Создание сейсмографа в домашних условиях
и его применение для изучения механических колебаний
В работе изучена возможность создания сейсмографа в домашних условиях для обнаружения и регистрации механических колебаний различного происхождения. Методы исследования: поиск и анализ информации по данной теме в разных источниках; посещение геологического музея им. Вернадского в Москве и изучение работы сейсмографа; конструирование; проведение экспериментов. На основании изученной литературы выбрана, как наиболее простая в исполнении, модель механического сейсмографа и разработана схема его сборки. Собранный вертикальный механический сейсмограф прошёл испытания. С его помощью зарегистрированы колебания столешницы над стиральной машиной, колебания пола в лифте, пола в комнате при прыжках через скакалку и колебания лестничных маршей в здании лицея. Полученные в ходе эксперимента сейсмограммы могут быть использованы для изучения механических колебаний разного происхождения. Вывод: собранный в домашних условиях сейсмограф дёшев и прост в использовании. Область применения: сейсмограф применим для регистрации механических колебаний различной природы. Возможные потребители: учителя и учащиеся. Сейсмограф пригоден для использования в школьном кабинете физики для проведения исследовательских работ, лабораторного практикума и демонстрационного эксперимента при изучении темы «Механические колебания» в 9 и 10 классах.

Файлы:

• Презентация: Создание сейсмографа в домашних условиях По состоянию на 10 января 2018 г. 2:25 (6,8 МБ)
• Текст работы: Создание сейсмографа в домашних условиях По состоянию на 10 января 2018 г. 2:25 (5,8 МБ)

Результаты экспертной оценки

Экспертная карта межрайонного этапа 2017/2018 (Экспертов: 3)

Сумма баллов: 12,3

Общая схема разведки земных недр с

на: она равна примерно одной десятитысячной доле вольта.

Так механические колебания почвы превращаются сейсмографом в электрические колебания. Они передаются от сейсмографа по проводам в центральную регистрирующую полевую лабораторию, которая смонтирована на автомашине.

Для разведки отраженными волнами применяются обычно 5-10 сейсмографов, которые устанавливаются вдоль исследуемого профиля на расстоянии 10-50 метров друг от друга.

В полевой лаборатории электрические колебания, передаваемые от всех сейсмографов, пропускаются через радиоусилители. Эти колебания усиливаются в 10-20 тыс. раз, после чего регистрируются с помощью особых зеркальных гальванометров на светочувствительной фотоленте. В этих гальванометрах маленькое зеркальце укреплено на катушке с проводами, подвешенной между полюсами магнита. Луч света, испускаемый небольшой (точечной) лампой, падает на зеркальце и отражается от него на фотоленту в виде световой точки. Пока взрыва нет, зеркальце неподвижно, и точечный «зайчик» чертит на движущейся фотоленте прямую линию. Но как только в результате взрыва через катушку проходит электрический ток и тем самым создается магнитное поле, она начинает колебаться, а вместе с ней и зеркальце. Теперь на фотоленте вместо ровной, прямой линии вычерчивается кривая.

Регистрирующий аппарат (осциллограф) устроен таким образом, что на фотоленту падают световые «зайчики» (точки) от всех 5-10 гальванометров. В момент съемки она движется мимо гальванометра со скоростью 40-60 сантиметров в секунду.

Фотолента после съемки взрыва проявляется, и таким образом получается сейсмограмма. На ней прочерчено 5-10 кривых, которые представляют собой запись показаний такого же числа сейсмографов. Каждая кривая полностью характеризует колебания почвы в месте расположения данного сейсмографа.

На сейсмограмме автоматически отмечается момент взрыва; как раз в этот мо

помощью искусственных землетрясений.

мент разрывается провод, опущенный в заряд, и благодаря прекращению тока в электрической цепи кривая на сейсмограмме резко сдвигается.

Отсчет времени, прошедшего между моментом взрыва и моментом прихода отраженной волны, производится с помощью расположенной вблизи фотоленты аргоновой трубки, которая, вспыхивает сто раз в секунду. Эти вспышки регистрируются на фотоленте в виде черных полос, так называемых марок времени. Частота вспышек аргоновой трубки регулируется камертоном, у которого при колебаниях размыкаются электрические контакты.

Чтобы выделить отраженные волны среди прочих «мешающих» колебаний, пользуются особыми электрическими фильтрами. Волны, отраженные от подземных пластов, удается выделить благодаря некоторым их особенностям: они приходят ко всем сейсг мографам снизу и почти одновременно, а посторонние колебания, мешающие наблюдениям, распространяются вдоль земной поверхности и подходят к приемным аппаратам разновременно. Это различие легко установить по сейсмограммам, так как колебания, вызванные Отраженными" волнами, начинаются почти одновременно на всех кривых.

Еще требуется мйого усовершенствований и новых изобретений, которые должны улучшить и удешевить сейсмическую разведку, вышедшую лишь недавно из «младенческого возраста». Но уже сейчас около двух" десятков сейсмических экспедиций ведут упорную и «ропотливую работу в различных уголках нашей родины, разыскивая новым методом богатства земных недр. Этим методом разведка полезных ископаемых ведется до глубины в 3-4 километра.

Так, изучая грозные явления природы - землетрясения, ученые и изобретатели сумели создать новтЛй, весьма интересный метод разведки полезных ископаемых.

Разведка с помощью искусственных землетрясений наряду с другими видами геологической -разведки сыграет немалую роль в решении одной из важнейших проблем третьей сталинской пятилетки создании «Второго Баку».

этом - замечательная победа, одержанная человеческим разумом над приро-

При разведке обычными методами пластов, залегающих на значительной глубине, приходится бурить большое количество глубоких скважин.

Разведка методом отраженных волн очень сильно сокращает буровые рабо-га я направляет их в многообещающие ыста. Этим методом определяется ■структура исследуемых пластов, углы наклона их и глубины, на которых пла-, сш залегают. А такие данные позволит судить о геологическом строении ■разведываемого участка. , Например, метод отраженных волн цл исключительно интересные результаты при исследовании так называемой шрсагатской складки (особой геологической структуры нефтяного месторождения) на Апшеронском полуострове. Сини разведочных и десятки глубоких Суровых скважин были проведены на этой складке, чтобы точно изучить структуру месторождения. Эта работа велась ряд лет; она потребовала большого количества сил и средств и все же lie дала достаточно полных резуль-?ато»,

" Благодаря сейсмическим, исследова-виям, проведенным в течение одного года, удалось установить структуру ме-иорождения, разграничить пласты и точно определить места их нарушений, которые обычно свидетельствуют о наши полезных ископаемых. Для контроля же этих -результатов потребова-аось всего лишь несколько буровых етажин, а не то огромное количество а, которое было пробурено.

Метод разведки отраженными волнами Щ предложен в Советском Союзе изобретателем В. Воюцким еще в 1923 г. Вначале даже видные ученые-физики считали |зго предложение явно фантастическим: теория этого метода тогда еще не была. Ьзработана, не было и достаточно совер-I;венной аппаратуры.

Г.Практически новый метод разведки по-Ьеаиых ископаемых начал -применяться «шь 8-10 лет назад, когда достижения ]Ю)техники позволили разработать тех-ическн совершенную сейсмическую аппа-гтуру. Особенного развития этот метод jgjwur в последние годы при разведке 1тяных месторождений. /Аппаратура, применяемая для разведки, довольно сложна. Она отличается необычайной точностью и высокой чувствительностью. Ведь приходится наблюдать и ре-йстрировать колебания, при которых поч-к смещается всего лишь на один и даже и половину микрона. -А микрон - это одна тысячная доля миллиметра. Устройство приемников этих колебаний - томографов - основано на принципе терции, В сейсмографе имеется постоянный магнит, который скреплен неподвижно с корпусом аппарата. Близ полюсов магнита, а пружине, подвешена катушка с большим числом витков медной проволоки. Проволока изолирована и -намотана на железный сердечник.

Сейсмограф ставится на землю. в не-олыную ямку. В момент подхода к нему уолчка. направленного снизу вверх, вместе корпусом прибора смещается и магнит; втушка же, подвешенная на -пружине, в Крвое мгновение по инерции остается в Юкос; тем самым она как бы смещается;- отношению к полюсам магнита. Затем йагодаря пружине катушка" начинает копаться. Таким образом, при едва улови-их движениях почвы катушка приходит (колебание относительно полюсов магнн-II. Тем самым меняется число магнитных зловых линий, пересекающих катушку, и и ее концах возникают электродвижущие «ли. Величина этих сил крайне ничтож-

А сейчас о самом приборе. Уверены, что смастерить его будет интересно и вам. Тем более что дело не столь уж и сложное.

Основа любого сейсмографа - массивный маятник. От того, как его подвесить на основании, зависит, регистрируем мы горизонтальные или вертикальные колебания. Дело в том, что при смещении поверхности земли (а с нею и всего, что на ней стоит) маятник остается по инерции в покое. Благодаря этому и удается замерить, насколько относительно его неподвижной массы «ходят» окружающие предметы.

Конструкция сейсмографа не вызовет вопросов, если вы внимательно познакомитесь с рисунками. На них приведены два варианта прибора: А - для регистрации горизонтальных смещений земли, Б - вертикальных. По опыту скажем, лучше не «мелочиться» в габаритных размерах основания и рамы. Эти детали из дерева или металла должны быть жесткими и массивными. Самописцы-медленно вращаемые с помощью часового механизма барабаны с бумагой, на которой пишущие элементы прочерчивают прямую. Колебания земли вызывают смещения основания, и маятник через рычаги заставляет двигаться перья. В результате - запись в виде зигзагообразных линий, по высоте и шагу которых можно судить о характере колебаний.

Чувствительность сейсмографа задается передаточным отношением рычажного механизма (на рисунке А это отношение б к а). Чем оно больше, тем выше чувствительность. Но лучше поэкспериментировать. Иначе даже передвижения по квартире будут отзываться на дрожании пера. Для «письма» лучше использовать фломастер, способный писать на пластиковой кальке, либо закоптить поверхность барабана пламенем свечи, а перо сделать сухим, в виде иглы. В приборе Б в привод самописца введен второй рычаг, и перо прижимается к барабану за счет собственного веса. Иначе пришлось бы барабан ставить вертикально и придумывать хитрую систему рычагов.

Самый сложный узел в сейсмографе - часовой механизм. Его самому не изготовить. Но можно воспользоваться набором «Часовщик» или стареньким будильником.

При вращении барабана напрямую от оси часовой стрелки бумагу на нем придется менять два раза в сутки. Если предусмотреть второй зажим для пера (показано на сейсмографе А), срок службы увеличится вдвое. Достаточно лишь переставить пишущий элемент через 12 часов на новую «дорожку». Но лучше повозиться и подобрать пару подходящих шестерен от детских заводных игрушек. Маленькую поставить на ось часовой стрелки, а большую разместить со своей осью на пластиковом «стекле» часов. Тогда время полного оборота барабана увеличится во много раз. И, конечно, надо предусмотреть доступность и легкость замены бумаги или самого барабана.

Я. Владис, г.Москва.

Наверняка каждый из нас при слове «землетрясение» испытывает как минимум безразличие, а чаще все же крайне негативные эмоции. Однако несколько молодых дизайнеров решили несколько изменить наше отношение к этому природному явлению, показав, что даже землетрясение может стать источником вдохновения.

Устройство The Quakescape 3D Fabricator было создано дизайнером Джеймсом Буком (James Boock) в ответ на землетрясение в Крайстчерче в Новой Зеландии. Устройство берет данные о землетрясении, предоставляемые сайтом Geo-net, и воплощает их в искусстве путем использования технологии Arduino и макета уменьшенного в масштабе Крайстчерча: механизм раскрашивает разными цветами те локации, где имели место подземные толчки. Этот макет выступает в качестве чистого холста и позволяет краскам двигаться вокруг ландшафта, создавая удивительные яркие картины. Таким образом, статистические данные трансформируются в функциональное искусство.

Каждый цвет представляет толчки различной магнитуды и проходит по двум горизонтальным осям при помощи шаговых двигателей, приводимых в движение посредством G-code, вырабатываемого через Arduino. Это позволяет насадкам двигаться над точными местами прохождения землетрясения.

После того как местоположение определено, краска перекачивается в контейнеры через трубы и выталкивается через насадки. Именно в этот момент точные данные о землетрясении преобразуются в художественную форму.

Первоначальная идея трансформации данных о землетрясении в визуальное представление принадлежала соавтору проекта Джошу Ньюсам-Уайту (Josh Newsome-White). Также в реализации концепции участвовали Брук Боуэрс (Brooke Bowers), Ханна Уоррен (Hannah Warren), Джордж Редмонд (George Redmond), Ричи Стюарт (Richie Stewart) и Филиппа Шипли (Philippa Shipley).

Сейсмограф - это прибор для регистрации колебаний земной коры. А колебания вызывают настоящие землетрясения, даже очень далекие, взрывы и прочие сотрясения, вызванные, к примеру, движением тяжелогруженых железнодорожных составов или работой забивающих сваи машин. Скорость распространения «волн» таких колебаний разная - от 3,5 до 7 км/с...

А сейчас - о самом приборе. Уверены, что смастерить его будет интересно и вам. Тем более что дело не столь уж и сложное.

Основа любого сейсмографа - массивный маятник. От того, как его подвесить на основании, зависит, регистрируем мы горизонтальные или вертикальные колебания. Дело в том, что при смещении поверхности земли (а с нею и всего, что на ней стоит) маятник остается по инерции в покое. Благодаря этому и удается замерить, насколько относительно его неподвижной массы «ходят» окружающие предметы.

Конструкция сейсмографа не вызовет вопросов, если вы внимательно познакомитесь с рисунками. На них приведены два варианта прибора: А - для регистрации горизонтальных смещений земли, Б - вертикальных. По опыту скажем, лучше не «мелочиться» в габаритных размерах основания и рамы. Эти детали из дерева или металла должны быть жесткими и массивными. Самописцы-медленно вращаемые с помощью часового механизма барабаны с бумагой, на которой пишущие элементы прочерчивают прямую. Колебания земли вызывают смещения основания, и маятник через рычаги заставляет двигаться перья. В результате - запись в виде зигзагообразных линий, по высоте и шагу которых можно судить о характере колебаний.

Чувствительность сейсмографа задается передаточным отношением рычажного механизма (на рисунке А это отношение б к а). Чем оно больше, тем выше чувствительность. Но лучше поэкспериментировать. Иначе даже передвижения по квартире будут отзываться на дрожании пера. Для «письма» лучше использовать фломастер, способный писать на пластиковой кальке, либо закоптить поверхность барабана пламенем свечи, а перо сделать сухим, в виде иглы. В приборе Б в привод самописца введен второй рычаг, и перо прижимается к барабану за счет собственного веса. Иначе пришлось бы барабан ставить вертикально и придумывать хитрую систему рычагов.

Самый сложный узел в сейсмографе - часовой механизм. Его самому не изготовить. Но можно воспользоваться набором «Часовщик» или стареньким будильником.

При вращении барабана напрямую от оси часовой стрелки бумагу на нем придется менять два раза в сутки. Если предусмотреть второй зажим для пера (показано на сейсмографе А), срок службы увеличится вдвое. Достаточно лишь переставить пишущий элемент через 12 часов на новую «дорожку». Но лучше повозиться и подобрать пару подходящих шестерен от детских заводных игрушек. Маленькую поставить на ось часовой стрелки, а большую разместить со своей осью на пластиковом «стекле» часов. Тогда время полного оборота барабана увеличится во много раз. И, конечно, надо предусмотреть доступность и легкость замены бумаги или самого барабана.