Мастер-класс по теме "Исследование помещений различной формы на коэффициент комфортности"

Мастер-класс  учителя математики высшей категории  Коляновой Гульнары Галиевны.

«Исследование на коэффициент комфортности  помещений различной формы»

В настоящее  время в городе Димитровграде Ульяновской области совместными усилиями Правительства Ульяновской области, Государственной корпорации «Росатом», Федерального медико-биологического агентства России и ОАО «Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов» (далее – ОАО «ГНЦ НИИАР») проводится активная работа по формированию ядерно-инновационного кластера.

Это  высокотехнологичный современный проект, реализация которого потребует высокого качества человеческого капитала, роста требований к уровню образованности и компетентности тех специалистов, что будут привлечены к решению задач развития ядерного кластера.

Поскольку создание ядерного кластера позволит дать мощный толчок к развитию самых разнообразных производств и целым отраслям на территории Ульяновской области, то , естественно, будет развиваться и инфраструктура. Возникнет необходимость строительства нового жилья.( Слайд 2)

Поставим перед собой задачу: исследовать степень комфортности жилья в зависимости от его геометрической формы. Решение этой задачи будет иметь важнейшее  практическое значение и может быть использовано в архитектуре.

Геометрия архитектуры окружающих  нас зданий разнообразна. Как известно, разные народы строили для себя  жилье разных форм, видимо, строители руководствовались  известными им  принципами.  И почему  кот, когда в холодную ночь он приготовляется ко сну,  поджимает лапы, свертывается и таким образом делает свое тело насколько возможно шарообразным? Почему так удобно свернуться «калачиком», когда спишь?  Почему  космические корабли пришельцев имеют именно шарообразную форму? Видимо, соотношения формы,  объема и площади поверхности  тел имеют  закономерность, влияющую на степень комфортности.

Аудитория делится на группы. Каждой группе дается план работы.(См. приложение), калькулятор.

1.Слайд 3--5

Исследование на коэффициент комфортности жилья формы куба

А теперь  займемся практикой. Коэффициент комфортности жилья вычисляется по формуле

Подавляющее   число  жилых зданий имеет  форму куба или прямоугольного параллелепипеда.

 Дано: куб с ребром а.

Найти: коэффициент комфортности

Решение:1)Найдем объем куба: V=a³

2)Найдем площадь полной поверхности: Sп.п.=6а²

3)Найдем коэффициент комфортности                                                                  <1, => жилье

формы куба не очень комфортное!

2. Слайд 6-7 .Исследование на коэффициент комфортности жилья формы прямоугольного параллелепипеда.                                                                                

Дано: жилище формы прямоугольного параллелепипеда с измерениями а=8м, b=4м, с=4м.

Найти: коэффициент комфортности

Решение:

1)Найдем объем прямоугольного параллелепипеда: V= abc =128м³

2)Найдем площадь полной поверхности: Sп.п.=2(ab+bc+ac)=160 м²

3)Найдем коэффициент комфортности                                                         <1, => жилье

формы прямоугольного параллелепипеда не очень комфортное!

3. Слайд 8-9.Исследование на коэффициент комфортности жилья пирамидальной формы

k0,1551-жилье не комфортное!

         Уже многие тысячелетия, по разным оценкам от 4500 до 200000 лет, человечеством, создаются различные конструкции пирамидальной формы. Пирамиды найдены на всех континентах и даже обнаружены на Марсе. Создание Великих Пирамид приписывается и египтянам, и атлантам и даже инопланетянам. Причины, по которым человечество древнего мира выбрало для строительства первых высотных зданий форму пирамиды,  очевидны:

        Причина номер один: Форму пирамиды подсказала сама природа. Если попробовать из сыпучих материалов на ровной поверхности сделать возвышение методом насыпки сыпучего материала в одну кучу, не пользуясь скрепляющим материалом в виде прутьев, досок, закрепляющих растворов, то можно получить форму неправильных конусообразных – пирамидальных фигур.

      Причина номер два:  Форма пирамиды в строительстве при определенных условиях является самым надежным и крепким сооружением. У  пирамиды сила тяжести направленно вовнутрь, чтобы она не провалилась нужно каменную стенку подпирать очень крепкими подпорками. В древнем мире подобных подпорок не было,  и поэтому пирамиды строились без пустот, если не считать маленьких комнат и коридоров и которые занимали внутри пирамиды не более двух процентов пространства. Соответственно,  с точки зрения практичности они являются бесполезными зданиями. Даже в древнем мире они использовались как возвышенности для жертвоприношения, или как гробницы.

       Причина номер три: Используя материалы, технология, и приспособления, которые использовались в древнем мире, можно было построить архитектурные сооружения только в виде пирамиды. Для того чтобы поднять тяжелые предметы на большую высоту необходимы устройства наподобие лебёдок, лифтов, кранов. В древнем мире подобные устройства не могли использоваться из – за несовершенства  материалов и технологий. Например: практически во всех механизмах для подъема тяжелых предметов на большую высоту используются металлический трос, или, в крайнем случае, канаты высокой прочности. В древнем мире использовались канаты, изготовленные  из растительных или животных волокон. Сделать прочный и очень длинный канат из подобных материалов не представляется возможным.   

В современном мире существуют здания пирамидальной формы.

4.Слайд 10-12. Исследование на коэффициент комфортности жилья цилиндрической формы    

k- ближе к 1 !

  Невольно начинаешь верить в историю цилиндров Фараона,  воссозданную  физиком Владимиром Ковтуном. В этих исследованиях принимали участие медики, физики, египтологи, экстрасенсы и парапсихологи.  Результаты исследований поразили ученых. Оказалось, что Цилиндры Фараона обладают широчайшим спектром благотворного воздействия на организм человека. В него входят: помощь при сердечно-сосудистых заболеваниях, нейротрофических, гипертонии, болезнях выводящих путей, астме, бессоннице, головных болях а также в качестве средства для снятия стрессов и профилактике атеросклероза. Одна из удивительных особенностей Цилиндров Фараона - улучшение работы практически всех основных систем организма (показатели работы этих систем улучшаются в среднем в 2 - 2.5 раза). Согласно результатам экспериментов врача Т. Мешковой Цилиндры Фараона защищают от воздействия излучений различной электронной техники: компьютеров, телевизоров, микроволновых печей и т.д.

5.. Слайд 13-14.  Исследование на коэффициент комфортности жилья конусообразной формы

 Чум является универсальным жилищем северных народов. Это переносная конусообразная палатка, форма которой является приспособленной, целесообразной для тундры. Коническая форма является наиболее удобной, так как с крутой поверхности чума снег скатывается, не задерживаясь, поэтому при переезде на другое место без разгребания и очистки чум можно разобрать. Форма конуса делает жилище устойчивым при метелях и сильных ветрах. Интересно, как чувствует себя  человек  в доме конусообразной формы с точки зрения комфортности.

k0,375- очень далек от 1!

   6. Слайд15-16.  Исследование на коэффициент комфортности жилья сферической формы

Современное строительство предлагает дома сферической формы.

Дано:  жилье шарообразной формы радиусом R.

Найти: коэффициент комфортности

Решение: S_сферы.=4ПR²,   V= ,

Мы получили наибольший возможный  коэффициент. Дом  - сфера комфортен для жилья.

 Известно, что природа, в отличие от нашего традиционного строительства, не создаёт сложные, немобильные конструкции и технологии.

 Идеальной формой, наиболее близкой природе, как известно, является шар. С точки зрения эниологии – науки об энергоинформационном обмене в природе и обществе – купола и своды обладают свойством распределения концентраций энергонапряжений. Круглым формам присуще равномерное поле без существенных зон напряжений и патогенных аномалий, в отличие от углов, особенно близких к 90 градусам.

Попробуем сформулировать преимущества и возможности строительства  сфер (выслушать гипотезы и предположения, подвести итог)

- Согласно изопериметрической теореме из всех тел равного объема наименьшую поверхность имеет шар. Это означает, что на шарообразные сооружения нужно материалов меньше, чем на иные.

- Прочность сферы обеспечена равномерным распределением нагрузок на все точки поверхности. Она превосходно работает на сжатие и на изгиб.

- Сфера является наилучшей формой от ветровых и снеговых нагрузок.

- Создание сферы отличает минимальная материалоемкость, трудоемкость и длительность возведения.

- Сферическая форма сама по себе является энергосберегающей, к тому же она изготавливается практически бесшовной, что минимизирует теплопотери, и снижает затраты на устройство отопительной системы.

- Отсутствие арматуры в стенах.

- В сферических сооружениях нет углов, где обычно застаивается воздух,  их легче проветривать.

- Легкость и прочность сфер обуславливает целесообразность их строительства в сейсмически опасных районах.

- Сферу значительно сложнее разрушить взрывами, даже пробитая в одном или нескольких местах, она не теряет своих конструктивных способностей и не «складывается».

- Можно создавать сферические многоярусные городские структуры, используя минимальные площади под фундаменты, развивая пространственные композиции над трассами.

Заключение: Исследование подтвердило гипотезу: Жилье сферической формы имеет высший  коэффициент комфортности.  Очевидно, в скором будущем преимущества сферы будут использованы в архитектуре,  и новые города будут содержать дома - сферы, полусферы в комбинации с цилиндрами. Тенденции к округлости форм уже налицо в автомобилестроении, оформлении интерьеров, не заставят себя ждать они и в строительстве жилья.