявить необходимые условия для предотвращения резонанса, скрипа, что может пригодиться в избавлении от возможных разрушений. Также это исследование может вдохновить творческую личность на создание нового музыкального инструмента или арт-объекта.

Значимость и новизна исследования:

Смысл этого исследования, изучить способы проведения экспериментов, методы обработки и анализа результатов, а самое главное было нахождение интересных свойств скрипа на примере поющего бокала.

Новизна этого исследования в том, что в эксперименте были использованы твердые тела и различные пленки. Явление рассматривалось, как скрип. Было уделено внимание не только изменению частот, но и исчезновению звука, ряби на поверхности воды, и количеству издаваемых частот бокалом.

Итоги:

Звук полностью исчезает, если плотно наклеить пленку из кальки внутри бокала, а также, если внутри будет определенное количество твердых тел (или очень вязких, таких как пластилин).

На поверхности воды образуется мелкая рябь, благодаря тому, что бокал издает не одну конкретную частоту, а около 15 разных с одинаковым интервалом между ними. Более выраженные частоты представлены в таблице результатов. Если рассмотреть пустой бокал, то можно различить частоты от 1000 Гц – 15000Гц с интервалом в 1000 Гц. Этот интервал уменьшается при появлении жидкости в бокале. При наполнении жидкости до 30-10мм воздушного столба  рябь на поверхности приобретает форму «снежинок» , которые перемещаются в сторону действия внешней силы. Эти «снежинки» образуются на волнах, и это объясняется тем, что низкие частоты образуют большие волны на поверхности, а высокие образуют мелкую рябь.

Список источников.

• Мякишев, Г.Я. Физика. Колебания и волны. 11кл.: учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2005. – 287,[1]с.: ил.
• А.П.Пятаков, П.П. Григал. Лаборатория на коленке, Библиотечка КВАНТ №112, стр.5
• https://ru.wikipedia.org/

Секция общей и прикладной физики, энергетических и высоких технологий, экспериментальной физики

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №5 с углубленным изучением отдельных предметов, г.Солнечногорск

141506, Московская область, г. Солнечногорск, ул. Дзержинского, д. 5

тел.: (4962)64-47-98; e-mail: sunschool.5@mail.ru

Разработка детектора космических лучей, регистрация и исследование их свойств на его основе                                                                                                                          

Светлова Елена

Класс: 9

141503, Московская обл., г. Солнечногорск, ул. 2-ая Володарская, д.5, кв.21                   тел.: (916)468-11-97; E-mail: swetlo.swetlana@yandex.ru

Научный руководитель: Грудинина Виктория Витальевна, учитель физики МБОУ СОШ №5 с УИОП

Разработка детектора космических лучей, регистрация и исследование их свойств на его основе

Цель работы: собрать действующую модель детектора космических лучей и с ее помощью провести исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить физическую природу и свойства космических лучей; выяснить, какие методы и приборы существуют  для  их регистрации; разработать схему детектора.

Актуальность исследования: космические лучи еще до конца не изучены, и на сегодняшний день можно сказать, что ни одна из существующих моделей, которые теоретически, математически и численно описывают столкновения космических частиц таких энергий в атмосфере, не согласуется с экспериментальными данными. Это значит, что у нас есть возможность открыть какие-то новые явления, которыепозволят внести радикальные изменения в исследования  взаимодействия частиц.

Согласно исследованиям ученых, длительное воздействие космических лучей негативно отражается на живых организмах. Поэтому изучение их природы и свойств важно для человечества. В настоящее время учеными уделяется большое внимание вопросу поиска надежной защиты от вредного воздействия космического излучения. Особенно это важно для дальнейшей экспансии человека в космос.

Методы и приемы: изучена научная литература по теме исследования, проанализированы методы и приборы, существующие для регистрации космических лучей; на основе авторской схемы детектора мюонов разработана модифицированная схема, адаптированная для российских стандартов электрической сети, собран детектор и проведены эксперименты по регистрации космических лучей.

Полученные данные: с помощью собранного детектора была проведена серия экспериментов по регистрации мюонов. Опыты проводились в летний, осенний и зимний периоды времени в течение двух первых недель августа, октября и декабря. Ежедневно, в одни и те же промежутки времени. Данные обрабатывались и систематизировались.

Проведенные эксперименты по регистрации мюонов позволили сделать следующие выводы: частота регистрации мюонов уменьшается при повышении давления; при ясной погоде мюонов регистрируется больше, чем при пасмурной; при понижении температуры мюонов становится больше. Следовательно, в ночные и утренние часы регистрируется больше мюонов, чем днем.

Основные выводы: изучена физическая природа и свойства космических лучей; проанализированы существующие методы для их регистрации; разработана схема и собрана действующая модель детектора космических лучей и с ее помощью проведены исследования; подтверждена гипотеза исследования о том, что возможно собрать детектор для регистрации космических лучей в школьной лаборатории.

Список литературы:

1. Березинский В.С., Буланов С.В., Гинзбург В.Л. и др. Астрофизика космических

лучей, под ред. В.Л. Гинзбурга, издательство Наука, 1990 год;

1. Гинзбург В. Л., Космические лучи: 75 лет исследований и перспективы на

будущее, издательство Наука, 1988 год;

1. Добротин Н.А. Космические лучи, издательство АН СССР, 1963 год;

1. Дорман В. И., Космические лучи (исторический очерк), издательство Наука, 1981

год;

1. Мурзин С. В., Введение в физику космических лучей, издательство Атомиздат,

Москва 1979 год;

1. Панасюк М. И. Странники Вселенной, или Эхо Большого взрыва, издательство

«Век2», Фрязино 2005 год;

1. Паркер Е., Динамические процессы в межпланетной среде, пер. с англ. издательство Мир, 1963 год;
2. Росси Б., Космические лучи, издательство Атомиздат, 1966 год;
3. Топтыгин И. Н., Космические лучи в межпланетных магнитных полях,

издательство Наука ISBH, 1983 год;

1. Electronic Design - Peter Lay “Simple Geiger Detector used Neon Glow lamp” March

2002;

1. http://elementy.ru/LHC/HEP/study/detecting.

Исследовательский проект: “Применение трансформаторов в электроэнергетике”.

Максимов Альберт Петрович

Республика Татарстан, г. Мамадыш, МБОУ “Личей №2 г. Мамадыш”, 10 класс.

Научный руководитель: Мещанова Роза Фахризяновна.

Цели и задачи:Показать применение трансформатора; Показать схему трансформаторов; Изучить историю создания трансформатора; Изучить типы и виды трансформаторов;Энергопотери в трансформаторах; Защита трансформаторов от повреждений
Описание исследовательской работы: В этой исследовательской работе мы попытались объяснить,что: измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения мало отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. В результате изготовления должен быть достигнут необходимый класс точности: по амплитуде и углу.
Итоги исследования: Мы попытались объяснить, чтотрансформатор служит для преобразования переменного электрического тока одного номинала в другой. Это необходимо для снижения потерь в линиях электропередач.
Существует множество видов трансформаторы, которые являются как общими для разных отраслей, так и специальными. Так трансформаторы используются не только в энергетической промышленности. Даже в строительстве, транспорте, специальных видах промышленного производства и т.д. используются трансформаторы как неотъемлемая часть производства

Список литературы:

1. Элементарный учебник физики под ред. Г.С. Ландсберга. Москва «Наука» 1995 г.Т2.
2. Электротехника и основы промышленной электротехники. Н.Н. Гусев,
Б.Н. Мельцер. «Высшая школа», Минск, 1975.
3. История физики Т2. П.С. Кудрявцев. Москва «Учпедгиз». 1956 г.
4. Учебник по физике для 8 класса. Под ред. А.А. Пинского, В.Г. Разумовского Москва «Просвещение» 2005 г.
5. Основы электротехники. Учебное пособие. М.И. Кузнецов. Москва «Высшая школа», 1970

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ В ИДЕАЛЬНОМ ВЕРТИКАЛЬНОМ КОЛОДЦЕ

2. Иванов Александр Андреевич (Краснодарский Край, г. Сочи)

3. МОУ ДОД ЦТРиГО, МОАУ Гимназия №8; (9 класс)

4. Научный руководитель: Гусева Ольга Викторовна, педагог МОУ ДОД ЦТРиГО г. Сочи; Магдесян Анна Илинична, зам. директора по УР МОАУ Гимназии № 8, г. Сочи

5. Рассматривается построение математической модели движения маленького шарика в вертикальном идеальном колодце. Цель работы - количественные характеристики процесса движения шарика для последующего анализа и формулировки выводов исследования. Задача имеет теоретический интерес. В процессе ее решения устанавливается широкий спектр физических зависимостей, характеризующих движение тела в идеальном колодце.

6. В работе рассматривается построение математической модели задачи о движении маленького шарика в вертикальном колодце. Постановка задачи следующая:

"По гладкому склону, угол которого a, скользит маленький шарик. Склон оканчивается рвом шириной d м. и глубиной H м. Когда расстояние до обрывающегося края стола составляет L м., шарик имеет скорость v0 м/с. Сорвавшись со склона, шарик упруго ударяется о противоположную стенку рва. Сколько раз шарик ударится о стенки, прежде чем окажется на дне рва?. Известно, что размеры шарика много меньше размеров рва".

  Для получения результатов исследования разработана математическая модель физического процесса, результаты исследования предаставлены в табличной и в графической форме. Установле характер зависимости физических величин, характеризующих движения шарика в вертикальном колодце.

7. Актуальность исследования - разработка математических моделей идеализированных физических процессов.

8. Значимость и новизна исследования - построена и исследована математическая модель идеализированного физического процесса.

9. Итоги исследования - получены теоретические результаты, описывающие идеализированный физический процесс, в частности, установлена весьма слабая зависимость числа соударений от начальной скорости движения шарика.

10. Список литературы:

Физика. 10 класс. Базовый уровень. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. М.: 2014.-416 с. 19-е изд. - М.: 2010 - 366 с.

Величайшим научным изобретением человечества является лампа накаливания. В 20 годах ХХ века лампочка стала незаменимым предметом повседневного быта.  Источников света появилось настолько много, что люди задаются вопросом, какой источник выбрать. Ведь у каждого есть свои плюсы и минусы.

Мы  в своей работе сконструировали действующие модели звукового и светового сигнализаторов и модель термостата, исследовали физико-технические характеристики сконструированных автоматов, выделили общие принципы устройства и действия всех автоматов.

XVIII Международная конференция научно-технических работ школьников «Старт в Науку»

Секция общей и прикладной физики, энергетических и высоких технологий, экспериментальной физики

Термоэлектрическая система поддержания микроклимата на основе модуля Пельтье

                                                                                     Автор: Садурский Иван Сергеевич
                                                                                     Московская область,                                                                                                              Г.  Солнечногорск

                                                                                     МБОУ СОШ № 5, 11 класс

                                                                                     Научный руководитель:

                                                                                     Грудинина Виктория Витальевна,                                                                                            к.пед.н., учитель физики и информатике

                                                                                      МБОУ СОШ № 5, г. Солнечногорск     

Цель работы: собрать термоэлектрическую систему для поддержания микроклимата в емкости с жидкостью.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить принцип работы модуля Пельтье; провести комплексный анализ параметров термоэлектрической системы на основе модуля Пельтье, работающей в режиме охлаждения и нагрева; рассчитать параметры и собрать термоэлектрическую систему для поддержания микроклимата; экспериментальным путем проверить систему в действии.

Гипотеза исследования: возможно применение термоэлектрической системы для поддержания микроклимата в емкостях небольшого объема, например, аквариум, система охлаждения двигателя.

Цель работы: собрать действующую модель термоэлектрической системы на основе модуля Пельтье и с ее помощью провести исследования.

Методы и приемы: изучена научная литература по теме исследования; проведен комплексный анализ термоэлектрической системы для поддержания микроклимата на основе модуля Пельтье, работающей в режиме охлаждения и нагрева; рассчитаны параметры и экспериментальным путем проверена термоэлектрическая система в действии.

Полученные данные: с помощью собранной термоэлектрической системы в школьной лаборатории была проведена серия экспериментов по измерению температуры воды; данные обрабатывались и систематизировались; максимальная разность температур - 27⁰С; время проведения эксперимента 60 мин.

Основные выводы: изучена физическая природа и свойства модуля Пельтье; проанализированы возможные области его применения; разработана схема и собрана действующая термоэлектрическая система поддержания микроклимата и с ее помощью проведены эксперименты; подтверждена гипотеза исследования о том, что на основе модуля Пельтье возможно собрать термоэлектрическую систему для поддержания микроклимата в емкостях небольшого объема.

Актуальность проблемы: в современном мире одной из главных проблем является энергетическая, так например, большое количество энергии уходит обогрев. Термоэлектрическая система поддержания микроклимата на основе модуля Пельтье поможет решить эту проблему, экономя энергию и выполняя ту же самую работу.

Вопрос, подлежащий исследованию: рассчитать параметры и собрать термоэлектрическую систему на основе модуля Пельтье для поддержания микроклимата в емкости с жидкостью; провести комплексный анализ параметров термоэлектрической системы; экспериментальным путем проверить работу системы в режиме охлаждения и нагрева.

Гипотеза: возможно применение термоэлектрической системы для поддержания микроклимата в емкостях небольшого объема, например, аквариум, система охлаждения двигателя.

Метод исследования: изучена научная литература по теме исследования, принцип работы модуля Пельтье и области его применения; проведены эксперименты по измерению температуры воды.

На основании проделанной исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

1. Изучен принцип работы модуля Пельтье;
2. Проанализированы возможные области его применения;
3. Проведен комплексный анализ параметров термоэлектрической системы на основе модуля Пельтье;
4. Рассчитаны параметры и собрана термоэлектрическая система поддержания микроклимата на основе модуля Пельтье;
5. Проведены исследования с помощью собранной термоэлектрической системы;

Гипотеза исследования подтвердилась: применение термоэлектрической системы возможно для поддержания микроклимата в емкостях небольшого объема, например, аквариум, система охлаждения двигателя

Библиография: Экологические системы и приборы. Е.А. Оксенгойт, Б.Н. Борисов, В.Ф. Фролов, В.Т. Шипатов.,2007; Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. Киев: Наукова думка., 1979; Вайнер А.Л. Каскадные термоэлектрические источники холода. М.: Советское радио., 1976; Уразаев В.И. Влагозащита печатных узлов. Техносфера., 2006.; Штерн Ю.И. Технология герметизации термоэлектрических модулей // Материалы электронной техники., 2008; .Ашкрофт Н. Н. мермин Н. А. Физика твердого тела том 1., 2003; Медалунг О. Д. Теория твердого тела, Наука, Главная редакция физико-математической литературы., 2006.

Учебное заведение: ГБОУ СОШ №345 им. А.С. Пушкина, г. Москва

тел.: (499)261-83-29; E-mail: 345@edu.mos.ru

Название работы: Ускорение расширения-сжатия Вселенной

Автор работы: Крамарев Никита

Класс:11

тел.: (985)926-67-98; E-mail: kramarev-nikita@mail.ru

Научный руководитель: Львовский Марк Бениаминович, кандидат технических наук, учитель физики в школе №345

Цель исследования: Изучение параметров, влияющих на динамику расширения-сжатия Вселенной, и разработка теории ее эволюции на основе анализа топологии мегамира и известных космологических моделей (Фридмана, пульсирующей Вселенной, ΛCDM-модель).

Актуальность: Теория Большого Взрыва, к сожалению, имеет некоторые противоречия, связанные с законом сохранения энергии и «тепловой смертью» Вселенной. Поэтому в современном мире выросла необходимость создания новой космологической теории, которая описывала бы эволюцию Вселенной согласно астрономическим наблюдениям и фундаментальным законам физики.

Значимость и новизна: В отличии от многих других теорий, которые отдельно объясняют эволюцию темной энергии или барионной материи, здесь рассматривается совокупность всех факторов, влияющих на динамику мегамира. Высказано предположение о влиянии сингулярностей на расширение Вселенной. Также предсказано, что ускоренное расширение со временем сменится сжатием.

Методы решения: Для описания динамики мегамира, автором проводился поиск параметров, влияющих на ускорение сжатия-расширения Вселенной. Было найдено три таких параметра:

1. Энергия вакуума Эйнштейна—Глинера или темная энергия (ТЭ)^[1].
2. Гравитация барионного вещества.
3. Воздействие сингулярностей. Считая, что Вселенная плоская, однородная^[3,4] и обладает всеми свойствами евклидовой геометрии, можно представить расширение мегамира в виде векторного поля внутри растущей сферы (на рис. 1 в "Приложении" оригинальной работы указано сечение), где все вектора пространства направлены из центра (следовательно, центр – фокус, особая точка векторного поля; в реальности физ. смысла не имеет). Но картина меняется при возникновении в шаре дополнительных особых точек, которые искажают векторное поле, направляя каждый вектор в свою сторону (см. рис. 2). В реальности же дополнительными особыми точками являются гравитационные сингулярности – черные дыры.

Таким образом, существует воздействие, препятствующее расширению Вселенной.

Как было показано, на протяжении последних 13 млрд лет Вселенная развивалась под действием ТЭ, гравитации барионного вещества и сингулярностей. Причем, энергия вакуума имеет свойства антигравитации и расширяет Вселенную, а всемирное тяготение и сингулярности сжимают.

В определенный момент времени жизни Вселенной преобладает одна из вышеперечисленных сил, в результате чего мегамир расширяется или сжимается. На графике (см. рис. 7) примерно показано изменение ускорения сжатия-расширения Вселенной с течением времени.

На промежутках времени:

1-2 – «эпоха звезд»; влияние гравитации и черных дыр очень мало, поэтому Вселенная расширяется только под воздействием ТЭ;

2-3 – «эпоха черных дыр», где количество сингулярностей настолько возросло, что мегамир начал сжиматься, и где окрестность точки 3 обозначает «тепловую смерть Вселенной»;

3-1` - стремительное сжатие мегамира под действием гравитации (т.к. расстояние между объектами значительно уменьшилось под действием локальных сингулярностей). Итог – гравитационная сингулярность (точка 1`). Данная концепция согласуется с Теорией Пульсирующей Вселенной (ТПВ).

Анализ полученных результатов: На основании проведенного исследования некоторых космологических моделей, топологии и параметров, влияющих на ускорение Вселенной, были сделаны следующие выводы:

-ТПВ описывает динамику мегамира (рис. 8).

-Ускорение сжатия-расширения зависит от гравитации, воздействия ТЭ и сингулярностей, и на разных этапах ее эволюции (инфляция, эпоха звезд, «тепловая смерть», сжатие) какое-то из воздействий преобладает.

-На данном этапе своей эволюции Вселенная расширяется преимущественно под влиянием ТЭ, т.к. воздействия гравитации и сингулярностей крайне малы.

-«Тепловая смерть» неизбежна, однако она не является финалом эволюции, т.к. после этого мегамир начнет резко сжиматься под воздействием сингулярностей, количество которых к тому времени будет очень большим. Итог – Большой Взрыв.

-Получено уравнение, описывающее ускорение расширения-сжатия Вселенной.

Таким образом, основные цели проектной работы достигнуты; найдена космологическая модель, описывающая сценарий дальнейшей эволюции Вселенной. Однако в рамках данного проекта остались невыясненными вопросы:

-Каковы значения некоторых констант в последнем уравнении?

-Как подсчитать количество всех черных дыр во Вселенной (кандидаты: центры галактик и мощные рентгеновские источники^[5])?

Ответы на эти вопросы помогут точнее описать природу мегамира.

Все подробности см. в оригинальной работе.

Список литературы:

     1.  Темная энергия вблизи нас - http://www.astronet.ru/db/msg/1210535.

     2.  WMAP - https://en.wikipedia.org/wiki/Wilkinson_Microwave_Anisotropy_Probe.

     3.  Подтверждена однородность крупномасштабной структуры Вселенной -

http://www.modcos.com/news.php?id=275.

     4. Почему Вселенную называют плоской? - http://postnauka.ru/faq/43334.

     5.Поиски черных дыр - Успехи физических наук (Том 173, №4).

Далекая сверхновая - http://www.astronet.ru/db/msg/1167183.

Разрыв Вселенной - http://www.astronet.ru/db/msg/1187653.

Может ли наша Вселенная быть конечной и топологически сложной? - http://www.astronet.ru/db/msg/1195719.

Квазары и пульсары - http://www.astrotime.ru/kvazars.html.

Большой взрыв - http://elementy.ru/trefil/big_bang.

Когда родились черные дыры? - http://modcos.com/news.php?id=20.

Черные дыры: физика и астрофизика - http://modcos.com/articles.php?id=130.

Новое предположение о форме Вселенной - http://www.modcos.com/news.php?id=45.

Before the Big Bang - http://www.universetoday.com/8187/before-the-big-bang/?1752006.

Космологические модели; Чёрная дыра; Космологический принцип - https://ru.wikipedia.org/wiki.

Physical Foundation of Cosmology (V. Mukhanov) Cambridge University Press (ISBN-13 978-0-511-13679-5 eBook).

"Устройство аварийного и дополнительного освещения"

Автор: Нагорная Александра Игоревна. Ученица 11"А" класса МБОУ Гиманазии № 11 г. Ельца и Детского оздоровительно-образовательного центра г. Ельца, объединение: радиоконструирования. 

Научные руководители: Австриевских Наталья Михайловна учитель физики МБОУ Гимназии №11 г. Ельца и Поваляев Борис Алексеевич педагог дополнительного образования ДООЦ г. Ельца, объединения: радиоконструирования.

В настоящее время разработано много различных устройств с применением солнечных батарей. Батареи устанавливаются как можно ближе к естественному свету, например на крышах домов и окнах помещений. 

Новизна данной арботы заключается в том, что для солнечных батарей используется не естественный свет, а искуственный, от которого и подзаряжается аккумулятор, что позволяет создать компактное устройство аварийного и дополнительного освещения и более экономно расходовать электроэнергию.

Оригинальность нашей работы была в создании модели по схеме, в интеграции предметов( физики, экологии, электротехники). Создав модель и проводя эксперименты, мы более глубоко изучили техническое содержание темы, более детально изучили некоторые физические явления и решили, что данное устройство можно использовать при проблеме нехватки ресурсов, как альтернативный источник энергии.

Итоги.

Было разработано и изготовлено 2 варианта конструкции устройств.

Первый вариант сделан в корпусе светильника, в котором был только патрон для лампы. Мы установили внутрь аккумулятор, блок солнечных батарей, дополнительный фонарь и печатную плату с радиодеталями. Он предназначен для применения в промышленных и муниципальных помещениях.

Второй вариант разработан и изготовлен с использованием тех же деталей, но к люстре. Он предназначен для частного пользования.

Список литературы.

1. Журнал для старшеклассников и учителей "Потенциал"
2. О. Ф. Кабардин "Физика-8"
3. О. Ф. Кабардин, Ю. И. Дик, В.А. Орлов "Физика-10" под редакцией А.А. Пинского
4. ru.wikipedia.org
5. http://slovari.yandex.ru

Тема работы: "Контроль качества обработки поверхности с помощью сканирующего зондоого микроскопа".

Работу выполняли Гритчин Олег Антонович и Дорж Агата Вячеславовна

ГБОУ Лицей № 1568

Руководитель: Казаков Александр Сергеевич, учитель физики лицея № 1568

Цели работы: научиться  работать со сканирующим зондовым микроскопом, научиться обрабатывать полученное изображение в программе Scan Viewer или её аналогах.

Задачи: Изучить методы работы микроскопа, выяснить, как изменяется рельеф поверхности от степени физического воздействия на образец.

В данной исследовательской работе представлены основы сканирующей зондовой микроскопии, методы исследования материала  и контроля физического воздействия на его поверхность. В теоретической части рассмотрены два метода: атомно-силовой и сканирующий туннельный. Основная идея практической части нашей работы - исследование поверхности предмета до и после физического воздействия, в ней представлен новый способ контроля воздействия на поверхность материала, а также обработка изображений, полученных в результате работы со специальными программами. Обрабатываемая поверхность рассматривалась на сканирующем зондовом микроскопе, работающем по методу АСМ, было обнаружено, что тип воздействия влияет на качественную характеристику поверхности.

Актуальность исследования: в некоторых отраслях современной науки сейчас необходимо знать, без погрешностей поверхность некоторых деталей, их неровности,  точно определять размер до нанометров.

Значимость и новизна: это исследование может послужить хорошим способом измерения размеров деталей, определения точного расстояния, новизна заключается в нечастом использовании подобного микроскопа для изучения.

Итоги исследования: нам удалось выяснить зависимость качественной характеристики обрабатываемой поверхности от степени физического воздействия на нее.

Автор: Лапшин Константин Викторович, 11 класс, МБОУ «Лицей № 129»

Научный руководитель:Тишин Владимир Владимирович, преподаватель общепрофессиональных дисциплин, КГБПОУ «Архитектурно-строительный колледж»

В двигателях внутреннего сгорания подшипники скольжения коленчатого вала работают в режиме гидродинамической смазки, при котором поверхность вкладышей отделена от поверхности шейки слоем масла.В изношенной постели вкладыш теряет натяг и тепловой контакт, что обычно довольно быстро приводит к его задиру и выходу двигателя из строя.

Обзор информации по эксплуатационным показателям пары трения предполагает, что зазор между постелью и вкладышем более 0,02 мм является критическим для работы подшипника.

Предлагается использовать деформацию пьезокерамической пластины в рамках обратного пьезоэффекта для воздействия на сканирующий элемент устройства (зонд) (Рисунок 1).Изменение величины напряжения на электродах пьезокристалла позволит регулировать величину движения зонда для определения зазора между крышкой и вкладышем на двигателе.

Предлагаемый метод определяет цель работы:разработать пьезоэлектрическое устройство для индикации аварийногозазора между постелью крышки и вкладышем подшипника и исследовать его характеристики.

Объект исследования: пьезоэлектрический преобразователь.

Предмет исследования: точность характеристики преобразователя пьезоэлемента в условиях индикации аварийного зазора.

Гипотеза исследования:диапазон работы устройства предполагается не менее 25 мкм, а погрешность пьезопреобразователя датчика не превысит значения в 3,5 мкм.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: для входящих параметров преобразователя определить: среднее квадратичное отклонение и доверительный интервал; эмпирическую плотность вероятности параметров с построением гистограммы; исследовать деформацию пьезоэлемента, построить график и произвести линеаризацию передаточной функции преобразователя с установлением нелинейности и показателей абсолютных погрешностей.

Для проведения экспериментов изготавливаем две конструкции «А» и «Б», на которых выполняем монтаж элементов согласно электрической схемы (Рисунок 2):

Первая конструкция (Датчик «А») включает в себя крышку коренной опоры двигателя ВАЗ-2101, на которой установлен пьезоэлектрический преобразователь, с возможностью воздействовать на рычажную измерительную головку (2МИГ, цена деления шкалы 0,001 мм, ГОСТ 9696-82) (Рисунок 3). Данная схема позволяет пьезоэлементу в режиме деформации при изменении подаваемого на него напряжения перемещать зонд, наблюдая результат движения по шкале рычажной головки. При использовании в условиях контроля зазора на двигателе предусматривается соприкосновение зонда с поверхностью вкладыша и включение светодиода индикации.

Вторая конструкция (Блок управления «Б») выполнена в корпусе 215120140 (мм). Данная схема позволяет преобразовать переменное напряжение 220 В в импульсное, с возможностью регулирования напряжения от 0 до 220 В. Обнуление результатов производится перемещением ручки переменного сопротивления R₂ в положение, при котором напряжение по вольтметру равно 0, и кратковременным переключением  в положение включения альтернативного диода (условие снятия накопленного заряда).

В условиях эксперимента №1 производим 70 измерений, при которых зонд датчика перемещается на 20 мкм. Увеличиваем напряжение от 0 В до значения, при котором стрелка на рычажной головке, перемещаясь, достигает значения 20 мкм. Используем экспериментальный прибор.Рассчитываем одномерную линейную функциюS_вых=a+вS_вх (Рисунок 5).

В результате исследования точности пьезоэлектрического преобразователя установлено: диапазон для входящих параметров определен от 0 до 200 В, для выходящих параметров - от 0 до 34 мкм; погрешности измерения составляют при 10 В – до 2 мкм, с нелинейностью 5%; среднее квадратичное отклонение составляет 0,24 В, доверительный интервал равен 0,48 В. Используя конструкции«А» и «Б», определяем величину деформации пьезоэлемента в условиях изменения напряжения (от 0 до 200 В; от 200 В до 0) (Рисунок 4).

Указанные характеристики являются приемлемыми для индикации аварийного зазора.Датчик аварийного состояния соединения на основе пьезоэлектрического преобразователя позволит производить экспресс-диагностику по обнаружению опасного зазора в подшипниках скольжения двигателей.Это улучшит надёжность транспортных средств.

Список используемой литературы

1. Решетов Д.Н. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. / Д.Н. Решетов А.П. Гусенков, Ю.Н. Дроздов и др. – М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1995. – 864с:ил.
2. Григорьев М.А. Износ и долговечность автомобильных двигателей. /М.А. Григорьев Н.Н. Понамарев – М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1975. – 248с., с ил.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики:Учеб.пособие:Для вузов. В 5-ти т. Т.Ш. Электричество-4-е изд.стереотип.-М.:ФИЗМАТЛИТ;Изд-во МФТИ,2002.-656с.
4. Лабораторный практикум по физическим основам механики, молекулярной физике и термодинамике:учебное пособие/Ю.Б.Кирста, В.Л.Орлов, В.Ф.Задонцев, Т.В.Котырко.-2-е изд.перераб. и доп.-Барнаул:Изд-во АлтГТУ,2008.-59с.

Автор: Григорович Артём Владимирович, 11 класс, МБОУ «Михайловский лицей» Михайловский район Алтайский край

Научный руководитель: Любкин Сергей Владимирович, учитель физики, МБОУ «Михайловский лицей»

 Цель исследования: создать прибор и программу для мониторинга потребления электроэнергии отдельных электроприборов.

Принцип работы системы мониторинга заключается в следующем: микроконтроллер Arduino с помощью датчиков тока и напряжения определяет текущую мощность в ваттах и передает эти данные в компьютер с помощью кабеля USB. При включении нагрузки происходит периодическая передача информации в компьютер, которая регистрируется системой мониторинга. Также данные выводятся на экран прибора.  Прибор собран на схеме Ардуино с датчиками тока и напряжения. Результаты экспериментов:

- Выявлена линейная зависимость между измеренным расходом электроэнергии и увеличением нагрузки, что говорит о достаточной точности измерений.

- Проведено измерение потребления электроэнергии холодильником за 6 часов с одновременным измерением потребления счетчиком.  Потребление по счетчику составило 0,6 кВтч, потребление измеренное прибором 0,58кВтч, что также говорит о достаточной точности измерений с помощью прибора.

- Проведено измерение потребления электроэнергии холодильником с максимальным уровнем охлаждения за 12 часов оно составило 1,25 кВтч (3,13 р.) и с уровнем, уменьшенным на 1 деление – 0,73 кВтч (1,83 р.) разница за сутки составит 2,6 р. Экономия в год - 949 р.

Актуальность. В 2016 году плата за электричество существенно возрастет. Постановление о повсеместном введении "социальной нормы потребления электроэнергии" подписано премьер-министром. Согласно новой схеме, часть потребляемой электроэнергии - в пределах "социальной нормы" - будет оплачиваться по низким тарифам, все остальное - по рыночным ценам. В связи с этим актуальным является мониторинг потребления электроэнергии.

Практическая значимость работы заключается в том, что из показаний электросчетчика потребитель получает информацию о совокупном расходе всех приборов, не зная роли в расходе электроэнергии каждого прибора в отдельности, поэтому мониторинг потребления электроэнергии отдельных электроприборов позволит выявить наиболее приемлемые варианты энергосбережения.

Новизна работы состоит в том, что изготовлено техническое средство измерения  и создано программное обеспечение, позволяющие получать развернутую во времени информацию о потреблении электроэнергии приборами с разными режимами нагрузки.

В результате работы были выполнены следующие задачи:

1. сформулирован принцип работы и определены требования к системе мониторинга;
2. изготовлено техническое средство измерения потребления электроэнергии, на языке «С#» написано программное обеспечение для системы мониторинга;
3. проведенные тестовые оценки показали, что эксплуатационные характеристики прибора соответствуют предъявленным в работе требованиям.

Практическое применение системы мониторинга заключается в разработке рекомендаций по наиболее экономичному режиму работы электроприборов:

1. снятие показаний датчика с электроприборов в течение некоторого промежутка времени;
2. выявление параметров потребления электроэнергии;
3. подбор оптимального режима использования электроприборов

 Список литературы

1. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики. Перспективные направления развития. Изд-во НГТУ — 2001.
2. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989.
3. ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».
4. Котюк А.Ф. Датчики в современных измерениях. Москва. Радио и связь — 2006
5. Политехнический словарь, 1989, с. 523.
6. Туричин А. М., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд., М.—Л., 1966.
7. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова. ТЕХНОСФЕРА. Москва, Техносфера-2005.

Автор: Шумилов Иван Сергеевич, ученик11 класса, МБОУ «Михайловский лицей», Михайловский район, Алтайский край

Научный руководитель: Любкин Сергей Владимирович, учитель физики, МБОУ «Михайловский лицей»

Сельскохозяйственное водоснабжение является одним из процессов, для механизации которого с успехом используется альтернативная энергия ветра. Так как поднятую из колодцев, скважин, рек, прудов и озер воду можно запасать в водонапорных баках, расположенных на некоторой высоте водоемах, наледях, то ветронасосные установки в сельском хозяйстве могут и должны стать в один ряд с насосными установками, работающими от тепловых и электрических двигателей.

Одно из отрицательных свойств энергии ветра — ее непостоянство — становится не столь существенным, ибо уже при водонапорном баке емкостью на 2—3-суточный расход воды в хозяйстве обеспеченность водой составляет 80—90%.

Подъем воды ветродвигателями может производиться с помощью как простейших водоподъемников: нории, спирально-цепочных водоподъемников, так и поршневых и центробежных насосов, а также специальных насосов с гидравлическими, пнев­матическими и электрическими приводами.

Цель: моделирование автономной гибридной ветронасосной установки для повышения эффективности водоснабжения в с.Михайловском с экономической стороны.

Задачи:

1. Проанализировать современные виды электронасосных и ветронасосных установок по подъему воды из скважин.
2. Сформулировать принцип работы и определить основные параметры установки по подъему воды из скважины.
3. Техническое решение установки по подъему воды со скважины.
4. Исследовать электротехнические параметры ветрогенератора.

Были проанализированы современные виды электронасосных и ветронасосных установок по подъёму воды из скважины. Были изучены метеорологические сведения выбранной местности (количество ясных дней с облачностью не менее 75%, средняя скорость ветра по месяцам) и на их основании создана концепция модели ветронасосной установки, которая включает 3 источника энергии: световой, электрической и электрической. Основными параметрами были выбраны: горизонтально-осевой ротор, солнечные панели, одновинтовой электрический насос. Также был создана рабочая модель установки, включающая все перечисленные составляющими,а затем по её аналогии ветроустановка в реальных размерах.

Выводы: Сформулирован принцип работы гибридной установки для подъёма воды и определены необходимые комплектующие из имеющихся в продаже устройств. Изготовлена действующая модель гибридной установки для подъёма воды со средней производительностью. Реализована техническая модель ветроустановки. Исследованы электротехнические параметры ветрогенератора.

Список литературы:

1. Альвен X., Аррениус Г., Эволюция солнечной системы,
2. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д., Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения
3. Кашкаров А.П., Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции
4. Фатеев Е. М., Ветродвигатели и ветроустановки
5. Хайнер Дёрнер, Философия конструирования ветроустановок
6. Цацорина А.В., Бондаренко А.Ю., Ветроустановки малой мощности

Автор: Шумилов Иван Сергеевич, ученик11 класса, МБОУ «Михайловский лицей», Михайловский район, Алтайский край

Научный руководитель: Любкин Сергей Владимирович, учитель физики, МБОУ «Михайловский лицей»

Сельскохозяйственное водоснабжение является одним из процессов, для механизации которого с успехом используется альтернативная энергия ветра. Так как поднятую из колодцев, скважин, рек, прудов и озер воду можно запасать в водонапорных баках, расположенных на некоторой высоте водоемах, наледях, то ветронасосные установки в сельском хозяйстве могут и должны стать в один ряд с насосными установками, работающими от тепловых и электрических двигателей.

Одно из отрицательных свойств энергии ветра — ее непостоянство — становится не столь существенным, ибо уже при водонапорном баке емкостью на 2—3-суточный расход воды в хозяйстве обеспеченность водой составляет 80—90%.

Подъем воды ветродвигателями может производиться с помощью как простейших водоподъемников: нории, спирально-цепочных водоподъемников, так и поршневых и центробежных насосов, а также специальных насосов с гидравлическими, пнев­матическими и электрическими приводами.

Цель: моделирование автономной гибридной ветронасосной установки для повышения эффективности водоснабжения в с.Михайловском с экономической стороны.

Задачи:

1. Проанализировать современные виды электронасосных и ветронасосных установок по подъему воды из скважин.
2. Сформулировать принцип работы и определить основные параметры установки по подъему воды из скважины.
3. Техническое решение установки по подъему воды со скважины.
4. Исследовать электротехнические параметры ветрогенератора.

Были проанализированы современные виды электронасосных и ветронасосных установок по подъёму воды из скважины. Были изучены метеорологические сведения выбранной местности (количество ясных дней с облачностью не менее 75%, средняя скорость ветра по месяцам) и на их основании создана концепция модели ветронасосной установки, которая включает 3 источника энергии: световой, электрической и электрической. Основными параметрами были выбраны: горизонтально-осевой ротор, солнечные панели, одновинтовой электрический насос. Также был создана рабочая модель установки, включающая все перечисленные составляющими,а затем по её аналогии ветроустановка в реальных размерах.

Выводы: Сформулирован принцип работы гибридной установки для подъёма воды и определены необходимые комплектующие из имеющихся в продаже устройств. Изготовлена действующая модель гибридной установки для подъёма воды со средней производительностью. Реализована техническая модель ветроустановки. Исследованы электротехнические параметры ветрогенератора.

Список литературы:

1. Альвен X., Аррениус Г., Эволюция солнечной системы,
2. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д., Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения
3. Кашкаров А.П., Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции
4. Фатеев Е. М., Ветродвигатели и ветроустановки
5. Хайнер Дёрнер, Философия конструирования ветроустановок
6. Цацорина А.В., Бондаренко А.Ю., Ветроустановки малой мощности

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Газизова Эльвина Рустамовна, 17 лет, г. Уфа, ЦМИТ УНИКУМ

Науч. рук.: асп. Галиев А.Ф.,

Науч. конс.: асс. Карамов Д. Д.

 (Башкирский Государственный Педагогический Университет имени Акмуллы)

 Актуальность и значимость: Автоматизация производства- процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам, это  — основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. В результате этого процесса появилась необходимость создания новых наукоемких, экономически выгодных технологий. Одним из направлений развития является органическая электроника. Это стремительно растущая область научных исследований и новых технологий, основанная на тонких полупроводниковых пленках из органических материалов. Интерес представляют некоторые полимерные пленки, в которых  наблюдается переход из диэлектрического в высоко проводящее состояние при внешних воздействиях. Этот эффект может найти широкое применение в различных областях современного производства, например при создании автоматических датчиков температуры. 

И поэтому Целью моего  проекта стала разработка прибора представляющего собой датчик температуры, основанный на свойствах тонких полимерных пленок переходить из диэлектрического в высоко проводящее состояние, в процессе фазового перехода металлического электрода.

Существующий опыт решения данной проблемы не был найден.

Основной задачей проекта является создание чувствительного элемента, представляющий собой тонкопленочную структуру металл/полимер/металл. 

Принцип работы устройства заключается в том, что  полимерная пленка в чувствительном элементе находится в диэлектрическом состоянии. Однако при фазовом переходе (плавлении) одного из электродов , происходит резкое падение сопротивление пленки. В результате чего  пленка переходит в высоко проводимое состояние, что позволяет нам получить новый тип датчиков.  К достоинствам, которых относится  высокая чувствительность, простота в реализации, доступность, высокая воспроизводимость и надежность.

Области применения:

• Неразрушающий контроль
• Пожарная сигнализация
• Термостат
• Выключатель
• Датчик фазового перехода

 Итоги исследования: В ходе данной работы был создан датчик автоматического контроля температуры, достоинства которого позволяют использовать его в различных областях производства.Данный проект является решение одной из актуальных проблем для нашей страны: технической модернизации и импортозамещения новых технологий. Органическая электроника является  перспективным направлением развития технологий, которое в будущем принесет большие выгоды

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Лачинов А.Н., Воробьева Н.В. УФН 2006. Т.176. №.12. С.1249-1266.
   2. Лачинов А. Н., Салихов Р. Б., Бунаков А. А. Механизмы переноса зарядов тонких полимерных пленках // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. - 2005.- Т.-5. – Вып.13.
2. «Эффект дистанционного переключения в системе металл - полимер- металл» И.Р.Набиуллин, А.Н. Лачинов, А.Ф. Пономорев, Журнал технической физики, 2010, том 80, вып. 5

В современном мире особенную остроту приобретает тема 3D печати или иначе аддитивного производства. Аддитивные технологии известны человечеству 30 лет и имеют огромный потенциал, но до сих пор не получили широкого распространения из-за высокой цены оборудования.

Аддитивное производство — это процесс создания физического объекта по цифровой 3D модели за счёт послойного нанесения материала. Фактически, аддитивное производство является полной противоположностью субтрактивного производства, где формирование изделия происходит за счет удаления лишнего материала.

3D принтер — это станок с числовым программным управлением, выполняющий построение изделия с помощью аддитивных технологий. 3D печать может найти применение во многих областях человеческой деятельности, таких, как промышленность, медицина, космонавтика и т. д.

На данный момент рынок 3D печати активно формируется, появляются новые разработки, но основной преградой перед внедрением является высокая цена оборудования. Исходя из этого, была сформулирована цель работы: разработка и коммерческое внедрение доступного персонального 3D принтера с наилучшими характеристиками для используемой технологии печати при этом минимальной себестоимостью. В соответствии с целью были установлены следующие задачи: изучить технологии 3D печати, получить теоретические знания, провести анализ существующего рынка; разработать концепцию изделия; произвести техническую разработку; изготовить опытный образец; составить и произвести комплекс тестирования и испытаний опытного образца; произвести выпуск установочной партии; наладить мелкосерийную сборку.

Первым этапом реализации проекта стало исследование аддитивного производства и рынка 3D печати. Было выяснено, что существует большое множество технологий 3D печати, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки, но в итоге было решено опираться на технологию FDM/FFF (Fused Filament Fabrication). Для этой технологии есть несколько ниш на рынке, мы выбрали нишу персональных 3D принтеров. Исследование показало, что данная ниша рынка находится на стадии зрелости, что делает её поведение более предсказуемым. К тому же это одна из немногих технологий на которые закончились патенты, что даёт возможность свободно вести свою деятельность.

Вторым этапом реализации проекта стало формирование концепции устройства. Сначала были определены задачи и критерии, которым должен соответствовать проект, потом была подобрана элементная база, и задана себестоимость устройства. Были определены расположения и взаимосвязи элементов, после чего была проработана компоновка изделия. Помимо этого были проведены финансовые расчёты и разработан бизнес-план.

Во время осуществления третьего этапа была проведена разработка эскизного проекта в ходе которой была сформирована компоновка изделия и проработаны конструктивные решения.

Четвёртым этапом стала разработка технического проекта. Данный этап реализовывался с использованием параметрического моделирования в САПР КОМПАС 3D. Далее была проведена доводка выбранного Open-Source программного обеспечения для 3Dпринтера. После этого была проведена разработка конструкторской документации на изготовление опытного образца.

Пятым этапом стало изготовление опытного образца. Были закуплены необходимые комплектующие, документация на изготовление корпуса была передана на завод, а многие детали изделия были отпечатаны на аналогичном 3D принтере. После того как всё было закончено, была произведена сборка опытного образца. Далее он тестировался в течение 1-го месяца на разных режимах работы, после чего передавался на некоторое время тестировщикам разного уровня квалификации. Весь полученный опыт был систематизирован, после чего в проект были внесены соответствующие правки.

Далее для отладки технологического процесса была выпущена установочная партия на 5 экземпляров. Это позволило выявить некоторые сложности при изготовлении, для их решения в проект были также внесены соответствующие правки.

В итоге был получен проект устройства с набором оптимальных характеристик, его явным преимуществом является то, что оно проектировалось на базе всего накопленного опыта в данной сфере и в результате не имеет многих отрицательных особенностей присущих аналогам. Если же говорить о коммерческой значимости проекта, то он способен стать значимым конкурентом для существующих производителей, что может привести к снижению цен на рынке 3D печати.

Таким образом, на данный момент удалось выполнить поставленные цели проекта. Разработано устройство для 3D печати, которое имеет заданные характеристики и отвечает поставленным требованиям, помимо этого сейчас ведётся работа по его коммерческому внедрению: произведена реализация первой партии и начато изготовление второй.

Проект изделия в окне САПР Компас 3D

Один из чертежей на изделие

Опытный образец изделия

Образец изделия из опытной партии

 Научно-исследовательский проект "Изучение и визуализация линий напряженности электрического поля, создаваемых различными объектами"

Авторы работы: Учащиеся 11 «А» класса ГБОУ Лицей №1557 Савельев Дмитрий Сергеевич, Швецов Максим Валерьевич

Куратор: Михин Александр Александрович, учитель физики ГБОУ Лицей №1557

Актуальность. Появление визуализированного представления об электрических полях и потенциалах даёт большее понимание некоторых базовых разделов электростатики.

Научная значимость Научная значимость работы состоит в запуске и апробации установки для изучения и визуализации электрических полей, что может быть использовано на уроках физики в старшей школе

Область реального применения. При конструировании электронных ламп, фокусирующих систем, конденсаторов и других приборов часто требуется знать распределение электрического поля в пространстве, заключенном между электродами сложной формы. Непосредственно измерить потенциалы точек электростатического поля, помещая в них зонды, довольно трудно, потому что на зондах индуцируются заряды, что приводит к искажению исследуемого поля. Кроме того, часто интерес представляют поля в электронных приборах малых размеров, где разместить зонды практически невозможно. Метод моделирования электростатического поля в электролитической ванне позволяет решить указанную задачу. Измерения в электролитической ванне проводят с помощью электродов, форма которых воспроизводит объект (т.е. электроды реального прибора) в некотором масштабе, чаще всего увеличенном. Электроды располагают друг относительно друга так же, как они расположены в моделируемом приборе. На них подают потенциалы, равные или пропорциональные потенциалам соответствующих электродов объекта. При этом между электродами образуется электрическое поле, которое в каждой точке пространства отличается от исследуемого одним и тем же масштабным коэффициентом.

Цель работы: Исследование и визуализация электрического поля, создаваемого электродами различной формы методом моделирования полей в электролитической ванне.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• Ознакомиться с методом моделирования полей в электролитической ванне.
• Провести измерения электрических полей, создаваемых электродами различной формы
• Визуализировать картину силовых линий электрического поля и эквипотенциальных поверхностей

Описание метода

 Метод моделирования электростатического поля в электролитической ванне позволяет визуализировать распределение электрических полей. Измерения в электролитической ванне проводят с помощью электродов, на которые подают напряжение. При этом между электродами образуется электрическое поле. Пространство между электродами заполнено слабо проводящей жидкостью.

 Для измерений поля в жидкость вводят зонд – тонкую металлическую проволоку, и измеряют разность потенциалов между зондом и одним из электродов. Помещая зонд в различные точки исследуемого поля, получают распределение потенциалов в этом поле. В случае, если таких зондов будет четыре, и они будут располагаться достаточно близко друг к другу, можно считать поле между ними однородным. Тогда вектор напряженности электрического поля в точке 0 имеет проекции на оси X и Y: 

$E_x=-\frac{\partial \phi }{\partial x}\approx -\frac{∆\phi }{∆x}\overline{)y-const }\approx -\frac{{\phi }_{3-}{\phi }_1}{2a}, E_y=-\frac{\partial \phi }{\partial y}\approx -\frac{∆\phi }{∆y}\overline{)x-const }\approx -\frac{{\phi }_{2-}{\phi }_4}{2b}$

Актуальность.

 Для успешного усвоения материала, требуется проведение наглядных демонстраций и лабораторных работ, которые весьма проблематично сделать в курсе электростатики. Наш проект заключается в запуске установки, которая позволяет наглядно показать картины распределения электрических полей и потенциалов в пространстве, а также картину эквипотенциальных поверхностей. Таким образом, появление визуализированного представления об электрических полях и потенциалах даёт ещё один способ понимания электростатики.

Итоги исследования

В ходе эксперимента были получены следующие результаты

1. Распределение потенциала двух точечных зарядов

 Как мы видим, на графике более тёмным цветом явно выражены две пиковые области. Это то место, где находились подключённые цилиндры. По мере удаления от них, потенциал меняется, что отражено на графике линиями другого цвета.

2. Распределение потенциала клеммы, окружённой кольцеобразным контуром

 Данный график иллюстрирует распределение поля точечного заряда, лежащего в проводящей окружности, также подключённой клеммой.

3. Распределение поля, создаваемого клеммой

По сути, нами измерялось напряжения между противоположными иглами зонда.

При наложении картин распределения полей и распределения потенциала видно, что эксперименты по измерению полей и потенциалов согласуются друг с другом.

Значимость и новизна исследования.

 Полученные визуализации дают ясное представление о распределении напряжённостей и потенциалов и согласуются с теорией, что означает достоверность результатов, получаемых на установке, следовательно, ее можно использовать для демонстраций или проведения фронтальных лабораторных работ по физике в старшей школе.

Список использованной литературы

1. Мякишев Г. Я., Синяков А. З., Слободков Б. А. Физика: Электродинамика. 10-11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики.–3-е изд //М.: Дрофа. – 2001.
2. Савельев И. В. Курс общей физики, том II. Электричество. – Наука, Москва, 1982.
3. Лабораторные работы по курсу общей физики. Электричество и магнетизм. Под редакцией Горбатого И.Н. МИЭТ, Москва, 2003

Тезисы работы "Гидродинамика"

Супрун Павел Алексеевич

МАОУ гимназия №9 г.Королёв

Научный руководитель: Садовникова Валентина Александровна, учитель физики МАОУ гимназии №9.

Цель - ознакомиться с теорией турбулентности и провести экспериментальную проверку некоторых её результатов.

Задачи:

-подобрать и изучить литературу;

-разработать и собрать установку;

-провести опыт и анализ результатов.

Описание работы

 В работе изучался спектр турбулентности в турбулентном следе. Из теории турбулентности ожидалась зависимость вида $v_l~V{\left(\frac{l}{L}\right)}^{\frac{1}{3}}\propto l^{\frac{1}{3}}$, где $L,V$ - внешний масштаб скорости и длины, $v_l,l$ - масштаб скорости и длины в данном вихре (спектр Колмогорова-Обухова).

Для проверки была собрана установка в виде длинной узкой ванночки, внутри которой на нити, перекинутой через блоки, двигалось тело. Во время опыта в ванночку наливалась вода и для визуализации насыпался перец, а под дно подкладывалась миллиметровая бумага. Тело отдёргивалось, создавая турбулентный след, перец двигался вслед за водой. Происходящее снималось на камеру. Далее запись просматривалась по кадрам, поле зрения разбивалось на вихри и по соответственным положениям перчинок вычислялись их скорости. Из скоростей перчинок (как по выборке) составлялись скорости в вихрях ($v_l$), а по разбиению поля зрения устанавливались $l$. На практике зависимость $v_l$ от $l$ имеет вид:

Т.о. мы видим, что ожидаемая линейная зависимость в рамках погрешности удовлетворяется.

Выводы

-проведено ознакомление с проблемой турбулентности и экспериментально проверен закон Колмогорова-Обухова.

Цель работы – экспериментальное подтверждение образования свободных радикалов SiO и разработка метода оптимизации процесса производства оптического волокна для уменьшения содержания в нем свободных радикалов при сохранении и улучшении эксплуатационных характеристик продукта.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Обзор литературных источников, связанных с вопросами повышения эффективности производства оптического волокна и улучшения его характеристик в зависимости от сферы применения;
2. Изучение и анализ традиционной производственной цепи оптического волокна;
3. Формулировка возможных способов уменьшения количества образовывающихся в процессе производства свободных радикалов;
4. Экспериментальное обоснование наличия свободных радикалов в сердцевине оптического волокна;
5. Разработка метода уменьшения количества свободных радикалов с учетом особенностей сырьевых компонентов и требуемых характеристик производимого полуфабриката;

Основной текст тезисов

В ходе выполнения проекта с использованием растрового электронного микроскопа TESCAN MIRA 3 LMU экспериментально подтверждена гипотеза о наличии свободных радикалов в сердцевине оптического волокна.

Предложен метод оптимизации процесса производства оптического волокна на основе кварцевой нити для уменьшения содержания в нем свободных радикалов при сохранении и улучшении эксплуатационных характеристик продукта − внедрение в процесс производства оптического волокна реактива, используемого в методе MOCVD для получения нанопокрытий из двуокиси кремния. Для решения проблемы предлагается в традиционно применяемом методе VAD заменить соединение SiCl₄ на SiO₄C₁₅H₃₄, что приведет к минимизации количества SiO на внутренней поверхности кварцевой трубки. Это происходит за счет того, что Si при реализации данного метода в этом комплексе связан только с кислородом.

Актуальность

В настоящее время для создания телефонных сетей, реализации передачи телекоммуникационного сигнала (интернет, телевидение), создания оптических приборов и устройств используют оптическое волокно. Возможность и эффективность применения оптического волокна в различных сферах обусловлены высокой скоростью передачи сигнала и низким коэффициентом затухания. Главным материалом в составе оптического волокна является кварцевое стекло. Основным недостатком оптического волокна, производимого традиционным способом, является увеличение коэффициента затухания в процессе эксплуатации в течение одного года, что вызвано предположительно образованием свободных радикалов SiO в кварцевом стекле, которые взаимодействуют с атомами водорода.

Научной значимостью проекта является экспериментальное подтверждение образования свободных радикалов SiO и предложение способа уменьшения их количества в составе оптического волокна.

Практическая значимость проекта заключается в адаптации предложенного способа уменьшения количества свободных радикалов к традиционной технологии производства оптического волокна с учетом особенностей сырьевых компонентов и требуемых характеристик производимого полуфабриката; обосновании эффективности предлагаемого способа модернизации.

Вывод

При применении предложенного способа традиционная технология сохраняется без значительных изменений за исключением этапа VAD, в котором предлагается изменить сырьевые материалы и температурный режим.

Минимизация количества свободных радикалов значительно снизит затухание полезного сигнала, а, следовательно, обеспечит высокое качество связи и повысит срок службы волоконно-оптических систем.

Литература

1. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003. 288 с.
2. Волоконные световоды: кейс ЗАО «Оптиковолоконные системы». Проектные задания для стажерских площадок. Корпорация Нанотехнологий Нанограда. − Корпорация ГРАДНАНО, 2015. 98 с.
3. Оптическое волокно. Электронный ресурс: точка доступа http://www.rusfiber.ru/catalogue/optical-fiber.html
4. Технологии производства заготовок (преформ). Электронный ресурс: точка доступа http://www.rusfiber.ru/catalogue/technology.html
5. Электронный ресурс: точка доступа www.newport.com
6. Электронный ресурс: точка доступа http://www.chemnet.com/cas/ru/17906-35-3/Tris%28Tert-Pentoxy%29Silanol.html
7. Дукельский К.В. Разработка специальных типов оптических волокон для нетрадиционных областей использования: авторефер. дис. … канд. наук. / Константин Владимирович Дукельский; Санкт- Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет). Санкт-Петербург, 2003. 24 с.

Научный руководитель: 

Шапошникова Мария Андревна 

Должность и место работы: 

Лицей № 78 имени А.С. Пушкина 

учитель по физике 

высшей квалификационной категории 

Автор работы: 

Моргунова Виктория Дмитриевна 

Место обучения: 

Город  Набережные Челны 

Лицей №78 им. А.С.Пушкина

Класс 8

Введение

  Думаю каждому из вас уютно и тепло в вашем доме или квартире. Но сколько стоит это тепло? И задумывались ли вы над тем, сколько тепла уходит через наши стены, крышу и окна? В последние годы в России резко возросла доля затрат на энергоносители в промышленности и коммунальном хозяйстве. Поэтому проблема энергосбережения стала одной из самых актуальных. Основной путь экономии топливно-энергетических ресурсов - уменьшение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий и сооружений. В нашей полосе погодные условия таковы, что температура около 0 градуса цельсия может держаться до полугода. Примерно с середины октября и по апрель в жилищах становится холодно, поэтому теплоизоляция зданий более, чем актуальна. 

Цель моей работы: доказать, что теплоизоляция зданий и сооружений сохраняет тепло в помещении и уменьшает долю затрат на энергоносители. 

Задачи: 

• найти материла, рассказывающий о применении теплоизоляционных материалов. 
• выяснить основные причины тепла через ограждающие конструкции 
• исследовать преимущества использования теплоизоляции 
• провести эксперимент 
• провести опрос среди учащихся 8 "б" класса

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты данного исследования могут стать основанием для разработки комплексов мероприятий по энергосбережению и привлечения общественности  к решению важных проблем теплосбережения. 

Новизна научно-исследовательской работы заключается в том, что проведенные исследования и опросы призывают решать проблему теплосбережения. Участники опроса внесли свои предложения по сбережению тепла своих квартир и домов. 

Методы и средства: изучение и анализ справочной литературы, информационных Интернет-сайтов, опрос, эксперимент, наблюдение. 

Достоинсвтва применения изоляции из минеральной ваты: 

• прочность изоляции. Минеральная вата прочна как камень, из которого производится
• высокая огнестойкость конструкций, изолируемых негорючими изделия из минеральной ваты
• идеальная тепловая изоляция. Повышает акустический комфорт помещений
• паропроницаемость. Зимой выводит избыток пара наружу, а летом предотвращает перегрев помещений
• во время монтажа точно зполняет изолированное пространство, что предотвращает образование мостиков холода
• гидрофобность, водоотталкивающие свойства. Не впитывает влагу
• устойчивость размера, то есть высокая сопротивляемость механическим воздействиям
• легкость резки и быстрота монтажа

Результаты эксперимента № 1: 

Образцы минваты и стекловаты до начала испытаний

Процесс испытаний 

Результаты жксперимента № 2:Для защиты от воды волокна обрабатываются водооталкивающими составами. Мой следующий эксперимент: мы использовали образец минеральной ваты и воду:

Вывод: состав, которым покрыта каменная вата, исключает проникновение влаги вглубь минеральной ваты и препятствует её дальнейшему разрушению. 

Вывод: 

Комплексные системы наружной теплоизоляции обладают рядом преимуществ: 

• Эффективное энерго- и теплосбережение
• Благоприятный климат в помещениях 
• При строительстве новых зданий позволяет экономить строительные материалы, обеспечивает защиту от коррозии, уменьшается нагрузка на фундамент 
• Одновременное утепление и декоративное оформление фасада

1. За время эксплуатации теплоизоляция экономит энергию в 100 раз больше, чем на нее затрачено
2. Утеплив квартиру, вы снизите расходы
3. Помните! Снизив потери тепла в собственной квартире, вы сделаете вклад в общую экномию энергоресурсов. 

Список используемой литературы: 

1. Материалы из справочника "Научный блог".
2. Энергия будущего, книга 1, Время собирать камни: энергосбережение против расточительности/ Автор-сотавитель: Пицунова О.Н. - Саратов: ЦСЭИ, 2002-84 с.
3. Интернет-сайты. 

Аннотация

Объектом работы является создание параметрической аналого-цифровой установ­ки моделирующей (по нейтронному потоку) взаимодействие активной зоны реактора и управляющих стержней входящих в Систему Управления и Защиты.

В процессе работы проводилось:

Изучение теоретической части (в т.ч. типы реакторов, принципы работы, внутреннее устройство, назначение и состав входящих в них систем, теория и принципы систем управления, следящие системы с обратной связью, ПИД-регулятор, амплитудное и частотное регулирование);
Анализ имеющихся решений;
Выделение основных характеристик для аналогового моделирования;
Проектирование, разработка и изготовление действующей установки в составе:
Регистрационная камера с датчиком освещенности (как аналог ионизаци­онной камеры регистрации потока нейтронов);
Подвижная заслонка (как аналог стержней поглощения) и светодиод (как аналог стержней активации);
Сервомотор с редуктором (как аналог механизма привода стержней)
Программно-аппаратный комплект в составе процессора Atmel_ARM (32bit, 64Kb RAM) и сопроцессора Atmel_AVR (8bit, 512Byte RAM);
Изучение среды программирования NXT-G (LabVIEW);
Написание программ отображения в параллельном потоке и ПИД-регулятора;
Подбор параметров управления.

Создана установка (прибор/контроллер/ПО), которая после запуска выполняет калибровку по окружающему световому потоку, устанавливает текущее положение «0» и «100%», синхронизирует рукоятку управления и положение заслонки, после чего переходит в следящий режим. В этом режиме установка создает динамический баланс между внешним световым потоком, заслонкой и внутренним светодиодом. В результате установка:

Переводит систему в позицию требуемого уровня светового потока;
Держит значение при активном изменении внешнего уровня в широких пределах;
При значительном «провале» или длительном уменьшении внешнего уровня подключает «положительную реактивность» для подогрева реактора;
При критическом рассогласовании (уровень внешнего светового потока меньше заданного оператором уровня мощности) входит в аварийный режим блокировки и в дальнейшем уровень мощности должен быть уменьшен оператором до реального для восстановления синхронизации с рукояткой.

Получение наночастиц золота различных размеров и исследование их физических свойств

Володин Дмитрий Олегович, Володин Павел Олегович, Володин Сергей Олегович

Университетский лицей №1511 предуниверситария НИЯУ МИФИ

Перов Николай Сергеевич, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, проф. кафедры магнетизма, д.ф-м.н. Володина Мария Олеговна, МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет, аспирант кафедры неорганической химии; 

  Цель: Получение наночастиц золота различных размеров и исследование их оптических и магнитных свойств.

  Задачи:

• Поиск химических методов синтеза наночастиц золота различных размеров и формы.
• Синтез коллоидных растворов золота.
• Исследование оптических и магнитных свойств наночастиц.
• Варьирование условий синтеза и исследование зависимости свойств полученных наночастиц от концентраций реагентов.

Сегодня уже достигнут физический предел плотности записи информации с помощью ферромагнитных кластеров из-за их взаимного влияния. Поскольку коллоиды золота обладают суперпарамагнитными свойствами, т.е. наночастица ведет себя как домен, обладающий магнитным моментом, взаимное влияние наночастиц золота меньше, чем у ферромагнитных кластеров, то это может позволить увеличить плотность частиц и, следовательно, информации. Исследование магнитных свойств наночастиц золота поможет оптимизировать размер частиц, при котором они будут обладать большей плотностью с как можно меньшим взаимным влиянием.

Благодаря изучению магнитных свойств наночастиц золота возможно их использование в адресной доставке препаратов в организме посредством магнитного поля.

Также исследование цвета растворов золотых наночастиц позволит определять размер самих золотых наночастиц, что в свою очередь дает возможность создания детектора, способного определять наличие примесей в растворе. Например, в водный раствор какого-либо вещества вносятся малые по размеру наночастицы, которые захватывают примеси и начинают расти. По прохождении определенного времени по цвету раствора определяетсяувеличение размера наночастиц, откуда уже делается вывод о наличии примесей в растворе.

  Результаты:

    Были синтезированы четыре коллоида золота, два одностадийными и два двухстадийными синтезами.

    С помощью спектрофотометра было установлено, что полученные наночастицы золотые.

    С помощью DLS-спектрометра был выяснен размер наночастиц и их концентрация в растворах.

    Благодаря просвечивающей электронной микроскопии была выяснена форма некоторых наночастиц.

    При исследовании на вибрационном магнитометре зависимости магнитного момента  полученных наночастиц от силы магнитного поля, приложенного к ним, установили, что коллоиды золота обладают суперпарамагнитными свойствами, которые зависят от концентрации наночастиц и их размеров. Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что наночастицы золота могут послужить заменой ферромагнитным кластерам в накопителях информации для увеличения плотности записи, поскольку взаимное влияние суперпарамагнитных наночастиц золота меньше, чем у ферромагнитных кластеров.

  Список литературы:

[[1] Turkevich, J., Stevenson, P. C., & Hillier, J. (1953). The formation of colloidal gold. The Journal of Physical Chemistry, 57(7), 670-673.

[2] Streszewski, Bartłomiej, et al. "Gold nanoparticles formation in the aqueous system of gold (III) chloride complex ions and hydrazine sulfate—kinetic studies."Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012): 63-72.

[3] Enhanced wavelength modulation SPR biosensor based on gold nanorods for immunoglobulin detection, авторы: Hua Zhang, Daqian Song, Shang Gao, Hanqi Zhang, Jia Zhang, Ying Sun, опубликовано: 28 июня 2013 года.

[4] Zhang, Hua, et al. "Enhanced wavelength modulation SPR biosensor based on gold nanorods for immunoglobulin detection."Talanta 115 (2013): 857-862.

[5] Lounis, Samir. "Non-collinear magnetism induced by frustration in transition-metal nanostructures deposited on surfaces." Journal of Physics: Condensed Matter26.27 (2014): 273201.

[6] Enders, Axel, R. Skomski, and J. Honolka. "Magnetic surface nanostructures."Journal of Physics: Condensed Matter 22.43 (2010): 433001.

[7] Bennemann, K. "Magnetic nanostructures."Journal of Physics: Condensed Matter 22.24 (2010): 243201.

[8] Nealon, Gareth L., et al. "Magnetism in gold nanoparticles." Nanoscale 4.17 (2012): 5244-5258.

[9] Hori, H., et al. "Anomalous magnetic polarization effect of Pd and Au nano-particles."Physics Letters A 263.4 (1999): 406-410.

[10] Carmeli, I., et al. "Magnetism induced by the organization of self-assembled monolayers." The Journal of chemical physics 118.23 (2003): 10372-10375.

[11] Zhu, Manzhou, et al. "Reversible switching of magnetism in thiolate-protected Au25 superatoms." Journal of the American Chemical Society 131.7 (2009): 2490-2492.

[12] Donnio, Bertrand, et al. "Very slow high-temperature relaxation of the remnant magnetic moment in 2 nm mesomorphic gold nanoparticles." Soft Matter 6.5 (2010): 965-970.

[13] Kowlgi, Krishna NK, et al. "Synthesis of magnetic noble metal (nano) particles."Langmuir 27.12 (2011): 7783-7787

Автор: Цветков Ростислав
Челябинская область, г. Челябинск, Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №11, класс 11
Научный руководитель: Замоздра Сергей Николаевич
Кандидат физико-математических наук, доцент, в должности профессора кафедры теоретической физики ЧелГУ.

Исследование последствий удара метеорита о лёд на воде

Внезапно и непрерывно на Землю падают различные космические тела, но все они в основном разрушаются в атмосфере. Небесные тела, имеющие размеры от одного до нескольких десятков метров, частично сгорают в атмосфере. Остатки этих тел, упавшие на поверхность Земли и образующиеся от них ударные волны могут вызвать существенные разрушения.
Целью нашей работы является предсказывание последствий удара метеорита. Это предсказание может быть выполнено с помощью компьютерного моделирования (преимущество данного метода – возможность широкого выбора параметров) и с помощью экспериментов (ограниченность параметров). Наша цель в этом году – создание компьютерной модели, которая будет наглядно демонстрировать момент падения метеорита в озеро, покрытое льдом.
Основные этапы: 
1)        Изучить основы метеоритики.
2)        Собрать экспериментальную установку для моделирования удара метеорита о водоем, покрытый льдом
3)        Создать компьютерную модель падения метеорита в водоем со льдом
4)        Обработать и проанализировать результаты
В прошлом году мы исследовали удар метеорита о лёд на воде с помощью натурной модели. В этом году мы продолжили эти исследования с помощью компьютерной модели. Метеорит, лёд и вода представлены как системы частиц. Каждая частица взаимодействует со всеми остальными частицами. Уравнения движения частиц решаются численно методом Эйлера для двухмерной модели, и методом Верле для трёхмерной модели. Программа написана на языке Pascal. В программе можно задать такие параметры как плотность среды, количество частиц, их массу и начальную скорость, толщину слоёв и т.д. Для метеорита можно задавать те же параметры, но отдельно от остальных частиц. Для графического представления результатов вычислений используется программа Gnuplot. Так как данные о положении частиц записываются блоками (один блок – это один момент времени), мы получаем последовательность кадров.
Актуальность работы: Созданная компьютерная модель универсальна и может использоваться не только в метеоритике, но и в других областях науки, где необходимо детально рассмотреть поведение материалов или среды под действием внешних сил. В нашей модели можно задавать любые параметры среды и материалов, а также любые условия.
Выводы:
Удалось при помощи компьютерного моделирования детально рассмотреть момент падения метеорита в озеро со льдом. Трехмерная модель оказалась реалистичней, чем двухмерная, несмотря на большее время расчета. Это связано с тем, что в двухмерной модели энергия от метеорита распространяется только в плоскости, а также потому, что в трёхмерной модели используется более продвинутый способ расчета новых координат частиц. Собранные данные позволяют доказать, что лед на воде гасит волну, которая образовалась при ударе метеорита. Сразу после удара волна имеет достаточно энергии, чтобы беспрепятственно ломать лед, однако при удалении от центра полыньи, амплитуда волны угасает, и чем дальше от центра, тем сложнее волне ломать лед. В данном случае лед выступает в роли гасителя удара. Компьютерное моделирование наглядно показало процессы, происходящие в момент падения метеорита в водоем со льдом. В будущих версиях программы планируется увеличить скорость расчетов и реалистичность модели путем добавления более точного расчета давления жидкости.
Литература

1. Астероидно-кометная опасность / под ред. А.Г. Сокольского. СПб.: ИТА РАН, 1996. 224с.
2. Бадюков, Д.Д. Фрагменты Челябинского метеоритного дождя: распределение по массам, размерам и возможная масса максимального фрагмента /Д.Д. Бадюков, А.Е. Дудоров //Геохимия. 2013. № 7. С. 642-646.
3. Бронштейн, В.А. Метеоры, метеориты, метеороиды / В.А. Бронштейн. М., 1987. 173с.
4. Дудоров, А.Е. Частота падения метеоритов / А.Е. Дудоров, О.В. Еретнова // Вестник Челябинского государственного университета. 2014. №1. Физика. Вып. 19. С. 58-67.
5. Катастрофические воздействия космических тел / под ред. В.В. Адушкина, И.В. Немчинова. М.: Академкнига, 2005.310 с.
6. Пустынский, В.В. Следы космических воздействий на Землю, сборник научных статей / под ред. А.Н. Дмитриева. Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение, 1990. 212с.
7. Федынский, В. В. Метеоры / Лекции по астрономии
   Выпуск 4. Государственное издательство технико-теоретической литературы.
   Москва, 1956. 104с.

Исследование колебаний в тонких пластинах

ФИО автора: Крылов Александр Александрович

Образовательное учреждение: МАОУ «Гимназия 13 «Академ»»

Научный руководитель: Крылов Александр Сергеевич, к.ф.-м.н., доцент,

старший научный сотрудник ИФ СО РАН

Цель исследования: Изучить закономерности колебаний тонкой пластины.

Задачи, которые были решены по ходу работы, состояли в следующем:

Изучить литературу и теорию колебаний тонких пластин; Сконструировать и собрать установку; Найти характерные частоты и соответствующие им фигуры; Провести анализ полученных результатов.

Метод исследования: экспериментальное изучение стоячих волн в тонких пластинах, возбуждаемых акустическими колебаниями.

В ходе предварительных экспериментов были исследованы колебания треугольной и круглой пластины, однако случай квадратной пластины показался нам наиболее интересным, поэтому основная часть нашей работы была сфокусирована на изучении колебаний тонкой квадратной пластины.

В работах других авторов для описания взаимосвязи между частотой колебаний и геометрическими параметрами прямоугольной пластины использовалась формула [1]

$f=\frac{c}{2}\sqrt{\left(\frac{m^2}{{L_x}^2}\right)+\left(\frac{n^2}{{L_y}^2}\right)}$        1

Здесь f - частота колебаний, c - скорость распространения волны по пластине, m и n -номера гармоник на смежных сторонах пластины, L_x и L_у длины смежных сторон прямоугольника (для квадратной пластины эти значения равны: L_x = L_у=l.).

Однако, способ возбуждения, описанный в [1], отличается от способа возбуждения в нашем эксперименте. Поэтому мы проверили возможность использования этой формулы для нашего типа эксперимента.

Экспериментальная установка состоит из генератора сигнала, в качестве которого используется звуковая карта компьютера, усилителя низких частот Трембита - 101, низкочастотного динамика 30ГД-2 и закреплённой на нём пластины с мелкодисперсным материалом. Сигнал из генератора проходит через усилитель низкой частоты. После усилителя сигнал подаётся на динамик. На диффузоре динамика жёстко закреплён стержень, к которому крепится пластина. Колебания динамика через стержень передаются на центр пластины и заставляют её колебаться. Управление частотой колебаний динамика производится с помощью программы «генератор звука», написанной в программном пакете LabView [2]. Перед началом эксперимента поверхность пластины равномерно покрывается мелкодисперсным материалом. На динамик подаётся сигнал, частота которого изменяется до возникновения стоячей резонансной волны. В пучностях колебаний частицы не удерживались и перемещались в узлы колебаний. На неподвижных участках скапливаются частички, образуя фигуру. После образования фигуры фиксируется частота и фигура. По форме фигуры определялись m и n. По зависимости частоты от m и n была рассчитана скорость распространения волны по пластине в диапазоне измеренных частот (50 – 3003 Гц), которая оказалась равна 128,5 м/с, что меньше скорости распространения звука в металлах в сотни раз.

Во время эксперимента мы также изучили несколько интересных эффектов. Фигуры переходили из одной в другую не при изменении частоты колебаний, а при изменении амплитуды возбуждающих колебаний. Переключение фигур одной в другую происходило при механическом воздействии на границу пластины. Такие переключения возможны если разность (m-n) или (n-m) нечётное число. Это соответствует повороту фигуры Хладни на 90°. В [3] говорится о зонах колебаний «+» и «-», в которых частицы двигаются в разных направлениях. В ходе экспериментов было обнаружено, что около узлов колебаний частицы не неподвижны, а двигаются вдоль линий в разных направлениях, что подтверждает наличие зон колебаний «+» и «-», о которых упоминается в [3].

Актуальность: Изучение колебаний двумерных объектов имеет огромную важность, так как они встречаются во многих разделах физики и техники. Несмотря на то, что первые исследования по этой тематике были выполнены ещё в XVIII веке [4], построение математической модели колебаний двумерных пластин не завершено до настоящего времени, поэтому экспериментальная проверка теоретических моделей остаётся важной задачей. Международные исследования [1,3,5,6] продолжаются в наше время.

Значимость и новизна исследования: в ходе эксперимента была проверена формула 1 для условий, отличных от условий, описанных в [1] и показано, что данная формула позволяет вычислять частоты возникновения фигур Хладни в тонких квадратных пластинах с известными геометрическими параметрами при этих условиях. Если при частоте, при которой фигура Хладни для пластины должна образовываться, не образуется соответствующая (например, для симметричной пластины не образуется симметричная фигура) фигура, то можно говорить о наличии дефектов в пластине, что может быть использованно в прецизионном производстве в качестве метода, не разрушающего контроля. Также в работе продемонстрирован метод измерения скорости поверхностной волны в тонких пластинах.

Итоги исследования: Выполнена подборка литературных источников. Изучена теория колебаний тонких пластин. Разработана и собрана установка для изучения колебаний тонкой пластины. Найдены 44 различные фигуры при которых возникают стоячие волны в пластине и соответствующие им частоты. Для некоторых найденных фигур определены соответствующие им числа m и n (m ≤ 6, n ≤ 6). Показана возможность использования формулы 1 для вычисления частот возникновения фигур Хладни для тонкой пластины с известными геометрическими параметрами. Определена скорость распространения стоячих волн по используемой пластине в диапазоне измеренных частот. Показана возможность переключения между m и n, если разность (m-n) или (n-m) нечётная. Предложен метод нахождения зон «+» и «-» колебаний.

Литература

1. Daniel R. Aichel The science and applications of acoustics // Springer Science - Business Media - 2006 - 663 с
2. Сайт программы LabView – (http://www.ni.com)
3. Млешко В. В. Папков С. О Изгибные колебания упругих прямоугольных пластин со свободными краями: от Хладни (1809) и Ритца (1909) до наших дней/ В. В. Млешко С. О Папков// Акустичний вестнiк - 2009. -том 12, №4 С. 34 - 51
4. Chladni E. F. F. Entdeckungen über die Theorie des Klanges. Leipzig 1787
5. Henk Jan van Gerner, Martin A. van der Hoef, Deveraj van der Meer and Ko van der Weele // Physical Review E 82, 012301 – 2010
6. Marius Serban Fetea The vibration of flat plates with various boundary conditions // PhD Thesis The Techical University of Cluj-Napoca - 2009 – 15

Анализ причин погрешностей газовых термометров и поиск методов их устранения .

Автор: Комлев Алексей Степанович             

Школа:МБОУ “Лицей№165”                                                                                                                       

Научный руководитель: учитель физики в Лицее№165 , Левин Геннадий Николаевич.

Цели и задачи: Выяснить какие виды термометров существуют. На каких законах основано измерение температуры с помощью газового термометра? В чем состоят преимущества и недостатки газового термометра? От каких факторов зависит погрешность термометра? Найти методы , позволяющие максимально сократить погрешность термометра. Собрать газовый термометр , максимально точно определяющий температуру среды.

Преимущества газовых термометров. Я выбрал газовый термометр объектом своих исследований, так как он обладает минимальной погрешностью, способен измерять широкий диапазон температур. Моя работа основана на выявлении недостатков в распространенном термометре ТГП-100Эк. С помощью замены материалов корпуса с высоким коэффициентом теплового расширения на более низкий я добился снижения значения погрешности измеряемой температуры. Так же я проанализировал свойства газов , разбил диапазон измеряемой температуры на участки и присвоил каждому участку наиболее подходящий по физико-химическим свойствам газ. За счет этого я добился не только снижения погрешности, но и увеличения диапазона измеряемой температуры. Заметив несовершенства в выставлении начального значения температуры у газового термометра при производстве, я разработал метод калибровки газового термометра. Он связан с температурой замерзания и кипения дистиллированной воды. В итоге исследований я собрал газовый термометр и описал метод сборки.

Применение газовых термометров. Актуальность работы. Газовые термометры, предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред в стационарных промышленных установках и управления внешними электрическими цепями от сигнализирующего устройства. Изготовленный по моей методике термометр способен предельно точно измерять температуру. Так же данный газовый термометр способен измерять как очень высокие, так и очень низкие температуры. Из-за этих особенностей, прибор может эксплуатироваться с целью контроля над поддержанием необходимой температуры в среде. Например, термометр можно устанавливать в системах жизнеобеспечения, инкубаторах, космических установках.                                                                                                                           Новизна и значимость исследования. Я считаю, что мои исследования могут привнести некий вклад в науку. В ходе исследований были выявлены первые шаги в снижении значений погрешности газового термометра. Был увеличен диапазон измеряемых температур за счет замены материалов.

Вывод. Исследуя газовые термометры, я изучил свойства газов, принцип работы термометров. Нашел методы снижения значений погрешности, увеличения измеряемого диапазона температур газового термометра. Мне кажется, что моя работа была интересной и познавательной.

Литература. http://www.ngpedia.ru/ http://textarchive.ru/ http://www.chem100.ru/ www.salinc.ru

Тезисы  к работе

«Экспериментальное исследование механизма образования накипи»

Авторы: Указова Анастасия, МБОУ «Лицей №2» г. Чебоксары 11 класс

Погорелова Евгения, МБОУ «Лицей №2» г. Чебоксары 11 класс

Руководитель: Лаврентьев А.Г., учитель физики высшей категории МБОУ «Лицей №2»  г.Чебоксары

Цель работы: экспериментально исследовать механизм образования накипи и методы борьбы с ним.

Задачи:

1. Экспериментально получить накипь на образцах.
2. Выяснить механизм оседания накипи на образцы.
3. Исследовать влияние слоя накипи на теплопередачу.
4. Найти физические методы борьбы с ней.

Новизна исследования:

В данной работе исследуется механизм образования накипи на первоначальном этапе на кластерном уровне. И как влияет первоначальный уровень накипи на ее дальнейший уровень оседания.

     Исследовали оседание накипи на стальную и медную пластину и на поверхность стальной трубки в результате многократного кипячения в водопроводной воде.

 В результате исследования определено, что накипь – это твердые отложения солей жесткости, которые формируются структурами кристаллов карбонатов кальция (СаСО₃).Оседание накипи происходит при повышении температуры, так как при нагревании воды кластерная структура разрушается, и ионы, соединяясь, образуют карбонат кальция СаСО₃, который и осаждается на нагревателях и трубах, создавая основу накипи.

Структуру образующихся кристаллов накипи исследовалось микродиапазоновом масштабе  с помощью сканирующего зондового микроскопа «NanoEducator» в режиме атомно-силовой микроскопии (АСМ). Микроскопы расположены в лаборатории лицея. АСМ исследования механизма образования накипи показали, что  форма кристаллической структуры способствует хорошему сцеплению накипи между собой и поверхностью твердого тела. Степень оседания накипи зависит от шероховатости поверхности. На более неровную поверхность она садится интенсивнее.

АСМ изображения образцов из оцинкованной стали

Подложка

После I этапа

После II этапа

Экспериментально через формулу Фурье определили коэффициент теплопроводности накипи. Накипь имеет очень небольшой коэффициент теплопроводности (2,5 Вт/(к *м)) и наличие слоя накипи даже в 1  мм понижает теплопередачу несколько раз – это одна из вредных сторон накипи.

Существующие различные химические методы борьбы с накипью с применением реагентов неблагоприятно  воздействует на экологию. Более детально остановились на одном из физических методов – это магнитная обработка воды. Использовалась одна из разработок отечественной компании. В них вода пропускается через  магнитное поле, многократно меняющее свое  направление. Вода при нагревании уже не образует сильную накипь на стенки, арагониты (центры кристаллизации) «собирают» карбонат кальция на себя и образуют осадок внутри воды, которые постоянно укрупняются, что можно увидеть не вооруженным глазом.  В результате  разрушается соединения кластеров, и большая часть накипи образуется в виде осадка, которая либо фильтруется, либо уносятся с водой, не оказывая влияние на экологию и не оседая на поверхности твердого тела.

Вывод:

В результате работы удалось изучить принцип образования накипи, исследовать  ее влияние на теплопередачу нагревательных элементов и найти один из экологически  безопасных методов борьбы.

Список использованной литературы:

1. http://www.udi.ru

2.http://nano.lab2.phys.spbu.ru/images/nanoeducator.pdf

3.http://www.vira.ru

4.http://www.ntmdt.ru

5.http://magniton.com

6. http://interesko.info/borba-s-nakipyu-ultrazvukom-i-elektromagnitnymi-impulsami/

Аквадинамическая труба.

Кильметов Рафаэль Айдарович

Ученик 10 «А» класса, МОБУ СОШ №4

г. Нефтекамск, Республика Башкортостан

Гиззатуллина Алсу Нарисовна

Учитель физики, МОБУСОШ №4

г. Нефтекамск, Республика Башкортостан

1. Цель

Создать установку способная определять ходовые характеристики кораблей, катеров и судов, а также изучить как влияет потоки воды на твердое тело.

2. Задачи

1. 1. Изучить аэродинамическую трубу, и на его основе создать аквадинамическую трубу,
   2. Построить прибор способный создавать непрерывный поток воды
   3. Проэмулировать движение судна
   4. Проанализировать как обтекает вода судна и другие твердые тела

3. Основной текст

Основной закон аквадинамической трубы основывается на обратимости движения, согласно которому перемещение тела относительно воды можно заменить движением воды, набегающего на неподвижное тело. Аквадинамические трубы они делятся на два типа: вертикально (Рис. 1) и горизонтально (Рис. 2) расположенные. Они делятся по схеме построения на: замкнутые (Рис. 3, разомкнутые (Рис. 4).

Возможности данной компоновки: испытания водных аппаратов под разными углами атаки и с разными скоростями, испытание водных винтов. Именно такой тип аквадинамической трубы я взял за основу своего прибора.

Мой прибор состоит из рабочей части сделанная из водосливного желоба (Рис. 5), силовая установка, состоящая из водяного насоса (Рис. 6) производительностью 1250 л\ч, и обратного контура в виде силиконовой трубки (Рис. 7). Он способен создавать водный поток скоростью от ~0 м\с до 0.2 м\с, размеры рабочей части: длина 20 см, ширина 13 см, глубина 7 см. питается от сети в 210 – 240 В 50 Гц, потребляет 10 Вт.

Исследования:

• Исследование судов и торпед на (Рис. 8): сопротивление воды на разных скоростях, на определение максимальной скорости, на управляемость, устойчивости.
• Исследование новых форм катеров за счет возможности эмуляции движение тела в воде и хорошего понимания конструкторов, как именно обтекает вода объект.
• Исследования гребных винтов: сопротивление воды без движения, шаг винта.
• Исследования обтекания тел с другими жидкостями: например, масло, керосин.

Принцип действия установки: (Налить воду в рабочую часть (желоб))

Вода поступает из рабочей части в силовую установку. Далее под давлением через силиконовые трубки возвращается в рабочую часть. В рабочий части проводиться опыт и измеряются все нужные параметры. Далее вода снова попадает в силовую установку.

Модуль защиты от протекания. Основой является микроконтроллер ATtiny 2313.

Принцип действия: на площадке в непосредственной близости к рабочей части установлены четыре датчика воды (представляют из себя текстолит с тонким разрезом по середине), и еще один под рабочий частью. Если на один из датчиков попадает вода, то загорается соответствующий светодиод, если воду регистрируют два и более датчиков, то все светодиоды моргают, а в случае попадание на трех и более насос останавливается.

Код программы МК написан на языке С++ и в программе «CodeVisionAVR», отладка производилась в программе «Proteus».

Методы исследования:

1. Фотографический метод
2. Создание действующей модели аквадинамической трубы (Рис. 9)
3. Проведение экспериментальных исследований в естественных условиях (Рис. 10)
4. Изучение и анализ научной литературы

 4. Актуальность

Данный проект имеет большую актуальность с повышением скорости передвижения в воде, нужно исследовать и создавать новые формы и типы водных судов и полностью погружаемых лодок.

5. Значимость и новизна

Большим плюсом и отличием аквадинамической трубы от обычной аэродинамической трубы является то, что вода плотнее воздуха и его агрегатное состояние жидкое. Это намного наглядней показывает обтекание объекта водой (Рис. 11), а при конструировании судов это позволяет понимать поведение воды вокруг судна.

Аквадинамическа труба может измерять сопротивление воды, максимальную скорость судна,

6. Итоги исследования

Мой прибор станет незаменимым при проектировании судов, лодок, подводных лодок, торпед, и много другого. Он покажет конструкторам что надо изменить для уменьшения сопротивления воды и достижения каких-либо технических характеристик. Также на данном приборе можно замерить сопротивление воды.

7. Литература:

1. Пэнкхёрст Р. и Холдер Д., Техника эксперимента в аэродинамических трубах, пер. с англ., М., 1955;
2. Закс Н. А., Основы экспериментальной аэродинамики, 2 изд., М., 1953;
3. Современная техника аэродинамических исследований при гиперзвуковых скоростях, под ред. А. М. Крилла, пер. с англ., М., 1965;
4. Исследование гиперзвуковых течений, под ред. Ф. Р. Риддела, пер. с англ., М., 1965.
5. http://dic.academic.ru/dic.nsf/sea/10096/%D0%A5%D0%9E%D0%94%D0%9E%D0%92%D0%AB%D0%95
6. http://www.tsagi.ru/
7. http://www.vitamotors.ru/informaciya/harakteristiki_vintov
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/CodeVisionAVR
9. http://www.labcenter.com/index.cfm
10. https://vk.com/aeroufa

Особенности звуковой волны в бутылке с жидкостью

Исполнители: Кабышев Евгений

                 Агеенко Ирина

Учащиеся 11 "А" класса УО"МГОЛ№3" 

Руководитель : Воропаева Светлана Ивановна

Учитель физики УО "МГОЛ№3"

В природе существует много источников звуковых волн. В данной работе таким источником выступает стеклянная бутылка с жидкостью. В данной работе изложены результаты акустических исследований зависимости частоты звука от различных факторов. Толчком к данной работе было то, то ни в одной из встретившихся нам книг по акустике мы не нашли ответа на вопрос, от чего и как зависит частота звуковой волны, создаваемой в результате удара по бутылке с жидкостью. Ответам на эти вопросы и посвящена данная работа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследовать зависимость частоты звуковой волны, возникающей в результате удара по стеклянной бутылке с жидкостью, от различных факторов, а именно от:

1. Рода жидкости
2. Высоты ее столба
3. Температуры жидкости
4. Площади горла бутылки

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: Установка, которая использовалась в исследовании, представляла собой цилиндрический сосуд (мензурка) с жидкостью, в котором и создавались звуковые волны. Это происходило вследствие удара грузиком, подвешенным на нити. Чтобы соблюсти одинаковые условия, длина нити не менялась, а груз каждый раз переводился в горизонтальное положение и отпускался. Цилиндр с жидкостью перемещался по вертикали так, чтобы удар грузика приходился в середину столба жидкости. Для анализа частоты, создаваемой звуковой волны, к цилиндру подведён микрофон, связанный с ноутбуком, на котором была установлена программа для определения частоты звука.
Для работы использовались: вода, сладкая вода,соленая вода, масло, уксус.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Построен график зависимости частоты звуковой волны от высоты столба жидкости и ,если предположить, что зависимость частоты звуковой волны от высоты столба жидкости является показательной функцией, был найден ее показатель: для воды он равен 0,74, а для масла- 0,45.
   ВЫВОД: исходя из полученных в экспериментах данных, выяснили, что по мере увеличения высоты уровня жидкости в сосуде, частота колебаний уменьшается. Это можно объяснить тем, что по мере увеличения высоты столба жидкости, увеличивается акустическое сопротивление, что приводит к уменьшению частоты звука.
   
2. Построен график зависимости  частоты звуковой волны от температуры жидкости
   ВЫВОД: внешне полученные графики зависимости серьезно  различались. Это можно объяснить тем, что при нагревании масла его вязкость изменялась значительнее, чем у воды, что привело к таким результатам. Опять-таки,  следует упомянуть, что по мере уменьшения вязкости жидкости, уменьшается и её акустическое сопротивление

3. Построен график зависимости частоты звука от плотности жидкости
   ВЫВОД: исходя из полученных в ходе эксперимента данных и построенного графика, установили, что частота звука жидкости в ёмкости увеличивается по мере увеличения плотности жидкости, но следует заметить, что на частоту звука  влияет и такое свойство жидкости, как вязкость, а из всех исследуемых образцов вязкость большая только у масла.

4. Построен график зависимость частоты звука от площади сечения горла бутылки.
   ВЫВОД: внешне графики их зависимостей  странны, но нельзя утверждать точно из- за  чего это произошло: неоднородной формы образцов ёмкостей, сорта стекла, из которого они изготовлены и его толщины или формы емкостей. Эти особенности ёмкостей влияют своей формой на ход звуковых волн в них, а толщина и сорт стекла-на много кратность отражений волн на границах слоя.

ВЫВОД: Таким образом,  установив  экспериментально данные зависимости и определив их характер, их можно применять для создания музыкальных инструментов из подручных средств, в данном случае бутылок с жидкостью (наиболее оптимальной жидкостью для этих целей, как мы установили, является вода) путём использования программ определения частоты звука с помощью микрофона, а не долгими подборами на слух.

Список литературы:

• Учебник по физике 11 класса;
• Основы аналогового и цифрового звука – М. Вильямс;
• Элементарный учебник физики- ред. Ландсберга;
• Энциклопедический Словарь Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона(Звук).
• «Молекулярная акустика» В. Ф. Ноздрев.

Форсирование двухтактных двигателей внутреннего сгорания  на примере мотоцикла Ява350/638.

Автор: Бессонов Вячеслав

МБОУ-лицей, Владикавказ 

Научный руководитель: Хубаева Светлана Александровна

Учитель Физики МБОУ-лицей

Изучение принципа работы ДВС на примере мотоцикла Jawa350/638 и улучшение технических характеристик силового агрегата.

Изучение методов форсирования двухтактного ДВС.

Анализ технических характеристик мотоцикла Jawa350/638.

Выбор методов, за счет которых я получу желаемый результат.

Изучение принципа работы систем зажигания. Системы БСЗ и ФУОЗ.Модернизация. Применение на практике.

Изучение принципа работы системы питания. Модернизация. Установка более производительного карбюратора.  Применение на практике.

Изучение принципа работы системы газораспределения двухтактного ДВС. Модернизация. Установка разновидности обратного клапана.Применение на практике.

Современные двухтактные ДВС используются в сверхлегкой технике, на сегодняшний момент неполностью раскрыт потенциал этого типа ДВС.

В своей работе я применил современные методы оптимизации всех рабочих процессов двигателя.

Мощность двигателя возросла, улучшились динамические показатели мотоцикла, что говорит о правильности выбранного пути.

Тезисы:

Цель работы - определить модуль Юнга стеклоарматуры методом изгиба;

Объект исследования - композитная стекло пластиковая арматура (АСП);

Предмет исследования - методика определения модуля Юнга АСП; зависимость модуля Юнга от диаметра;

Задачи исследования:

1)Найти и изучить информацию об объекте исследования;

2)Предложить упрощённую методику определения модуля Юнга;

3)Вывести формулу для расчёта модуля Юнга;

4)Провести ряд измерений согласно предложенной методике с различными образцами объекта исследования;

5)Построить график зависимости для каждого образца;

6)Найти из графиков среднее значение модуля Юнга;

7)Сравнить полученные значения с литературными.

«Передаточные механизмы»

Выполнили:

Утякова Эвелина,

Молчанов Артем, 10 класс,

МАОУ гимназия № 1 г. Белебея

Руководитель:

Коровина Людмила Анатольевна,
Учитель физики.

Передаточные механизмы передают движение от одного тела к другому. Параметры движения тел определяются с учетом параметров точек соприкосновения этих тел.
В данном исследовательском проекте мы поставили перед собой следующие цели: 1.изучить теорию; 2.охарактиризовать на практическом примере зубчатую передачу; 3.вычислить передаточное число общей связи; 4. вычислить КПД механизмов.

Актуальность работы:

1. Передаточные механизмы используются во многих устройствах, которые облегчают людям жизнь
2. Аналогов на данный момент не существует, то есть передача механической энергии во всех современных машинах и механических сооружениях осуществляется с помощью передаточных механизмов
3. Так как       аналогов нет, и вряд ли будет замена в ближайшем будущем, остается актуальной тема повышения КПД и различных характеристик передаточных механизмов.

Сначала мы узнали из литературы как работают передаточные механизмы, как они устроены и какие существуют виды. После этого соорудили установку, которая показывает принцип действия зубчатой передачи. Мы крутили за конусовидную шестерню и при этом момент силы передается посредством двух центральных шестерен к точке В, причем количество оборотов, полученное на выходе в точке B, будет зависеть от радиусов шестерён, передаточного числа, а также КПД установки.

Подсчитали передаточное число, сделать это можно разделив входное число оборотов на выходное, т.е Uо=n1/n2 (n1 в точке B ,n2 в точке A).

Мы оставили риски на большой и конусовидной шестернях для того чтобы было легче посчитать количество оборотов. Крутили конусовидную шестерню 6 раз, то есть n1=6, мы увидели, что большая шестерня прокрутилась 1 раз, то есть n2=1 , и отсюда мы выяснили передаточное число равно Uо=n1/n6=6/1=6, передача, при данных подсчетах, получилась понижающая.

Передаточное отношение – число, обратное передаточному числу.

Y=1/Uo=1/6= 0,167.

Так же это число получится если крутить наоборот за большую шестерню и считать кол-во оборотов на выходе.

В данном случае передача повышающая.

Определение КПД установки

КПД всей установки будем определять по формуле, взятой из пособия по ТММ

     η= η1*η2

• Где η1 – КПД первой связи
• η2 – КПД второй связи

Кпд каждой связи

КПД каждой связи будем определять по формуле В.Н.Кудрявцева

η = 1-2,3*f*(1/z1+1/z2)*k

Где f – постоянный коэф. «благоприятности» условий, в данном случае, будем брать в интервале 0.08-0,1 (табл)

Z1, z2 – число зубьев на искомых шестернях

k- коэф. смещенения шестерни, в данном случае, равен 1

Расчеты

• η1 = 1 – 2,3*0,1*(1/36 + 1/13) = 0,9759
• η1’ = 1 – 2,3*0,09*(1/36+1/13) = 0,9783
• η1’’ = 1 – 2,3*0,08*(1/36+1/13) =0,9807
• η1o= (η1’’ + η1’ + η1)/3= 0,9783
• η2 = 1 – 2,3*0,1*(1/30 + 1/14) = 0,9759

КПД второй связи примерно равно КПД первой

=> η1o= η2o = 0,9783

Общее КПД:

η0= ηо1* ηо2= 0,9783 * 0,9783= 0,95707

Практический опыт№2.
Определение КПД и передаточного числа демонстрационных шестерён.

• Всего 4 шестерни. Две из них спаренные.

                               η0= η1о*η2о

КПД Первой связи:

• η1= 1 – 2,3*0,1*(1/30 + 1/45) = 0,9872
• η1’ = 1 – 2,3*0,2*(1/30+1/45) = 0,9744
• η1’’ = 1 – 2,3*0,3*(1/30+1/45) =0,9616

η1о= (η1+ η1’ + η1’’ )/3=0,9744.

КПД Второй связи:

• η2 = 1 – 2,3*0,1*(1/45 + 1/15) =0,9776
• η2’= 1 – 2,3*0,2*(1/15 + 1/45)=0,9591
• η2’’= 1 – 2,3*0,3*(1/15 + 1/45)=0,9367

η2o= (η2’’+ η2’+ η2)/3=0,9578.

               КПД Общей связи:

         η0= η1о*η2о

η=0,9744*0,9578=0,9333

• Общее КПД демонстрационной установки равно примерно 93,33%

Меньший КПД, по сравнению с нашей установкой, объясняется материалом самих шестерен и отсутствием смазочного масла.

Определение передаточного числа демонстрационной установки.

• Крутим за ручку 12 раз, то есть n1=6, мы увидели, что большая шестерня прокрутилась 6 раз, то есть n2=6 , и отсюда мы выяснили передаточное число равно Uо=n1/n2=12/6=2, передача, при данных подсчетах получилась понижающая.
• Передаточное отношение Y=1/Uо=0,5 – Передача повышающая.

Видно, что передаточное отношение у первой установки выше в 3 раза, т.к. отношение кол-ва зубьев на шестернях также больше в 3 раза.

Выводы

• Общее КПД нашей установки равно примерно 95,707% ;
• Так же , из уравнения В.Н. Кудрявцева нетрудно заметить, что для уменьшения потерь в зубчатом зацеплении необходимо выбирать возможно большее суммарное число зубьев при большом числе зубьев шестерни. Но, к сожалению, с увеличением числа зубьев растут габариты и стоимость передач;
• Передаточные механизмы имеют высокий КПД (КПД нашей установки 95.707%), они надежны и достаточно малы;
• Чем больше передаточное число, тем больше скорость вращения выходных шестерней;
• В дальнейших своих целях хотелось бы определить иными способами КПД, например, через передаточные отношения, попытаться улучшить КПД установки (применение различных масел, заточка зубьев и т.д).

Список использованной литературы

1. Глубина и угол - как задумано // Мастер на все руки. - 2001. - №3. - с.29.
2. Двоенцов Д. Циркулярка из дрели // Моделист - Конструктор. - 2003. - №10. - с.12-14.
3. Денбский В. Простой токарный // Моделист - Конструктор. - 1985. - №2. - с.22.
4. Дрель-кругорез // Мастер на все руки. - 2001. - №3. - с.28.
5. Дрель со сдувом // Мастер на все руки. - 2001. - №3. - с. 24.
6. Евдокимов В.Д., Полевой С.Н. Знакомьтесь - инструменты. М.: Машиностроение, 1981.
7. Лобзик, но большой // Моделист - Конструктор. - 1999. - №2. - с.14-15.
8. http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz
9. http://knowledge.allbest.ru/manufacture/html
10. http://www.studfiles.ru/preview/713981/
11. http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php

Выполнил: Талипов Равиль Ренатович

Образовательное учреждение: МАОУ СОШИ «СолНЦе»

Научный руководитель: Васильев Игорь Иванович

зам. директора ИРЭТ КНИТУ-КАИ

Известно, что в верхних слоях атмосферы Земли воздух настолько ионизирован ультрафиолетом, космическими лучами и высокоэнергетическими частицами, что создаёт проводящую оболочку. С уменьшением высоты количество ионов в единице объёма уменьшается, достигая значения 500-1000 ионов на см³ у поверхности. Информация о количество и массе ионов очень полезна, так как эти величины являются следствием многих факторов, таких как чистота воздуха (В городах и индустриальных районах концентрация тяжёлых ионов может доходить до 10⁵ в 1 см³), его электропроводность. При многих заболеваниях наличие ионов заметно сказывается на физиологии людей. Если увеличение числа отрицательно заряженных ионов стимулирует активность людей, то с ростом числа положительно заряженных ионов связаны большая утомляемость, появление головных болей и т. д. Отмечается действие ионов на жизнедеятельность животных и растений.

На больших высотах, зная концентрацию и массу ионов, можно определить причину их появления, тем самым выявив, на сколько хорошо атмосфера задерживает тот или иной вид излучения либо частиц, что является очень важной информацией, так как позволяет изучать защитные свойства газовой оболочки Земли.

Существует много видов установок, измеряющих концентрацию ионов в исследуемом газе, однако все эти устройства не могут определить их массу. Они замеряют суммарную концентрацию всех сортов ионов. Также есть огромное количество ионных спектрометров, однако все они анализируют образцы газа, которые вторично ионизируются в самих устройствах.

Целью работы является создание устройства и разработка метода для выявления концентрации различных видов ионов в исследуемом газе. Прибор должен быть небольшой массы и маленьких габаритов, чтобы использовать его на автономных метеозондах, полезная нагрузка которых ограничена.

Спектрометр ионной подвижности представляет из себя сквозной цилиндрический конденсатор, внутренний электрод которого сплошной, а внешний разделён на концентрические электроизолированные кольца. На входе установлен вентилятор для забора исследуемого газа. На рис. 1 представлена принципиальная схема устройства.

Рис. 1. Принципиальная схема спектрометра

Рис2.Траектории движения различных ионов

Измерения ионного тока производится с помощью измерения падения напряжения на резисторах аналоговыми выводами микроконтроллера arduino.

Рассмотрим принципы работы устройства на качественном уровне. Предположим, за единицу времени вентилятор затянул в камеру газ некоторого объёма. В исследуемом газе присутствуют заряженные частицы различных сортов (от лёгких до тяжёлых).

Каждая заряженная частица в камере имеет две составляющие скорости — горизонтальную, которая постоянна и определяется вентилятором, и вертикальную, которая создаётся электрическим полем. Самые лёгкие частицы наименее подвержены действию ветра и легко захватываются полем в первом сегменте камеры. В этом же секторе поглощаются и тяжёлые частицы, которые были ближе всего к электроду, хотя основная их масса пролетает дальше. На рис. 2 иллюстрация поведения частиц. Зелёные — лёгкие, жёлтые — средние, красные — тяжёлые.

Теоретически доказано, что в несильных полях скорость частицы пропорциональна напряжённости поля. Исходя из концентрации к-го вида ионов, длины одного электрода, напряжённости поля, коэффициента пропорциональности в законе движения, продольной скорости движения частиц, мы можем получить ионный ток каждой пластины, а из него выразить все неизвестные данные.

В дальнейшем предполагается поставить все намеченные эксперименты и усовершенствовать конструкцию прибора и математическую модель.

Список литературы:

Райзер Ю.П. Физика газового разряда: учебное руководство.-М.:Наука. Гл.ред.физ.-мат. Лит.,1987.-592 с.

Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа (в задачах с решениями). М., Наука, 1985.

Капцов Н.А. Физические явления в вакууме и разряженных газах. Издательство НКТП СССР. Москва 1937.

Зайдель А.Н. Вакуумная спектроскопия и её применение. М.Наука 1976.

Работу выполнил ученик 8 Б класса Гимназии №1748 Вертикаль Терентьев Данил Юрьевич.

Научный руководитель: Учитель физики Комарова Ирина Юрьевна

Отдельная благодарность Доценту кафедры основ радиотехники МЭИ Владимирову Сергею Валерьевичу и студенту МЭИ Екимовской Виктории Сергеевне.

Цель: Сформировать теорию и основные понятия излучения плазмы и плазменных колебаний, выявить зависимости характеристик в соответствие с теорией, получить приблизительные выражения для характеристик тормозного излучения.

Работа представляет собой теоретическую формулировку вопроса и экспериментальное наблюдение зависимостей характеристик излучения : спектра и напряженности поля от входного напряжения, температуры разряда. Эксперимент проводился с помощью оборудования "Цифровая лаборатория ЕГЭ". Несмотря на то, что для большинства задач, представленных в работе, требуются знания высшей математики, в работе такие задачи сведены к минимуму, для обхода сложностей расчета создаются различные модели и эксперименты.

Актуальность исследования состит в том, что оно представляет собой решение определенных задач, связанных с физикой плазмы, радиофизикой, физикой фенонов и плазмонов.

По итогам исследования продемонстрированы связи основных характеристик плазмы и излучения с внешними данными ( газ, температура, влияние внешних полей), также по причине нехватки времени и обширности темы исследования, в выводе показаны дальнейшие пути развития исследования.

Фейнмановские лекции по физике том 5, 6

Джордж Джексон, "Классическая электродинамика"

Курс теоретической физики Ландау Лифшица, том 7

PS

Работа создавалась с помощью редактора "Libre Office", при переводе в Word Возникли проблемы.

1. Название научно-исследовательской работы: "Альтернативное стрелковое оружие"

2. Автор работы: Кудряков Дмитрий Ильич

3. Образовательные учреждения: г.Воронеж МБОУ "Лицей №1" 11 класс

4. Научный руководитель: Лебедянская Любовь Николаевна, преподаватель физики МБОУ "Лицей №1"

5. Цель работы: 

• Выяснить перспективность электромагнитного и лазерного оружия.
• Собрать работающие установки каждого вида, выяснив принцип их работы.

6. Текст тезисов: В современном мире наука движется бешенными темпами. Естесттвенно, что огромные средства тратятся государствами на развитие собственного вооружения. Мне стало интересно разобраться, что же будет через 100 лет. На сколько изменится вооружение и вообще что будет подразумеваться под словом война? Вероятно еловечество не скоро уйдет от оружия где основная часть-порох или другое взрывчате вещество. Но все же, уже сейчас продвигается электромагнитное оружи, про которое и будет основная часть моего доклада.  

7. Актуальность: актуальность моей работы заключаетсяя в том, что на данный момент некоторые виды электромагнитного оружия уже используется в действующей армии некоторых стран. И не только, так же похожие установки используются и вмирных целях. И уже скоро эти технологии станут использоваться повсеместно.

8. Результаты: на данный момент собраны устройства, являющиеся электромагнитным оружием. Они наглядно покажут действие подобного воружения. Выяснено и проанализиовано много теории, и сделаны соответствующие выводы о перспективности подобного вооружения. Придуман концепт принципиально нового вида оружия.

9.Значимость: Я считаю,что моя работа внесет ясность в такую мифическую область как электромагнитное оружие,так же я надеюсь в будущем занять дальнейшим изучением в этой области и, возможно, осуществить свои идеи на практике, но уже в лабараторных условиях.

10.Литература: 

Статьи в Викепедии:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0

Интернет сборник характеристик радиодеталей:

http://datasheet.ru

Л. А. Вайнштейн «Электромагнитные волны»

http://books.academic.ru/book.nsf/57058275

Учебник 10 ,11 класс Мякишев и Бухальцев

Электронный КИЛР.

Кильметов Рафаэль Айдарович

Ученик 10 «А» класса, МОБУ СОШ №4

г. Нефтекамск, Республика Башкортостан

Гиззатуллина Алсу Нарисовна

Учитель физики, МОБУСОШ №4

г. Нефтекамск, Республика Башкортостан

1. Цель
Создать универсальный прибор, измеряющий линейные размеры на основе цифровых технологий.
2. Задачи
 

1. Создать прибор способный измерять расстояние ультразвуковым способом.
2. Диапазон измерений 2 - 70 см
3. Сделать его эффективным в использовании
4. Применить его на уроке физики и на заводах при проверки готового продукта.

3. Основной текст
Этапы создание моего прибора: Также часто нужно измерять расстояние больше линейки (20 см), и менее метра. В данном случае мой прибор позволяет это осуществить. Существуют также лазерные дальномеры (Рис. 1), но из-за их стоимости они не могут приняться во всех областях (быт, на уроках физики, при проведении экспериментов в лабораториях (Рис. 2)). Мною созданный прибор является хорошей заменой обычной линейки (Рис. 3), при этом длина измеряемого расстояния достигает 70 см, но при это он не дорогой.
Основные части моего прибора: 8-битного микроконтроллера фирмы «Atmel» ATmega8 (Рис. 4). Ультразвуковой дальномер «HC-SR04» (Рис. 5). Семи сегментный, трёхразрядный LED – индикатор «KEM-3361AR» (Рис. 6). Транзисторы «КТ315» (Рис. 7).
Применение:
Опыт на 2 и 3 закон ньютона (Рис. 8). Опыт на инерцию (Рис. 9). Опыт на 3 закон ньютона (Рис. 10). Применение блока (Рис. 11).
Также было доказано что данный прибор может применяться в промышленности при проведении испытаний (Рис. 12): Прибор рекомендован для технических измерений при определении прочностных и технических характеристик, металлических и не металлических конструкционных материалов. Рекомендован доцентом кафедры технических и специальных дисциплин в ЦЗЛ.
Смагиной Р. М.
Испытания действия прибора производились в лаборатории «Сопромат» и в лаборатории металловедения филиала УГАТУ в г. Нефтекамска.
Принцип действия прибора:  Контроллер подает сигнал на ножку «Trip» 50 микросекунд. Далее дальномер посылает ультразвуковой сигнал. Ждет пока придет эхо. Вычисляет время, которое прошло от подачи сигнала до его приёма (скорость звука константа), и подаёт на импульс на ножку «Echo» пропорционально зависимый от времени подачи до получения сигнала датчиком. Микроконтроллер вычисляет эту зависимость. И на индикатор выводит числа равные расстоянию от датчика до поверхности.
Код программы МК написан на языке С++ и в программе «CodeVisionAVR», отладка производилась в программе «Proteus» (Рис. 12), печатная плата создавалась программе «Sprint Layout» (Рис. 13).
Методы исследования:
Создание действующей модели (Рис. 14) «контроллер» измерения линейных размеров (КИЛР). Проведение экспериментальных исследований в естественных условиях. Изучение и анализ научной литературы.
4. Актуальность
Данный проект имеет большую актуальность так как с лёгкостью может заменить обычную школьную линейку и дорогие лазерные дальномеры. За счёт этого мой прибор рекомендовали в использование в центральных заводских лабораториях.
5. Значимость и новизна
Его преимуществом является беспроводной метод измерения (нужно всего лишь навести дальномер на предмет, и он покажет расстояние до него), а также вывод информацию цифровым путем. Так же небольшая цена (ориентировочно 300 – 400 руб.) позволит применять его в самых разных областях: быть то урок физики, или строительство дома, или измерение
6. Итоги исследования
 

1. Данный прибор рекомендован в использовании в ЦЗЛ.
2. Мой прибор может заменить традиционные линейки рулетки.
3. Прибор основан на микроконтроллере
4. Информация выводиться цифровым способом
5. Измерение расстояния до 70 см

7.Литература:
 

1. Л.И. Анцферов, И. М. Пищиков, «Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента», Москва «Просвещение», 1984, с. 255
2. П. Л. Головин, «Школьный физико-техническими кружок», Москва «Просвещение», 1991, с. 160
3. Официальный сайт Atmel - http://www.atmel.com.
4. Интернет ресурс – https://ru.wikipedia.org.
5. Интернет ресурс – http://radiostorage.net.
6. Интернет ресурс – http://easyelectronics.ru.
7. Интернет ресурс – http://cxem.net.
8. http://www.tsagi.ru/
9. http://www.vitamotors.ru/informaciya/harakteristiki_vintov
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/CodeVisionAVR
11. http://www.labcenter.com/index.cfm
12. https://vk.com/aeroufa

Автор работы: Знобищев Артем Дмитриевич

Образовательное учреждение: МАОУ "Лицей №14 имени Заслуженного учителя РФ А.М.Кузьмина"

Научный руководитель: Юдаков Сергей Германович, учитель физики в лицее №14, кандидат педагогических наук.

Цель задачи: проектирование модульной конструкции пушки Гаусса и практическое построение нескольких модулей для проверки работоспособности конструкции.

Описание конструкции: пушка Гаусса представляет собой систему электромагнитов, подключенных к мощному источнику питания (обычно катушки подключены к высоковольтным электролитическим или пусковым конденсаторам большой емкости). В нужный момент контролирующее устройство замыкает конденсатор на катушку, и тас создает коротковременное, но очень мощное магнитное поле, притягивающее к себе снаряд, но когда снаряд достигает середины работающего электромагнита, необходимо разомкнуть цепь, чтобы снаряд не потерял скорость. Проблема своевременного включения и выключения нужных электромагнитов обычно осуществляет электроника, оперируя тиристорами и сигналами с оптопар. В какой то мере это разумно, но электроника легко выходит из строя. Я предлагаю использовать для замыкания цепи сам снаряд, ведь он сделан из металла. Суть моей конструкции состоит в том, чтобы расположить перед электромагнитом два электрода, замыкание которых приведет к активации электромагнита. Положение этих электродов можно подобрать таким образом, чтобы снаряд, пролетая около электромагнита, активировал его и деактивировал, когда снаряд будет ровно в середине. 

Исследование очень актуально, ибо сейчас развитие электромагнитного оружия только начинается, и любая хорошая задумка может дать начало новой ветке вооружения.

Исследование значимо, так как попыток механического замыкания электромагнитов в Гаусс пушках не предпринимали даже крупные оружейные компании. Новизна исследования объясняется тем же.

Итогом исследование стало создание рабочего модуля пушки и разгонного модуля, который будет являться первым в пушке. Оба модуля работают и протестированы несколькими десятками пусков.

Работу выполнила Дорожкина Анна Николаевна,
ученица МОАУ СОШ с УИОП №10 им. К. Э. Циолковского г. Кирова.
Руководитель Волкова Татьяна Николаевна, учитель физики шк. №10 г. Кирова.

Цель работы: выразить идею о том, что скорость света не предел наших мечтаний.

Краткое содержание работы:
Что общего у лазерного луча, космических кораблей будущего, поля Хиггса и расширяющегося пространства вселенной?- скорость света, абсолютная величина скорости, то, что человек никогда не сможет достичь в силу своего несовершенства. Или все же невозможное возможно?

Я полагаю, есть несколько способов достичь совершенного идеала скорости.
Способ I. Если вы направите лазер на Луну и слегка подвините своё запястье, то изображение точки лазера будет двигаться в 20 раз быстрее скорости света, подобно пикселям на экране, скорость которых равна нулю, но изображение, которое они создают, способно преодалеть границу их скорости.
Способ II. Пространство вселенной расширяется так быстро, что всегда можно найти две точки, взаимная скорость разбегания которых, превышает скорость света. Человек на своем уровне не может использовать этот метод, но ученые из Принстона придумали то, что им по силам.
Способ III. Ученые из Научно- исследовательского института пропустили лазерные лучи через камеру со специально подготовленным газом и увидели результат прежде, чем начали эксперимент. Лазерный пучок двигался в 300 раз быстрее скорости света и вышел из камеры прежде, чем вошел в неё. Поскольку луч не может влиять на условия прошлого, то никакие законы не нарушены. Эксперимент доказал, что скорость света можно преодолеть, и следствие может предшествовать причине.
Способ IV. Возможно, корабли будущего будут работать по принципу научной фантастики нашего времени, то есть человек научится растягивать пространство или даже разрывать его, то скорость света для него станет такой же медленной, как скорость велосипедиста.
Способ V. Верить в возможность двигаться со скоростью света нам мешает понятие массы тела, которую создает(пока неподтвержденная теория ученых) так называемое поле Хиггса. На основе прежнего опыта всего человечества можно предположить, что в будущем мы сможем влиять на вещи, еще не подтвержденные в настоящем. А что, если когда-нибудь для нас станет обыденностью изменять и невидимое поле Хиггса? Что, если оно не будет сообщать частице массу, или же выбранная нами частица не будет сцепляться с ним? Можно предположить, что данная частица сможет двигаться со скоростью света, так как не будет обладать массой.
                                                         Заключение:
Таким образом, существует вероятность того, что человек сможет достичь скорость света, чем решит проблему своей медлительности, и, я полагаю, взойдет на совершенно новый и удивительный уровень своего развития.

Источники информации:

1. Митио Каку "Физика невозможного",
2. Единое информационное поле планеты, 
3. Мой мозг.

Глущенко Никита Сергеевич

МАОУ гимназия № 10 им. А. Е. Бочкина

Научный руководитель Слаушевская Мария Евгеньевна, учитель информатики МАОУ гимназия № 10 им. А. Е. Бочкина

В истории развития техники известно много механизмов, которые позволяют переводить вращательное движение мотора в поступательное. Поступательное движение – это прежде всего движение ног человека, лап животных  в реальном мире. Современные технологии на сегодняшний день стремятся воспроизвести именно эти движения, придуманные самой природой. Например, в робототехнике конструируют такие модели, как роботы – пауки, гепарды и, конечно, андроиды.

В спортивной робототехнике тоже достаточно популярны шагающие роботы, в которых и применяются механизмы, преобразующие вращательное движение в поступательное, крутящий момент мотора в поступательное движение ног робота. Такие механизмы иногда называют «шагающими».  В соревнованиях обычно побеждает тот робот, который быстрее двигается. Участники достигают этой цели опытным путем, подбирая в конструкции робота балки различной длины и зубчатые передачи с различными передаточными числами. Но такой способ требует больших временных затрат, и не всегда будет достигнут хороший результат. Гипотеза: применение программного средства для расчета наилучших вариантов балок и моторов позволит оптимизировать подбор деталей при конструировании «шагающего» механизма.

Цель: Создать программный продукт для расчета оптимальной конструкции «шагающего» механизма.

Задачи:

1. Отобрать самые популярные ходячие механизмы и выявить математические и физические закономерности конструкции.
2. Создать математическую модель задачи определения скорости движения «ходячего» механизма в зависимости от мощности мотора и длины используемых балок.
3. Построить графическую модель работы механизма
4. Реализовать все полученные модели в одном программном продукте.

Объект исследования: механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное. Предмет исследования:  математические и физические закономерности конструкции механизма.

Методы исследования: анализ, поиск математических закономерностей, математическое и компьютерное моделирование, программирование.

В разработанной компьютерной модели реализованы две самых популярных классических конструкции:

• Механизм Хойкена ( подобие механизма Чебышева),
• Механизм Кланна.

Новизна компьютерной модели заключается в том,  что в ней наглядно представлены расчеты зависимости скорости передвижения механизма в целом от скорости вращения центральной оси мотора  и длины балок, используемых в конструкции «ноги». Полученное программное средство действительно позволяет облегчить работу механика при подготовке робототехнического проекта к соревнованиям, выполняя сначала расчеты элементов конструкции.

Список литературы:

1. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. — 640 с.
2. Дзенушко Дайнис. Изучение "Шагающих" механизмов - http://tm.spbstu.ru

Ограничители тока на основе сверхпроводящих материалов.

Раянова Радмила

Ученица 11 класса, Лицей №38, ШЮИ ИПФ РАН

Научный руководитель –Ревин Л. С., младший научный сотрудник института ИФМ РАН

Актуальность темы: Одной из задач современной электроэнергетики является решение проблемы короткого замыкания и как следствие порчи дорогостоящего оборудования и источников, подключенных в цепь. В настоящее время несколько компаний и научных групп занимаются разработкой новых ограничителей тока. В частности, российская компания "СуперОкс" разрабатывает сверхпроводящие ограничители тока на основе высокотемпературных и низкотемпературных пленок и порошков. При сравнении различных ограничителей к преимуществам сверхпроводящих можно отнести:

- Экономичность: при стандартной нагрузке ограничитель никак не влияет на работу сети (R = 0)

- Высокая скорость работы: при превышении критического значения тока у СОТ практически мгновенно (~ 0.001 c) появляется собственное сопротивление и происходит ограничение тока на проектном значении. Ограничение не зависит от уровня тока К.З.

- Самовосстанавливаемость: после размыкания сети происходит автоматическое восстановление ограничителя (время восстановления < 30 cек).

Проблема – возможность использования высокотемпературных сверхпроводящих мостов (пленок) в качестве ограничителя тока

Цель работы – Создать лабораторный макет ограничителя тока на основе сверхпроводящей высокотемпературной (ВТСП) пленки и провести анализ основных характеристик.

Объект исследования – сверхпроводящая пленка.

Предмет исследования – ограничение тока в электрической цепи.

Задачи:

• Измерение вольт-амперной характеристики пленки.
• Сравнение полученных результатов с теорией.
• Оценка основных характеристик пленки.
• Построение модели сверхпроводящего ограничителя в математическом пакете MatLab.
• Сравнение работы сверхпроводящего ограничителя с травдиционными полупроводниковыми.

Методы: лабораторные эксперименты, математическое моделирование.

Основные понятия: сверхпроводимость, ограничение тока, вольт-амперная характеристика, тепловой баланс.

Предполагаемая значимость работы  в результате проведенной работы может быть показана перспективность использования высокотемпературных сверхпроводящих пленок в качестве ограничителей тока. В отличие от полупроводниковых элементов, сверхпроводящие ограничители могут позволить существенно снизить затраты из-за отсутствия Джоулева нагрева.

Источники и литература:

1. В.Л. Гинзбург, Е.А. Андрюшечкин. Сверхпроводимость // Альфа-М, 2006 г.
2. В.З. Манусов, Н.В. Александров. Ограничение токов короткого замыкания с помощью трансформаторов. // Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 323. № 4.
3. С.Г. Овчинников, В.И. Кирко, A.G. Mamalis, М.И. Петров и др. Новая концепция переключателя тока на основе высокотемпературного сверхпроводника. // Журнал технической физики, том 71, вып. 10, 2001 г.

Митрофанова Анастасия Юрьевна

ГБОУ СОШ №953

Научный руководитель: Гусева Наталья Геннадьевна, учитель физики в школе ГБОУ СОШ №953

Квантовая телепортация

Объект моей работы – альтернативные способы перемещения в пространстве, т.е квантовая телепортация и кротовые норы.

Проблема: Затрата большого количества времени на передвижение ("на дорогу")

Актуальность: В наши дни прогресс не стоит на месте. Появляются новые технологии, в числе которых квантовая телепортация. Явление квантовой телепортации поможет создать более мощные и быстрые компьютеры, которые сейчас необходимы для получения информации, развлечения и других функций.

Цель исследования: изучить альтернативные способы перемещения человека, грузов и информации. Сравнить их между собой и с существующими транспортными средствами

Задачи исследования:

1. Выяснить, что такое квантовая физика и чем она занимается
2. Выяснить, чем телепортация отличается от квантовой телепортации
3. Узнать основной принцип работы данного физического явления
4. Узнать, какие учёные занимались данным физическим явлением, и кто ввёл термин «телепортация»
5. Узнать о последних достижениях в области квантовой телепортации
6. Выяснить, что такое кротовые норы.
7. Сделать сравнительную таблицу

Краткая информация:

Я выбрала эту тему, так как во время интенсивного развития технологий совершаются невозможные раньше открытия и работа в перспективных, но кажущихся порой фантастичными, направлениях даёт новые возможности. Исследования мало изученных явлений могут открыть перед человеком новые горизонты.

 Квантовая телепортация основана на парадоксе ЭПР, или принципе запутанности, как говорят по другому. Данный парадокс позволяет нам «скопировать» квантовое состояние частицы в одном месте, «перенести» это же самое, идентичное, состояние в другое место, и «удалить» первоначальное состояние, оставив лишь копию.

Явление квантовой телепортации используется для создания квантовых оптических компьютеров, где информация представлена в виде фотонов. Скорость и объёмы информации таких компьютеров больше, чем у обычных, что важно в мире, где постоянно не хватает времени и с каждым днём растут объёмы информации. Также появилась квантовая криптография, позволяющая надёжно передавать информацию. Взломать её, оставшись незамеченным невозможно (как утверждают создатели данной технологии) по законам физики.

Существование кротовых нор математически подтверждается теорией относительности Эйнштейна, однако пока ни одна из них не была найдена астрофизиками. Впрочем, по прогнозам учёных кротовые норы будут достигать малых размеров (10-33см), и будут способны увеличиться только при расширении вселенной. Также кротовая нора будет открыта для исследований только при наличии в ней достаточного количества экзотической материи (с отрицательной плотностью и давлением)

Основные термины, присутствующие в работе:

Квантовая физика – наука о субатомных частицах, изучающая их свойства и поведение.

Квантовая телепортация – передача квантового состояния на расстояние при помощи разъединенной в пространстве запутанной пары и классического канала связи, при которой состояние разрушается в точке отправления при проведении измерения, после чего воссоздается в точке приема.

ЭПР парадокс – парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, который формулируется следующим образом: если есть две частицы A и B с общим прошлым (разлетевшиеся после столкновения или образовавшиеся при распаде некоторой частицы), то состояние частицы B зависит от состояния частицы A и эта зависимость должна проявляться мгновенно и на любом расстоянии.

Кротовая нора – топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве.

Итоги

Существование кротовых нор возможно теоритически, однако ни одна из них не была обнаружена

Квантовая телепортация – реальное физическое явление. Вряд ли в ближайшем будущем оно станет возможно для телепортации грузов и человека, однако данное явление внесло существенный вклад в развитие квантовых компьютеров, которые будут очень полезны современному миру.

Кротовая нора проигрывает квантовой телепортации из-за неизученности, однако окажется лучше, в случае её нахождения и изучения.

Приложение 1

Приложение 2

Список литературы

http://www.nowimir.ru/DATA/070802.htm

http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=26

http://sci-article.ru/stat.php?i=kvantovaya_teleportaciya

http://www.popmech.ru/science/8714-kvantovaya-teleportatsiya-tunnel/

http://www.physh.ru/

http://omkling.com/chto-takoe-teleportaciya/

http://www.znanie-sila.su/?issue=zsrf/issue_121.html&r=1

http://lfly.ru/chto-takoe-krotovaya-nora.html

http://webznayka.ru/interes-fakty/o-nauchnom/555-teoriya-otnositelnosti-prostymi-slovami

http://www.kakprosto.ru/kak-81055-chto-takoe-prostranstvenno-vremennoy-kontinuum

http://www.ifmo.ru/ru/viewnews/5070/absolyutnaya_zaschita_chto_takoe_kvantovye_kommunikacii_i_kak_oni_rabotayut.htm

http://www.studfiles.ru/preview/514636/

http://avia.pro/blog/samyy-bystryy-samolet-v-mire

http://n-t.ru/tp/it/rnt08.htm

http://www.avtika.ru/article/310-8-mirovykh-rekordov-skorosti

http://topmira.com/tehnika/item/41-samy

http://dostizhenya.ru/korabli/rekordy-skorosti-u-korablej.html

https://otvet.mail.ru

http://postnauka.ru

Цель научной работы: исследовать уровень шума возле железной дороги в нашем районе и предложить меры по его снижению или нейтрализации. Методы исследования: поиск, конспектирование, реферирование, анализ литературы, метод сравнительно-сопоставительного анализа, описательный метод, оценочный метод. Основные результаты научного исследования: было проведено исследование по определению уровня шума возле дороги и расстояние его распространения в нашем районе, проведено сравнение с авторитетными источниками информации, предложены способы по уменьшению негативного влияния железной дороги в нашем районе.

Исполнитель: Воробьев Олег Павлович, 11 «В» класс, МБОУ лицей технический г. о. Самара.

Руководитель: Цирова Ирина Семеновна, доцент кафедры общей и теоретической физики СГАУ, к.ф.-м.н.

Цель работы: исследование углеродных нанотрубок в качестве высокочувствительных биосенсоров.

В работе решаются задачи:

1. Изучение свойств нанотрубки в качестве колеблющейся струны.
2. Исследование зависимости частоты колебания трубки от различных параметров.
3. Сравнение чувствительности сенсора на основе УНТ с уже существующими типами сенсоров.

Углеродные нанотрубки обладают очень разнообразными свойствами, демонстрируя высокую прочность на растяжение и изгиб, способность перестраиваться под действием механических напряжений, высокую проводимость, необычные магнитные и оптические свойства. Эти качества УНТ открывают широкий спектр возможностей для практического применения данного наноматериала. В частности, малые размеры нанотрубок делают их хорошим материалом для изготовления сверхчувствительных биосенсоров. Это одна из малоисследованных областей применения УНТ, что делает предлагаемую работу достаточно актуальной в современной науке.

Одно из замечательных качеств УНТ – эластичность, поэтому нанотрубку можно представить как колеблющуюся струну. На основе предположения  о том, что УНТ ведет себя как колеблющаяся струна, рассчитана зависимость частоты колебания от различных характеристик нанотрубки. 

При адсорбации частиц, например вирусов или молекул белка на поверхности трубки изменяется масса колебательной системы, что влечет за собой изменение частоты колебания. Для использования нанотрубки в качестве сенсора, позволяющего определять массу объектов наномасштаба, определена зависимость изменения частоты Δν  от изменения массы системы Δm. По результатам расчетов построены графики, выражающие зависимость отношения Δν/Δm от таких параметров, как длина нанотрубки-"струны" l и краевой угол α. Из графиков видно, что величина Δν/Δm тем больше, чем меньше l и α.

 Для оценки эффективности сенсоров на основе углеродных нанотрубок необходимо сравнить их с уже существующими видами чувствительных сенсоров. Один из них – микровесы на основе тонкой кварцевой пластины. По аналогии с микровесами для нанотрубки расчитан коэфициент чувствительности С= -Δm/Δν (соотношение Сауэрбрея), а также построен график зависимости коэффициента чувствительности С от длины нанотрубки и краевого угла . На графике наглядно показано, что величина С тем больше, чем больше длина нанотрубки и  краевой угол. Показано, что исследуемый сенсор может реагировать на изменения массы в 10¹⁵ раз меньшие, чем кварцевая пластинка. Такая чувствительность в теории позволяет обнаруживать даже единичные молекулы.

Выводы

В работе проведено изучение колебательных свойств углеродных нанотрубок. Получена формула для определения основной частоты колебания трубки-«струны». Исследована зависимость частоты от различных параметров, а также построены графики, наглядно отображающие полученные результаты. Величина Δν/Δm тем больше, чем меньше краевой угол и длина нанотрубки.

Теоретически показана возможность создания высокочувствительных сенсоров на основе углеродной нанотрубки-«струны». Было проведено сравнение УНТ-сенсора с кварцевыми микровесами, убедительно демонстрирующее  преимущества углеродных нанотрубок.

Несмотря на теоретический характер полученных результатов, я считаю возможным продолжение дальнейших исследований и даже постановку практических экспериментов для проверки данных, полученных в результате моделирования.

Список литературы

Под ред. Ю. Д. Третьякова Нанотехнологии. Азбука для всех. М.: ФИЗМАЛИТ, 2008. 307с.

Michael F. L. De Volder et al. Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications // Science. 2013. V. 339. P. 535-539

Елецкий А. В.  Угледродные нанотрубки // УФН. 1997. Т. 167, № 9. 954 с.

Джанколи Д. Физика: В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ – М.: Мир, 1989. 455-473 с.

Daniel A. Heller, Hong Jin, Brittany M. Martinez, Dhaval Patel, Brigid M. Miller, Tsun-Kwan Yeung, Prakrit V. Jena, Claudia Ho, Taekjip Ha, Scott K. Silverman and Michael S. Strano Multimodal optical sensing and analyte specificity using single-walled carbon nanotubes // Nature Nanotechnology. 2009. V. 4. P. 114-120

XuMuK.ru – Молекулярная масса белков «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т. Т., Головкин Б. Ф.

Больше десятка стран мира 10-15 лет активно экспериментируют в области строительства домов, офисных зданий, которые в нашей стране принято называть «умными домами». Нанотехнологии, используемые в них, направлены на сбережение многих ресурсов, но в первую очередь, конечно, ископаемые источники, которые крайне энерго- и финансовозатратно добываются из недр Земли – газ, нефть. К тому же ископаемые источники энергии истощаются.

Сберегающие природу, экологические супертехнологические изобретения с использованием сверх чутких частиц пронизывают, во множестве присутствуют во  всех сферах функционирования энергетически эффективных зданий. Дома постепенно перестают быть только стенами и крышей, просто ограждающими людей.

«Исследование причин возникновения и способов устранения

                      аэродинамических резонансных поперечных колебаний на упругих 

                         перекрытиях с применением простейших моделей, имитирующих

                                         секционные перекрытия мостовых сооружений»

   авторы:    Тихонова Анастасия Юрьевна, Григорьев Илья Андреевич

 МБОУ Лицей №15 г.Химки

  Научные руководители работы:   учитель физики МБОУ Лицей №15 г.Химки  Сафиулина Оксана Александровна и   педагог доп. образования  МБОУ Лицей №15 г.Химки,   к.ф.м.н., доцент   Тыкоцкий В.В.                                                                                      

           20 мая 2010 г. произошёл уникальный случай в мировой практике эксплуатации мостовых сооружений: на блочном строении Волгоградского моста   произошли поперечные резонансные колебания по всей длине, вызванные боковыми порывами ветра (боковой ветровой нагрузкой).

Целью  работы является исследование причин возникновения и способов устранения резонансных аэродинамических поперечных колебаний на упругих перекрытиях с применением простейших качественных экспериментальных моделей этих перекрытий.

      В свете событий, связанных с поведением Волгоградского моста, и поручением Президента РФ по инициированию в стране работ по моделированию и аэродинамическим исследованиям упругих перекрытий, входящих в мостовые сооружения, представленная работа является актуальной.

     Институтом «Гипростроймост» был избран путь построения технической модели Волгоградского моста и её обдувания в большой аэродинамической трубе с целью экспериментального исследования причин возникновения и способов устранения поперечных колебаний на балочных перекрытиях моста при тех или иных боковых порывах ветра. Это требует длительного периода исследований и больших финансовых затрат.

     Нами предложены исследования,  которые не связывались с  построением конкретной технической модели упругого перекрытия моста и проводились на базе обычной школьной лаборатории.

     Нами применены две наиболее простейшие качественные модели мостового перекрытия при использовании натянутого упругого жгута, имитирующего упругие секции какого-либо моста, даётся экспериментальное объяснение в подобных строениях аэродинамических колебаний при боковых порывах ветра.

(Эскиз первой простейшей модели и схема расчётной модели упругого односекционного перекрытия моста)

(Эскиз второй простейшей модели упругого перекрытия из 2-х секций (пролётов) с серединной опорой, где точка сцепления опоры с перекрытием имеет возможное перемещение в вертикальном направлении при появлении составляющих сил, действующих на перекрытие по вертикали)

В качестве упругого перекрытия использован нетолстый цилиндрический жгут  из полужёсткой резины. Для такой модели перекрытия имеется возможность определить скорость «с»  поперечной механической волны по простым формулам:

$c=\sqrt[]{\frac{F}{p\times S}}$

Нами были рассчитаны частоты колебаний односекционной и двухсекционных перекрытий моста при наличии ветровой нагрузки по формуле:

$=\frac{c\times m}{2\times l}$

Результаты опытов показали,  что если частота изменения силы воздействия со стороны ветрового потока, совпадает с частотой собственных колебаний перекрытия, то это может привести к определённому механическому резонансу стоячей волны.

Мы предположили, что упругое перекрытие должно иметь переменное сечение. Отношение длин на упругом перекрытии должно давать бесконечную дробь. В этом случае никогда не возникает стоячая волна. Мы имитировали переменное сечение с помощью введения неоднородности. Т.е. увеличивали диаметр трубочки и наше предположение подтвердилось.

В работе применены методы исследования, доступные школьникам старших классов:

- Применение простого математического аппарата из теории механических колебаний и волн, объясняющего возникновение поперечных стоячих волн в рассматриваемых моделях упругих перекрытий (в рассматриваемых ограниченных упругих средах);

- Расчётно-экспериментальное обоснование причин возникновения резонансных колебаний при циклических ветровых нагрузках на упругие перекрытия;

- Экспериментальное исследование способов, устраняющих возникновение аэродинамических колебаний на простейших моделях упругих перекрытий.

Основные результаты (практическая значимость) научной работы

На основе расчётно-экспериментального исследования поведения рассмотренных простейших моделей упругих перекрытий при боковой ветровой нагрузке:

- объяснены причины возникновения на упругих перекрытиях резонансных волновых поперечных колебаний при боковых порывах ветра с циклической интенсивностью ветрового потока;

-  предложены способы устранения указанных колебаний и выработаны рекомендации, которые:

1)  необходимо учитывать на этапе эскизного проектирования реальных моделей и реальных упругих блочных перекрытий мостовых сооружений;

2) могут быть использованы в учебных целях для демонстрации возможностей недопущения механических резонансных колебаний в плане изучения темы «Механические колебания и волны в упругих ограниченных средах», рассматриваемой в общем курсе элементарной физики.

Литература

1. И.В.Савельев. Курс общей физики. Том 1: Механика, колебания и волны, молекулярная физика. – Учебное пособие для высших технических учебных заведений. – М.: «Наука», 1966.
2. Н.В.Александров, А.Я.Яшкин. Курс общей физики: Механика. – Учебное пособие для студентов-заочников физико-математических факультетов педагогических институтов. – М.: «Просвещение», 1978.
3. В.К.Житомирский. Механические колебания и практика их устранения. – М.: «Машиностроение», 1966.
4. Н.Н.Малов. Основы теории колебаний. – Пособие для учителей. – М.: «Просвещение», 1971.
5. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. – М.: «Наука», 1980.
6. Под ред. академика И.К.Кикоина. Справочник «Таблицы физических величин». – М.:

           «Атомиздат», 1976.      

Экспериментальное исследование свойств неньютоновской жидкости
Коновалов Никита Денисович Государственное казенное общеобразовательное учреждение города Москвы "Кадетская школа-интернат № 1 "Первый Московский кадетский корпус"8 «В» класс
Научный руководитель: Лебедева Татьяна Петровна, учитель физики Хоринской средней школы №2 Республика Бурятия, Отличник народного просвещения РФ, Заслуженный учитель Республики Бурятия, Лауреат премии РФ «Лучшие учителя России»
Работа представляет собой научно-практическое исследование, посвящённое, изучению свойств неньютоновской жидкости – жидкости, отклоняющейся от закона вязкости Ньютона и совмещающей в себе свойства жидкостей и твёрдых тел. Их особенность заключена в том, что их текучие свойства колеблются в зависимости от скорости ее тока. Неньютоновскую жидкость легко получить, смешав воду с пищевым картофельным крахмалом.
Гипотеза: Неньютоновскую жидкость можно получить в домашних условиях. С увеличением частоты звуковых колебаний свойства неньютоновской жидкости проявляются сильнее.
Цель работы: с помощью экспериментальных исследований выявить свойства неньютоновской жидкости.
Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:
1. подобрать, изучить и обработать различные источники информации по данной теме;
2. произвести эксперименты и выявить свойства неньютоновской жидкости;
3. обобщить результаты исследований, сделать выводы.
Актуальность исследования определяется высоким научным интересом исследователей к изучаемой тематике, в частности ведутся разработки в области создания «жидкой брони»; разработан взрывозащитный контейнер («жидкая сумка»), которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолета. Предложенный учеными вариант такого контейнера представляет собой чехол с эластичным и полым внутри покрытием, содержащим неньютоновскую жидкость, которая при резком ударе превращается в твердый материал. Подобные взрывозащитные контейнеры уже используются при перевозке различного багажа. Сейчас проводятся испытания, которые покажут, действительно ли она сможет защитить самолет от взрыва бомбы. В автопроме используются моторные масла синтетического производства на основе неньютоновских жидкостей, которые уменьшают свою вязкость в несколько десятков раз при повышении оборотов двигателя, позволяя при этом уменьшить его трение. Магнитные мелкодисперсные неньютоновские жидкости применяют в новейших технологиях для амортизации некоторых элементов транспортного оборудования или механических машин.

Структура работы представлена введением, теоретической и практической частями, заключением, списком литературы. Теоретическая часть, включает основу теоретических знаний по теме исследования и практическую часть, состоящую из 8 экспериментов, показывающих необычные свойства неньютоновской жидкости. Важнейшим элементом исследовательской работы является представление экспериментальных результатов работы и их физическое объяснение. В процессе работы проведено восемь экспериментов «Как получить неньютоновскую жидкость», «Палец», «Гвоздь», «Архимедова сила», «Жидкий шар», «Упругий мячик», «Яйцо в пакете», «Танцующая жидкость».
Необычные свойства неньютоновской жидкости заключаются в строении самой жидкости: жидкость по своему составу неоднородна, она состоит из мелких и крупных молекул (молекулы крахмала и воды), между крупными молекулами образуются физические контакты в виде хаотически сплетенных групп молекул. Эти прочные связи называются зацеплениями. При резком воздействии прочные связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешние воздействия как упругая пружина. При медленном же воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться, сетка рвется, и молекулы равномерно расходятся. Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействие, но и даже звуковыми волнами. Если воздействовать механически на обычную жидкость, то чем большее будет воздействие на нее, тем больше будет сдвиг между плоскостями жидкости, иными словами, чем сильнее воздействовать на жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее, в следствии мы столкнемся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшении скорости тока жидкости.

В результате проведённых экспериментов мы пришли к следующим выводам:

1. Получение неньютоновской жидкости происходит путем смешивания воды с пищевым картофельным крахмалом в пропорции 5:4;
2. Жидкость будет оставаться твердой при постоянном и непрерывном на нее воздействии;
3. Жидкость будет проявлять свойства твердого или жидкого в зависимости от скорости погружения в неё другого тела;
4. Текучие свойства жидкости будут колебаться в зависимости от скорости ее тока, т.е. вязкость неньютоновской жидкости зависит от механических воздействий, в том числе и от вибрационных (звуковых). Чем выше скорость воздействия, тем больше вязкость;
5. Главное свойство неньютоновской жидкости - увеличение вязкости с ростом скорости;
6. Неньютоновские жидкости «совмещают» в себе свойства жидкостей и твёрдых тел.

Список литературы
1. Детская энциклопедия , т.3, Вещество и энергия, – 3-е изд., М.: Педагогика, 1973. – 544с.
2. Уокер Дж. Физический фейерверк: - 2-е изд. Пер. с англ./ Под ред. И.Ш. Слободецкого. – М.: Мир, 1998. – 298 с.
3. Энциклопедический словарь юного физика / Сост. В. А. Чуянов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991. – 336с.
4. http://www.wikipedia.org/wiki/
5. http://www.labh.ru/
6. http://www.galileo-tv.ru
7. http://www.phys-encyclopedia.net/
8. http://www.d3o.com

Перспективы создания искусственных Вселенных

Автор работы:

Крымов Александр Павлович

Учебное заведение:

г. Королёв, Московская область

МБОУ СОШ №1, 8 «В» класс

Научный руководитель:

Королёв Михаил Сергеевич

Цель: оценить перспективы создания искусственной Вселенной.

Согласитесь, если человечество научится создавать независимые от нас искусственные Вселенные, мы сможем очень сильно и далеко продвинуться в науке. Во-первых, в случае угрозы нашей жизни, мы сможем переселиться в другой безопасный для нас мир. Во-вторых, мы сможем проводить в этих «лабораторных Вселенных» различные крайне опасные опыты, не боясь при этом разрушить весь наш мир в один миг. Ну и да, гораздо менее затратным будет создать Вселенную недалеко от Земли и направлять туда, всё что потребуется, нежели очень долго, на досветовых скоростях бродить по глубинам нашей галактики в поисках новых мест обитания.

Тезисы:

1. Что происходит до Большого Взрыва? Космологическая сингулярность

И так, раньше перед нами была наша Вселенная, сжатая в одну невероятно маленькую и горячую точку – такое состояние в современной науке именуется космологической сингулярностью.

Главную загадку для учёных со всего мира составляет парадокс состояния этой сингулярности, при котором она имеет, как и бесконечную температуру, так и бесконечную плотность. В момент космологической сингулярности нарушатся все существующие основополагающие законы физики современности. Почему же они нарушаются, спросите вы, ведь горячая и маленькая точка вполне может существовать? Тогда, проведём мысленный эксперимент: как мы знаем, температуры вещества – кинетическая энергия хаотично движущихся молекул и соответственно чем больше она, тем быстрее и хаотичнее они передвигаются. Начнём сжимать этот огромный сгусток хаотично движущихся молекул до предела, и в конечном итоге их движение прекратится, т.к просто не останется места для их хаотичного передвижения в пространстве. А вот теперь вспомним модель космологической сингулярности и окончательно убедимся, что в ней законы физики не работают.

2. Первые секунды после взрыва. Барионная асимметрия и появление первых частиц.

В первые мгновения, вследствие крайней неустойчивости состояния вырвавшегося вещества, произошло нарушение симметрии элементарных взаимодействий. В результате этого, гравитация, бывшая с другими силами наравне, вмиг стала чрезвычайно слабой, дав возможность Вселенной свободно растягиваться во все стороны.

Весь строительный материал, находившейся в сжатой Вселенной, начал высвобождаться и расширяться. На выходе мы получили вещество, представляющее собой смесь кварков (элементарного строительного материала) и глюонов (скрепляющих нитей между ними) – кварк-глюонную плазму.

3. Образования вещества. Зарождение первых планет и звёзд.

А вот через 600 миллионов лет после Большого Взрыва, вследствие усиления роли гравитации, звёздный туман из вещества начинает сжиматься и собираться в нечто похожее на зародыш звезды - протозвезду. После появления протозвёзд, начинается зарождение первых галактик и туманностей.

4. Расширение Вселенной. Красное смещение.

Возникает вопрос – откуда мы знаем, что Вселенная до сих пор расширяется? С чего мы это взяли, если наши телескопы не видят её края? Дело в том, что теории о постоянном расширении пространства очень хорошо обоснованы таким космологическим явлением, как красное смещение.

Опять-таки, проведём мысленный эксперимент: возьмём для него телескоп-наблюдатель и далёкую-далёкую звезду, испускающую свет. Допустим, он вышел из неё, имея голубой цвет – т.е примерная длина волны была 450 ммк. Замерим свет, пришедший спустя годы на телескоп-наблюдатель – он будем иметь красный цвет и длину волны 700ммк. Почему же волна так растянулась по дороге? Дело в том, что волна, как и вся материя тоже движется в пространстве-времени. И единственным в данной ситуации обоснованием удлинении волны является то, что пока она шла к наблюдателю, пространственно-временной континуум вместе с ней растянулся и увеличился в размерах. Вселенная расширилась, и расширила длину волны света, исходящего от нашей звезды.

5. Основная часть - мысли о создании контролируемой человеком искусственной Вселенной в недалёком будущем.

Я предлагаю современной науке серьёзно заняться изучение процесса создание Вселенной, от начала до конца – решить в нём большинство накопившихся парадоксов, и вывести недостающие формулы.

Для начала, необходимо создать искусственную сингулярность. Я долго искал ответ на вопрос, возможно ли это сделать, и если да, то каким образом. На данном этапе развития науки, у нас пока что нет практической установки для создания точки с бесконечной плотностью и температурой, но американский физик Митио Каку нашёл гипотетический способ сделать это при помощи ускорителя ядерных частиц.

Есть предположение, что для создания сингулярности нам достаточно создать двойное кольцо из ускоренных ядерных частиц. Как только скорость станет максимальной, мы столкнём два контура в один, и направим всю колоссальную энергию в одну точку, внутрь нашей экспериментальной станции..

..И вот, спустя некоторое время, наша подопытная мини-Вселенная взрывается. Происходит небольшой аналог Большого Взрыва..

6. Итоги.

Понимание того, из чего мы состоим, как мы появились, и почему происходят различные процессы во Вселенной, приведёт к разгадке большинства тайн и открытию для себя новых горизонтов, возможностей, для развития космологии и науки физики в целом.

Актуальность работы: уже в ближайшем будущем человечеству понадобится мыслить в этом направлении.

Значимость и новизна: на данный момент эта область мало изучена наукой. В работе сделаны гипотетические продвижения по теме.

Итоги: основная цель проекта достигнута. Дальнейшее продвижение работы невозможно в результате малого количества экспериментальных данных.

Список использованной литературы:

1. Кэрролл Шон. Частица на краю Вселенной. Как охота на бозон Хиггса ведет нас к границам нового мира – Пер. с англ. Т. Лисовской. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – 352 с.
2. Лиза Рэндалл. Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной - Издание 2014 года.: Пер. с англ. - М: Альпина нон-фикшн, 2014. – 518 с.
3. Митио Каку. Будущее Разума. – Издание 2015 года.: Пер. с англ. –М.: Альпина нон-фикшн, 2015. – 502 с.
4. Митио Каку. Физика будущего. – Издание 2012 года.: Пер. с англ. – 3-е изд. –М.: Альпина нон-фикшн, 2014. – 584 с.
5. Научно-популярная передача: «Научная нефантастика (Митио Каку) - S01E02»

"Радиосвязь, начало начал"; Овчаров Артём Дмитриевич; МБОУ СОШ№5, МБОУ ДОД ЦДюНТТ; 

Научный руководитель: Шишкин Евгений Маленович, заведующий лабораторией радиоэлектроники.

Радиосвязь, без нее не мыслима современная цивилизация. Узнать, на каком физическом принципе осуществляется радиосвязь. Это и стало целью моего исследования.

Задачи исследования: 1) познакомиться с физическими основами радиосвязи; 2) построить и испытать в действии своё первое радиопередающее устройство.

Гипотеза: радиосвязь осуществляется с помощью электромагнитных волн, которые "несут" полезную информацию.

Предмет исследования: действующий макет простейшего радиопередающего устройства.

Новизна исследования заключается в том, что проект выполнен учащимся ещё не изучавшим физику в школе. Сложные физические понятия изложены в доступной форме и закреплены простейшими и наглядными опытами.

Практическая значимость исследования состоит в том, что результаты работы (в виде рекомендации и наглядных пособий) могут быть использованы учениками начальной школы общеобразовательных школ на занятиях кружков "Радиолюбитель" и "Юный исследователь".

Проведя испытания построенного мною устройства я считаю: при передачи информации на низких (звуковых) частотах на действительно большие расстояния необходимо тратить много электрической энергии; одновременно может работать, не мешая друг другу, только передающее устройство. Из этого я сделал вывод, что такое направление радиосвязи, радиосвязи на звуковых частотах, не продуктивно и по этому в настоящее время не используется. Исследование современных радиопередающих систем- это и станет темой моего следующего проекта. Работая над проектом я познакомился с магнитными, электрическими и электромагнитными полями, с их природой и особенностями их возникновения и распространения. Я построил и успешно испытал своё первое радиопередающее устройство. Я наметил тему своего следующего исследовательского проекта. Задачи исследования - выполнены полностью. Гипотеза - нашла своё практическое подтверждение. Цель проекта - достигнута.

Модификация наноструктурированных поверхностей вольфрама и молибдена в результате вакуумного пробоя

Артанова Марина Владимировна, Сахарова Таисия Сергеевна

ГАОУ ЦО №548 «Царицыно»       Класс: 11

Научный руководитель: Синельников Дмитрий Николаевич, кандидат физ.-мат. наук, ст. преп. каф. №21 НИЯУ МИФИ

В настоящее время при осуществлении управляемого термоядерного синтеза существует проблема взаимодействия плазмы с поверхностью. Более того, при высоких температурах и больших потоках гелия, падающих на обращенную к плазме вольфрамовую поверхность термоядерной установки, может образовываться новая структура – "вольфрамовый нанопух". Частицы "нанопуха" могут отделяться от поверхности и попадать в плазму, что приводит к ее загрязнению и охлаждению. Кроме того, между плазмой и "нанопухом" наиболее часто происходит зажигание униполярных дуг, что приводит к еще большему загрязнению плазмы. Причина этого негативного явления до сих пор не ясна. В данной работе мы исследуем начальный этап образования униполярных дуг ‑ процесс нарушения электрической изоляции между пухом, являющимся катодом, и металлическим анодом, который мы используем вместо плазмы для упрощения эксперимента.

Целью работы было изучить закономерности нарушения вакуумной электрической изоляции между вольфрамовым "нанопухом", являющимся катодом в вакуумном диоде, и анодом из нержавеющей стали. Для этого необходимо было спроектировать вакуумный диод и рассчитать его параметры. Вакуумный диод состоит из катода и анода, разделенных вакуумным промежутком, однако для нарушения электрической изоляции необходима достаточно большая напряженность электрического поля. Для ее достижения приходится использовать малые вакуумные промежутки, поэтому возникает проблема параллельного размещения электродов. Решением этой проблемы является использование анода сферической формы вместо плоского, но в этом случае электрическое поле в вакуумном промежутке не однородно. Поэтому важной задачей является нахождение площади эмитирующей поверхности  катода ‑ поверхности, у которой электрическое поле максимально и приближенно однородно. Эта площадь зависит от длины вакуумного промежутка и радиуса анода. Проведя моделирование в среде Comsol, а также аналитический расчет, были выявлены оптимальный радиус анода, а также зависимость между исследуемой площадью катода и длиной вакуумного промежутка. Данная зависимость необходима для определения средней плотности тока с исследуемого катода, что важно для последующей обработки результатов измерения.

Во второй части работы был проведен анализ фотографий поверхности катода, поврежденного микропробоем. Фотографии были  получены с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). На этих фотографиях были обнаружены кратеры от микропробоя с поверхности вольфрамового "нанопуха", похожие на снежинки (см. рисунок 1 а и б). Ранее о возникновении таких кратеров на проводящей металлической поверхности не было известно. Подобных кратеров от одного микропробоя образовалось порядка 20 штук. Причиной образования таких кратеров могло быть протекание достаточно большого тока между катодом и анодом, несмотря на наличие в цепи токоограничивающего сопротивления, лимитирующего ток в 200 мкА. Таким образом, энергия для протекания такого тока могла быть запасена в емкости вакуумного диода. Предварительно эта емкость была оценена в 10^-12 Ф. Было сделано предположение, что материал, находившийся в месте образования снежинки, во время пробоя был испарен. Исходя из этого предположения, был произведен расчет глубины каналов снежинки из равенства энергии, содержащейся в вакуумном диоде, и энергии, необходимой для испарения материала, содержащегося в канале снежинки. По снимкам поверхности материала, снятых под углом, определили глубину канала и сравнили ее с полученной расчетной глубиной. Данное сравнение было проведено для наноструктурированных поверхностей не только из вольфрама, но из молибдена.

 Таким образом, были рассчитаны оптимальные параметры вакуумного диода со сферическим анодом, позволяющие при равномерной эмиссии с поверхности оценить плотность тока с катода. В работе были изучены принципы движения вакуумной дуги по поверхности. Используя эти принципы, а также результаты анализа фотографий молибденовой и вольфрамовой наноструктурированных поверхностей катода, поврежденного микробробоем, мы создали энергетическую модель образования снежинок. Она поможет изучить механизм возникновения вакуумного пробоя, что позволит повысить вакуумную электрическую изоляцию.

Приложение:

Использованная литература:

1. D. Hwangbo, S. Kajita, S. A. Barengolts , M. M. Tsventoukh, N.Ohno «Transition in velocity and grouping of arc spot on different nanostructured tungsten electrodes» // Results in Physics 4 (2014) 33–39
2. https://en.wikipedia.org
3. Anders A. Cathodic arcs: from fractal spots to energetic condensation. New York, USA: Springer; 2008.

Изображения:

Рисунок 1. Кратеры от микропробоя на поверхности вольфрамового "нанопуха"(а)	Рисунок 1. Кратеры от микропробоя на поверхности вольфрамового "нанопуха"(б)

Казимиров Данил Дмитриевич,

9 класс ГБОУ «Школа-интернат «Интеллектуал»» СП «Гимназия».

Научный руководитель - Клименкова Галина Юрьевна, учитель физики.

Физика настольного тенниса

Тезисы научно-исследовательской работы

Игры, как исторически сложившееся явление, возникли в глубокой древности, и представляют собой самостоятельный вид деятельности, свойственный человеку. В значительной мере своим становлением человек обязан игре. Из истории спорта, особенно игровых видов, известно, насколько многолик и интересен мир игр. Однако среди всех игр с мячом настольный теннис – это самая настоящая динамическая тренировка для всего тела. 

К сожалению, в настоящее время большинство теннисистов не понимают основных закономерностей процесса игры. Именно в связи с этим обстоятельством игроки часто допускают грубые ошибки в своей тактике, ведущие к проигрышу. В данной работе я попытаюсь выяснить некоторые физические закономерности, проявляющиеся во время игры, и, тем самым, уберечь неопытных игроков от совершения практических ошибок.

Проблема: отсутствие понимания основных практических и теоретических закономерностей  хода игры в настольный теннис с точки зрения физики.

Цель исследовательской работы: изучить основные закономерности, проявляющиеся в процессе игры в настольный теннис, с точки зрения физики.

Задачи:

1. Исследовать траекторию движения мяча во время подачи. Установить от чего зависит ее вид.
2. Изучить вращение мяча во время игры. Исследовать изменение траектории движения мяча в результате его вращения.
3. Установить зависимость скорости ракетки от пройденного мячом пути после его подбрасывания до удара об ракетку во время подачи. Провести числовой эксперимент и проанализировать его результаты.

Актуальность: рассматриваемая в работе тема актуальна в связи с непониманием основных закономерностей процесса игры многими теннисистами. Данная работа способствует эффективному развитию теоретических и практических навыков игроков.

Перечень исследований, положенных в основу данной работы: в основе данной работы лежат теоретические положения, справочные данные, некоторые исторические факты, а также конкретные практические примеры и исследования.

Итоги:

1. Исследована траектория движения мяча во время подачи, установлена от чего зависит ее внешний вид.
2. Проведен эксперимент и доказано, что траектория полета мяча зависит не только от начальной скорости и направления удара зависит не только от начальной скорости и направления удара, но и от вращения, приобретаемого в результате взаимодействия с резиновой поверхностью ракетки.
3. Изучены основные типы вращения мяча.
4. Рассмотрено и проанализировано изменение траектории движения мяча в результате его вращения. Проведен эксперимент.
5. Установлена зависимость скорости ракетки от пройденного мячом пути после его подбрасывания до удара об ракетку во время подачи. Проведен числовой эксперимент, представленный в виде графика.

Продукт и его апробация:

1. В дальнейшем целесообразно изучить движение мяча во время игры с точки зрения динамики, действующих на него сил. Кроме того, в последующей работе имеет смысл установить характер взаимодействия мячика с резиновой поверхностью ракетки, благодаря которой он приобретает вращение.
2. Результаты моих исследований уберегут неопытных игроков от совершения ошибок. В работе изложен материал, вызывающий интерес не только у спортсменов, но и молодежи. Материал способствует мотивации молодых людей к занятиям спортом.

Список литературы:

1. Правила игры в настольный теннис, инвентарь, польза [Электронный ресурс]: Статья. – Электрон. текст. и граф. дан.– Режим доступа: http://vashsport.com/pravila-igry-v-nastolnyj-tennis/.
2. Настольный теннис [Электронный ресурс]: Энциклопедия. – Электрон. текст. и граф. дан.– Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Настольный_теннис.
3. Настольный теннис [Электронный ресурс]: Статья. – Электрон. текст. и граф. дан.– Режим доступа: http://omsk-osma.ru/vneuchebnaya-i-social-naya-rabota/sportivnyy-klub/sbornye-sportivnye-komandy/nastol-nyy-tennis/.
4. Вращение мяча [Электронный ресурс]: Учебно-методический материал. – Электрон. текст. и граф. дан.– Режим доступа: http://www.offsport.ru/table-tennis/vrashhenie-mjacha.shtml.

«Новый способ орошения почв для органического земледелия»

Автор: Дубонос Юлия Евгеньевна – Ученица 11 «Б» класса НЧОУ «Лицея «ИСТЭК»

Научный руководитель: Мажник Анатолий Павлович – Преподаватель физики НЧОУ «Лицея «ИСТЭК»

Представленная работа посвящена разработке нового способа орошения почв для использования его в органическом земледелии.

Актуальность  данной работы обусловлена нехваткой воды для обеспечения земли влагой.

Цель работы: предложить новый способ орошения почв, используя различные системы для конденсации влаги, содержащейся в атмосфере.

В рамках достижения данной цели автором были выдвинуты следующие задачи:

1. Изучить имеющие системы для орошения почв водой, содержащейся в воздухе.
2. Выявить возможности для их улучшения.
3. Предложить новую усовершенствованную систему для обеспечения почв влагой.
4. Создать модель данной установки.
5. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы.

В ходе решения поставленных задач были использованы следующие методы:

1. Изучение учебной и научной литературы.
2. Проведение патентного поиска.
3. Практическое исследование.
4. Изготовлена действующая модель для исследований физических процессов, происходящих в лесополосе с ажурной кроной.

Выводы:

Разработана физическая модель процессов, происходящих в ажурной кроне лесополосы, которая позволяет объяснить явления, происходящие в лесополосе.

Предложена система воздушного орошения почв с размещением ветродвигателей над ажурной частью кроны лесополосы.

Впервые предложено использование конденсационных колодцев в лесополосах.

Впервые предложено использование тепловой трубы для теплообмена между колодцем и водоносным слоем земли.

Впервые предложено размещать вытяжную трубу колодца в верхней части ажурной кроны лесополосы.

С физических позиций объяснены результаты, полученные в диссертации Ракова А. Г. « Особенности фитомелиорации земель Центрального и Восточного Предкавказья» о причинах необходимости удаления низкорослых кустарников в лесополосах и необходимости формирования ажурной кроны.

Патентный поиск показал, что предложенное в настоящей работе техническое решение ранее не было известным. Готовится заявка на патент РФ на изобретение: «Способ орошения сельскохозяйственных угодий и устройства для его осуществления».

Список литературы: