Внеклассная работа "Изготовление детектора колебаний"

ПЛАН

1. Введение.
2. Историческая справка
3. Детектор колебаний.

3.1. Необходимые материалы.
3.2. Подготовка к изготовлению.
3.3. Изготовление детектора.

3.3.1. Первый этап.
3.3.2. Второй этап.

3.4. Настройка детектора.
3.5. Стоимость детектора.

4. Заключение.
5. Список используемой литературы.

На занятиях кружка “Домашний мастер”, совместно с учащимися седьмых классов был изготовлен детектор колебаний.

Наука стремительно идет вперед, и сегодня большинство приборов имеют весьма сложное внутреннее устройство. Это многофункциональные аппараты, многие из которых умеют делать все, что нужно плюс еще кое-что. Однако и сегодня встречаются вещи незыблемые, незаменимые, выполняющие всего одну, но весьма существенную функцию. Такие вещи постепенно исчезают из повседневной жизни, равно как и вещи, которые можно сделать своими руками, в домашних условиях, без всякого дополнительного оборудования. Но не все можно купить в магазинах, иной раз вещь, вами купленная, не удовлетворяет полностью вашим потребностям и желаниям. В такой ситуации было бы полезно иметь необходимые знания и материалы для того, чтобы можно было сделать что-то полностью по вашему вкусу. В настоящее время возможность иметь контролирующую район аппаратуру становится все более необходимой. Одним из видов такой аппаратуры является прибор, улавливающий сейсмические толчки. Особенно, если мы живем в сейсмическом районе. В общем, возможность иметь при себе прибор, фиксирующий колебания показалась мне довольно заманчивой. Точный прибор улавливает колебания не ощутимые человеком. Хотя он не предсказывает их, но мелкие толчки могут стать предвестниками более крупных. При отсутствии постоянной связи с сейсмической станцией вблизи района полезно иметь при себе детектор колебаний. Простым методом без помощи подключения к электрической сети он может засечь колебания и передать их нам при помощи, например, звука или света лампочки. Но не только колебания, исходящие от земли ловит детектор. Полный перечень его возможностей таков:

1. улавливать земные толчки (природного происхождения),
2. улавливать толчки искусственного происхождения,
3. иметь возможность сравнить толчки искусственного происхождения с аналогичными природными.
4. имеет дополнительные возможности (требуется доп. оборудование).

Принцип действия детектора таков: ножовочное полотно, одним краем закрепленное на возвышении, при малейших сотрясениях начинает колебаться. На нем и прямо под ним на основании находятся контакты, которые соединены проводом, проходящим через батарейку и устройство передачи колебаний. Образуется незамкнутая цель. При колебаниях ножовочного полотна контакты замыкаются, а вмести с ними и цепь, по которой проходит ток и заставляет активизироваться устройство передачи. Таким устройством может быть:

• лампочка,
• динамик,
• вибрационное устройство.

Всю эту аппаратуру надо экономично и красиво установить в маленьком объёме (лучше всего на плоскости). Но все эти нехитрые приспособления должны быть спрятаны под элегантным корпусом так, чтобы снаружи находилось лишь самое необходимое: устройство, с помощью которого мы сможем определить колебания, а также кнопки управления (выключатель). А все прочее будет располагаться на дощечке, спрятанной под корпусом. Список материалов, необходимых для изготовления детектора делится на два больших списка, соответствующих двум большим этапам его создания. На первом этапе мы устанавливаем необходимую аппаратуру на основание (в данном случае - дощечку), а на втором занимаемся внешней отделкой детектора, чтобы придать ему красивый вид. Вот список материалов, которые понадобятся нам для первого этапа:

1. основание (дощечка),
2. ножовочное полотно,
3. брусок (деревянный),
4. 2 батарейки 1,5 В,
5. медная перемычка,
6. три медных контакта неподвижных,
7. провод,
8. 2 неподвижных сдвоенных контактов,
9. 2 подвижных контакта,
10. лампочка,
11. выключатель.

Кроме того, мы будем использовать болты и гайки, необходимые по мере того, как понадобится скреплять отдельные компоненты детектора. Большую роль при изготовлении детектора будем отводить удобству работы с ним. В частности, чтобы поменять батарейки, достаточно будет просто снять кожух, достать их и вставить новые. Но упрощение работы с детектором ведет к усложнению его устройства. На втором этапе нам пригодятся следующие материалы:

• металлическая стойка,
• колпак цветной,
• корпус,
• две боковые части,
• 4 металлических уголка.

Здесь нам также понадобятся дополнительно болты. Для того, чтобы собрать детектор в единое целое, нужно соединить все его компоненты. Ниже перечислен список средств, которыми мы будем скреплять эти компоненты:

• болты, гайки, винты, шурупы различного калибра и стандартов,
• клей.

При изготовлении детектора не нужно использовать специальное оборудование: все компоненты можно изготовить и соединить в домашних условиях, понадобятся только простейшие инструменты и материалы, которые есть в каждом доме.

Во время изготовления детектора колебаний нам надо пройти через следующие стадии: во время первого этапа: разметка, присоединение нужных деталей, монтаж проводки, установка выключателя и лампочки. Во время второго этапа: установка дополнительных креплений, установка колпака для лампочки, установка кожуха.

Последовательность изготовления детектора на первом этапе

1. Сначала выберем дощечку подходящих размеров, которая будет служить на основанием. Почему дощечку? Потому, что это самый удобный материал, он подходит для любых операций с ним. В нашем случае дощечка будет приблизительно таких размеров: 340x60х10.

2. Затем покроем дощечку лаком или клеящейся бумагой. Эта операция чисто декоративная, она придаст детектору красивый и современный вид. Кроме того, это нужно сделать в самом начале, так как после установки компонентов на основание это будет проблематично.

3. Далее мы проводим разметку основания: все точки, которые затем мы будем сверлить для установки компонентов. Разметку нужно делать в соответствии с этой схемой:

4. Просверлим отверстия в тех точках, которые разметили. Для этого нам понадобится дрель электрическая либо ручная.

5. С помощью болта и гайки прикрепим деревянный брусок к левому нижнему отверстию. На этом бруске у нас впоследствии будет располагаться ножовочное полотно.

6. Далее, в ножовочном полотне просверлим с одного краю отверстие такое, чтобы сквозь него мог пройти болт; ножовочное полотно должно быть 30 см и более для лучшей чувствительности.

7. Гайкой и болтом укрепим ножовочное полотно на бруске так, чтобы оно простиралось ровно над основанием.

8. На другом, подвижном конце ножовочного полотна закрепим при помощи болта и гайки неподвижный контакт, а затем припаяем к нему подвижный. Такой “ступенчатый” метод существенно улучшает чувствительность детектора а также делает более обширными его настройки.

9. Под контактом, установленным на ножовочном полотне на основании прикрепим другой неподвижный контакт (сдвоенный), а к нему припаяем подвижный так, чтобы он оказался прямо под подвижным контактом ножовочного полотна.

10. Важный этап в создании детектора: изготовления блока элементов питания - в данном случае двух батареек, батарейки можно было просто установить, прикрепив их к основанию, но это существенно затрудняет их смену. Поэтому необходимо усовершенствовать этот процесс. Для этого мы взяли выключатель (тот, что обычно вешают на стены) и вынули из него всю его начинку, оставив только корпус. В этот корпус мы установили медную перемычку на одной стороне и два медных контакта на другой (размер корпуса должен соответствовать длине батареек). Теперь, для того, чтобы сменить батарейки, достаточно просто вынуть их из корпуса!

11. Кожух должен спрятать все компоненты детектора, кроме тех, которые нам надо видеть непосредственно. И лампочка является одним из таких компонентов. Чтобы ее можно было видеть, мы установили ее на металлическую стойку, предварительно укрепленную на основании на высоте примерно 6 см.

12. Далее идет установка выключателя. Его мы установим боком для того, чтобы не сверлить лишних отверстий в кожухе. Для этого на брусок прикрутим его винтом так, чтобы впоследствии было легко провести через него провод.

13. Монтаж провода: самая ответственная часть всего первого этапа. Нам понадобится около полуметра медного либо алюминиевого провода. Припаяем один конец провода к контакту на ножовочном полотне. Затем протянем его вдоль полотна к другому концу, опустим по бруску к основанию и далее к корпусу с батарейками. Припаяем к перемычке конец этого провода. Другой кусок провода прикрепим к нижнему контакту. От него провод протянется через выключатель к лампочке, а затем к батарейкам, но с другой стороны, и соединит две медные пластинки. Таким образом, образуется незамкнутая цепь, которая при колебаниях замыкается, благодаря соприкосновениям контактов, установленных напротив друг друга.

Таким образом, после выполнения всех операций первого этапа у нас получился полностью функционирующих детектор колебаний. Собственно, на этом его изготовление и заканчивается. Следующий этап преследует только декоративные цели. Благодаря ему, вся “начинка” детектора скрывается под кожухом, что делает его более красивым и удобным.

Последовательность операций второго этапа

1. На краях основания детектора просверлить 4 отверстия.

2. В эти отверстия вставить 4 металлических уголка с винтами.

3. Выбрать подходящий корпус. Это самая главная часть этапа, так как от установки корпуса зависит внешний вид детектора. В нашем случае мы выбрали корпус от ртутного светильника, когда-то давно сломавшегося и никому не нужного. Корпус предпочтительно не изготовлять самим, а подобрать готовый, так как он должен быть легкий, красивый, удобный, а следовательно, ни дерево, ни металл здесь не подойдут, а бумага или картон слишком непрочные. К тому же он должен быть цельным, а согнуть дерево, либо металл так, как надо, не повредив его при этом, очень трудно. Из подходящего корпуса нужно отпилить кусок, соответствующий длине детектора, то есть 340 мм. Ширина корпуса также должна соответствовать ширине основания, а высота быть не слишком большой и не слишком маленькой. Кроме того, желательно, чтобы корпус имел вид усеченной пирамиды, так как это делает детектор более красивым. В общем, критериев довольно много, и нелегко подобрать такой корпус который удовлетворил их все. Самое главное, корпус должен быть трехсторонним, так как четвертая сторона принадлежит основанию. Далее, у него не должно быть боковых стенок. В эти полости мы вставим боковые стенки.

4. В выбранном корпусе просверлим 4 отверстия, соответствующие отверстиям в уголках, установленных на основаниях. Сверлить отверстия нужно осторожно, потому что ни пластмасса, ни другой декоративный материал не выдерживают больших нагрузок и могут расколоться в любой момент, а это означает потерю корпуса. Кроме того, мы выбьем небольшой кусок корпуса напротив выключателя так, чтобы он без зазоров поместился в образовавшуюся полость. Наконец, самое трудное: сделать квадратное отверстие вверху для лампочки так, чтобы лампочка пролезла через него.

5. Привинтить винтами корпус к основанию.

6. Установить колпак над лампочкой. Для этого мы просто приклеим его клеем (ПВА использовать нежелательно). Колпак должен быть непрозрачным, но хорошо просвечиваемым, и, по вкусу, различной окраски, в нашем случае он зеленого цвета.

7. Установить боковины. К боковинам критерии такие же, как и к корпусу, но главное, они должны заполнять все боковое отверстие. Мы использовали боковые колпаки от того же светильника. Желательно, чтобы боковины легко снимались и надевались для регулировки детектора, а также для замены батареек.

В результате выполнения двух этапов у нас получается элегантный прибор. Причем с виду даже не понятно его предназначение. Поэтому, на корпусе можно сделать надпись: “Детектор колебаний. Изготовлен ...” и далее имя изготовителя. Глядя на детектор колебаний понимаешь, что этот прибор, хоть и изготовлен в домашних условиях, все равно отвечает всем требованиям современного прибора. В результате небольшого усовершенствования его можно приспособить для подключения к сети.

Степень чувствительности детектора напрямую зависит от близости контактов друг к другу. А потому для его настройки достаточно слегка подогнуть контакты в ту или иною сторону. Благодаря этому, детектор может работать в двух режимах: при первом в спокойном состоянии лампочка не горит, то есть цепь незамкнута. При сотрясениях лампочка начинает мигать, причем, чем ближе контакты друг к другу, тем чувствительнее становится прибор. Здесь стоит отметить, что при слишком частом соприкосновении и при малом времени соприкосновения лампочка не успевает загореться, а лишь немного “мигает”. При втором режиме в спокойной обстановке лампочка горит - контакты соприкоснуты, но при малейших толчках контакты расходятся и лампочка начинает мигать. Такой режим гораздо более чувствителен: лампочка мигает даже при легком касании пальцем поверхности, на которой стоит детектор! Но второй режим требует большого расхода энергии: при постоянном горении лампочки батарейки садятся буквально за несколько часов. Поэтому у каждого режима есть свои плюсы и свои недостатки.

На изготовление детектора уходит 10 часов (без учета корпуса), и 16 часов вместе с установкой корпуса и настройкой детектора. То есть примерно 2-3 дня. Плюс еще день на сбор и сортировку материалов.

После изготовления детектора возникает необходимость подсчитать его стоимость. Стоимость изделия равна стоимости всех входящих в него материалов плюс собственная стоимость (полезность) плюс стоимость потраченного времени. Детектор содержит 12 основных частей и 17 дополнительных (без учёта основания). На его изготовление израсходуется:

Далее идут элементы декора: колпак для лампочки, 4 уголка, клеящая бумага, боковины корпуса и т.д. их общая стоимость составит 10 руб. Здесь не учтены стоимость болтов, шурупов и гаек, проводов и контактов реле, так как необходимое их количество нашлось дома. В среднем их стоимость составила бы 15 руб. Приплюсуем эту сумму к полученным результатам и получим:

5 руб.+ 14 руб.+ 5 руб. + 5 руб. + З руб.+ 10 руб. + 10 руб. + 15 руб. = 57 руб.

Как и каждый прибор, детектор колебаний имеет свои плюсы и минусы. Одним из его плюсов является высокая точность улавливания колебаний, но после прекращения толчков он некоторое время продолжает мигать по инерции, что несколько неверно определяет время и продолжительность толчков. Плюсом также является дешевизна (относительная) и простота изготовления, но мы не учли дополнительные возможности, требующие дополнительных средств. Благодаря своему корпусу, детектор украшает интерьер комнаты, причем в зависимости от внешнего вида кожуха, он может вписаться в любой интерьер. Далее, детектор занимает сравнительно небольшой объем, и этот объем может быть тем меньше, чем меньше чувствительность детектора. И, наконец, работа этого прибора видна и в темное время суток, что, несомненно, говорит в его пользу.

Конечно, детектор колебаний - не самая необходимая вещь, но во-первых, всегда приятно осознавать, что можешь что-то сделать своими руками. В каждом доме должно быть что-то, сделанное своими руками. А во-вторых, детектор колебаний является пусть и простейшим, но все же прибором, и иметь его полезно там, где он нужен. Так что я считаю, что не напрасно создал его, и что он чего-нибудь, да стоит!

Используемая литература

1. Энциклопедия “Планета Земля”
2. Учебник “Технология”, 7 класс
3. Учебник “Физика”, 9 класс
4. Журнал “Наука и техника” за 1989 год
5. Журнал “Наука и жизнь” за 1988 год