Дипломная (вкр): Простейший прибор для первичной оперативной оценки качества строительных материалов

Простейший прибор для первичной оперативной оценки качества строительных материалов

Содержание

Введение

. Практическая реализация метода гидростатического определения плотности тела в виде лабораторной работы

. Учебная лабораторная работа

. Информационное направление работы

. Инновационное направление работы

. Экономическое обоснование инновационного внедрения

.1 Оценка размера рынка

.2 Потенциальные потребители

.3 Стоимость прибора

.4 Источник прибыли и совокупный доход

.5 Победа в конкуренции

.6 Финансовый план

Выводы и научное признание работы

Авторские публикации по теме работы

Введение

В работе показано, что даже в 7-8-х классах общеобразовательной школы учащиеся имеют дело с задачами, требующими быстрого, то есть оперативного решения. Оперативность таких задач понимается в двух смыслах. Во-первых, инновационно, то есть задачу надо решить быстро с позиции внедрения в практику. Во-вторых, информационно, то есть на практике задача должна решаться быстро, в реальном масштабе времени.

Работа относится к направлению «Экономика», хотя имеет технический аспект внедрения нового прибора в практику.

Инновационное направление работы определилось после примера явного мошенничества продавца древесины на рынке строительных материалов. Продавец утверждал, что выставленная на продажу древесина очень качественная, может быть без опасений применена в строительстве. Однако на древесине были явно видны следы влаги. Сырая древесина для строительства не применяется. Возникло противоречие - продавец хотел побыстрее и подороже сбыть некачественный товар, а покупатель видел, что товар имеет брак, однако кроме замечаний на качественном уровне не смог количественно оценить дефект. После наблюдения такого примера сам собой появился вопрос: нельзя ли покупателя снабдить каким-нибудь прибором, который способен оценить качество выставляемой на продажу древесины?

Чуть позднее этот вопрос расширился. Изучив, как производилась заливка раствором бетона одного из подъездных путей, появилось сомнение в качестве выполненной работы. Действительно, через 2-3 месяца после заливки в бетоне появилось множество трещин, он стал крошиться, даже на ощупь от него отслаивался песок. Всем стало очевидно, что раствор строительного бетона содержал очень мало цемента и очень много песка. Опять столкнулись с фактом мошенничества продавца, потому что стоимость цемента во много раз превышает стоимость песка. Продавцу было выгодно выдать фактически мокрый песок, слегка подкрашенный цементом, за качественный раствор строительного бетона. Однако покупатель был лишён возможности даже на элементарном уровне оценить качество раствора строительного бетона в гудящем рядом со стройплощадкой бетоновозе. Со стороны продавца на покупателя оказывалось давление - если бетон застынет в бетоновозе, то неустойка будет взыскана с покупателя.

В обоих примерах на покупателя со стороны продавца оказывалось психологическое давление, и при этом покупатель был лишён возможности простыми способами проверить качество продаваемых строительных материалов. Эти и аналогичные этим примеры определили цель работы.

Цель работы - предложить к практическому применению простейший прибор для первичной оперативной оценки качества строительных материалов.

Актуальность работы обоснована часто встречающейся недобросовестностью продавцов строительных материалов, особенно в условиях бесправной России, психологическим давлением на покупателя - не специалиста в области строительства, отсутствием у покупателя простейших приборов для оценки качества строительных материалов и т.д.

Практическая значимость работы заключается в устранении противоречий между продавцом и покупателем на этапе торговой сделки методом инструментальной первичной оценки качества строительных материалов простейшими средствами.

Новизна работы состоит в новом применении известных, разработанных, созданных, дешёвых, имеющихся в продаже средств для оперативной первичной оценки качества покупаемого строительного материала.

Для достижения цели работы была сформулирована научно-техническая задача анализа имеющихся инструментальных средств оценки качества строительных материалов. Решение этой задачи появилось постепенно, в процессе изучения курса физики в 8-м классе. После изучения темы «Сила Архимеда» было сформулировано техническое предложение - создавать прибор на основе измерения плотностей строительных материалов. Действительно, влажная древесина имеет повышенную плотность по сравнению с сухой. Точно также плотность раствора строительного бетона зависит от соотношения цемента, песка и воды. Появилось предложение первично оценивать качество строительного материала по плотности. Если плотность строительного материала не укладывается в отведённые, заранее установленные, изученные, обоснованные пределы, то такой материал считается браком и не подлежит закупке. Продавец такого материала автоматически попадает в «чёрный список» покупателя. Покупатель никогда более не будет иметь дело с этим продавцом и даже с фирмой, которую этот продавец представляет.

Научно-техническая задача была разделена на решения ряда частных вопросов:

изучение метода гидростатического взвешивания с целью определения средней плотности тела;

практическая реализация гидростатического определения плотности тела в виде лабораторной работы для 8-го класса общеобразовательной школы;

изучение аппаратной части возможности реализации метода;

определение перспектив метода гидростатического взвешивания тела;

решение информационных задач, связанных с гидростатическим методом взвешивания тел.

гидростатический взвешивание плотность тело

1. Практическая реализация метода гидростатического определения плотности тела в виде лабораторной работы

До начала создания установки была поставлена более частная цель - доказать, что метод гидростатического взвешивания тела вполне приемлем для определения средней плотности тела. Для этого был рассмотрен методический материал по соответствующей школьной лабораторной работе для 8-го класса. Однако указанная лабораторная работа имеет следующие недостатки:

школьная лабораторная работа носит общеобразовательный характер с широким направлением дальнейшего возможного применения результатов;

школьная лабораторная работа проводится слишком быстро, за 1 академический час, в лучшем случае - за 2 урока факультативных занятий, что не позволяет глубоко вникнуть в возможности метода и оценить его точность;

школьная лабораторная работа проводится на известном школьном оборудовании (цилиндры равного объёма 20 см3 из стали-3, латуни и алюминия), но не позволяет выявить реальные особенности измерения плотности материала на стройплощадках;

школьная лабораторная работа не предназначена для исследования тел неправильной геометрической формы, с которыми сталкиваются на строительных площадках;

реальные тела не будут иметь ни петелек, ни крючков для удобной подвески на нити;

школьные опыты предполагают выполнение 1-2 измерений плотности и практически не оценивают точность полученного результата, которая может оказаться различной для различных тел и для различных условий выполнения работы;

в школе не исследуется вопрос о необходимом количестве измерений для обеспечения заданной точности полученного результата.

Учитывая указанные недостатки, школьная лабораторная работа была существенно изменена и расширена. Изменения лабораторной работы коснулись в основном следующих направлений:

подробно рассмотрена суть метода гидростатического взвешивания с целью определения средней плотности тела;

разработан порядок проведения лабораторной работы для большого количества измерений (не менее 20-30);

выполнены измерения плотностей ряда материалов по предложенной методике;

в процессе измерений плотности тела и в процессе накопления данных отслеживалось изменение относительной ошибки измерений плотности материалов.

Ниже представлено описание лабораторной работы в расширенном виде, в каком оно было предложено для факультативного или расширенного курса физики в 8-м классе общеобразовательной школы. Выполнение работы требует 2 академических часа учебного времени для измерений плотности двух-трёх типичных строительных материалов и 3-4 часа обработки полученных данных в домашних условиях с применением компьютера.

2. Учебная лабораторная работа

Лабораторная работа

Определение плотности вещества методом гидростатического взвешивания

Цель: определить плотность вещества методом гидростатического взвешивания и оценить достоверность полученного значения.

Оборудование: экспериментальная установка, состоящая из весов, ёмкости для воды и подвесов для исследуемых тел.

Принципиальная схема установки

Таблица измерительных приборов.

Краткие теоретические сведения, содержание и метод выполнения работы.

Метод гидростатического взвешивания предполагает выполнение двух измерений веса тела: одно измерение выполняют в воздухе, плотностью которого обычно пренебрегают по сравнению с плотностью взвешиваемого тела, другое измерение выполняют в жидкости, чаще всего в воде.

При взвешивании тела в воздухе определяют вес тела в инерциальной системе координат. После такого взвешивания получают значение величины  веса тела, которое равно численно силе тяжести, то есть . Так как взвешивание тела выполняют с помощью весов, то вес тела  оказывается пропорциональным количеству  делений, отмеченных на весах в процессе измерения веса. Это означает, что , то есть прямо пропорциональную зависимость двух указанных величин. При этом единица измерения веса тела может быть различной. Обычно весы настраивают на измерение веса тела, соответствующего массе, выраженной в граммах. Для замены знака пропорциональности (~) на знак равенства (=) необходимо ввести постоянный множитель , который зависит от конструкции весов и от выбранной системы измерения единиц. Получается, что . Приведённый ниже рисунок иллюстрирует процесс взвешивания тела в воздухе.

При взвешивании тела в жидкости (в воде) весы регистрируют вес тела за вычетом силы Архимеда. Электронные весы позволяют поставить на них ёмкость с водой и обнулить показания. Это означает, что при помещении тела в воду без касания стенок ёмкости весы будут регистрировать силу, с которой тело отталкивает ёмкость с водой вниз. Действительно, в соответствие с третьим законом Ньютона вода выталкивает вверх погружённое в неё тело с силой , а погружённое в воду тело отталкивает ёмкость с водой вниз с силой . При этом указанные силы равны по величине, то есть , но противоположно направлены. Процесс взвешивания тела в воде представлен ниже на рисунке.

Следовательно, после установки нулевого значения (начала отсчёта) на весах и помещения в воду тела без касания стенок ёмкости весы будут регистрировать величину силы Архимеда, действующую на тело вверх, а на воду - вниз. В соответствие с принципом взвешивания тел, весы будут показывать количество  делений, пропорциональное силе Архимеда, то есть . коэффициент пропорциональности  будет тот же самый, что и в процессе взвешивания тела в воздухе, без силы Архимеда.

Определим величину  силы Архимеда:

,

где  - масса воды, вытесненной телом.

Определяем массу воды , вытесненной телом:

,

где  - плотность воды предполагается известной  кг/м3;

 - объём вытесненной телом воды, равный объёму тела.

Определим объём тела:

,

где  - масса тела;

 - средняя плотность материала тела.

Выполняя подстановки, получаем выражение для величины силы Архимеда:

.

Так как под массой  понимается масса  тела, указанная в процессе взвешивания тела в воздухе (без учёта силы Архимеда), то выражение в скобках - это вес тела в воздухе, выраженный в делениях показаний весов, то есть . Левая часть формулы тоже выражается в делениях показаний весов после их обнуления при взвешивании тела в воде: . Подставляя эти выражения в формулу для силы Архимеда, получаем:

.

Из последней формулы получаем выражение для определения плотности  материала тела:

.

Ход работы.