Проекты

«Лежачий полицейский» на основе неньютоновской жидкости

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Машиностроение, транспорт» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1434
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Основной причиной дорожно-транспортных происшествий является несоблюдение скоростного режима. Наиболее это выражено в городах и населённых пунктах. Одной из причин этой проблемы является невозможность повсеместного контроля за соблюдением скорости. Изначально для решения проблемы был разработан «лежачий полицейский». Однако он не всегда помогал, так как безопасно работает только при малых скоростях.

Цель

Разработать «лежачий полицейский» с регулируемым коэффициентом жёсткости для применения его при различных скоростных режимах.

Задачи

  1. Подбор и приобретение необходимых материалов для создания неровности.
  2. Проведение исследования для определения оптимальной концентрации неньютоновской жидкости.
  3.  Анализ полученных данных.
  4.  Изготовление и испытание прототипа устройства в полевых условиях.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Плата Arduino Nano
  • Датчик расстояния
  • Камера
  • Персональный компьютер с установленным ПО: Arduino IDE, Autodesk Inventor

Описание

Для определения необходимой концентрации неньютоновской жидкости авторы смешали кукурузный крахмал с водой. После нескольких испытаний стало ясно, что пропорция 60х40 – искомая пропорция для изготовления нашего приспособления.

Для проведения практической части работы авторы решили использовать машинку на радиоуправлении. Перед началом эксперимента авторам надо было узнать её скорость. Используя датчик расстояния, они измерили её показатели. Стало известно, что ускорение машинки на первых 0,5 метра приблизительно равно 5,8 м/c, а на последующих 0,2 метра оно равно 2,8 м/с.

Для проекта авторы сделали полосу из пенопласта со встроенным в неё устройством. Из-за низкой скорости машинки они смешали неньютоновскую жидкость в пропорции приблизительно 65х35.

Для получения данных авторы использовали 2 датчика расстояния. Один из них был расположен у начала полосы для измерения скорости, второй – над «лежачим полицейским» для измерения высоты подпрыгивания машинки. В дальнейшем, опираясь на данные о необходимом для разгона расстоянии, авторы располагали машинку таким образом, чтобы в одном случае скорости было недостаточно для проявления свойств неньютоновской жидкости, а в другом случае «лежачий полицейский» сохранял свою форму.

Далее авторы проводили испытания при малых и больших скоростях.

При первом испытании они расположили машинку таким образом, чтобы она не достигала своей максимальной скорости. После этого эксперимента авторам стало ясно: машинка проезжает медленно и продавливает «лежачий полицейский».

При втором испытании авторы расположили машинку таким образом, чтобы она достигала своей максимальной скорости. После того эксперимента авторам стало ясно, что машинка проезжает быстро и подпрыгивает на «лежачем полицейском».

Результаты работы/выводы

После испытаний стало ясно, что возможно создать «лежачий полицейский» с регулируемым коэффициентом жёсткости. Так как тесты были проведены не в лабораторных условиях и без должного оборудования, авторы не смогли подобрать точные пропорции для других скоростей, однако была вычислена концентрация, подходящая для данного случая, и создан функционирующий макет. Это даёт понимание, что при должном оборудовании и исследовании можно создать «лежачий полицейский», подходящий для повсеместного использования.

Перспективы использования результатов работы

Авторы надеются в будущем провести серию экспериментов с различными скоростями входа груза в неньютоновскую жидкость, а также при большем количестве концентраций и уже на их основании создать «лежачий полицейский» с регулируемым коэффициентом жёсткости.