Презентация на тему: «Почему ёмкости для хранения и транспортировки жидкостей имеют цилиндрическую форму?»

• 1 слайд

  Тема: «Почему ёмкости для хранения и транспортировки жидкостей имеют цилиндрическую форму?»
   
  МБОУ Климовская средняя общеобразовательная школа №3
  п. Климово, ул. Лесная, д. 30, телефон [phone]
  Областной конкурс исследовательских работ научных обществ обучающихся «Юные исследователи – будущее науки.
  Номинация: естественно-научная
  Работу выполнила:
  учащаяся 7 класса КСОШ №3 Оганесян Мария Арамовна
  Научный руководитель:
  учитель математики КСОШ№3 Сажнева Елена Викторовна
  2018 год
  
  1
  

• 2 слайд

  Оглавление:
  
  Введение – 3 слайд
  Изученность проблемы – 3 слайд
  Основная часть – 4 слайд
  Заключение – 14 слайд
  Список литературы – 15 слайд
  
  
  
  
  2
  

• 3 слайд

  Введение
  В этом учебном году мы начали изучать новый предмет – геометрию. Познакомившись с различными геометрическими фигурами , меня заинтересовала одна мысль: почему практически все ёмкости для хранения и транспортировки жидкостей имеют цилиндрическую форму?
  Примеров присутствия предметов цилиндрической формы в повседневной жизни предостаточно. Цилиндрическую форму имеют почти все детали вращения - валы, втулки, шейки, оси и т.д. Цилиндр широко используется и в строительстве: башни, опорные, декоративные колонны. А кроме того - посуда, некоторые виды упаковки, трубы всевозможных диаметров. Определение цилиндра , как геометрической фигуры:
  Я решила изучить этот вопрос более подробно :исследовать форму предметов для хранения и транспортировки жидких материалов с более древних времён и до нашего времени. Возможно, в давние времена отдавали предпочтение другим формам? А если эта форма наиболее популярная, то тогда возможно она имеет какие-либо преимущества по прочности, объёму, способу изготовления или экономичности в изготовлении.
  Данную работу я проводила в течение двух месяцев, начиная с декабря 2017 года и по январь 2018г.
  Практически каждая отрасль народного хозяйства сегодня применяет такой вид тары, как сосуд. Эта емкость участвует в различных производственных циклах, участвует в процессах хранения газов, жидкостей, а также их транспортировке. В быту этот вид ёмкостей тоже востребован. Направлений их применения довольно много.
  Начала своё исследование я с простых бытовых приборов – это ёмкости, используемые в быту: бидоны, банки, канистры, бочки и т.п. Затем изучила в интернете данный вопрос и провела практическое исследование: измерила объёмы и прочность различных форм, затем сделала вывод.
  
  3
  

• 4 слайд

  Основная часть.
  Давно меня интересует такой вопрос — почему подавляющее число ёмкостей для хранения и транспортировки жидкостей круглые в поперечном сечении. Моё собственное предположение — либо по технологическим причинам (например, меньше стального листа уходит или варить надо всего один шов), либо жидкость ведёт себя внутри такой ёмкости особенным образом, либо при одном и том же периметре у круга больше площадь, чем у любой другой фигуры. А это значит, что при одинаковой высоте бочек и расходе материала на боковые стенки, круглая будет самой вместительной. Есть и чисто практическое предположение: возможность транспортировки круглой тары проще, её можно просто перекатывать, что было актуально в те времена, когда не было машин. И, наверное, обычай делать круглую посуду зародился в те времена, когда люди поклонялись солнцу, поэтому такая форма им казалась самой красивой и божественной.
  
  4
  

• 5 слайд

  Существуют различные виды древнегреческих сосудов. Посуда в то время ценилась не меньше, чем золото. В Древней Греции каждый сосуд имел свое предназначение. Какие-то емкости использовались для воды, другие для масла, а третьи для вина. На данный момент известно около 20 основных видов древнегреческих сосудов.
  Древнегреческие сосуды изготавливали не только из керамических материалов, но и из металла. Применяли, как правило, для смешивания нескольких разновидностей крепких вин с водой. Такой кувшин для удобства оснащали двумя ручками, располагающимися по бокам. Что касается формы, то эти сосуды , в основном , имели цилиндрическую форму. Благодаря такой конструкции, емкость вмещала больший объём. Чаще всего ,сосуд использовали для охлаждения напитков : наполняли его холодной водой или льдом. Иногда , их оснащали двумя ручками, которые располагались по горизонтали между плечиками и венчиком. Но это необязательно. Существовали сосуды и с одной ручкой, расположенной вертикально.
  5
  

• 6 слайд

  Следующий предмет, который я исследовала – водонапорная башня. Такая башня есть в каждом населённом пункте и все они похожи одна на другую.
  Водонапорная башня – специальная конструкция, необходимая, чтобы отслеживать напор воды и ее расход, что позволяет наблюдать за тем, как формируются запасы в системе водоснабжения. Обычно башня состоит из бака (резервуар для жидкости) и ствола, на котором закреплен бак.
  В России в 1878 г. по проекту инженера В.Г. Шухова был построен первый металлический резервуар для хранения нефти, собранный из клепаных листов металла. К тому времени в мире уже существовали металлические резервуары, к примеру, в США такой был построен еще в 1864 г. но предложенный В.Г. Шуховым вариант имел цилиндрическую форму, в отличие от прямоугольных резервуаров в США, что значительно снижало его металлоемкость - количество металла, расходуемое на изготовление определенной машины, механизма, строительной конструкции. Ствол башни сооружается сплошным или решетчатым, круглого, квадратного, треугольного или многоугольного (чаще всего шести- или восьмиугольного) сечения. Форма башни может быть призматической, цилиндрической, пирамидальной, конической или более сложного очертания. Выбор конструкции производится на основе технологических и архитектурных требований с учетом имеющихся материалов и экономической целесообразности. Например, бак на водокачке вмещает от 5 до 100 тонн воды, поднят на высоту минимум 20 метров (давление в водопроводе будет 2 атм) центр тяжести этого сооружения тоже высоко, для того, что бы ветром не раскачало и не уронило всё это, и делают их круглыми.
  Конструкция водонапорных башен унифицирована. Отдельные экземпляры различаются только емкостью бака и высотой ствола-опоры. Объем резервуара лежит в диапазоне от 15 до 50 м3. Высота водонапорной башни может составлять 9–25 метров. Все зависит от рельефа местности, а также того, каковы потери напора в водопроводной сети и, конечно же, этажности обслуживаемых зданий. Все необходимые расчеты проводят еще при проектировании.
  
  6
  

• 7 слайд

  Основные виды цистерн для перевозки наливных грузов
  К наливным грузам относят жидкие грузы, перевозимые в цистернах, контейнерах и полувагонах-бункерах. Основную массу (более 90%) наливных грузов, перевозимых железнодорожным транспортом, составляют нефтепродукты (керосин, бензин, дизельное топливо, лигроин, мазуты, минеральные масла и др.), в меньшей степени — сырая нефть, которая транспортируется главным образом, по трубопроводам. Кроме того, в категорию наливных грузов входят продукты пищевой промышленности (растительные масла, спирт, патока, животный жир, саломас и др.), а также химические грузы (кислоты, щелочи, красители, лаки, сжиженные газы и др).
  
  7
  

• 8 слайд

  Тара для жидкостей
  Важным, в таре для жидкости ,является вместимость изделий, определяющая заданный объем жидкости, который используют для хранения и транспортировки. В зависимости от вида упакованных материалов и физико-химических свойств товарной продукции ,принята следующая классификация тары:
  по функциям в процессе товарного обращения;
  по кратности использования;
  по принадлежности;
  по назначению;
  по методу изготовления;
  по конструктивным особенностям;
  по прочности;
  по устойчивости к внешним воздействиям;
  по материалу изготовления;
  Важную роль играет прочность
  при сжатии тары для жидкостей.
  
  8
  

• 9 слайд

  Самые совершенные формы, как с точки зрения красоты, так и с точки зрения организации и функционирования, созданы самой природой и развились в процессе эволюции. Человечество с давних пор заимствовало у природы структуры, элементы, построения для решения своих технологических задач. Поэтому в своём исследовании я обратилась к бионике.
  Бионика – междисциплинарная ветвь науки, решающая проблемы в проекте или обществе с точки зрения биологических знаний и методов. Она берет истоки у взаимного сочетания жизненной науки и инженерной технологии. Конструкции живых форм и окружающей среды, в которой они живут, очень похожи. Р. Б. Фуллер, названный “величайшим гением индустриально-технической реализации в строительстве”, говорил, что природа всегда конструирует самые экономичные строения. Он напоминал, что проектирование в ядре процесса эволюции природы основывается на выборе. Р. Б. Фуллер полагал, что признаками выбора являются наилегчайший вес и наименьшая деформация при нагрузке конструкции в механике. Пространственные конструкции всех видов показывают вдохновение, которое обычно исходит от природы. Творческая способность природы многократно превосходит человеческую гениальность. Для защиты от катастроф живые организмы сформировали в большом разнообразии физические конструкции удивительных конфигураций, высокой прочности и жесткости, способные противостоять внешнему воздействию. Удивительно, что они делают свои норы и гнезда по имеющимся возможностям, выигрывая в создании самых твердых, больших изумительных форм с минимальным расходом материалов. Многие экономичные, долговечные и великолепные пространственные конструкции формообразуются с имитацией некоторых черт живых организмов или их убежищ.
  
  9
  

• 10 слайд

  Эксперимент 1
  Если провести эксперимент по повреждению двух видов упаковки: цилиндрической и в форме параллелепипеда, то можно увидеть, что бутылку раздавить трудно, так как жидкость передаёт давление по всем направлением равномерно, а поверхность бутылки сферическая, то нет такого направления, чтобы давление увеличивалось, за счёт малой площади, конструкция оказывается более жёсткой. Когда оказывается такое же давление на коробку, то распределение давления происходит неравномерно и так как в углах коробки давление больше, то возможно повреждение конструкции в этих местах.
  
  10
  

• 11 слайд

  Эксперимент 2
  Возьмём стандартный лист А4, его размеры 29,5 см – длина и 21 см ширина.
  Изготовим из него две объёмные фигуры: цилиндр и параллелепипед (коробку).Затем рассчитаем объём полученных фигур.
  Основание параллелепипеда квадрат, со стороной 7,375см, его площадь равна 54,4см2. Объём параллелепипеда равен произведению площади основания на высоту: 54,4·21 = 1142,2см3.
  Теперь произведём расчёты для цилиндра. Длина окружности основания 29,5см, значит радиус равен 29,5÷2π = 4.7см. Площадь круга равна πṚ2 = 4.72·3,14 =69,4см2, следовательно объём будет равен 69,4·21= 1457,4см3.
  Даже такие простые вычисления показывают, что разница в объёме фигур существенная , и составляет 315,2см3.
  
  11
  

• 12 слайд

  Основные бионические принципы в проектировании пространственных конструкций
  Некоторые фундаментальные принципы лежат в основе проектирования всего разнообразия конструкций, создаваемых природой в течение вековой селекции.
  Сфероидальность. Долговечность и жесткость конструкций в природе обеспечивается, прежде всего, криволинейностью. Все природные формы,
  созданные из прочного материала, имеют пространственную форму: оболочки (ракушка, кости, раковины моллюсков и т. д), каркасы (кость или внутренне заполнение костей, стебли), мембраны (покрывало).
  При изгибе прочного материала рост зарождающихся трещин прекращается с помощью трещин в противоположном направлении. Использование противодействующих усилий для роста жесткости. Повышенная надежность. Природные конструкции обычно имеют высокий индекс надежности благодаря взаимозаменяемости функций, ремонтопригодности, самолечению, гораздо низкие частоты сбоев, адаптивности к внешним воздействиям. Топология пространственной фермы взята у пчел, талантливых инженеров; прототип тонкой оболочки – у яйца, головы птицы или черепахи;
  Множество принципов постройки зданий и других сооружений человек заимствовал у природы. Например, результат совместного изучения биологами и архитекторами Эйфелевой башни был крайне неожиданным: оказалось, что изящная, почти кружевная конструкция этого своеобразного символа Парижа , практически полностью повторяет расположение костных балок большеберцовой кости, выдерживающей тяжесть человеческого тела. Нельзя точно сказать, что было первично — идея создания башни с чисто инженерной точки зрения или применение принципов бионики, но красота и прочность конструкции известны на весь мир.
  
  12
  

• 13 слайд

  Продолжая тему бионического подражания строительных конструкций природным формам и конструкциям, Александр Никанорович Тетиор, профессор Московского государственного университета природообустройства, излагает основные принципы проектирования пространственных конструкций и возможности их использования в строительстве.
  Многие природные (бионические) принципы имеют крайне ценное значение, (разветвлённость); сферичность; ответная реакция и отклик на изменения внешнего воздействия; саморазвитие; декомпозиция после завершения жизни; разделение несущих статических и динамических функций между “пассивными” и “активными” материалами; перемещение более прочного материала на траекторию действия главных напряжений; смена жесткости, адаптивности на внешнее загружение; рациональное сочетание жестких и гибких материалов; поддержка тонких элементов пеной, ребрами, конструкцией, внутренним давлением; эластичные слои для снижения касательных напряжений; взаимозаменяемость, дублируемость функций; ремонтопригодность конструкций; отсутствие полностью идентичных деталей и многое другое. Использование этих принципов в строительстве позволит достигнуть в будущем применения очень высоких технологий. Метаболические конструкции; бионические конструкции, создающие условия для существования любых живых организмов в конструируемых конструкциях; “умные” конструкции с системами обработки данных и обратным реагированием на изменения внешнего воздействия, создающие благоприятные внутренние и внешние условия окружающей среды внутри здания; самовыращивание, саморазрушение конструкций по заданной программе и т. д.
  
  13
  

• 14 слайд

  Заключение:
  За последние несколько веков люди успели изобрести много полезных вещей, связанных с транспортировкой и хранением жидкостей, но далеко не все они обязаны полностью человеческому уму. Есть изобретения, которые люди скопировали у природы и вставили в то, что мы сейчас называем современным миром .
  Круглую упаковку легче изготовить: достаточно согнуть лист и скрепить один шов. И при транспортировке её можно катить, а не нести.
  Обычай делать посуду круглой родился в те времена, когда люди поклонялись Солнцу. Считалось, что тарелка в форме солнца сохранит в доме тепло и гармонию.
  3. При одном и том же периметре у круга больше площадь, чем у любой другой фигуры. А это значит, что при одинаковой высоте бочек и расходе материала на боковые стенки, круглая будет самой вместительной.
  4.Круглая бочка уподобляется сфере, а это есть прочность ,и возможность выполнения конструкции по клиновидному принципу. Выпасть наружу деталям не дает обруч, а во внутрь, клин.
  5. Цилиндрическую упаковку сложнее раздавить. При сжатии цилиндра происходит эффект равномерного распределения давления. Все содержимое упаковки распределяется внутри равномерно, создавая противодавление и у такой упаковки меньше шансов разбиться, если на ней не было трещин.В заключение, хочу отметить учителя математики Сажневу Е.В., которая обратила моё внимание на такое явление в окружающей жизни, а так же дать практические рекомендации тем, кто будет в дальнейшем заниматься изготовлением различных упаковок: обращать внимание на живые формы окружающей среды, так как, именно природа, нам даёт образцы самых прочных и экономичных конструкций.
  
  14
  

• 15 слайд

  Список литературы:
  1. http://fb.ru/article/279561/chto-takoe-sosud-vidyi-sosudov-i-ih-naznachenie-mkosti-dlya-vodyi-plastikovyie
  2.https://www.syl.ru/article/218245/mod_tsilindr-vidyi-oby-m-tsilindra-ploschad-poverhnosti
  3. http://fb.ru/article/277027/drevnegrecheskiy-sosud-formyi-i-naznacheniya
  4. https://www.syl.ru/article/184240/new_kak-rabotayut-vodonapornyie-bashni-vodonapor
  5.http://smartnews.ru/articles/10911.htm54AHPu3Dv naya-bashnya-rojnovskogo
  6. Р. Б. Фуллер «Мир куполов» https://yandex.ru/images/search
  7. «Современные наукоемкие технологии» список ВАК, ИФ РИНЦ журнал издательства «Академия Естествознания”
  8. А.Н. Тетиор. Социальные и экологические основы архитектурного проектирования»
  
  
  15