XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Полиспаст - система, которая применяется везде!

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мокрушин К.С. 1

---

1МАОУ «СОШ №55» г. Пермь

Дробинина Н.Г. 1

---

1МАОУ «СОШ №55» г. Пермь

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В этом году я получил в подарок долгожданный велосипед! У него большие колеса и рама, соответственно занимает такой транспорт много места в нашей квартире. Мне было интересно решить вопрос с хранением велосипеда. Тем более, что в зимнее время в нём вообще нет необходимости. Так, я пришёл к изучению системы подъема груза – полиспаст.

Гипотеза: Система Полиспаст – важная технология современного мира. Без которой не было бы возможным строительство городов. Она широко применяется в разных сферах жизни: как система хранения, в строительстве и не только. Она даже может спасти чью-то жизнь!

Цель: применить систему полиспаст в хранении домашних вещей. А также изучить её другие возможности.

Задачи:

1. Узнать каким образом люди поднимали тяжелые предметы в древние времена.

2. Изучить, как можно легко поднять груз.

3. Исследовать что такое полиспаст и его применение в жизни человека.

4. Узнать, что может техника, у которой есть полиспаст.

Актуальность проекта:

Человеку важно понимать, каким образом можно поднять большой и тяжелый груз. Система Полиспаст – важная технология современного мира. Она применяется настолько широко, что без неё не было бы такого строительства домов, систем хранения и даже спасательных инструментов. В жизни случаются ситуации, когда необходимо оказать помощь человеку, приподняв его или помочь вытащить тяжелый предмет. Обладая этими знаниями помощь оказать сможет даже третьеклассник.

Предметы исследования:

• Эксперимент подъема груза «от использовании веревки до полиспаста»

• Информация в интернете и литературе

• Применение полиспаста дома

• Управление автокраном вместе с машинистом крана автомобильного

• Анкетирование школьников начальных классов

Методы исследования:

Теоретические: изучение научных статей, общение со специалистами, использующими эту технологию.

Эмпирические: проведение экспериментов, создание Полиспаста своими руками.

Логические: анализ, обобщение, выводы

Практическая значимость работы: на основании изученного материала, ученик сможет создать свою систему Полиспаст и применять в различных ситуациях.

1. Первые подъемные механизмы

Ещё в древности человек столкнулся с необходимостью подъёма тяжёлых и громоздких предметов – поваленных деревьев, камней или туш убитых на охоте животных. Наклонная плоскость, каток, рычаг стали первыми грузовыми подъёмниками. Позднее всё это было дополнено верёвками, их роль могли играть даже ветви деревьев.[1]

Простейшие подъёмники могли применяться в Древнем Египте при строительстве пирамид. Возведение дворцов с колоннами и огромными скульптурами также могло осуществляться при помощи подобных устройств (Рисунок 1).

Рис.1 – Рычаг – механизм строительства в Египте

Ещё позднее составными частями приспособлений стали блок и ворот. Новым шагом стал «геранос» или «журавль» (Рисунок 2) – механизм с ручным приводом, изобретённый в Древней Греции приблизительно в V веке до н.э. Немецкое название этого устройства – «краних», оно стало прототипом русского слова «кран». А сам «журавль» является далёким предком современного подъёмного крана.

«Журавль» использовался чаще всего при строительстве крепостных стен. Устройство применялось не только в строительстве, но и в театральных представлениях для подъема актеров и бутафории в ходе спектаклей. [2]

Рис. 2 – Журавль – механизм подъёма с ручным приводом

Вслед за «гераносом» в употребление вошли конные ворота и механизмы для подъема грузов с помощью двух и более блоков (полиспасты). В Древнем Риме появился механизм, который может быть назван поворотным подъёмным краном. Он укреплялся на деревянных брусьях и мог поворачиваться в любую сторону при помощи катка.

В 236 году до н.э. Архимед спроектировал новый тип подъёмника, который стал самым первым в истории грузовым лифтом (Рисунок 3).

Рис. 3 – Грузовой лифт

В эпоху средневековья отмечался некоторый упадок развития технических средств. Однако к XIV веку вопросы подъёма грузов приобрели острую актуальность. Происходил рост металлургической промышленности, отсюда возникла необходимость в совершенствовании механизмов подъёма руды.

Грузовые подъёмники были дополнены лебёдками и полиспастами, благодаря чему можно было увеличить скорость подъёма даже очень тяжёлых грузов. Усилий требовалось прикладывать значительно меньше.

Конструкции кранов и способы их производства продолжали совершенствоваться. В наше время техника развилась до появления автомобильных, железнодорожные кранов и продолжает развиваться. Увеличиваются возможности подъёма всё более и более тяжёлых грузов. Узлы становятся взаимозаменяемыми.

Но грузовые подъёмники – это не только краны, с помощью которых возводятся высотные дома. Активно разрабатываются и используются подъёмные механизмы бытового назначения. Они предназначены для подъёма, например, товаров в большом торговом центре или грузов на вокзале.

Развитие техники не стоит на месте. Возникают новые идеи, ведётся работа над их воплощением. Но традиции и опыт прошлого всегда будут служить фундаментом для разработки и внедрения новых технологий.

2. Эксперименты с поднятием груза при помощи веревки

Для того, чтобы разобраться, как можно облегчить себе подъем груза, я решил провести несколько экспериментов.

Эксперимент 1:

К тяжелому грузу (ведро с яблоками) необходимо привязать веревку, а затем перекинуть её через опорный предмет – дерево (Рисунок 4).

Рис. 4 – Эксперимент 1 Рис. 5 – Эксперимент 1 с канистрой
Для того, чтобы повторить эксперимент, я использовал канистру с водой (10л.). Веревку я перекинул через предмет, который является опорой (спортивный турник). Потянув за веревку, выяснилось, что можно изменить направление подъёма канистры, но легче поднимать её не становится (Рисунок 5).

Эксперимент 2:

Конец веревки необходимо привязать к предмету (дереву), а другой взять в руки и поднять груз. (Рис.6.)

Рис. 6 – Эксперимент 2 Рис. 7 – Эксперимент 2 с канистрой

Один край веревки я привязал к турнику, протянул её через канистру и поднял груз за оставшийся край верёвки. Выяснилось, что поднимать канистру стало легче, потому что часть веса взял на себя турник. Однако, поднять груз я смог на столько, на сколько поднялась моя рука. Это означает, что высота подъёма груза в этом эксперименте ограничена высотой руки (Рисунок 7).

Эксперимент 3:

Конец веревки необходимо привязать к дереву, протянуть её через груз, а затем перекинуть через дерево (Рисунок 8).

Рис. 8 – Эксперимент 3 Рис. 9 – Эксперимент 3 с канистрой

Веревку я привязал к турнику, протянул через канистру и перекинул через тот же турник. Теперь канистра поднялась намного выше. А я уже не был ограничен высотой своего роста и руки. Однако, легче поднимать груз не стало. Из-за трения веревки поднимать было также тяжело, как и в предыдущем эксперименте (Рисунок 9).

Эксперимент 4:

К веревкам необходимо добавить блоки. Один к ведру с яблоками, а второй к дереву (Рисунок 10).

Рис. 10 – Эксперимент 4 Рис. 11 – Эксперимент 4 с канистрой

Веревка всё также была привязана к турнику, но далее я пустил её через блок, который прицепил к канистре. Затем, веревку пустил ко второму блоку, подвешенному к спортивному турнику. Поднимать при помощи блоков стало намного легче. 10 литров воды показались легким грузом. При этом, я мог поднимать канистру из любого места. Отойти с верёвкой на большое расстояние или забраться повыше и оттуда поднимать её. Такая система из блоков называется системой Полиспаст (Рисунок 11).

3. Что такое система Полиспаст, его область применения

Блок – колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси.

Блоки входят в состав большинства грузоподъемных машин и различаются по числу роликов и грузоподъемности. В зависимости от числа роликов блоки разделяются на однорольные и многорольные. Однорольные блоки применяют обычно, как отводные и для подъёма легких грузов, многорольные – для подъема тяжелых грузов [3].

Полиспаст — система подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канаты, цепи) используемая для увеличения силы или скорости подъема грузов.

В основе полиспастов лежит желание с минимальными усилиями переместить либо поднять какой-либо груз.

Область применения:

• Горный туризм и альпинизм.

Владение полиспастами в альпинизме и туризме – это важный технический навык. С помощью полиспаста можно поднять груз, натянуть веревку, к примеру, для переправы, а главное – это незаменимый помощник в организации спасательных работ.

• Морской транспорт.

Полиспасты используют для подъёма и управления якорями, а также грузов на судах и других подводных конструкциях. С помощью него можно опустить на воду небольшую лодку (шлюпку) и наоборот поднять её на судно.

• Лифты.

Пассажиры не видят полиспаст при использовании лифта. Он находится в шахте лифта. Однако, именно, он помогает поднимать и опускать кабину на необходимую высоту.

• Вытягивание застрявшего в грунте автомобиля.

С помощью системы из нескольких блоков можно увеличить усилие вытаскивания в три и более раз. Таким образом, оказавшись одному в автомобиле, который застрял. Становится возможным вытащить себя самому.

• В бытовых условиях.

При помощи полиспаста можно организовать систему хранения. Это надежный и эффективный способ хранить крупные вещи. Например, убирать на зиму велосипеды и самокаты, а летом хранить лыжи.

• Строительство.

Скоростной полиспаст является частью механизмов подъёма и изменения вылета стрелы подъёмных кранов и такелажных приспособлений. Самостоятельно полиспаст может применяться для подъёма (опускания) небольших грузов. Сдвоенные силовые полиспасты имеют широкое применение в механизмах подъёма многих кранов — мостовых, консольных, козловых и других. [4].

В автомобильном кране Полиспаст находится на стреле. Стрела автокрана выдвигается вверх и, тем самым, задает высоту подъема груза. На полиспасте размещён крюк, который цепляется за груз.

Мой папа - машинист крана автомобильного. В этом исследовании мне довелось на практике увидеть, как это - поднимать тяжелый груз, при помощи техники.

Я узнал какие работы может выполнять автокран. Например, подавать материалы для ремонта крыши домов, ставить антенны мобильной связи, строить ангары и цеха и даже поднимать сломанные грузовики. Больше всего мне понравилось находится в кабине машиниста крана и самому управлять этой техникой.

Система Полиспаст имеет широкое применение в жизни. Кажется, что всё, что нас окружается связанно этой системой. Люди используют её дома, в туризме, в строительстве, в службе спасения и не только. Понимая, как действует эта технология, даже второклассник сможет поднимать тяжелые вещи.

4. Анкетирование

Я решил провести анкетирование среди одноклассников и учеников старших классов. Всего учувствовало 38 учеников.

Вместе с родителями в класс я принес канистру воды 10 литров и подложил ребятам её поднять. Ученики с интересом поднимали груз. Однако, задача оказалось непростой для учеников младшей школы. После этого, я предложил ответить на важный вопрос (Рисунок 12).

Рис. 12 – Количество учеников, которым было тяжело поднять канистру своими руками

Из 38 учеников, которым я задал этот вопрос, 22 человека посчитали подъём такой канистры тяжёлым. Затем, я применил систему полиспаст, используя 2 блока и веревку. А затем вновь, предложил ученикам поднять канистру. После чего, снова задал это вопрос. (Рис. 13)

Рис. 13 – Количество учеников, которым было тяжело поднимать канистру при помощи Полиспаста

На тот же вопрос 31 человек ответили, что поднимать канистру стало легко. Даже девочки с удовольствием применяли эту систему. Тогда, я решил узнать у ребят: а есть ли у них дома предметы, тяжелые вещи, которые необходимо поднять и хранить с помощью такой системы? Ребята были очень воодушевлены. Они предложили много вариантов, как они могут использовать такой подъём груза дома, например: Тяжелые вещи на балконе, лыжи, сноуборды и другой зимний инвентарь, старые игрушки, самокаты, велосипеды и не только.

Считаю успешным общение с учениками. Благодаря их ответам, я понял, что не зря занимаюсь изучением этой системы!

5. Хранение велосипеда при помощи системы Полиспаст

Я изучил, как можно поднимать тяжелый груз при помощи блоков и веревки. Провел эксперимент с канистрой воды дома, чтобы понять, как она работает. Провёл такой же эксперимент в школе и выяснил, что это интересный способ хранения вещей и подъёма груза для учеников. Поднял груз, находясь в автокране. Увидел масштабы и возможности этой системы. Теперь считаю, что я полностью готов к тому, чтобы создать такую систему хранения для своего велосипеда (Рисунок 14).

Рис. 14 – Место хранения велосипеда до использования Полиспаста

Было решено использовать 4 блока 2 подвижных, которые я закрепил к сиденью и ближе к рулю (Рисунок 15).

Рис.15 – Крепление подвижных блоков к велосипеду

А также 2 неподвижных. Их я закрепил к перекладине, которую помог установить папа к уже имеющийся полке. Между блоками натянута веревка (Рисунок 16).

Привычным движением я потянул за верёвку и поднял велосипед. Веревку закрепил. Теперь велосипед находится вверху и место для другого транспорта освободилось (Рис.17)

Заключение

В этом проекте я узнал, что с древних времен люди пытались разработать подъемные механизмы. Которые облегчили бы им жизнь. Появление блоков и системы Полиспаст стало важным событием в истории. Ведь эта система, которая появилась много лет, до сих пор развивается и улучшается. Она используется повсеместно. Увидеть систему Полиспаст можно и в бытовых условиях, и в лифтах, без которых не обходится ни один дом сейчас. Важным является возможность системы помогать людям в спасательных работах. Горный туризм, альпинизм давно не обходятся без неё.
Важным для мня оказалось создания собственного полиспаста. Я убедился, что при правильном распределении веса, могу поднимать грузы больше себя. На практике я создал систему хранения для моего велосипеда, чем помог родителям сэкономить место для других вещей. Планирую пользоваться ею в зимнее время, когда нужно будет доставать снегокат и лыжи.

Считаю, что с этими знаниями смогу помочь людям в экстренной ситуации. Ведь при использовании этой технологии взрослый человек может даже вытащить машину, застрявшую в грунте.

Я узнал, что Полиспаст не только эффективно работает сам по себе. Он является неотъемлемой частью грузоподъемной техники. Вся техника, которая строит наши дома, школы, магазины и всё, что нас окружает, использует систему Полиспаст. Получается, без этой технологии было бы невозможно такое масштабное строительство.

Очень интересно было попробовать себя в роли машиниста крана автомобильного. Это захватывающий опыт поднимать что-то намного больше тебя самого.

Я считаю, что полностью подтвердил свою гипотезу: Система Полиспаст – важная технология современного мира. Без которой не было бы возможным строительство городов. Она широко применяется в разных сферах жизни: как система хранения, в строительстве и не только. И она может спасти чью-то жизнь!

Список литературы

1. ПТМ - https://ptmont.ru/about/articles/gruzovye-podyomniki-ot-epokhi-piramid-do-nashikh-dnej/ (06.11. 2024г.)

2. FERST ELEVATOR KOMPANY - https://lift39.ru/stati/gruzovye-podemniki-ot-epohi-piramid-do-nashih-dnej/ (08.11.2024г.)

3. П.П. Ипатов, А.Ф. Финкель, Монтажные подъемно-транспортные и такелажные работы. Учебное пособие для техникумов. Изд. 2е, 1975. Стр.61.

4. Википедия - https://ru.wikipedia.org/wiki/Полиспаст (15.11.2024г.)