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.
Содержание
1. Физические основы строительства.
2. Физические основы вентиляции.
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.
1. Физические основы строительства.
Роль теории в постройке самолета
2. Физические основы вентиляции.
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.
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.
Физика. 10 класс. Роль физики в современном мире /03.09.2020/
График зависимости уд. веса воздуха от температуры показан на 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)
где m = Lпр • ρ — это масса участвующего в охлаждении воздуха, а
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) или
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.
W = Lпр *(tух — tпр)*ρпр* С (Вт)
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.
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). 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.
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 нивелиры, 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).
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.
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
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.
Источник: www.myunivercity.ru
Физика в строительстве и архитектуре
В архитектуре, как в никаком другом искусстве, тесно переплелись, постоянно взаимодействуя между собой, красота и полезность функционального назначения построек. Неделимое целое в архитектуре создается средствами эстетической выразительности, главным из которых является тектоника – сочетание конструкции архитектурной формы и работы материала. Воплощая свой замысел, архитектор должен знать многие физические свойства строительных материалов: плотность и упругость, прочность и теплопроводность, звукоизоляционные и гидроизоляционные параметры, функциональные характеристики света и цвета.
Содержание
I.Введение…………………………………………………………………….…..3
II.Основная часть
1. Основные понятия…………………………………………………….…..4
2. Теплотехнический расчет наружных стен………………………………6
3. Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия………………..…. 8
4. Выписка из СНиП 23-02-2003…………………………………………..10
III.Заключение…………………………………………………………..………12
IV.Список используемой литературы…………………………..……………..13
Работа содержит 1 файл
«Средняя общеобразовательная школа № 75 »
Физика в строительстве и архитектуре
Выполнила: Стрелкова Ирина
ученица 11 Б класса
Руководители: учитель физики
Левина Марина Александровна
Инженер строительной компании
Стрелков Александр Павлович
- Основные понятия…………………………………………………….…. .4
- Теплотехнический расчет наружных стен………………………………6
- Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия………………..…. 8
- Выписка из СНиП 23-02-2003…………………………………………..10
IV.Список используемой литературы…………………………..…………….. 13
Тема моей исследовательской работы «Физика и архитектура». Я выбрала эту тему, потому что она мне очень интересна. После окончания школы я буду поступать в Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет. Мне интересно, как строятся дома, какие технологии строительства использовались и как физика связана с архитектурой.
Слово «архитектура» происходит от греческого «аркитектон», что в переводе означает «искусный строитель». Сама архитектура относится к той области человеческой деятельности, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. В архитектуре взаимосвязаны функциональное, техническое и художественное начала (польза, прочность, красота).
В современном понимании архитектура — это искусство проектировать и строить здания, сооружения и их комплексы. Она организует все жизненные процессы. По своему эмоциональному воздействию архитектура — одно из самых значительных и древних искусств. Сила ее художественных образов постоянно влияет на человека, ведь вся его жизнь проходит в окружении архитектуры.
Вместе с тем, создание производственной архитектуры требует значительных затрат общественного труда и времени. Поэтому в круг требований, предъявляемых к архитектуре наряду с функциональной целесообразностью, удобством и красотой входят требования технической целесообразности и экономичности. Кроме рациональной планировки помещений, соответствующим тем или иным функциональным процессам удобство всех зданий обеспечивается правильным распределением лестниц, лифтов, размещением оборудования и инженерных устройств (санитарные приборы, отопление, вентиляция). Таким образом, форма здания во многом определяется функциональной закономерностью, но вместе с тем она строится по законам красоты.
В архитектуре, как в никаком другом искусстве, тесно переплелись, постоянно взаимодействуя между собой, красота и полезность функционального назначения построек. Неделимое целое в архитектуре создается средствами эстетической выразительности, главным из которых является тектоника – сочетание конструкции архитектурной формы и работы материала. Воплощая свой замысел, архитектор должен знать многие физические свойства строительных материалов: плотность и упругость, прочность и теплопроводность, звукоизоляционные и гидроизоляционные параметры, функциональные характеристики света и цвета.
В основе выбора архитектурной композиции лежат данные многих наук: надо учитывать назначение сооружения, его конструкцию, климат местности, особенности природных условий. Среди всех наук физика занимает важное место, которое особенно возросло в современной архитектуре и строительстве.
В своей работе я бы хотела рассмотреть физические свойства строительных материалов.
Прочность — способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок, в узком смысле — только сопротивление разрушению. Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счете силами взаимодействия между атомами и ионами, составляющими тело. Прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), от условий эксплуатации (температура, скорость нагружения, длительность и число циклов нагружения, воздействие окружающей среды и т. д.). В зависимости от всех этих факторов в технике приняты различные меры прочности: предел прочности, предел текучести, предел усталости и др. Повышение прочности материалов достигается термической и механической обработкой, введением легирующих добавок в сплавы, радиоактивным облучением, применением армированных и композиционных материалов.
Устойчивость равновесия — способность механической системы, находящейся под действием сил в равновесии, почти не отклоняться при каких-либо незначительных случайных воздействиях (лёгких толчках, порывах ветра и т.п.) и после незначительного отклонения возвращаться в положение равновесия.
Жёсткость — способность тела или конструкции сопротивляться образованию деформации; физико-геометрическая характеристика поперечного сечения элемента конструкции. Понятие жёсткости широко используется при решении задач сопротивления материалов.
Звукоизоляция – это ослабление звука при его проникновении через ограждения зданий; в более широком смысле — совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне. Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дб), называется звукоизолирующей способностью. Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100—3200 гц с учётом влияния звукопоглощения изолируемого помещения. Звукоизоляция от ударного звука (шагов людей, передвигания мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведённого уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учётом звукопоглощения изолируемого помещения.
Теплопроводность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.
Общепризнанная концепция теплосбережения состоит из трех основных положений:
— Сведение к минимуму трансмиссионных потерь тепла.
— Наружная оболочка дома должна быть плотной.
— Отсутствие (сведение к минимуму) мостиков холода.
Одна из главных функций дома — сохранение тепла, что особенно важно в нашем неприветливом климате. Поэтому конструкция наружных ограждающих поверхностей носит принципиальный характер. Необходимым является безусловное выполнение требований СНиП «Тепловая защита зданий», которые содержат высокие требования к тепловой защите.
Теплотехнический расчет наружных стен
Теплотехнический расчет выполняется из условия
,где Rtэм – экологически целесообразное сопротивление теплопередаче, м 2 ˚С/Вт 2Тэл не определяем с в силу неопределённости цен на тепловую энергию и строительные материалы.
Rtнорм. – нормальное сопротивление теплопередаче, м 2 ˚С/Вт согласно СНиП [2] для наружных стен применяется Rtнорм.=2∙( м 2 ˚С/Вт) по таблице 5.1 [2]
Rtтр. – требуемое сопротивление теплопередаче м 2 ˚С/Вт.
Приняты условные обозначения:
КЭУ – кирпич керамический ; лицевой эффект.
ПЛ – полистирольные плиты.
КРЭУ – кирпич керамический рядовой эффект утолщенный ГОСТ 530-80
ПН – пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки толщенной 0,2-0,3 мм ГОСТ 10354-82.
НПШ – известково-песчаная штукатурка.
Утеплитель из плит полистирол бетона. Теплотехнические характеристики наружных стен предусмотрены в таблице 1.1
Кг/м 3
Теплопроводности
λ,Вт/ м 2 ˚С
ρ,Вт/ м 2 ˚С
По таблице 4.2 СНиП [2], определяем, что для теплотехнических расчетов
отражающий контактирующий тепло-физические характеристики материалов необходимо принимать по графе «Б» приложение А1[2].
Принятая конструкция стены имеет сопротивление теплоотдаче 2,379 м 2 ˚С/Вт, что отвечает требуемым нормам.
Проверяем соответствие Rt> Rtтр.
Требуемое сопротивление теплоотдаче ограждений определяем по форме
Rtтр=(h∙(tB∙tn))/∆ tBαB (1),где tB – расчетная температура, ˚С внутреннего воздуха, принимаемая по таблице tB=18˚С.
tn – расчетная зимняя температура, наружного воздуха принимаемая по таблице с учетом тепловой энергии ограждения Д (за исключением заполнителей проёмов).
Д =(0.12/0.72)∙8.48+(0.14/0.1) ∙1.56+(0.38/0.79)∙8.48+(0.02/ 0.81)∙9.76=7.9
Тогда tn – принимаем равной минус 29˚С. n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкцию по отношению к наружному воздуху, принимаемой по таблице 5,5[2] n=1.
∆ tB –расширенный перепад, ˚С м/с температурой внутренней поверхности ограждаемой конструкции принимаемый по таблице 5,5[2], tB=6˚С
αB – коэффициент теплопередачи Вт/ м 2 ˚С внутренней поверхности ограждающей поверхности ограждающей конструкции принимаемый по таблице 5,5[2], αB=8,7 Вт/ м 2 ˚С
Так как Rt=2= Rtнорм. > Rtтр=0,9 м 2 ˚С/Вт, то принятая конструкция стен отвечает техническим требованиям.
Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия
Конструкция чердачного перекрытия и теплотехнические характеристики предоставлены в таблице 2.1
Источник: www.stud24.ru