close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Загрязнение воды - проблема человечества. Лего

код для вставкиСкачать
МКУ Управление образования Златоустовского городского округа
МБОУДОД «Дворец детского творчества»
ГБОУ СПО (ССУЗ) «Златоустовский педагогический колледж»
Научное общество учащихся начальных классов Златоустовского городского округа
Конференция исследовательских работ учащихся начальных классов
«Загрязнение воды – проблема человечества.
Лего-модель установки по очистке водохранилищ
от донных отложений»
Выполнил: Акбашев Д.Р.
ученик 2 класса
МБОУДОД «Центр юных
техников»
Научный руководитель:Марочкина
Светлана Васильевна педагог
высшей квалификационной
категории
г. Златоуст
2012-2013 учебный год
Оглавление
Стр.
Введение
2-3
1.Значимость воды в жизни человека
4-5
2.Первопричина загрязнения воды – загрязнение водоёмов
6
3.Установка по очистке от донных отложений на Айском водохранилище 7-8
4.Разработка модели установки из конструктора Lego Education
9-10
5. Разработка программы для управления установкой
11-12
Заключение
13
Литература
14
Приложение
1
Введение
Мой папа работает в организации «Водоканал» слесарем.
Почти
каждый день его вызывают на ликвидацию аварий в сетях водопровода.
Если вовремя не устранить аварию люди могут остаться на долгое время без
воды.
Папа говорит, что человек не может долго прожить без чистой
пресной воды. Водопроводные трубы, которые заменяет папа, старые и
грязные внутри. В нашем городе многие жители не хотят пить воду из- под
крана, а употребляют воду из родников. Это не безопасно, так как, чтобы
знать хорошая ли это вода, нужно провести много лабораторных анализов.
Откуда поступает вода в наши дома? Почему вода из водопроводного крана
не выглядит такой же чистой и прозрачной, как в роднике? Я посмотрел
интернет, почитал литературу и выяснил, что причин загрязнения воды
много. Мне захотелось проследить весь путь воды от источника до квартиры,
но это долгий путь. В своей работе, я решил исследовать первопричину загрязнение питьевого водохранилища.
Мне стало интересно, как
решается проблема очистки питьевого водохранилища в нашем городе. Я
решил создать модель робота для очистки водохранилища. Так как я
увлекаюсь легоконструированием и программированием, моя модель
использует возможности Lego Education
Цель моей работы: изучить проблему загрязнения воды в нашем
городе и создать модель робота по очистке водохранилищ, используя Lego
Education
Чтобы достичь своей цели, я решал такие задачи.
1. Изучить значимость воды в жизни человека
2. Изучить первопричину загрязнения воды – загрязнение водоёмов
3. Ознакомиться с работой действующей
установки по очистке от
донных отложений
4. Разработать и собрать модель установки по очистке водохранилищ от
донных отложений из конструктора.
2
5. Разработать программу для управления установкой по очистке
водохранилища
Я применял следующие методы исследования: наблюдение, сравнение,
беседу и моделирование.
Гипотеза: в нашем городе существует проблема загрязнения воды.
Установка для очистки водохранилища от донных отложений,
представленная моей моделью, может улучшить качество и быстроту
очистки водохранилища
3
Значимость воды в жизни человека
Из космоса наша планета кажется голубой, потому что более 2/3 её
поверхности покрыто водой. Около 97% всей воды на Земле находится в
морях и океанах, и она солёная. Остальные запасы воды сосредоточены в
реках, озёрах, ручьях, ледниках и подземных источниках. Вода является
основой жизни на нашей планете. Вода оказывает влияние, практически, на
все процессы, которые происходят на нашей планете. Живой мир состоит из
воды на 70–95%. Без воды не могут прожить ни звери, ни птицы, ни люди.
Воду пьют поля и леса. Каждый день мы встречаемся с водой: дома, в школе,
на работе, в гостях, в кафе.
Но вода не только «поит», но ещё и кормит – по морям и океанам днём и
ночью плывут тысячи рыболовных судов. Вода «добывает» электрический
ток, работая на электростанциях. Вода моет всех людей, города, машины,
дороги. Без воды не сделать ни бумагу, ни ткань для одежды, ни резину, ни
конфеты, ни лекарство – ничего не сделать без воды. Мы даже не
задумываемся, насколько фраза "вода - это жизнь" важна для нас. Может это
происходит потому, что проблема нехватки воды для многих из нас никогда
не существовала. Хотя в мире много людей, которые каждый день борются
за литр воды и готовы отдать все за глоток живительной влаги.
На земном шаре почти не осталось водоемов, которые не пострадали бы от
последствий деятельности человека. Качество воды ухудшилось. Фабрики,
заводы, автомобили, выбрасывают в окружающую среду много ядовитых
веществ, которые попадают сначала в почву, а затем в реки. Всё меньше и
меньше реки несут пресной воды в океан, а та вода, что попадает в океан,
сильно загрязнена. Каждое лето миллионы туристов приезжают на морские
побережья. Каждый отдыхающий оставляет около 1кг мусора в день.
Много веков различные суда бороздили океан, но он оставался чистым. Вот
как описывают учёные океан « …можно было видеть хрустально чистую
голубую воду. …синие, синие воды, как небо над нами» и спустя почти 20
4
лет
«Мы обгоняли пластиковые сосуды, изделия из нейлона. До самого
горизонта на поверхности океана чёрные куски мазута, пятна нефти.
«Почернело сине море»». Разливы нефти очень опасны для океана. Без света
и воздуха гибнут все жители океана. На поверхности воды, в липкой массе,
застревают птицы и гибнут. Океан уже не может переработать все отходы
деятельности человека, и они накапливаются в нём в огромных количествах.
Часто последствия деятельности человека проявляются не сразу и поэтому их
трудно исправить.
Сколько же человек может прожить без воды? В зависимости от
разных условий, человек может прожить от 2 до 5 дней без воды. В норме в
день человек должен выпивать до 2 литров воды. Здоровье человека зависит
не только от того сколько воды он выпивает, но и какую воду он пьёт. Вода
может принести не только пользу, но и вред. В истории были случаи, когда
болезнетворные организмы, попавшие в реки, каналы, колодцы, вызывали
страшные эпидемии, вымирали целые города, иногда страны. По данным
Всемирной организации здравоохранения, 80% всех заболеваний в мире
связано с употреблением некачественной воды. Если для стиральной машины
необходима
технически
чистая
вода
(максимально
умягченная
и
обессоленная), то для человека нужна вода определенного минерального
состава. Загрязнения, отравляющие воду, могут, как вызвать острые
заболевания, так и быть «миной замедленного действия» (болезни костей,
почек, даже нарушение генетического аппарата). Проблемами воды и
изучением их с разных сторон занимаются многие ученые, и даже целые
институты.
5
Первопричина загрязнения воды – загрязнение водоёмов.
Самой главной и первой причиной загрязнение воды является загрязнение
самого
водохранилища.
сбалансированную
Природный
экологическую
водоём
систему,
представляет
которая
собой
настроена
на
самоочищение и самовосстановление.
Состояние старого водохранилища нарушается в результате старения и
накапливания в воде естественной органики донного ила: листвы, веток,
отмерших водных растений, рыб и птиц,
ливневыми
сточными
водами,
плохо
так и различным мусором,
очищенными
промышленными
сточными водами. Всё это оседает на дно водохранилища и
донные отложения, которые подвергаются
разложению
формирует
гнилостными
бактериями и грибками. Гниение органических соединений вызывает
удаление из воды растворённого кислорода и выделяет в воду продукты
распада. Всё это в итоге приводит к так называемому «цветению» водоёма.
Избыток питательных веществ приводит к нарушению экологической
системы водоёма и его заболачиванию. Признаками сильного загрязнения
водохранилища является высокий уровень донного илистого осадка, высокая
мутность воды особенно в тёплый период, неприятный запах, активное
газообразование. В такой воде начинают активно развиваться опасные
микроорганизмы. Для спасения и восстановления
водоёма необходима
интенсивная очистка воды и донных отложений от гниющей органики.
В своей работе я хочу
исследовать проблему очистки Айского
водохранилища и предложить свою модель.
6
Установка по очистке от донных отложений на Айском водохранилище.
Для решения поставленных задач, я познакомился с директором предприятия
МУП
«Знак»,
отвечающего
за
очистку
водохранилища
Гридиным
Александром Викторовичем и инженером Клюкиным Иваном Юрьевичем,
расспросил их о работе установки. Вместе с ними я побывал на территории
водохранилища и смог осмотреть установку.
Я рассмотрел земснаряд и
пресс для отжатия иловых отложений, ознакомился с их техническими
характеристиками. Из разговора с ними я узнал много нового.
Район машзавода и
проспекта Гагарина потребляют воду из Айского
водохранилища. Питьевое водохранилище было создано в 1957 году путём
построения
на
реке
Ай
плотины
и
искусственного
затопления
подготовленного котлована. Для котлована под водохранилище специально
был вырублен лес, но территория не была идеально зачищена, оставались
ветки и корни деревьев, которые тоже со временем перегнивали. За многие
годы
на дне водохранилища образовался высокий уровень илостных
отложений. В 1994 году экологами и руководством города было принято
решение начать работы по очистке водохранилища от донных отложений.
Для этого была приобретена установка немецкой фирмы «Траксель-техно».
Данная установка состоит из нескольких модулей: земснаряд, трубопровод,
пресс для обезвоживания донных отложений.
Немецкий земснаряд фирмы «Дёпке» удобен для использования в местах со
сложным
рельефом. Отечественные земснаряды
действуют только на
больших ровных площадях. Данная установка не работает в зимнее время.
Земснаряд может стоять на дне водоёма или переправляться вплавь. У
земснаряда есть четыре длинные сваи, похожие на ноги. Для перемещения
корабля в нужное место водохранилища, сваи поднимают, передвижение
идёт за счёт водомёта. Корабль засасывает воду помпой и выбрасывает его с
другой стороны корабля, тем самым передвигаясь. Когда корабль добирается
7
до места назначения, сваи опускаются и земснаряд встаёт на сваях. При
небольших передвижениях корабль делает шаговые движения сваями. Сваи
перемещаются не только вверх и вниз, но и с помощью кареток вдоль
движения.
Одной из главных частей земснаряда является
стрела. Она
похожа на стрелу подъёмного крана. На конце стрелы находится шнековая
насадка для бурения
донных отложений. На стреле находится труба, в
которую засасываются донные отложения.
По трубопроводу все донные отложения перекачиваются на пресс, который
находится
на
берегу
водохранилища.
Все иловые отложения
из
трубопровода попадают вместе с закачанной водой на ленточную сетку.
Вода, которая засасывается вместе с илом проходит сквозь сетку и уходит
по трубе за пределы водохранилища. На сетке остаются мокрые иловые
отложения, которые движутся по сетке и попадают на отжимные валы
пресса. После отжатия почти сухой ил по транспортёру грузится на машины
и вывозится за территорию водохранилища. Отжатые донные отложения подругому называют сапропель.
Они являются ценным органическим
удобрением для садоводов. Со дна водохранилища только за последние пять
лет было вывезено 25 209 тонн донных отложений и 9 835 тонн сухого ила.
8
Разработка модели установки из конструктора Lego Education
В своей работе я хотел узнать, как происходит очистка водохранилища. Как
устроена установка по очистке водохранилища.
Из беседы с директором
предприятия я узнал, что на установке ежедневно работают два человека:
машинист земснаряда и оператор пресса.
Мне хотелось облегчить труд
человека и автоматизировать работу установки. С малых лет я увлекаюсь
легоконструированием. Вот уже год я занимаюсь в объединении
« Легоконструирование и программирование» в Центре юных техников. На
занятиях мы собираем роботов, используя конструкторы Lego Education и
программное обеспечение к ним. В своей работе я решил создать модель
установки-робота, для очистки водохранилищ от донных отложений.
Моя модель состоит из земснаряда, трубопровода, пресса и небольшого
парка отдыха с фонтаном.
Для сборки
модели я применил различные
детали конструктора: балки, пластины, штифты, втулки,
различные
шестерёнки.
Модель земснаряда автоматизирована, она работает по заданной программе.
Основной частью модели является микрокомпьютер RCX. Программа, по
которой работает земснаряд, сначала составляется на компьютере, затем
передаётся на
блок RCX.
Наша модель работает на
трёх двигателях,
которые питаются от шести батареек. Каждый двигатель включается строго
по
программе.
Двигатели
подключаются
к
RCX
соединительными
проводами. На блоке RCX три порта выхода для двигателей A , В и С.
Земснаряд передвигается по дну водохранилища шаговыми движениями.
Для перемещения используется зубчатая и ременная передача.
Зубчатая передача применяется для передачи движения от двигателей к
движущимся частям с помощью зубчатых колёс – шестерёнок. При передаче
с большого ведущего колеса одетого на двигатель на маленькое ведомое
колесо мы можем увеличить скорость движения, если передавать движение,
наоборот, с маленького ведущего на большое ведомое,
9
то скорость
становится меньше. Нам не нужна большая скорость для земснаряда,
поэтому мы применяем понижающую передачу. Модель земснаряда имеет
стрелу, на конце которой находится бур. Стрела, используя двигатель и
червячную передачу, совершает движения вверх и вниз. При опускании
стрелы вниз начинаются вращательные движения бура. Бур, размягчает
слежавшиеся слои ила. Затем насос засасывает эти отложения в трубу и
гонит их по трубопроводу к берегу на пресс. Мой земснаряд оборудован
кабиной с пультом управления для машиниста земснаряда, лодкой для
передвижения машиниста от берега до земснаряда.
Машинист может не стоять весь день, управляя стрелой и земснарядом, а
запрограммировать в начале рабочего дня робота на опредёлённые действия.
Донные отложения по трубопроводу перекачиваются на пресс. Модель
пресса также работает от блока RCX. Для работы пресса используется один
двигатель, который передаёт движение с помощью зубчатых колёс и цепи на
валы.
Вода с илом попадает на сетку, вода проходит сквозь неё, а ил
движется по сетке и попадает на валы. Валы отжимают ил и он по
транспортёру падает в кузов машины. В моей модели вода, которая сливается
с донных отложений проходит очистку и подаётся на фонтан городского
парка. Для демонстрации работы своей модели я взял аквариум и оформил
его в виде макета водохранилища.
Для оформления
территории
водохранилища я взял ящик и расположил на нём модель пресса и фонтан.
Фонтан изготовлен из большой металлической банки из-под конфет. Папа
помог мне сделать отверстие в банке, чтобы получился фонтан
10
Программирование работы установки по очистке водохранилищ от
донных отложений
Конструктор
конструктор.
Лего,
из которого я собирал свою модель, не обычный
Он сопровождается специальной графической средой
программирования ROBOLAB.
создана как
Эта программа очень удобна.
Она была
дополнение к профессиональному языку разработки ,
называемому LabVIEW, который используется в сложных системах сбора
данных и системах управления.
Ей
пользуются учёные и инженеры.
Графическая среда предполагает программирование с помощью пиктограмм
– картинок, изображающих двигатели, датчики или функции. Для того
чтобы создать программу, нужно мышкой перенести пиктограммы из
палитры на рабочее поле и выставить их в определённом порядке, в
зависимости от того что мы хотим получить. Мы можем запрограммировать
работу двигателя на какое то определённое время или на определённое
количество оборотов или на срабатывание каких либо датчиков.
11
Чтобы создать программу, мы должны определить, что мы хотим получить
от земснаряда. Для того чтобы земснаряд добрался до точки назначения,
можно рассчитать сколько оборотов двигателя он должен совершить, чтобы
добраться до определённого места, а затем включить работу стрелы и насоса.
При определённой аварийной ситуации земснаряд может остановить работу
или издать звуковой сигнал для машиниста, который устранит препятствие.
Если земснаряд находится на месте назначения, то машинист может сразу
поставить программу для работы на месте. Программы могут быть разные в
зависимости от работ, которые нужно выполнить, от площади, которую надо
очистить или от времени выполнения задания. Машинисту не обязательно
находиться целый день на земснаряде, работы будут выполняться по
программе.
Пиктограмма с зелёным светофором означает начало работы программы.
Затем
мотор
мощности 5 и
подключённый к порту С работает на самой большой
работает 4 секунды – это двигатель отвечающий за
перемещение земснаряда, затем выключается. Далее включаются моторы А
и В и тоже работают 4 секунды. Мотор В отвечает за опускание стрелы, а
мотор А за вращение бура. Затем мотор А работает ещё 4 секунды и затем
двигатели отключаются.
Пиктограмма
с красным светофором означает
конец работы программы. Программа составлена для работы именно этой
модели, модель работает не долго, так как пространство для передвижения
ограничено. Для настоящей установки программа пишется также, только с
увеличением времени для каждого двигателя.
12
Заключение
В настоящее время проблема загрязнения воды является актуальной.
Недостаток чистой воды уже сейчас ощущается во многих странах. Однако,
это не потому что запасы воды истощаются. Над водой нависла угроза
загрязнения. Заводы и фабрики, электростанции потребляют воду и
одновременно загрязняют её различными отходами. Со сточными водами
предприятий в реки и озёра попадают разные ядовитые вещества. Всё живое
в такой воде погибает. Нарушается баланс в экосистеме. Многие думают,
что эта проблема их не касается, открыл кран и бежит вода. Но, мои бабушка
и дедушка раньше не боялись пить воду из под крана, а теперь ходят на
родничок. Они и подумать не могли, что чистую воду будем покупать в
магазине. Вы все знаете, что в школах мы не пьём воду из крана, нам её
привозят в бутылках. В прошлом году в нашем городе создалась
чрезвычайная
ситуация,
когда
город
чуть
не
остался
без
воды,
водохранилище почти опустело. Всё это говорит о том, что эта проблема
касается каждого. В своей работе я изучал проблему загрязнение Айского
питьевого водохранилища. Моя гипотеза, что первой причиной загрязнения
воды является загрязнение водохранилища, подтвердилась. Из беседы с
людьми непосредственно связанными с очисткой водохранилища, я узнал об
устройстве и работе установки, которая чистит наше водохранилище.
Установка работает уже много лет, и вода стала уже не такая, как была два
года назад, за эти годы было очищено только одна треть водохранилища. Я
думаю, что модель моей установки может помочь внести некоторые
изменения в создание новых технологий очистки водохранилищ, а главное
поможет освободить человека от однообразного труда и тем самым увеличит
полезное время работы установки. Работая над своим исследовательским
проектом, я много нового узнал о воде, об истории нашего города.
Я
пообщался с людьми, которые болеют душой за свой город, рассказал им о
своей модели. Думаю, что я помог своему папе: чем чище будет вода, тем
меньше будет аварий. Со своим проектом я выступил перед ребятами в
13
«Центре юных техников». После моего рассказа, ребята нарисовали рисунки,
призывающие бережно относиться к воде, мы отгадывали загадки и ребусы о
воде, вспомнили народные мудрости «Не плюй в колодец – пригодится воды
напиться».
Вода – наше главное богатство - её надо беречь! Надо берено относиться к
имеющимся водоёмам, охранять их, содержать в чистоте берега, сажать
деревья для укрепления берегов, строить очистные станции. Это надо понять
и запомнить каждому человеку. Беречь воду – это значит беречь жизнь,
здоровье и красоту окружающей природы.
14
Литература
1. Зазнобина Л., Ковенько Л. "Моя самая первая книга о превращениях в
природе" - М.: "ДРОФА" , 1996.- 208с.
2. "Самые распространенные способы очистки воды". Сост. М.Е. Ершов. М.:
ACT; Донецк: Сталкер, 2006, 94 с.
3.CD ПервоРобот/RoboLab 2.5.4. Руководство пользователя. Int
4.CD ПервоРобот/RoboLab 2.5.4. Программное обеспечение. Int
5. Автоматизированные устройства: ПервоРобот. Книга для учителя. int.
15
Приложение
16
Значимость воды
17
Загрязнение воды
18
Айское питьевое водохранилище
Земснаряд фирмы «Дёпке»
19
Пресс
20
Модель установки для очистки от донных отложений из
конструктора Lego
Модель земснаряда
21
Модель пресса
Модель фонтана
22
Насадка – бур для разрыхления донных отложений
Кабина машиниста
Пульт управления
23
Применение зубчатых и
ременных передач
24
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа