Презентация проекта учащихся по теме Ультразвук и его практическое применение

Ультразвук и его практическое применение Выполнили:Вильчинская Маргарита Владимировна 10«Б»Крапивина Ирина Олеговна 10 «Б» МОУ гимназия № 10учитель физики Марченко Анна Васильевнанаучный руководитель Марченко Сергей Сергеевич кандидат технических наук,ГНУ ПНИИЭМТ Россельхозакадемии Муниципальное общеобразовательное учреждениегимназия № 10Кировского района г. Волгограда Одним из важнейших факторов повышения эксплуатационной надёжности и долговечности бетонных и железобетонных конструкций мелиоративных гидротехнических сооружений (ГТС), в частности противофильтрационных облицовок каналов и водоёмов, является водонепроницаемость бетона. Поэтому при диагностировании технического состояния ранее построенных водохозяйственных объектов возникает острая проблема определения параметров водонепроницаемости бетона в процессе эксплуатации ГТС. В настоящее время применяют следующие стандартные методы контроля водонепроницаемости бетона: по «мокрому пятну», по коэффициенту фильтрации и ускоренный метод определения коэффициента фильтрации. Перечисленные способы контроля являются достаточно трудоёмкими, многооперационными и длительными в проведении испытаний. Главный недостаток этих способов заключается в том, что их можно применить только для контроля образцов бетона, но не в реальных конструкциях ГТС. В Государственном научном учреждении Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий разрабатывается метод ультразвукового контроля водонепроницаемости бетона в конструкциях гидротехнических сооружений, который позволит почти в 20 раз снизить трудоемкость и временные затраты на проведение испытаний. Этим обусловлена актуальность темы работы «Ультразвук и его практическое применение». В школьном курсе физики рассматриваются некоторые области применения ультразвука. Но вопросу контроля водонепроницаемости бетона в конструкциях гидротехнических сооружений с помощью ультразвука внимание не уделено. В этом состоит научная новизна данной работы. Объектом исследования является ультразвук.Предмет исследования – свойства ультразвука и области его применения.Цель исследования – изучить свойства ультразвука и области его применения.. Задачи исследования: Изучить свойства ультразвука; изучить области применения ультразвука; изучить метод ультразвукового контроля водонепроницаемости бетона в конструкциях гидротехнических сооружений.Метод исследования: Анализ литературы и материалов сайтов Интернета по данной темеПроведение эксперимента на базе Поволжского научно-исследовательского института эколого-мелиоративных технологий. Глава 1: Теоретические основы исследования.1.1 Что такое ультразвук.Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16 000 колебаний в секунду (Гц). Колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц.По своей физической природе ультразвук. представляет собой упругие волны и в этом он не отличается от звука. Частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами условна; она определяется субъективными свойствами человеческого слуха и соответствует усреднённой верхней границе слышимого звука. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн имеет место ряд особенностей распространения ультразвука. 1.2 Ультразвук в живой природе В природе ультразвук встречается как в качестве компоненты многих естественных шумов, так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве.Так, например, дельфины благодаря этому уверенно ориентируются в мутной воде. Ультразвук помогает и летучим мышам, которые обладают плохим зрением или вообще ничего не видят. Издавая с помощью своего слухового аппарата ультразвуковые волны (до 250 раз в секунду), они способны ориентироваться в полете и успешно ловить добычу даже в полной темноте. Ультразвуковые сигналы используются и некоторыми зубчатыми китами. Эти сигналы позволяют им охотиться на кальмаров при полном отсутствии света. 1.3 Историческая справкаПервые работы по ультразвуку были сделаны французским учёным Ф. Савар (1830), который пытался установить верхний предел по частоте слышимости уха человека. Изучением ультразвука занимались английский учёный Ф. Гальтон (1883), немецкий физик В. Вин (1903), русский физик П. Н. Лебедев и его ученики (1905). Существенный вклад был сделан французским физиком П. Ланжевеном (1916), который впервые использовал пьезоэлектрические свойства кварца для излучения и приёма ультразвука при обнаружении подводных лодок и измерениях глубин моря. Советский учёный С. Я. Соколов в 1928 положил начало ультразвуковой дефектоскопии металлических изделий, предложив использовать ультразвук для обнаружения трещин, раковин и др. дефектов в твёрдых телах.В 50-60-х гг. широкое развитие получают различные промышленные технологические применения ультразвука, в разработку физических основ которых в СССР был сделан большой вклад Л. Д. Розенбергом и его сотрудниками. 1.4 Свойства ультразвука Ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки, способные отражаться от преград, преломляться в веществе. Ультразвук сильно поглощается газами слабо жидкостями. Под воздействием ультразвука в жидкостях образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии, влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций. Свойства ультразвука находят широкое применение в различных областях. 1.5 Практическое применение ультразвука.Применения ультразвука чрезвычайно разнообразны. Ультразвук служит мощным методом исследования различных явлений во многих областях: Гидролокация: Если направить импульсное ультразвуковое излучение в сторону дна и измерить время между посылом импульса и его возвратом, можно определить расстояние между излучателем и приемником, т.е. глубину. Дефектоскопия: Проникая в твердые тела, ультразвуковые импульсы отражаются от их границ, а также от различных инородных образований в толще исследуемой среды, таких, как полости, трещины и др., указывая на их расположение. Ультразвуковая очистка: Важной технологической проблемой является очистка поверхности металла или стекла от мельчайших посторонних частиц, жировых пленок и других видов загрязнения. Там, где слишком трудоемка ручная очистка или необходима особая степень чистоты поверхности, применяется ультразвук. Ультразвуковая сварка: С помощью ультразвуковой сварки соединяют пластмассовые детали, полимерные плёнки, синтетические ткани и др. Применение в биологии и медицине: ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), поэтому ультразвуковые стерилизаторы хирургических инструментов применяются в больницах и клиниках. Электронная аппаратура со сканирующим ультразвуковым лучом служит целям обнаружения опухолей в мозгу и постановки диагноза. Контроль водонепроницаемости бетона: этому методу посвящена данная работа. Глава II: Экспериментальная часть исследования.Изучение приборов, применяемых в ультразвуковом методе контроля водонепроницаемости бетона: Стандартные формы для изготовления образцов, высотой 150 мм и диаметром 150 мм в соответствии с ГОСТ Виброплощадка лабораторная для уплотнения бетонной смеси в формах-цилиндрах. АГАМА-2РМ – прибор для определения водонепроницаемости бетона по его воздухопроницаемости Фильтратометр – прибор для ускоренного определения водонепроницаемости бетона по коэффициенту фильтрации ПУЛЬСАР-1.2 – предназначен для оценки свойств и дефектоскопии строительных материалов по времени, скорости и формы принимаемых ультразвуковых колебаний при поверхностном и сквозном прозвучивании. Работа прибора основана на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в материале от излучателя к приемнику. 2.2 Знакомство с сущностью метода исследованияПри строительстве различных сооружений в том числе и ГТС должны выдерживаться ГОСТы бетона по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости.Существуют различные способы определения влагостойкости или водонепроницаемости бетона: «По мокрому пятну» по коэффициенту фильтрации во воздухопроницаемости бетона (экспресс метод) В стадии разработки находится метод ультразвукового исследования, который мы изучали в данной работе. Исследуемые образцы бетона разной марки Метод по «По мокрому пятну» может выполняться только в лабораторных условия: для этого надо иметь образец бетона, который будет использован в строительстве, под высоким давлением снизу образца подавать порциями воду, ждать пока она впитается бетоном, снова подавать воду пока на верхней поверхности не появится мокрое пятно (а это несколько дней). По времени появления мокрого пятна по специальным таблицам определяют марку бетона и его соответствие по ГОСТу для данного строительства. Недостаток метода в том, что он длителен, не позволяет произвести анализ уже построенного сооружения (так для этого нужно выпиливать образец материала из конструкции - а это не всегда возможно) Существует экспресс-метод (т.е. быстрый) – по воздухопроницаемости бетона: осуществляется с помощью прибора АГАМА-2РМ На дно прибора укладывается мастика для обеспечения герметичности, затем прибор устанавливается на исследуемый образец, в приборе создается вакуум и через образец втягивается воздух. По скорости его всасывания воздуха определяют воздухопроницаемость бетона и по таблицам смотрят его марку по ГОСТУ Недостаток в том, что исследуемые образцы должны быть вырезаны из конструкции и исследованы в лабораторных условиях. Ультразвуковой метод заключается в измерении скорости прохождения ультразвука в образцах бетона разного класса и со влажности. Например в бетоне Класса М-200 скорость 3202 м/сКласса М-300 скорость 4373 м/сКласса М-400 скорость 4593 м/сМетод предполагает составление таблиц соответствия скорости распространения ультразвука в бетонной конструкции данного класса с классом по водонепроницаемости. Таким методом можно пользоваться не только в лабораторных исследования, но и на месте уже построенных конструкций. Но разработка метода еще не завершена, работа будет продолжена в следующем году. Заключение На основе анализа литературы и материалов сайтов Интернета по теме исследования были достигнуты поставленные задачи: изучены свойства ультразвука и области его применения, проведено знакомство с методом ультразвукового контроля водонепроницаемости бетона в конструкциях гидротехнических сооружений, который может позволить существенно сократить затраты труда на проведение исследований, связанных с определением технического состояния бетонных гидротехнических сооружений и проводить исследование в любых условиях. Список литературы и Интернет-источников Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. М.:Изд. стандартов, 1986.Бетоны. Метод определения влажности. М.: Изд-во стандартов, 1978.Методы определения водопоглащения. М.: Изд-во стандартов, 1978.Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. М.: Изд. стандартов, 1987.5. Физический энциклопедический словарь [Текст]. – Москва «Советская энциклопедия», 1983 г. 6. ru.wikipedia.org 7. slovari.yandex.ru›БСЭ8. femto.com.ua ›articles/part_2/4203.html 9. student.zoomru.ru