Физика в строительстве. Строительная физика реферат

Физика в строительстве - n1.docx

n1.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра Общей физики

Реферат

на тему: "Физика в строительстве".

Руководитель

___________Петров И.И.

«___»_____________2010 г.

Исполнитель

студент гр. 09ПГС-1

__________Сидоров И.И.

«___»_____________2010 г.

Оренбург 2010

Содержание.

1. Физические основы строительства.

2. Физические основы вентиляции.

2.1 Естественная вентиляция.

2.2 Пример практического расчета системы естественной вентиляции.

2.3 Принудительная вентиляция.

3. Геодезическое оборудование, созданное на основании законов оптики, применяемое в строительстве.

3.1 Тахеометр и его устройство.

3.2 Нивелир и его устройство.

3.3 Теодолит и его устройство.

4 Голография и топографическая интерферометрия в строительстве.

4.1 Физические принципы голографии.

Заключение.

Список литературы.

Приложение.

1. Физические основы строительства.

Физические процессы, проистекающие в природе, означают изменение формы тела, его положения или агрегатного состояния.

Строительные работы проводятся в физическом разрезе так, что все изменения физического состояния тел можно проследить и измерить. Изменения массы, длины и ширины, времени и температуры тел измеряются и документируются. Также и запланированные изменения физического состояния материалов принимаются в расчет с тем, чтобы по окончанию строительных работ выйти на нужные показатели.

Изменение формы предметов, например, изгиб арматуры, выполняется при помощи машин и механизмов. Изменение положение происходит, например, при возведении стен, когда готовые стеновые блоки и панели устанавливаются при помощи подъемного устройства.

Изменение состояния вещества можно наблюдать на примере увлажнения бетона, когда при увлажнении бетона после укладки вода, которая разбрызгивается по его поверхности, испаряется или впитывается.

2. Физические основы вентиляции.

Известно, что нагретый воздух имеет меньший удельный вес чем холодный (рис.1), и поэтому вытесняется более тяжелым холодным воздухом и поднимается вверх. Это свойство нагретого воздуха используется не только для подъема монгольфьеров – летательных аппаратов легче воздуха, но и для создания тяги в отопительных устройствах. И, что более важно для нас, для охлаждения узлов РЭА, когда естественная тяга является основной в корпусах с естественной вентиляцией.

В корпусах с принудительной вентиляцией эта тяга может как улучшать характеристики системы вентиляции, так и ухудшать их при неправильном размещении вентилирующих устройств.

График зависимости уд. веса воздуха от температуры показан на рис.1.

Рис.1

Отвод тепла из корпусов РЭА осуществляется воздухом, за счет выноса проходящим потоком избыточного тепла и замещения его в корпусе более холодным внешним воздухом. Это замещение создает проходящий поток воздуха. Он возникает по естественным причинам – разности температур или соответственно разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха. Это естественная вентиляция.

При значительных избытках тепла, низкой температуре наружного воздуха в корпусах РЭА без принудительной вентиляции могут осуществляться воздухообмены, достигающие нескольких десятков кубических метров в час.

Воздушные потоки, обеспечивающие теплообмен могут создаваться и существовать за счет внешнего нагнетающего (вытягивающего) электромеханического устройства – вентилятора. Этот вид вентиляции требует дополнительных энергозатрат, повышает уровень шума блоков и снижает надежность конструкции РЭА.

Конструкция корпуса выбирается исходя из возможности применения того или иного вида его вентиляции.

Например, в низко профильных корпусах отсутствует перепада высоты между центрами вентиляционных отверстий, это делает невозможным применение естественной вентиляции. В таких корпусах возможно применение только принудительной вентиляции.

Из курса физики известно, для изобарного (при постоянном давлении) процесса нагрева газа массой m, количество теплоты, полученное им – W увеличивает его температуру на ?t.

W = m•c•?t = Lпр•?•с•?t (Дж/час) [1]

Здесь m = Lпр • ? - это масса участвующего в охлаждении воздуха, а Lпр расход и ?-удельный вес воздуха.

Когда вентиляция предназначена для удаления тепла из вентилируемого объема, объем приточного воздуха и количество отводимого тепла определяется из выражения:

Lпр = W/(tух - tпр) ?пр С (м3/час) [2] или W = Lпр *(tух - tпр) ?пр С (Дж/час),

Где: W – отводимые избытки тепла Дж/час,

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема,

tпр –температура приточного воздуха,

?пр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/час.

или

W = Lпр *(tух - tпр) ?пр С (Вт) [2.1]

Где: W – отводимые избытки тепла Вт,

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема,

tпр –температура приточного воздуха,

?пр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/сек.

Обратите внимание на размерность в Ф.2.1 !

Естественная вентиляция.

2.1 Естественная вентиляция.

Вентиляция корпусов РЭА выполненной на полупроводниковых структурах, существенно отличаются от вентиляции других радиотехнических устройств. И, прежде всего тем, что максимальная температура активных элементов (полупроводниковых структур) жестко ограничена 85 – 95°С, а это накладывает соответствующие ограничения на максимальную температуру воздуха в корпусе 55 – 65°С. Это и определяет меньший тепловой напор и соответственно эффективность работы естественной вентиляции.

Исходя из этого, можно рекомендовать:

Для естественной вентиляции корпусов РЭА, учитывая, что напор имеет малую величину, требуется организация путей воздухообмена. Она подразумевает прохождение воздушных потоков мимо наиболее нагретых узлов, что позволяет обеспечить эффективный съем тепла с этих узлов. Для этого необходимо обеспечить беспрепятственный (с малыми потерями напора) проход воздушных потоков.

Корпуса для эффективной работы естественной вентиляции должны иметь вертикальный профиль и достаточную высоту.

Точки входа и выхода охлаждающего воздуха должны быть расположены в максимально удаленных по высоте точках.

Аэродинамическое сопротивление входного и выходного отверстий должны иметь минимальную величину.

Исходя из больших объемов проходящего воздуха, входное отверстие должно иметь фильтр грубой очистки воздуха малого сопротивления.

Для оценки эффективности естественной вентиляции и распределения давлений в замкнутом объеме с парой вентиляционных отверстий, расположенных как в стандартном корпусе, рассмотрим рисунки 2 и 3.

На рисунке 2 схематически изображен корпус, у которого площадь отверстия для входа воздуха Sвх много больше площади выходного отверстия Sвых. В этом случае минимальное давление в корпусе равно внешнему, а на выходном отверстии создается некоторое избыточное давление. Такой вариант достаточно прост для расчетов и исполнения.

На рисунке 3 схематически показан корпус площади входного и выходного отверстий, которого соизмеримы. В этом случае на входном отверстии внутри корпуса существует некоторое разрежение, на выходных избыточное давление. А в некоей области внутреннего объема корпуса существует уровень равных давлений, где давление равно давлению за пределами корпуса. Этот расчет может применяться для расчета систем вентиляции с фильтром на входе корпуса. В этом случае реальная площадь входного отверстия не только меньше площади входного отверстия, но с течением времени будет изменяться при снижении прозрачности фильтра.

рис 2 рис 3

Рассмотрим соотношения связывающие характеристики корпуса изображенного на рис.3.

Если температура воздуха в корпусе tв выше наружной температуры tн то вес 1 м3 воздуха в килограммах (удельный вес) внутри корпуса ?в кг/м3 будет меньше удельного веса атмосферного воздуха ?н кг/м3. Тогда вес столба воздуха высотою h2, от центра нижних открытых отверстий до плоскости равных давлений составит:

внутри корпуса – h2 • ?в, в окружающей атмосфере – h2 • ?н.

Очевидно, что на уровне центра нижних отверстий создается перепад давления (разрежение), равное разности веса столбов наружного и внутреннего воздуха, а именно

h2 = h2 • ?н - h2 • ?в = h2(?н - ?в) (кг/м2)

Этот перепад давлений обеспечивает поступление в корпус наружного воздуха.

Путем аналогичных рассуждений можно определить, что разность давлений на уровне центра отверстий, расположенных выше плоскости равных давлений, составит

h3 = h3 • (?н - ?в) (кг/м2)

причем это давление направлено со стороны корпуса в сторону окружающей атмосферы и вызывает движение воздуха из корпуса в атмосферу.

Таким образом, под влиянием разностей давлений возникает воздухообмен с поступлением (притоком) воздуха через нижние отверстия и удалением (вытяжкой) воздуха через верхние открытые отверстия.

Общая величина всей располагаемой разности давлений носит название теплового напора и равна сумме давлений на уровне нижних и верхних отверстий, то есть

HT=h2 + h3 = h • (?н - ?в) (кг/м2) [3]

Получается тепловой напор (Нт – перепад давления создаваемое нагревом воздуха) равен произведению из разности удельных весов воздуха на вертикальное расстояние между осями (серединами) нижних и верхних отверстий. Давление создаваемое потоком нагретого воздуха пропорционально высоте h и его температуре. Обратите внимание на размерность кг/м2, это совсем не техническая атмосфера которая имеет размерность кг/см2.

На рис.2 показано упрощенное представление «теплового напора». Его абсолютное значение равно изображенному на рис.3.

HT = h • (?н - ?в) (кг/м2)

Зависимость плотности воздуха от температуры приведена на рисунке 1.

2.2 Пример практического расчета системы

естественной вентиляции.

Рассмотрим для примера стандартный корпус компьютера «midi Tower»:

- высота между центрами входных и выходных вентиляционных отверстий – 0,25 м;

- температура наружного воздуха 22 °С;

- температура воздуха в выходном вентиляционном отверстии корпуса 55 °C.

HT = h • (?н - ?в) = 0,25 м (1,19 – 1,075)Кг/м3 = 0,029 Кг/м2(мм.h3O).

Исходя из соотношения 1атм.тех= 104 кг/м2=9806 мм.вод ст. получается тепловой напор (перепад давления) равный - HТ = 2,84 10-3 мм вод. ст.

Скорость воздуха в вентиляционном отверстии зависит от разности давлений внутри и вне корпуса определяется из выражения:

м/сек [4]

где v - скорость воздуха в м/сек;

g - ускорение земного притяжения 9,81 м/сек2;

? - удельный вес наружного воздуха в кг/м3;

∆H - разность давлений в кг/м2.

Объем воздуха, проходящего через вентиляционное отверстие, определяется по формуле:

L = К • V • S (м3/сек) [5]

где L - объем воздуха в м3/сек;

S – площадь отверстия в м2; (Вент. 120мм Sпрох = 83,7см2 = 0,00837м2)

К - коэффициент расхода, зависящий от конструкции выходного вентиляционного отверстия, принимаем равным - 0,7.

Учитывая принятую для использования конструкцию согласно рис.2 (площадь входных отверстий Sвх много больше площади выходных вентиляционных отверстий Sвых) рассчитываются только условия протока охлаждающего воздуха для выходных вентиляционных отверстий.

Отсюда для HТ = 0,029 Кг/м2 получим V = 0,69 м/сек.

Объем проходящего воздуха для данных параметров и площади S = 0,00837 м2 получим L= 0,004 м3/сек = 0,24 м3/мин.

Это для h =0,25м.

Исходя из формулы (1) тепловая мощность выводимая за пределы корпуса с помощью естественной вентиляции равна:

W = L (tвых - tвх) ? C (Дж/сек, Вт)

W – отводимая мощность дж/сек,

L – объем проходящего воздуха м3/сек,

?вх – уд вес приточного воздуха Кг/м3, (1,19 Кг/м3)

С – теплоемкость входящего воздуха дж/Кг град (1008 дж/Кг град),

tвх – температура воздуха на входе град (22°С),

tвых – температура воздуха на выходе (55°С).

W = 158,3 Дж/сек = 158,3 Вт.

Результаты вычислений для h=0,25м и h =0,42м ?вх = 1,19 Кг/м3 сведены в таблицу 1;

В данном случае увеличение h получено на одном и том же корпусе, но с измененной конструкцией вентиляционного канала. Это изменение дало 30% увеличение эффективности системы охлаждения.

рисунок 4

Если Вам интересно и для практики посчитайте W для h=0,5 м.

2.3 Принудительная вентиляция.

Принудительная вентиляция, как уже писалось выше, это вентиляция где воздушные потоки, обеспечивающие теплообмен создаются и существуют за счет внешнего нагнетающего (вытяжного) электромеханического устройства – вентилятора.

Этот вид вентиляции требует дополнительных энергозатрат, повышает уровень шума и снижает надежность конструкции РЭА.

Понятно, что в данном случае охлаждение полностью зависит от характеристик применяемых вентиляторов. Низко профильные корпуса, как правило, имеют большое аэродинамическое сопротивление, его величина имеет существенное значение.

Аэродинамическое сопротивление корпусов ПК, для обеспечения эффективного охлаждения, должно быть много меньше избыточного давления создаваемого вентилятором. Это подробно описано в статье «Схемы включения вентиляторов для охлаждения системных блоков персональных компьютеров».

Для принудительной вентиляции в ПК применяются осевые и центробежные вентиляторы, имеющие разные характеристики.

Чтобы понять преимущества и недостатки этих двух систем, сравним характеристики осевого и центробежного вентилятора. Для сравнения возьмем по одному из наиболее близких по характеристикам представитель каждого вида. Это осевой вентилятор AFB1212L и центробежный вентилятор (бловер) BFB159x165x40.

Рис.5

Сразу бросаются в глаза главное отличие.

При расходах имеющих один порядок, центробежный вентилятор - имеет максимальное давление в 5,5 раза выше осевого.

Отсюда вытекают его:

-более высокая потребляемая мощность ( более чем в 5,5 раза),

-высокий уровень шума.

Это позволяет рекомендовать центробежный вентилятор для применения в системах принудительного охлаждения (вентиляции) с высоким аэродинамическим сопротивлением.

Например - при потерях давления в охлаждаемой системе равном 4 мм.h3O осевой вентилятор модели L будет иметь стремящийся к нулю расход, а у центробежного вентилятора расход составит 1,3 м3/мин для модели L.

Та же формула [2.1] позволяет посчитать и величину выводимой за пределы корпуса тепловой мощности с помощью принудительной вентиляции.

W = Lпр *(tух - tпр) ?прС (Вт)

Получаем - W – отводимые избытки тепла Дж/сек или Вт,

При:

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема (град.С),

tпр –температура приточного воздуха (град.С),

?пр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/сек.

Для вентилятора 120 мм типа AFB12L виде графика это выглядит так:

рисунок 6

Здесь:

?t=10град.С - зеленая линия,

?t=20град.С - красная линия,

?t=30град.С - синяя линия.

Из формулы и рис.6 видим, что вывод тепла пропорционален расходу охлаждающего воздуха Lпр (конечно W определяется еще и разностью температур, но мы ведем расчет для заданной температуры выходящего воздуха). Поэтому главной задачей вентиляции корпусов для систем принудительного и естественного охлаждения является обеспечение максимального расхода охлаждающего воздуха.

Особо следует сказать об особенностях применения осевых вентиляторов в системах охлаждения, определяемых их низким избыточным давлением.

Низкое избыточное давление осевого вентилятора подразумевает его применение в системах с низким аэродинамическим сопротивлением. Причем для его эффективного применения (с расходами близкими к заявленным в документации) требует, чтобы это аэродинамическое сопротивление составляло менее 10% от паспортного расхода вентилятора.

В связи с этим следует обратить особое внимание на монтаж осевых вентиляторов. Часто их ставят в перфорацию корпуса, площадь отверстий которой (Sперф) много меньше проходного сечения вентилятора (Sвент).

K= Sвент/Sперф

При таком монтаже, для наших скоростей воздушных потоков, реальный расход примерно в K раз меньше паспортного.

В связи с тем, что современные конструкции отличаются большим тепловыделением, технические решения в проектировании систем вентиляции, должны отличаются применением оптимальных решений.

Аналогичная ситуация и в охлаждении РЭА.

Так конструкции с малым тепловыделением могут быть выполнены в низкопрофильных корпусах, и иметь малый уровень шума. Примером может быть корпус ноутбука.

Конструкции с тепловыделением средним и выше могут выполняться в корпусах типа «Десктоп» или низкопрофильных стоечных корпусах. Но при высоких тепловыделениях присущих серверам и высокопроизводительным ПК и рабочим станциям, в низкопрофильных корпусах стоечного типа, приходится применять эффективную систему принудительной вентиляции. В этом случае мы вынуждены мириться с повышенным шумом, снижением надежности. Причем снижение надежности конструкции в большой мере определяется надежностью системы вентиляции. Поскольку практически всегда выход из строя системы вентиляции низкопрофильных корпусов с большим тепловыделением приводит к перегреву элементов конструкции РЭА и выходу их из строя.

Иная ситуация с вертикальными корпусами - для компьютеров это корпуса типа "Tower" ("Башня"). Эти корпуса наиболее приспособлены для систем со средним и большим тепловыделением, даже при естественной вентиляции. Это позволяет иметь низкий уровень шума.

При большом тепловыделении грамотно спроектированный корпус способен обеспечить нормальные температурные условия работы узлов компьютера при приемлемом уровне шума. (Например: изготовлен корпус, который при тепловыделении 500 Вт, имеет уровень шума до 25 дб, перегрев воздуха в корпусе – несколько градусов).

В перспективе для грядущих тепловыделений в районе 1000-1200 Вт только в таких корпусах можно обеспечить нормальные температурные условия работы узлов компьютера при уровне шума до 40 дб.

3. Геодезическое оборудование, созданное на основании

законов оптики, применяемое в строительстве.

Геодезия – одна из древнейших прикладных наук, история цивилизации неразрывно связана с геодезией. Путешественникам были необходимы карты, подробные топографические планы и приборы навигации для определения собственного положения (координат). Хозяйственная деятельность на земле породила межевание и кадастр. Важной частью кадастровых работ является определение координат границ землевладений. А для военного дела всегда нужны были подробные, точные и достоверные карты. Геодезические работы невозможны без качественного геодезического оборудования (электронные тахеометры, спутниковые приемники, нивелиры, лазерные дальномеры и т.д.) и программного обеспечения.

В строительстве с помощью геодезических инструментов, решают задачи связанные с составлением топографических планов местности, составлением генерального плана участка застройки. Также геодезическое оборудование основанное преимущественно на законах оптики необходимо при строительстве промышленных и гражданских объектов, так как с помощью них решаются вопросы вертикальности зданий, определяются проектные значения высот и положения основных осей, что позволяет исключить большую погрешность строительства, связанную с несовершенством строительных процессов.

3.1 Тахеометр и его устройство.

Тахеометр — геодезический прибор для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Используется для вычисления координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, переносе на местность высот и координат проектных точек.

Тахеометр ТП: 1 — цилиндрический уровень; 2 — окуляры зрительной трубы и микроскопа; 3 и 4 — закрепительный и наводящий винты вертикального круга; 5 и 6 — то же горизонтального круга.

Тахеометры, в которых все устройства (угломерные, дальномерные, зрительная труба, клавиатура, процессор) объединены в один механизм, называют интегрированными тахеометрами.

Тахеометры, которые состоят из отдельно сконструированного теодолита (электронного или оптического) и светодальномера, называют модульными тахеометрами.

Рис.1.

Плоскости колонок должны быть параллельны и перпендикулярны плоскости основания корпуса.

Основной деталью тахеометра является корпус. На нем смонтированы все жизненно важные блоки. Поэтому к корпусу тахеометра предъявляются определенные требования.

Геометрия корпуса

1. Плоскости колонок должны быть параллельны и перпендикулярны плоскости основания (рис. 1).

2. Посадочные места под ось зрительной трубы должны быть параллельны между собой и расположены на одной высоте над основанием корпуса. Ось посадочных мест - строго перпендикулярна плоскости колонок, должна пересекаться с осью вращения тахеометра и быть перпендикулярна ей.

Рис. 2. Эксцентрическая шайба.

Поскольку корпуса приборов отливаются, а у форм есть пределы допуска, на правой колонке корпуса посадочное место под ось трубы делают подвижным для юстировки неравенства колонок.

Самым распространенным методом является применение эксцентрической шайбы (лагера) (1) с котировочными винтами (2) для разворота шайбы (рис. 2).

Рис. 3.

1 - посадочная втулка;

2 - колонна тахеометра;

3 - крепежные отверстия

Однако завод Karl Zeiss использует другой метод. Посадочная втулка (1) под ось вращения трубы устанавливается на колонке тахеометра (2) Крепежные отверстия (3) делаются шире диаметра крепежных болтов с широкими шляпками, что дает возможность передвигать втулку (1) вверх-вниз и влево-право и закреплять ее е нужной позиции (рис. 4).

Рис. 5. Установка компенсатора

Ось вращения тахеометра должна быть перпендикулярна основанию корпуса и оси вращения зрительной трубы. Поэтому посадочное место под ось вращения тахеометра обрабатывается фрезерованием.

К корпусу тахеометра крепится компенсатор, который является электронным уровнем прибора. В случае, когда компенсатор одноосевой, он устанавливается параллельно зрительной трубе для компенсации продольного наклона. При этом посадочные места компенсатора (1) параллельны плоскости колонки (2) (рис. 5).

Когда компенсатор двухосевой, то для юстировки его поперечного наклона используются разные (приведенные ниже) механизмы.

1. Метод PENTAX R 300 серии (рис. 5).

На колонку (1) крепится компенсатор (2). Продольный наклон юстируется винтами (3), поперечный наклон юстируется на сжатие-разжатие винтом (4) через две вогнутые шайбы (5).

2. Метод karl Zeiss Elta E серии.

Поперечный наклон юстируется передвижением топорной гайки (1), которая ходит по резьбе (3) оси (2) и крепится е нужной позиции гайкой (3) (рис, 6).

3. Фирма Nikon DTM 500 серии использует два одноосевых компенсатора: один в колонке для продольной компенсации, другой - под дисплеем для поперечной компенсации.

4. Фирма Geodimeter не юстирует компенсатор механически. Это делается в сервисной программе.

5. Фирма Sokkia использует юстировку при помощи упорных стопоров.

Рис 6. Метод юстировки PENTAX R 300 серии

Знание этих способов помогает отъюстировать компенсатор. Цель юстировки в следующем: когда топограф горизонтирует прибор по уровню, он одновременно горизонтирует электронный уровень-компенсатор.

Описанные выше способы помогают отъюстировать компенсатор, но только в том случае, если программа юстировки компенсатора не спрятана в сервисной программе. Поскольку каждый компенсатор имеет свои индивидуальные внутренние поправки, то при замене компенсатора пределов механической юстировки может быть недостаточно.

Рис. 7. Корпус тахеометра

Методы установки зрительных труб;

Установка зрительной трубы зависит от конструкции ее оси. Чаще используется конструкция из полуосей. Это выглядит так: на зрительную трубу (1) устанавливают две полуоси (2), которые вставляются во втулки корпуса. Затем перпендикулярность осей трубы и вращения юстируют лагерной эксцентрической втулкой (рис. 7).

Рис. 8. Монтаж зрительной трубы

Следующая задача состоит в недопущении хода зрительной трубы вдоль оси ее вращения. Для этого к торцу оси в левой колонке корпуса на болтах крепят посадочное место (1) лимба вертикального круга, что ограничивает ход зрительной трубы вправо. В правой колонке корпуса на полуось надевают хомут (2) механизма для фиксатора и наводящего винта зрительной трубы. Это ограничивает ход зрительной трубы влево. Теперь труба жестко закреплена по торцам оси и может только вращаться. Но в этом методе есть один недостаток.

Очень важно, чтобы визирная ось зрительной трубы пересекалась с осью вращения тахеометра. Несоблюдение этого условия влечет за собой ближнюю компенсацию. Поэтому некоторые заводы-изготовители применяют другой способ, при котором ось вращения проходит через зрительную трубу.

Монтаж производят так: конец оси вставляют в колонку со стороны лимба вертикального круга (1), затем между колонок ставят трубу (2) и проталкивают сквозь нее ось (3) до лагерной втулки (рис. 8). Зрительная труба (2) крепится к оси при помощи двух винтов (4). Резьба нарезается в отверстиях оси, в зрительной трубе отверстия шире диаметра винтов. Это дает возможность перемещать зрительную трубу по оси влево и вправо. Этот ход устраняет ближнюю коллимацию, затем винты (4) зажимают. Для фиксации оси (1) в корпусе применяют прорезь (2) под защелку (3), которая крепится к корпусу (4).

В левой колонке к торцевой части оси трубы крепится лимб вертикального круга. Применяются, как правило, два способа крепления - на болтах и на клею. В зависимости от того, какой лимб — кодовый или растровый, есть разные способы крепления и юстировки датчиков угла.

Рис.9. Растровые лимбы

Растровые лимбы;

Счет по растровому лимбу возможен только при наличии дифракционной решетки. В разных тахеометрах применяют разные конструктивные решения. Вот некоторые из них.

Лимб вертикального круга (1) прикреплен к оси трубы (2). Дифракционная решетка (4) подкреплена к стойке (3). За решеткой установлен фотоприемник (5), который крепится вместе с излучателем (б) к корпусу (7) болтами (8), Для установки дифракционной решетки (4) используют микроскоп (рис. 9).

Наблюдая сквозь лимб, надо убедиться, чтобы четыре окна решетки попали под полуось лимба. Эта процедура трудоемкая, но благодаря такой конструкции фотоприемник устанавливается без юстировки.

Чтобы избежать этой трудоемкой процедуры, некоторые заводы используют следующую конструкцию. Лимб, установленный на оси зрительной трубы, вращается во втулке корпуса. На корпус монтируется второй лимб на станине, прикрепленной к корпусу. На лимб нанесены две дифракционные решетки. К корпусу монтируют фотоприемные устройства со светодиодами. Посадочные места лимбов скреплены между собой болтами через пружинные шайбы. Затяжка болтов сближает лимбы, ослабляя болты. Пружинные шайбы ослабляют лимбы. Это позволяет фокусировать оптическую систему. Контроль ведется при помощи осциллографа. Нащупав осциллографом на шлейфе фотоприема контакты sin и cos, путем юстировки фокуса настраивается максимальная фигура Лиссажу. Плоскости колонок должны быть параллельны и перпендикулярны плоскости основания корпуса.

3.2 Нивелир и его устройство.

Нивелир (от франц. niveler — выравнивать, niveau — уровень), геодезический инструмент для измерения превышения точек земной поверхности — нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т.п. работах. Наибольшее распространение имеют оптико-механические Нивелир, снабженные зрительной трубой, при помощи которой производят отсчёт по рейке. Перед отсчётом визирную линию зрительной трубы устанавливают горизонтально при помощи уровня; в Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования это осуществляется автоматически.

Всю конструкцию нивелира, можно разбить на три основных блока (рис. 1): наведения, ориентирования и измерения.

рис.1 Структурная схема нивелира

Назначение устройства наведения заключается в обеспечении наведения визирной оси зрительной трубы по отношению к объекту наблюдений (рейке).

По сравнению с теодолитом точность наведения на рейку не играет существенной роли, так как отсчет по горизонтальной нити может быть произведен на любом ее участке. Если отсчет по рейке производится с помощью углового биссектора высокоточного нивелира, то в зависимости от расстояния до рейки используются различные участки этого биссектора.

Назначение устройств ориентирования заключается в обеспечении однозначного ориентирования визирной оси нивелира относительно отвесной линии.

По сравнению с теодолитом требуемая точность выполнения ориентирования у нивелиров выше в несколько раз. Назначение рабочих мер состоит в обеспечении измерения превышения на станции. В отличие от процесса измерения углов при нивелировании используются рабочие меры, являющиеся частями конструкций как нивелира, так и визирных целей (реек).

рис. 2

Принципиальная схема нивелира с уровнем приведена на рис. 2.

Основными частями нивелира с уровнем являются зрительная труба 1, цилиндрический уровень 2, трегер 3 и элевационный винт 4. В высокоточных нивелирах перед объективом устанавливается плоскопараллельная пластинка 5, которая является составной частью оптического микрометра; при этом оптический микрометр, в свою очередь, является составной частью общей конструкции нивелира. Последние модификации точных нивелиров также снабжаются оптическим микрометром, который представляет собой, надеваемую на объектив, насадку. При нивелировании технической точности насадкой (оптическим микрометром) можно не пользоваться или ее можно снять вообще.

3.3 Теодолит и его устройство.

Теодолит – это прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов, используемый для триангуляции.Он является основным инструментом в геодезических и инженерных измерениях. Происхождение слова "теодолит", по-видимому, связано с греческими словами theomai смотрю, вижу и dolichos - длинный, далеко . Его часто используют в метеорологии или при запуске ракет. Современный теодолит представляет собой оптическую трубу, движущуюся по двум перпендикулярным осям, горизонтальной и вертикальной. Если оптическая труба направлена на желаемый объект, угол каждой из этих осей может быть измерен с высокой точностью, обычно по шкале, градуированной в угловых секундах.

На обеих осях теодолита имеются градуированные круги, значения с которых можно считать с помощью увеличивающих линз.

Когда ось поля зрения горизонтальна, на вертикальном круге (тот, что ассоциирован с горизонтальной осью) должны быть значения 90° или 100 град (или 270° или 300 град, когда прибор находится во вторичной позиции, "перевернут"). Если нет, эта половина разницы с 300 град называется индексной ошибкой.

На рисунке изображены основные плоскости и оси теодолита. ГГ, ВВ— следы плоскостей горизонтального и вертикального кругов; LL, ll, l'l' - ось цилиндрического накладного уровня, цилиндрического уровня при алидаде горизонтального и вертикального кругов; vv, hh, рр — вертикальная ось теодолита, ось вращения зрительной трубы и оси вращения подъемных винтов соответственно; zz — визирная ось, проходит через перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива.

Горизонтальная и вертикальная оси теодолита должны быть взаимно перпендикулярны. Состояние, при котором они отклоняются от перпендикуляра (и величина отклонения), относится к ошибке горизонтальной оси. Оптическая ось зрительной трубы, называемая визирной осью и находящаяся на линии оптического центра объектива и центра визира на его фокальной плоскости, должна быть также перпендикулярна горизонтальной оси. Если нет, это отклонение от перпендикулярности называется ошибка коллимации.

Ошибка горизонтальной оси, ошибка коллимации и индексная ошибка регулярно выявляются калибровкой и, в случае, если они стали чрезмерно большими, устраняются механической настройкой на заводе. Их наличие должно приниматься в расчет для удаления получаемой погрешности из результатов измерений.

Горизонтальный и вертикальный круги являются главными частями теодолита — угломерного прибора, при помощи которого измеряют горизонтальные и вертикальные углы.

На рисунке приведена схема теодолита.

Схема теодолита: 1 — стеклянный горизонтальный круг;

2 — стеклянный вертикальный круг; 3 — алидада; 4 — зрительная труба; 5 — колонка; 6 — цилиндрический уровень; 1 — окулярная часть отсчетного микроскопа; 8 — подъемный винт; 9 — подставка; 10 — головка штатива; 11 — закрепительный винт

На скошенных краях лимбов (горизонтальный и вертикальный круги, которые изготавливают из стекла) нанесены деления от 0 до Зб0°, интервал между делениями обычно равен 5,10, 20, 30' или 1° и называйся ценой деления лимба. Алидада (3) и зрительна труба (4) составляют вернюю часть теодолита, котороя вращается вокруг вертикальной оси. Вертикальную ось zz1 теодолита приводят в отвесное положение, а плоскость лимба — в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню (6) с помощью подъемных винтов (8). При вращении зрительной трубы вокруг горизонтальной оси Hh2 установленной на подставке (колонке) (5), образуется вертикальная плоскость, которую называют коллимационной. Оси вращения zz1 алидады и лимба совпадают. Для фиксирования отсчета по лимбу на алидаде имеется индекс. Для повышения точности отсчета используют специальные отсчетные устройства. Угломерные круги закрывают металлическими кожухами. Зрительная труба жестко скреплена с лимбом вертикального круга и вращается вокруг горизонтальной оси Hh2 ее поворот на 180° называют переводом трубы через зенит, при этом вертикальный круг, если смотреть от окуляра, относительно зрительной трубы может располагаться справа (круг право П) или слева (круг лево Л).Вращающиеся части теодолита имеют закрепительные и наводящие винты, закрепительными винтами фиксируют соответствующую часть в неподвижном положении, а наводящие — плавно вращают при точном наведении перекрестия нитей на визирную цель.

Теодолит устанавливается на треноге или трегере, имеющих четыре винта (или в некоторых современных теодолитах – три винта) для его быстрого горизонтирования. Перед использованием теодолит должен быть установлен строго вертикально над измеряемой точкой (отцентрован), и его вертикальная ось должна быть выровнена с местной силой тяжести (выровнен). В ранних моделях теодолитов это делалось с помощью свинцового, лазерного или оптического отвеса, в поздних используется ватерпас. Для быстрого и точного центрования и выравнивания существуют специальные методы.

4 Голография и топографическая интерферометрия

в строительстве.

За последние годы в практику строительства начинает внедряться сочетание голографии с интерферометрией — топографическая интерферометрия.

Классическая интерферометрия возникла давно. Она использовалась в оптике, металлографии, физике. Однако имела ряд существенных ограничений, которые не допускали ее широкого применения в технике. В основном эти ограничения сводились к требованию, чтобы у образца, подлежащего испытанию, была зеркальная тщательно отполированная поверхность и, кроме того, образец должен был иметь правильную геометрическую форму. Окончательные результаты измерений можно было получить только после дополнительных расчетов. Поэтому классические интерференционные методы относились к пассивным лабораторным методам.

Так продолжалось вплоть до 1947 г., т.е. до момента изобрения голографии. Дальнейшее ее развитие и послужило основанием для создания топографической интерферометрии.

Чем же она отличается от классической интерферометрии? Для того чтобы это понять, напомним, что означает термин волновой фронт. Волновым фронтом в оптике называется такая поверхность, которая образована в пространстве точками, расположенными на одном и том же расстоянии от источника света и на которой фаза постоянна.

Единственной существенной разницей между голографией и обычной интерферометрией является то, что в основе голографии — запись волновых фронтов, тогда как интерферометрия используется для их сравнения. Это создает большие преимущества топографической интерферометрии. Техника топографической интерферометрии добавляет к уже известным возможностям обыкновенное интерферометрии дополнительные возможности исследования таких явлений, которые раньше считались недоступными для наблюдения, например, деформаций равномерно движущегося объекта, вибраций, рельефа сложных поверхностей и т.п.

Особенностью топографической интерферометрии является возможность исследования предметов неправильной формы и даже диффузно отражающих предметов, а также исследования процессов, происходящих в закрытом объеме.

Перейдем теперь к принципу интерферометрии и топографической интерферометрии.

Принцип классической интерферометрии заключается в сравнении двух волновых фронтов, из которых один создан исследуемым предметом, а другой — эталонным предметом. В результате интерференции получается интерференционная картина, по которой судят об отличии исследуемого волнового фронта от эталонного.

Принцип топографической интерферометрии заключается в регистрации на голограмме амплитуды и фазы световой волны. Известно, что топографическое изображение формируется с помощью когерентного света. Голограмма регистрирует всю информацию, содержащуюся в волновом фронте от объекта, и даже мельчайшие детали его поверхности. Интерференция между восстановленным волновым фронтом голограммы и волновым фронтом деформированного объекта дает общую картину, как изменялся объект в целом.

Что нового в классическую интерферометрию внесла топографическая интерферометрия? Прежде всего — это интерферометрия пространственных предметов, позволяющая установить различие форм сложных трехмерных объектов. Во-вторых, возможность исследования объектов не только с поверхностями оптического качества, но и любыми другими. В-третьих, возможность воспроизвести форму зарегистрированной волновой поверхности в те моменты времени, когда предмет уже может не существовать. Это обычно делается так. Голограмму помещают на то место, где она экспонировалась, а предмет убирают. Сразу же восстановится световая волна, рассеивающая предмет во время экспозиции.

Существует несколько способов топографической интерферометрии. Самый простой — это способ двойной экспозиции. Сначала получают голограмму исследуемого объекта в первоначальном состоянии, т.е. не нагруженного, не нагретого и не деформированного. Затем объект подвергают внешним воздействиям. На фотопластинку записывается голограмма измененного состояния объекта.

При восстановлении изображения объекта с двукратноэкспонированной голограммы наблюдается результат интерференции полей, существовавших в разные моменты времени: во-первых, волнового поля, несущего информацию о первоначальном состоянии объекта, во-вторых, волнового поля, несущего информацию об измененном состоянии объекта. В результате на изображение объекта накладывается сеть интерференционных полос, по которым определяют происшедшие с ними изменения.

Способ двойной экспозиции применяют для излучения поверхностной деформации непрозрачных тел под влиянием нагрузки, тепла или холода, а также для обнаружения трещин и раковин в этих телах.

Другой практический способ топографической интерферометрии — это способ реального масштаба времени. Он аналогичен способу двойной экспозиции. Разница между ними лишь в том, что при использовании способа реального масштаба времени вместо второй голограммы голо-графическое изображение непосредственно интерферирует с предметом, с которого получена голограмма. При восстановлении опорный пучок освещает голограмму и предмет, с которого получена голограмма. Отраженные волны интерферируют между собой. Благодаря этому способу можно сравнивать реальный предмет с "идеальным", представляемым, например, голограммой, синтезированной на ЭВМ. Очень часто в строительной технике необходимо испытать сложнейшие гидротехнические сооружения. Нужно, например, выявить внутренние напряжения, которые возникают в процессе эксплуатации плотины. С помощью голографии это можно сделать еще до начала строительства плотины на ее модели. С модели снимают голограмму, которая становится своего рода шаблоном.

Затем прилагают к наиболее ответственным участкам модели нагрузку и снова делают голограмму. При сравнении обеих голограмм способом двойной экспозиции выявляют созданные нагрузкой деформации и определяют опасные места. При сооружении плотины эти места усиливают.

Метод голографической интерферометрии для обнаружения воздействия нагрузки и температуры на бетон был применен впервые проф. Ю.М. Баженовым.

Таковы некоторые возможности голографической интерферометрии. За последние годы голографическая интерферометрия начала широко применяться в строительстве и уже в ряде случаев ее результаты превзошли результаты исследования конструкций, которые до сих пор велись методом фотоупругости.

4.1 Физические принципы голографии.

Голография – метод получения объемного изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановления, волн изобретенный английским физиком венгерского происхождения Д. Габором в 1948 г.

Волны могут быть при этом любые – световые, рентгеновские, корпускулярные, акустические и т.д.

Слово «голография» происходит от греческого ό???, что означает «весь», «целый». Этим изобретатель хотел подчеркнуть, что в голографии регистрируется полная информация о волне – как амплитудная, так и фазовая.

В обычной фотографии регистрируется лишь распределение амплитуды (точнее ее квадрата) в двумерной проекции объекта на плоскость фотоснимка. Поэтому, рассматривая фотографию под разными углами, мы не получаем новых ракурсов, не можем, например, увидеть, что делается за предметами, расположенных на переднем плане.

Голограмма же восстанавливает не двумерное изображение предмета, а после рассеянной им волны. Смещая точку наблюдения в пределах этого волнового поля, мы видим предмет под разными углами, ощущая его объемность и реальность.

Физическая основа голографии – учение о волнах, их интерференции и дифракции, зародившееся еще в XVII веке при Гюйгенсе. Уже в начале XIX века Юнг, Френель и Фраунгофер располагали достаточными познаниями, чтобы сформулировать основные принципы голографии. Этого, однако, не случилось вплоть до работ Габора, хотя многие ученые во второй половине XIX и начале XX века – Кирхгоф, Рэлей, Аббе, Вольфке, Бе6рш, и Брэгг – подходили к принципам голографии достаточно близко. Можно было объяснить это тем что они не имели технических средств для реализации голографии. Однако это не так: Габор в 1947 году также не имел лазера и делал свои первые опыты со ртутной лампой в качестве источника света. И тем не менее Габор смог с полной определенностью сформулировать идею восстановления волнового фронта и указать метод ее осуществления. Не смотря на это, трудности связанные с получением голограмм, оставались столь существенными и развитие голографии шло так медленно, что к 1963 году Габор «почти забыл о ней».в 1963годуамемреканцы Э. Лейт и Ю. Упатниекс впервые получили лезерные голограммы. За год до этого они предложили свою «двулучевую схему», значительно усовершенствовав исходную схему Габора.

В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля действие исходной, первичной, волны в произвольной точке А можно заменить действием виртуальных источников, расположенных на достаточно обширной, удаленной от точки А поверхности. Эти источники должны колебаться с той же амплитудой рассеянной каким-либо предметом. и той фазой, которые заданы дошедшей до них первичной волной, рассеянной каким-либо предметом (Рис1.) Элементарные сферические волны, испускаемые вторичными источниками, интерферируя, восстановят за поверхностью копию первичного волнового поля. Глаз или любой другой приемник не сможет отличить эту копию от поля волны, рассеянной самим предметом, и наблюдатель, таким образом, увидит мнимое изображение этого предмета, хотя он уже убран.

Заключение.

Физика - область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление.

В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка. Первый отечественный учебник под названием «Краткое начертание физики» был написан первым русским академиком Страховым.

В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров.

Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

Список литературы.- Ландсберг Г. С «Общий курс физики: оптика.» - М: «Наука.»,1976 г.- Кузнецов, О. Ф. Геодезическое обеспечение строительства и эксплуатации сооружений [Текст] : учеб. пособие для вузов / О. Ф. Кузнецов . - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2008. - 202 с. + черт. - Библиогр.: с. 179. - Прил.: с. 180-201. - ISBN 978-5-7410-0718-1.- Кузнецов, О. Ф. Основы использования и ремонта топогеодезических инструментов [Текст] : спец. курс для вузов / О. Ф. Кузнецов, Т. Г. Обухова . - Оренбург : ОГУ, 2007. - 129 с- Легких, Б. М. отопление и вентиляция жилого здания [Текст] : метод. указ. к курсовому проектированию / Б. М. Легких . - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2009. - 27 с- Ресурсы Интернет.

Приложение.Изобразительная голография.

Отличительная особенность изобразительных голограмм - реалистичность воспроизводимых ими трехмерных изображений, которые часто трудно отличить от реальных объектов. Эта особенность обусловлена тем, что при специальном освещении голограмма не только передает объем предметов с большим диапазоном яркостей, высоким контрастом и четкостью, но также дает возможность четко наблюдать точное изменение бликов и теней в случае изменения угла наблюдения при рассматривании этих предметов.

Рассмотрим схему изготовления отражательных голограмм по методу Ю.Н. Денисюка, получившую широкое практическое применение в изобразительной голографии. Рис. Однолучевая схема записи отражательной голограммы.

Пучок света лазера 1 проходит через почти прозрачную фотопластинку 2, освещает объект 4 и падает на фотопластинку с противоположной стороны. Таким образом, фотопластинка освещается двумя пучками света: объектным, отраженным от объекта, и опорным, идущим непосредственно от лазера.

На рисунке представлено вертикальное расположение предметов, но не менее часто применяется горизонтальное. Кроме того, для более качественной записи необходим еще один элемент - точечная диафрагма— пластинка с диаметром в несколько микрометров, устанавливаемая в фокусе положительной линзы. Для успешного устранения интерференционных помех диаметр диафрагмы следует выбирать по следующей формуле:

где d - диаметр диафрагмы, мкм; ?S - длина волны света, мкм; b - поперечный размер фотопластинки, мм; l - расстояние от диафрагмы до фотопластинки, м.

Объект съемки или композицию из ряда предметов размещают вертикально или горизонтально в зависимости от смыслового содержания и жестко закрепляют либо непосредственно на столе, либо на массивной подставке, которая одновременно может служить частью фона. Должен быть предусмотрен жесткий задний план, а боковые стороны в объеме голографируемой композиции могут закрываться темным материалом либо иметь зеркальные или рассеивающие свойства и создавать дополнительные боковые подсветки.

Освещение объекта определяется, во-первых, оптической схемой съемки, во-вторых, оптическими и художественными особенностями голографируемого объекта (зеркальные и диффузные поверхности, тени, полости и т.д.). Прямое освещение одним пучком часто не передает особенностей композиции, а иногда обусловливает искажение за счет резких теней и отсутствия полутонов. Поэтому для получения художественной голограммы предпочтительны многопучковые схемы. Двупучковый вариант схемы приведен на рис.

В любом случае необходимо максимально возможное уравнивание длины путей распространения света в опорном и объектном пучках, даже если их несколько.

Рис. Схема записи с разделением пучков.

Изобразительные голограммы изготавливают и пропускающими, особенно при практической реализации голографического кинематографа и трехмерных дисплеев. В этом случае используется следующая схема (рис. ), когда опорный и объектный пучки падают на фотопластинку с одной стороны. При этом пучок света лазера 1 после светоделительной пластинки 2 идет по двум каналам. С помощью зеркала 3 и расширительной линзы 4 формируется опорный пучок, падающий на фотопластинку 6. Расширительная линза 7 формирует пучок, освещающий объект 9. Отраженный от объекта пучок падает на фотопластинку с той же стороны, что и опорный.

Пропускающую голограмму можно получить с использованием линзы, формирующей уменьшенное изображение в пространстве. Если фотопластинку поместить в плоскость, сопряженную с любым сечением объекта, например центральным или соответствующим переднему плану, и осветить пластинку опорным пучком, то на ней будет зарегистрирована пропускающая голограмма сфокусированного изображения. Так можно изготавливать изобразительные голограммы в виде слайдов. В голографическом кинематографе эта схема является основой для получения голографических кинокадров.

Рис. Запись пропускающей изобразительной голограммы.

Голограммы, полученные в свете лазера с одной длиной волны, воспроизводят монохромные изображения. Для получения цветных голограмм, правильно воспроизводящих в едином изображении детали объекта разного цвета, необходимо регистрировать и затем воспроизводить в простейшем случае три цветооделенных изображения объекта, например красное, зеленое и синее.

Желательно изготавливать цветные голограммы на цветных однослойных полихроматических голографических фотоматериалах. В этом случае экспонирование ведется одновременно в трех длинах волн, как показано на схеме для съемки отражательной голограммы (рис. ).

Здесь 1a-1в - лазеры, излучающие свет в красной, зеленой и синей частях спектра, 2a-2в - оптические элементы, позволяющие совместить излучение трех лазеров в одном пучке, 3 - зеркало, 4 - линза, расширяющая суммарный пучок света лазеров, 5 - фотопластинка, 6 - объект.

При съемке цветной пропускающей голограммы объект освещается тремя лазерами. Далее возможны два случая: во-первых, когда опорные пучки трех цветов суммируются и падают на фотопластинку под одним и тем же углом, во-вторых, опорные пучки направляются на фотопластинку под разными углами.

Рис. 8.4. Запись отражательной цветной голограммы

В случае однослойного материала независимо от схемы съемки наблюдается существенное снижение дифракционной эффективности и отношения сигнал/шум, что ограничивает их использование.

Рис. Схема записи пропускающей цветной голограммы без разделения (б) и с разделением (а) опорных пучков в пространстве.

Для записи высококачественных цветных голограмм применяют способ последовательной регистрации трех отдельных

цветных голограмм. Для этого по одной из схем последовательно получают частичные голограммы на различных пластинках с фотослоями, чувствительными к зеленому, красному и синему свету.

Другой способ - изготовление частичных голограмм в отдельных слоях многослойного фотоматериала на одной подложке. Каждый слой сенсибилизируется к одному участку спектра, причем зелено- и красночувствительные слои десенсибилизируются к синей зоне спектра. Последнее относится как к съемке отражательных, так и пропускающих голограмм.

Важно, чтобы при воспроизведении цветного изображения из трех частей не возникло ложных изображений из-за дифракции света разных длин волн на разноименных голограммных структурах.

При восстановлении цветных голограмм на достаточно толстых слоях подавление ложных изображений обеспечивается спектральной селективностью, что позволяет использовать для восстановления изображения источник белого света. В случае пропускающей голограммы нет возможности обеспечить спектральную селективность, поэтому для устранения ложных изображений используют угловую селективность голограмм (для чего при записи опорные пучки заводятся под разными углами).

Для всех схем получения цветных голограмм имеются следующие общие требования:

Необходимо точное соблюдение взаимного углового расположения источников света и голограммы в процессах съемки и восстановления.

Процесс обработки и условия хранения голограммы не должны приводить к изменениям толщины слоев частичных голограмм.

При большой глубине объектов съемки эти требования становятся достаточно жесткими.

Теперь необходимо сказать несколько слов о технике воспроизведения голографических изображений.

Демонстрирование изобразительных голограмм должно обеспечивать комфортность и естественность восприятия зрителем. Качество изображения хорошей голограммы (без видимых дефектов, с высокой яркостью, малым уровнем шумов, с правильно расположенными и освещенными при съемке объектами) определяется параметрами восстанавливающего источника света: длиной волны и спектром излучения, формой пучка, интенсивностью и правильным расположением источника света и голограммы.

На практике даже толстослойная эмульсия не полностью селективна, и для устранения хроматизма, проявляющегося, как правило, в виде цветных ореолов, и получения глубоких монохромных изображений применяют светофильтры. Особенно целесообразно использовать ртутные лампы с малым телом свечения, большой яркостью и линейчатым спектром. Часто используют свет диапроектора.

Для восстановления пропускающей голограммы требуется источник света с высокой монохроматичностью, чаще всего - лазер. Но при использовании последнего приходится либо смириться с присущим лазерному излучению пятнистым шумом (спеклами), либо как-то с ним бороться.

Большинство объектов в естественных условиях освещаются сверху. Поэтому при рассматривании голографического изображения объекта он воспринимается естественно, если тени и блики на нем зарегистрированы в процессе освещения при съемке сверху под острым углом. Подходящие углы близки к углу Брюстера. Восстанавливающий источник при этом может быть укреплен на потолке, на стене высоко под потолком, на специальной стойке или в подвесе. Восстанавливающий пучок, падающий на голограмму, не должен перекрываться головой или корпусом зрителя, который может подойти близко к голограмме для рассматривания мелких деталей предметов, особенно произведений искусства (рис).

Рис. Техника воспроизведения при вертикальном и горизонтальном расположении изобразительных голограмм

Горизонтальное или вертикальное положение голограммы определяется ее содержанием и условиями съемки. При установке света необходимо учесть и блик от стекла.

Изобразительные голограммы находят все большее применение в экспозициях музеев. Есть и еще один аспект изобразительной голографии - голографический портрет, для получения которого помимо выше сказанного приходится учитывать особенности импульсных лазеров и требования техники безопасности, когда предпочтительна схема освещения с рассеивающей пластиной и двустадийная запись.

nashaucheba.ru

Физика в строительстве

     Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра Общей физики

Реферат

на тему: "Физика в строительстве".

Руководитель

___________Петров И.И.

«___»_____________2010 г.

Исполнитель

студент гр. 09ПГС-1

__________Сидоров И.И.    

«___»_____________2010 г.

Оренбург 2010

Содержание.

1. Физические основы строительства.

2. Физические основы вентиляции.

2.1 Естественная вентиляция.

2.2 Пример практического  расчета системы естественной вентиляции.

2.3 Принудительная вентиляция.

3. Геодезическое оборудование, созданное на основании законов оптики, применяемое в строительстве.

3.1 Тахеометр и его устройство.

3.2 Нивелир и его устройство.

3.3 Теодолит и его устройство.

4 Голография и топографическая интерферометрия в строительстве.

4.1 Физические принципы  голографии.

Заключение.

Список литературы.

Приложение.

1. Физические основы строительства.

      Физические  процессы, проистекающие в природе,  означают изменение формы тела, его положения или агрегатного  состояния.

     Строительные работы проводятся в физическом разрезе так, что все изменения физического состояния тел можно проследить и измерить. Изменения массы, длины и ширины, времени и температуры тел измеряются и документируются. Также и запланированные изменения физического состояния материалов принимаются в расчет с тем, чтобы по окончанию строительных работ выйти на нужные показатели.

     Изменение формы предметов, например, изгиб арматуры, выполняется при помощи машин и механизмов. Изменение положение происходит, например, при возведении стен, когда готовые стеновые блоки и панели устанавливаются при помощи подъемного устройства.

     Изменение состояния вещества можно наблюдать на примере увлажнения бетона, когда при увлажнении бетона после укладки вода, которая разбрызгивается по его поверхности, испаряется или впитывается.

2. Физические основы вентиляции.

     Известно, что нагретый воздух имеет меньший удельный вес чем холодный (рис.1), и поэтому вытесняется более тяжелым холодным воздухом и поднимается вверх. Это свойство нагретого воздуха используется не только для подъема монгольфьеров – летательных аппаратов легче воздуха, но и для создания тяги в отопительных устройствах. И, что более важно для нас, для охлаждения узлов РЭА, когда естественная тяга является основной в корпусах с естественной вентиляцией.

    В корпусах с принудительной вентиляцией эта тяга может как улучшать характеристики системы вентиляции, так и ухудшать их при неправильном размещении вентилирующих устройств.

    График зависимости уд. веса воздуха от температуры показан на рис.1.

                                                    Рис.1

      Отвод тепла из корпусов РЭА осуществляется воздухом, за счет выноса проходящим потоком избыточного тепла и замещения его в корпусе более холодным внешним воздухом. Это замещение создает проходящий поток воздуха. Он возникает по естественным причинам – разности температур или соответственно разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха.  Это естественная вентиляция.

     При значительных избытках тепла, низкой температуре наружного воздуха в корпусах РЭА без принудительной вентиляции могут осуществляться воздухообмены, достигающие нескольких десятков кубических метров в час.

      Воздушные  потоки, обеспечивающие теплообмен  могут создаваться и существовать  за счет внешнего нагнетающего (вытягивающего) электромеханического  устройства – вентилятора. Этот  вид вентиляции требует дополнительных  энергозатрат, повышает уровень шума блоков и снижает надежность конструкции РЭА.

   Конструкция корпуса  выбирается исходя из возможности  применения того или иного  вида его вентиляции.

        Например, в низко профильных корпусах отсутствует перепада высоты между центрами вентиляционных отверстий, это делает невозможным применение естественной вентиляции. В таких корпусах возможно применение только принудительной вентиляции.

Из курса физики известно, для изобарного (при постоянном давлении) процесса нагрева газа массой m, количество теплоты, полученное им – W увеличивает его температуру на Δt.

W = m•c•Δt = Lпр•ρ•с•Δt (Дж/час) [1]

     Здесь m = Lпр • ρ - это масса участвующего в охлаждении воздуха, а Lпр расход и ρ-удельный вес воздуха.

      Когда вентиляция предназначена для удаления тепла из вентилируемого объема,  объем приточного воздуха и количество отводимого тепла  определяется из выражения:

Lпр = W/(tух - tпр) ρпр С        (м3/час) [2]        или         W = Lпр *(tух - tпр) ρпр С (Дж/час),

Где: W – отводимые избытки  тепла Дж/час,

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема,

tпр –температура приточного воздуха,

ρпр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха  в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/час.

или

W = Lпр *(tух - tпр) ρпр С (Вт) [2.1]

Где: W – отводимые избытки  тепла Вт,

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема,

tпр –температура приточного воздуха,

ρпр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха  в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/сек.

Обратите внимание на размерность  в Ф.2.1 !

Естественная вентиляция.

2.1 Естественная вентиляция.

     Вентиляция корпусов РЭА выполненной на полупроводниковых структурах, существенно отличаются от вентиляции других радиотехнических устройств. И, прежде всего тем, что максимальная температура активных элементов (полупроводниковых структур) жестко ограничена 85 – 95°С, а это накладывает соответствующие ограничения на максимальную температуру воздуха в корпусе 55 – 65°С. Это и определяет меньший тепловой напор и соответственно эффективность работы естественной вентиляции.

     Исходя из этого, можно рекомендовать:

      Для естественной вентиляции корпусов РЭА, учитывая, что напор имеет малую величину, требуется организация путей воздухообмена. Она подразумевает прохождение воздушных потоков мимо наиболее нагретых узлов, что позволяет обеспечить эффективный съем тепла с этих узлов. Для этого необходимо обеспечить беспрепятственный (с малыми потерями напора) проход воздушных потоков.

     Корпуса для эффективной работы естественной вентиляции должны иметь вертикальный профиль и достаточную высоту.

     Точки входа и выхода охлаждающего воздуха должны быть расположены в максимально удаленных по высоте точках.

    Аэродинамическое сопротивление входного и выходного отверстий должны иметь минимальную величину.

    Исходя из больших объемов проходящего воздуха, входное отверстие должно иметь фильтр грубой очистки воздуха малого сопротивления.

     Для оценки эффективности естественной вентиляции и распределения давлений в замкнутом объеме с парой вентиляционных отверстий, расположенных как в стандартном корпусе, рассмотрим рисунки 2 и 3.

       На рисунке 2 схематически изображен корпус, у которого площадь отверстия для входа воздуха Sвх много больше площади выходного отверстия Sвых. В этом случае минимальное давление в корпусе равно внешнему, а на выходном отверстии создается некоторое избыточное давление. Такой вариант достаточно прост для расчетов и исполнения.

        На рисунке 3 схематически показан корпус площади входного и выходного отверстий, которого соизмеримы. В этом случае на входном отверстии внутри корпуса существует некоторое разрежение, на выходных избыточное давление. А в некоей области внутреннего объема корпуса существует уровень равных давлений, где давление равно давлению за пределами корпуса. Этот расчет может применяться для расчета систем вентиляции с фильтром на входе корпуса. В этом случае реальная площадь входного отверстия не только меньше площади входного отверстия, но с течением времени будет изменяться при снижении прозрачности фильтра.

                             рис 2                                                                                рис 3

     Рассмотрим соотношения связывающие характеристики корпуса изображенного на рис.3.

      Если температура воздуха в корпусе tв выше наружной температуры tн то вес 1 м3 воздуха в килограммах (удельный вес) внутри корпуса ρв кг/м3 будет меньше удельного веса атмосферного воздуха ρн кг/м3. Тогда вес столба воздуха высотою h2, от центра нижних открытых отверстий до плоскости равных давлений составит:

внутри корпуса – h2 •  ρв, в окружающей атмосфере – h2 •  ρн.

       Очевидно, что на уровне центра нижних отверстий создается перепад давления (разрежение), равное разности веса столбов наружного и внутреннего воздуха, а именно

h2 = h2 • ρн - h2 • ρв = h2(ρн - ρв) (кг/м2)

      Этот перепад давлений обеспечивает поступление в корпус наружного воздуха.

        Путем аналогичных рассуждений можно определить, что разность давлений на уровне центра отверстий, расположенных выше плоскости равных давлений, составит

h3 = h3 • (ρн - ρв) (кг/м2)

причем это давление направлено со стороны корпуса в сторону  окружающей атмосферы и вызывает движение воздуха из корпуса в  атмосферу.

    Таким образом, под влиянием разностей давлений возникает воздухообмен с поступлением (притоком) воздуха через нижние отверстия и удалением (вытяжкой) воздуха через верхние открытые отверстия.

      Общая величина всей располагаемой разности давлений носит название теплового напора и равна сумме давлений на уровне нижних и верхних отверстий, то есть

HT=h2 + h3 = h • (ρн - ρв) (кг/м2) [3]

      Получается тепловой напор (Нт – перепад давления создаваемое нагревом воздуха) равен произведению из разности удельных весов воздуха на вертикальное расстояние между осями (серединами) нижних и верхних отверстий. Давление создаваемое потоком нагретого воздуха пропорционально высоте h и его температуре. Обратите внимание на размерность кг/м2, это совсем не техническая атмосфера которая имеет размерность кг/см2.

      На рис.2 показано упрощенное представление «теплового напора». Его абсолютное значение равно изображенному на рис.3.

HT = h • (ρн - ρв) (кг/м2)

Зависимость плотности воздуха  от температуры приведена на рисунке 1.

2.2 Пример практического расчета системы

естественной  вентиляции.

      Рассмотрим для примера стандартный корпус компьютера «midi Tower»:

- высота между центрами  входных и выходных вентиляционных  отверстий – 0,25 м;

- температура наружного  воздуха 22 °С;

- температура воздуха  в выходном вентиляционном отверстии  корпуса 55 °C.

HT = h • (ρн - ρв) = 0,25 м (1,19 – 1,075)Кг/м3 = 0,029 Кг/м2(мм.h3O).

      Исходя из соотношения 1атм.тех= 104 кг/м2=9806 мм.вод ст. получается тепловой напор (перепад давления)  равный - HТ = 2,84 10-3 мм вод. ст.

      Скорость воздуха в вентиляционном отверстии зависит от разности давлений внутри и вне корпуса определяется из выражения:

где v - скорость воздуха в м/сек;

g - ускорение земного притяжения 9,81 м/сек2;

ρ - удельный вес наружного  воздуха в кг/м3;

∆H - разность давлений в  кг/м2.

      Объем воздуха, проходящего через вентиляционное отверстие, определяется по формуле:

L = К • V • S (м3/сек) [5]

где    L - объем воздуха  в м3/сек;

S – площадь отверстия  в м2; (Вент. 120мм Sпрох = 83,7см2 = 0,00837м2)

К - коэффициент расхода, зависящий от конструкции выходного  вентиляционного отверстия, принимаем  равным - 0,7.

     Учитывая принятую для использования конструкцию согласно рис.2 (площадь входных отверстий Sвх много больше площади выходных вентиляционных отверстий Sвых) рассчитываются только условия протока охлаждающего воздуха для выходных вентиляционных отверстий.

stud24.ru

по Строительная физика

_________________________ 2011 Задание:

В теплообменном аппарате вертикальная плоская стенка толщиной δ = 3,5 мм, длиной    l = 1,4 м   и высотой h = 0,91 м  выполнена из стали с коэффициентом теплопроводности    λс = 50 Вт/(мК) (рис. 1). С одной стороны она омывается продольным вынужденным потоком горячей жидкости (воды) со скоростью w = 0,52 м/с и температурой tж1 = 90 ºС (вдали от стенки), с другой стороны – свободным потоком атмосферного воздуха с температурой       tж2 =11ºС.     

                                   λctж1                         tж2                               q                                                                         h                           δ                                            l             

Требуется:1. Определить плотность теплового потока q. Результаты расчетов занести в таблицу. Лучистым теплообменом пренебречь из-за малых значений и .

2. Провести расчетное исследование вариантов интенсификации теплопередачи при неизменной разности температур между горячим и холодным теплоносителями.2.1. Определить коэффициент теплопередачи при:

а) увеличении в 5, 10, 15 раз коэффициентов теплопередачи α1, α2 и поверхности стенки F как со стороны горячей жидкости (), так и со стороны воздуха () .

б) замене стальной стенки на латунную () , алюминиевую () и медную () с коэффициентами теплопроводности соответственно , , .

  Результаты расчетов занести в таблицу.2.2. Определить степень увеличения коэффициента теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов σi по формуле: , где K, Ki – коэффициенты теплопередачи до и после интенсификации теплопередачи.

Результаты расчетов свести в таблицу.2.3. Обозначив степень изменения варьируемых факторов через z, построить в масштабе (на одном рисунке) графики: , , , , .2.4. Проанализировать полученные результаты и сформулировать выводы о целесообразных путях интенсификации теплопередачи.

Решение:1.   Для нахождения коэффициентов теплоотдачи α необходимо выбрать уравнения подобия и найти числа подобия. При вынужденном обтекании плоской поверхности может быть использовано следующее уравнение подобия:

;

Для воды при температуре 90ºС характерны следующие параметры:

; ; ;

;

=> с = 0,037; n1 = 0,8; n2 = 0,43;

Зададимся температурами поверхностей стенки со стороны охлаждаемой и нагреваемой сред. Учитывая рекомендации (для металлических стенок в первом приближении можно принять; температура стенки всегда ближе к температуре той среды, со стороны которой α выше; при вынужденном движении величина α обычно значительно больше, чем при свободном), выбираем  .

При температуре 85ºС .

;

При свободном движении (естественной конвекции) вдоль вертикальных поверхностей может быть использовано следующее уравнение подобия:

;

Для воздуха при температуре 11ºС характерны следующие параметры:

; ;

а при температуре 85ºС .

;

;

;

;

Коэффициенты теплоотдачи:

;

;Коэффициент теплопередачи K для плоской стенки:

;

Плотность теплового потока:

;

Проверка правильности принятия для температур и для расчета:

;

;

Отклонения:

=> допустимо;

=> допустимо;

Таблица 1

Результаты расчета

2.1.Коэффициенты теплопередачи при изменении каждого из варьируемых факторов:

;

;

;

;

;

Таблица 2

Результаты расчета

7,309205	7,31073		7,311238		7,309205		7,31073		7,311238		36,11057		71,30609
Вт/(м2К)
105,6209		36,11057		71,30609		105,6209		7,298929		7,299834		7,300283
Вт/(м2К)

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Таблица 3

Результаты расчета

1,001669	1,001878		1,001947		1,001669		1,001878		1,001947		4,948669		9,771935
14,47451		4,948669		9,771935		14,47451				1,000385		1,000446

2.3.Графики:,,,,.Наклонная линия характеризует 2 наложенных друг на друга графика функций и . Линия, почти параллельная оси абсцисс, характеризует 3 наложенных друг на друга графика функций ,  и .2.4. Выводы:

1. из таблицы 1 видно, что величину полного термического сопротивления и коэффициента теплопередачи определяет термическое сопротивление теплоотдачи со стороны стенки, омываемой свободным потоком атмосферного воздуха.

2. из графика, таблиц 2 и 3 видно, что увеличение коэффициента теплоотдачи и поверхности стенки со стороны горячей жидкости, а также изменение материала стенки практически не увеличивают теплопередачу. А увеличение коэффициента теплоотдачи и поверхности  стенки со стороны воздуха является эффективным средством ее интенсификации, поскольку термическое сопротивление со стороны стенки, омываемой свободным потоком атмосферного воздуха, вносит наибольший вклад в полное термическое сопротивление теплопередачи.

3. необходимо уменьшать наибольшее из частных термических сопротивлений, предварительно численно вычислив каждое сопротивление.

www.coolreferat.com

Смотрите также

• 
  Следж хоккей реферат
• 
  Сеченов биография реферат
• 
  Санжар асфендияров реферат
• 
  Архитектурные ордера реферат
• 
  Спортивное сердце реферат
• 
  Рафинирование меди реферат
• 
  Наследственная трансмиссия реферат
• 
  Ахроматические цвета реферат
• 
  Ан 24 реферат
• 
  Реферат иди мехргон
• 
  Маневренная оборона реферат