Вы здесь

Вопрос 2.4.1 Об инженерных задачах

15 сообщений / 0 новое
Последнее сообщение
Аватар пользователя Маргарита
Маргарита
Лекториум
Не в сети
Вопрос 2.4.1 Об инженерных задачах
 
В первом модуле было несколько заданий на то, чтобы придумать решения различных инженерных проблем (перетащить блок для пирамиды в Древнем Египте, к примеру) и чтобы подумать, какие инженерные достижения хотелось бы видеть вокруг себя 
Подумайте, как предложенные Вами идеи, да и вообще окружающую действительность, можно «оцифровать» и обсчитать?

К примеру:

  • Сколько шаров, какого объема и с какой плотностью воздуха в них нужно взять, чтобы они подняли блок пирамиды, массой 2.5 тонны? (гелия и водорода на тот момент еще не придумали)
  • До какой скорости может разогнаться троллейбус и что его в этом ограничивает? Можно ли сделать такие условия, в которых обычный троллейбус разгонится до скорости 200 км/ч?
  • Что мешает разогнаться Вам на роликовых коньках или велосипеде до скорости 50 км/ч? Как посчитать эту предельную скорость?
  • Почему при подключении к старой электропроводке дополнительных потребителей она выходит из строя? Как это описать и объяснить с помощью формул и инженерных расчетов?

Инженерные задачи вокруг нас – дерзайте!

Аватар пользователя 5544
5544
Не в сети

Парни прекратите обсуждать пирапиды, всем уже давно известно их отлили из бетона. Точнее блоки отливали прямо на месте и по месту. Всё гораздо проще и технологичней, чем кажется на самом деле.

Аватар пользователя iasonov
iasonov
Не в сети

А можно по-подробнее со ссылками и расчетами? :)
Мы же про инженерное дело, а не философствование ;)

Аватар пользователя 5544
5544
Не в сети

Да, расчет тут простой внутри блока обнаружены волосы, человеческие и животные. Кроме того блоки гомогенны, в то время как натуральные камни нет. Гуглится элементарно.

Аватар пользователя 5544
5544
Не в сети

1. По этому вопросу ответ враки это все и египецкая пропаганда. Пирамиды из бетона. Кстати посмотрите в гугле как выглядел сфинкс (на рисунках) при Наполеоне и сейчас. Молодеет гад! с каждым годом.

2. Разогнаться до 50 км в час на роликах мне мешает чувство самосохранения. Недавно француз на велике под горку сделал 200 км и 20 переломов. Вилька не выдержала.

3. Тролейбус разогнать а зачем? Этож городской транспорт, экология, тишина... Да и контактную сеть придётся переделать.

4. А вот КЗ в старых домах происходит вот отчего. Старые провода изолировались резиной и бумагой. Это все сгнило и покрылось пылью. Так что сейчас функции изоляции выполняет пыль и грязь. И как только вы лезете в старый щиток, там все сыпется. И тогу поэтому всё равно какое сечение, раз нет изоляции. И щщщитать тут бесполезно. И надоубивать на месте всех этих расчетчегов  сечений напряжений и сил тога прямо этими проводами, и тут можно посчитать сечение, чтоб наверняка (но понарошку).

Аватар пользователя Алексей Кулай
Алексей Кулай
Не в сети

Дано: 15 одинаковых сухих березовых брусков (прямоугольные параллелепипеды)  А ширина господа инженеры?:)

длина = 130 мм, высота = 63 мм, масса = 0,47 кг 

Аватар пользователя iasonov
iasonov
Не в сети

Алексей, а зачем сказано, что сухих березовых? ;)
И зачем нужна ширина для расчетов?

Аватар пользователя Metalix
Metalix
Не в сети

Ширина не нужна, там же в условии написано что рассматривать только в одной плоскости

Аватар пользователя Dronnn1349
Dronnn1349
Не в сети
  • Сколько шаров, какого объема и с какой плотностью воздуха в них нужно взять, чтобы они подняли блок пирамиды, массой 2.5 тонны? (гелия и водорода на тот момент еще не придумали)

Даже если египтяне, умудрились создать какие-то шары которые держат воздух, каким образом они полетят? Только если нагреть. Каким образом египтяне закачивали горячий воздух в шары, или нагревали шары? Опять же из какого материал должны быть эти шары? Единственное, что приходит на ум только кожа. Только удасться ли поднять в воздух кожаный шар? Тут уже в дело вступает физика газов, которую я совсем не помню.

 

  • До какой скорости может разогнаться троллейбус и что его в этом ограничивает? Можно ли сделать такие условия, в которых обычный троллейбус разгонится до скорости 200 км/ч?

1. Ну вы вопросы задаёте. Это зависит от генератора который в троллейбус поставили. С какой максимальной частотой он может выдать обороты, с такой и будут крутиться колёса. Ну и также от массы самого троллейбуса, дорожного покрытия, сопротивления воздуха.

2. Хм. Ну если принять диаметр колеса за 1м, то нужно чтобы колеса вращались со скоростью 5,6 об/c. Но это не учитывая никаких факторов больше.

 

  • Что мешает разогнаться Вам на роликовых коньках или велосипеде до скорости 50 км/ч? Как посчитать эту предельную скорость?

1. Немец Дирк Ауэр установил новый мировой рекорд скорости 270 км/час на роликовых коньках при буксировке мотоциклом произошло это 19 июля 2001г. На помощь ему пришла немецкая фирма "Кавасаки Моторс", которая обеспечила ему доступ к евротреку Lausitzring в Германии, когда она готовилась к гонкам Ninja Cup. Многоопытный Акира Янагава, пилот супербайка "Кавасаки", был привлечен для управления Kawasaki ZX-12R для участия в попытке установления рекорда.

2. На данный момент, мировой рекорд скорости на велосипеде установил Фред Ромпелберг в 1995 году. Он родом из Нидерландов, и тогда ему было 50 лет! Как и прочие рекордсмены, он двигался сзади некоего воздушного колокола, который был прикреплен к гоночному автомобилю. Максимальная скорость его спортивного велосипеда составила 268 км/час.

 

 

  • Почему при подключении к старой электропроводке дополнительных потребителей она выходит из строя? Как это описать и объяснить с помощью формул и инженерных расчетов?

1. Не всегда выходит из строя.

2. Если выходит, то по ряду причин:

а) превышена мощность подключаемого оборудования на линии, и кабель не выдерживает. P=U*Iнагрузки. Поскольку U=220 и практически не меняется, то при подключении новых приборов растёт ток нагрузки. Если взять для примера кабель ВВГ 3х1,5, то у него кажется предел 19А. Значит на него нужно посадить 3 бойлера на 1,5кВт и немного подождать )))

б) некачественное соединение жил, которое может привести к аварии. Тут уже зависит от сопротивления контактов. Если контакт плохой, то сопротивление растёт - происходит нагрев и веселый пожар.

Аватар пользователя George
George
Не в сети

1. В принципе, шальер 25-ти метров радиусом поднимет корзину с блоком на сотню метров. Так, современные шары с этим справляются (собственная масса 150 - 200 кг). Вот пример обычного шара с цифрами: http://www.dvhab.ru/blogs/adventurer/shar

Кожа весит много, но, скажем, человеческая хорошо растягивается. Или можно взять много маленьких шаров из внутренностей животных. По-моему, бóльшая проблема - более-менее равномерный нагрев. Дровами не затопишь, сколько шаров - столько, вероятно, и источников. Вот если объединить опыт египтян, индейцев и китайцев...

2. Если б момент двигателя переходил в момент колеса без потерь, ух! Но даже если у нас есть очень крепкое колесо, которое так вращается, то что обеспечит ему сцепление с поверхностью? 

Я бы сказал, что обычный троллейбус сам не сможет разогнаться - рога слетят. Ну а так его можно раскрутить центрифугой и запульнуть вдоль дороги, 10 тонн всего.

3. У Джимми Карра была шутка на эту тему. "Британец поставил мировой рекорд по скорости передвижения на велосипеде. 234 километра в час! Иронично, что он стал самым быстрым велосипедистом, когда не успел переехать ж/д переезд."

А вообще если так гонять, мама наругает...

4. Как говорится, ток не дурак. Проблема в нагреве проводов. К дому обычно подводят один толстый кабель, он нагрузку держит. Проводка в домах   же нагревается очень легко. Раньше требования к толщине жилы были меньше, чем сейчас, а материалы менее чистые. Вот и перегорает всё. А порой и совсем сгорает вместе с приборами.

Аватар пользователя Dronnn1349
Dronnn1349
Не в сети

1. Отлична! Делаем шар из человеческой кожи например!
4. Ну в целом-то да. Что перегрузка, что плохой контакт приводят к нагреву и возгоранию. 

> К дому обычно подводят один толстый кабель

Кто подводит, а кто и не подводит.

 

>Раньше требования к толщине жилы были меньше

До 2001 просто большую часть жилого фонда строили алюминием, и на квартиру выделяли 2-3 группы. Сейчас групп выделяют 4-5 и делают медью. Если это конечно можно назвать медью, простиоспаде. Но всё-таки даже такая медь держит лучше чем алюминий.

Аватар пользователя 000
000
Не в сети

Я тоже про задачу с брусками :)

Я тут попыталась порешать

X(c) - центр масс системы   D- дельта или величина сдвига   a-длина бруска  n-количество брусков
В любом случае у нас общая формула будет выглядеть так Х(с)=(а/2 *m  +  (a/2+2D)m + ... + (a/2 +a)) / 15m;  учитывая самый первый брусок (далее опора). Так вот, в последней скобке числителя у нас "а" будет, т.к., опустив проекцию на горизонтальную плоскость, самым реальным решением будет минимальная общая длина системы (длина, учитывая проекцию) в два бруска, т.е. 130+130=260.  Но, если провести опыт, ясно, что самый нижний брусок не шевелится, т.е. его мы можем не учитывать, т.е. в месте, где на чертеже поставлена розовая звездочка, там будет образовываться сила, заставляющая падать конструкцию из брусков, т.е. нужно рассматривать нашу брусочную конструкцию относительно нее. Именно потому, если сложить 3 бруска со сдвигом в 65 мм, то получившаяся башня упадет. 

Значит, общей формулой мы можем сделать следующее выражение     Х(с)=((a/2+2D)m + ... + (a/2 +a)) / 14m

Вычислим закономерность: а/2+0*D для первого бруска, а/2+1*D для второго, а/2+2*D для третьего и т.д. А, взяв последнюю скобку в числителе (для верхнего бруска)   D*(n-1)=a     выясним, как найти "D".  D=a/(n+1).

Рассчитаем D для n от 1 до 15. Зная D, мы сможем рассчитать X(Cn) для любого и понять, подойдет ли это значение для нашего условия. Х(Сn) у нас должно быть равно 130 или меньше данного значения. Формула для нахождения X(Cn) есть выше, но при упрощении мы можем опять-таки выявить закономерность: в каждом последующем "n" коэффициент перед "D" будет увеличиваться на 0,5 (вы сможете просмотреть это в таблице тоже) .

значение "n" значение "D" (приблиз.) Х(Сn) + подходит или нет
15 9,29 X(C15) = 65 мм +7,5D=134,6 >130
2 смысла нет как и для 1 бруска X(C2)  >130
3 65 X(C3) = 65+1,5D=162,5 >130
4 43,33 X(C4) = 65+2D=151,64 >130
5 32,5 X(C5) = 65+2,5D=146,23 >130
6 26 X(C6) = 65+3D=143 >130
7 21,67 X(C7) = 65+3,5D=140,845 >130
8 18,57 X(C8) = 65+4D=139,20 >130
9 16,25 X(C9) = 65+4,5D=138,125 >130
10 14,44 X(C10) = 65+5D=137,2 >130
11 13 X(C11) = 65+5,5D=136,57 >130
12 11,82 X(C12) = 65+6D=136,92 >130
13 10,83 X(C13) = 65+6,5D=132,47 >130
14 10 X(C14) = 65+7D=135 >130

В погоне за точным значением X(Cn) было рассчитано и для 20, и для 25...в общем, дошла до 40 ,у сорока D=3,4    X(C40)=131, 6 >130
Короче говоря значение X(Cn) стремилось к 130, но не доходило до него. К тому, если б и дошло, то вряд ли бы конструкция из 60 или 10 таких брусков бы устояла, ведь высота бруска практически как половина длины. 

И это все при расположении брусков в форме обратной лесенки (см.рис 1)
Дополнения к рис.1: рассмотрим систему координат Х1-0-Yдля трех брусков: относительно вертикальной пунктирной оси с подписью (Ось, где проходит ЦМ для 3х брусков) слева будет 1 часть бруска (ровно половина параллелепипеда, если разрезать его поперечно), а справа 3 части (в счет опору мы не берем). Именно поэтому наша конструкция заваливается.

Организаторы, направьте на путь истинный, если что не так!!
 

В итоге я почитала обсуждения и решила убрать все расчеты, а тупо предполагать, какие конструкции из брусков еще возможны. Ну и ничего интересного не придумала :(   См.рис.2
Вариант 1 и вариант 2. Вот думала, почему именно задуматься о материале, почему сухая береза. Плотность? Коэффициент трения? Потом прочитала, что у березы древесина плотная, но все же плотность ее невысокая. Тем более о каком трении может идти речь, если это параллелепипеды, и значит, древесина была обработана? в итоге варианты 1 и 2 отпали, т.к. брусок по центру, проекция которого не будет касаться линий опор, упадет.

Вариант 3. Здесь очень важно учитывать максимальную точку, на которой бруски еще будут держаться, а, как известно, это ровно половина. В общем, мелизмы уже не высчитала, всю ночь просидела, и над 3 вариантом очень сомневаюсь :(

Аватар пользователя Metalix
Metalix
Не в сети

Здравствуйте!

Надеюсь к концу курса уже можно обсуждать решения задачек, поэтому немножко подскажу ;-) 

Вы немножко не так подошли к решению задачи, нужно было последовательно находить устойчивое положение брусков. Чтобы было понятно: например, два бруска будут устойчивы, если сместить верхний относительно нижнего на половину длины. Далее необходимо найти общий центр тяжести этих двух брусков (считаем их за целое) и установить их на третий. Легко подсчитать, что система будет устойчивой, если два верхних будут смещены на 1/4 длины бруска. И т.д. Получается ряд (1/2+1/4+1/8+...+1/2*n) ;-) Ну и не забываем, что в условии даны только 15 брусков ;-). В итоге получится конструкция как на картинке ) Можете попробовать почитать, если не получится могу привести более наглядный расчет ;-).

Аватар пользователя 000
000
Не в сети

......решение лежало на поверхности.....даже как-то обидно, но спасибо в любом случае :)
 

Аватар пользователя Metalix
Metalix
Не в сети

Пожалуйста, обращайтесь ;-)  А такие решения, зачастую, труднее всего увидеть ;-)