Проект "создание сейсмографа своими руками". Самодельный вулкан Макет землетрясения своими руками в домашних условиях

Сейсмограф - это прибор для регистрации колебаний земной коры. А колебания вызывают настоящие землетрясения, даже очень далекие, взрывы и прочие сотрясения, вызванные, к примеру, движением тяжелогруженых железнодорожных составов или работой забивающих сваи машин. Скорость распространения «волн» таких колебаний разная - от 3,5 до 7 км/с...

А сейчас - о самом приборе. Уверены, что смастерить его будет интересно и вам. Тем более что дело не столь уж и сложное.

Основа любого сейсмографа - массивный маятник. От того, как его подвесить на основании, зависит, регистрируем мы горизонтальные или вертикальные колебания. Дело в том, что при смещении поверхности земли (а с нею и всего, что на ней стоит) маятник остается по инерции в покое. Благодаря этому и удается замерить, насколько относительно его неподвижной массы «ходят» окружающие предметы.

Конструкция сейсмографа не вызовет вопросов, если вы внимательно познакомитесь с рисунками. На них приведены два варианта прибора: А - для регистрации горизонтальных смещений земли, Б - вертикальных. По опыту скажем, лучше не «мелочиться» в габаритных размерах основания и рамы. Эти детали из дерева или металла должны быть жесткими и массивными. Самописцы-медленно вращаемые с помощью часового механизма барабаны с бумагой, на которой пишущие элементы прочерчивают прямую. Колебания земли вызывают смещения основания, и маятник через рычаги заставляет двигаться перья. В результате - запись в виде зигзагообразных линий, по высоте и шагу которых можно судить о характере колебаний.

Чувствительность сейсмографа задается передаточным отношением рычажного механизма (на рисунке А это отношение б к а). Чем оно больше, тем выше чувствительность. Но лучше поэкспериментировать. Иначе даже передвижения по квартире будут отзываться на дрожании пера. Для «письма» лучше использовать фломастер, способный писать на пластиковой кальке, либо закоптить поверхность барабана пламенем свечи, а перо сделать сухим, в виде иглы. В приборе Б в привод самописца введен второй рычаг, и перо прижимается к барабану за счет собственного веса. Иначе пришлось бы барабан ставить вертикально и придумывать хитрую систему рычагов.

Самый сложный узел в сейсмографе - часовой механизм. Его самому не изготовить. Но можно воспользоваться набором «Часовщик» или стареньким будильником.

При вращении барабана напрямую от оси часовой стрелки бумагу на нем придется менять два раза в сутки. Если предусмотреть второй зажим для пера (показано на сейсмографе А), срок службы увеличится вдвое. Достаточно лишь переставить пишущий элемент через 12 часов на новую «дорожку». Но лучше повозиться и подобрать пару подходящих шестерен от детских заводных игрушек. Маленькую поставить на ось часовой стрелки, а большую разместить со своей осью на пластиковом «стекле» часов. Тогда время полного оборота барабана увеличится во много раз. И, конечно, надо предусмотреть доступность и легкость замены бумаги или самого барабана.

Добрый день, мозгочины ! Сегодня расскажу вам о занятной самоделке — сейсмографе, который вполне возможно сделать в домашних условиях .

На фото представлено изображение «барабана» сейсмографа, который показывает четыре землетрясения, зафиксированные в один и тот же день на моей станции в Денвере; два в Мексике и два на противоположной стороне мира, на Суматре.

На вездесущих смартфонах есть сейсмо-приложения, которые используют встроенный акселерометр для фиксации толчков земной коры, но они могут обнаружить только очень грубые, мощные толчки. Сейсмограф, предлагаемый в этом руководстве, может фиксировать движение грунта менее 50 мкм/сек (человеческий волос около 100мкм), то есть он фиксирует то, что не ощущается.

Чувствительность этой самоделки позволяет зарегистрировать толчки более 6.5 баллов по всему миру, и меньшей магнитуды на конкретной местности. Но, конечно же, фильтрация механическая и электронная фильтрация в этом приборе ограничивает чувствительность самоделки.

Шаг 1: Сравнение с промышленными аналогами

Если данный сейсмограф поместить в достаточно тихом, устойчивом месте, таком как подвал, то вы сможете собирать данные в фоновом режиме через USB порт вашего компьютера с помощью бесплатного софта и не нагружать процессор. А качество данных позволяет достойно конкурировать с промышленными сейсмографами.
Обратите внимание на фото, что самодельный сейсмограф, так же как и профессиональный, хорошо различает первичные и вторичные волны, а также поверхностные волны, что позволяет определить расстояние до эпицентра с достаточной точностью.

Шаг 2: Компоненты

Сейсмограф состоит из четырех основных компонентов, каждый из которых я опишу в подробностях. Общая стоимость деталей будет около $300 — $350, а софт бесплатный.

Шаг 3: Механические компоненты

Механика этого сейсмографа выполнена в вертикальном короткопериодном варианте, который настраивается на частоту волны около 1.5-2сек, что дает сильную реакцию на P и S волны землетрясения. Существует возможность для изменения ширины, но размеры рычага, наклон пружины и ее натяжение имеют решающее значение.

Деревянная снова прибора допустима в условиях стабильной влажности, но если она обработана несколькими слоями краски. Алюминий может быть использован в качестве основы, но имеются вопросы по его тепловому расширению. Если все же использовать металл, то немагнитный.

Шаг 4: Механический датчик

Шаг 5: Лезвие рычага

Лезвие канцелярского ножа используется как «шарнир» рычага с точечным контактом. Само лезвие закрепляется на алюминиевом рычаге в V-образную прорезь, что позволяет рычагу свободно двигаться вверх и вниз. Рычаг сделан из алюминия шириной 3.2см и толщиной 0.3см, именно из алюминия, чтобы он не порождал магнитное поле при взаимодействии с магнитной подковой.

Деревянная стойка приклеена к основанию столярным клеем, и еще с нижней стороны укреплена саморезом так, чтобы сам саморез не мешал настроечным болтам, с помощью которых сейсмограф выравнивается по горизонтали.

Шаг 6: Пружина

Характеристики пружины являются определяющими. Если она слишком жесткая, магнитная подкова, установленная на рычаге, будет тяжело перемещаться по вертикали. Параметры моих пружин таковы: 6.35х82.55х0.63 – 3 штуки.

Установите пружины, контролируя уровнем горизонталь рычага, и закрепите их на опоре. А для крепления рычага и третьей пружины используйте немагнитное крепление.

Шаг 7: Катушка

Я использовал магнитную подкову с силой притяжения 13,6кг. Закрепите магнит на рычаге с помощью немагнитных латунных или алюминиевых болтов и гаек.

Катушка по бокам ограничена двумя 7см-ми дисками из 3мм-ой ДВП, поскольку она является диэлектрик. Сама катушка намотана на деревянный сердечник диаметром 2.54см и толщиной 1см. А вообще, габариты катушки зависят от магнита-подковы. К боковым дискам добавляем деревянные шайбы для удобства крепления. Во всей основе катушке просверлено отверстие под немагнитный болт.

Для намотки катушки используем провод №26, а еще лучше №30. В боковом диске катушки сверлим небольшое отверстие, продеваем в него провод и оставляем наружный конец около 30см. А затем мотаем катушку. Второй конец, оставляем тоже около 30см. Я немного автоматизировал этот процесс: основу катушки надел на болт, болт вставил в дрель, и на малых оборотах, аккуратно наматывал провод.

Шаг 8: Магнитный демпфер

Если рычаг сейсмографа не демпфировать, то он будет по инерции колебаться вверх вниз в течение нескольких секунд или минут. И реакция рычага на первый толчок может скрыть приходящие волны в диапазоне от от 1 до 25сек., поэтому его нужно быстро возвращать в состояние покоя. Можно использовать для этого масло, но этот способ грязный и зависит от температуры.

Магнитный демпфер состоит из медного клина, который проходит через сильное магнитное поле, создаваемое 4-мя очень мощными неодимовыми магнитами. Лезвие и латунный болт не имеют магнитных свойств, но корпус магнитит, поэтому неодимовые магниты просто прилеплены к нему, а чтоб все не слиплось, установлены распорные болты.

Поскольку корпус демпфера не укреплен на деревянной основе, то чтобы он не смещался, он должен быть достаточно тяжелым. Для этого пластины демпфера 5х7см я сделал тройными.

Шаг 9: Магнитный демпфер – вид сбоку

В каждой пластине я просверлил 3 отверстия диаметром 6.5мм. Магниты 2.5х2х0.6 я расположил в противоположной полярности по 2 на сторону:
S | N
N | S

Клин 4.5х3.2см изготовлен медного листа №24. Можно использовать лист тяжелее, но не легче. В крепежном болте клин можно припаять, а зазор между ним и магнитами выставить около 3мм.

Шаг 10: Усилитель

Опробовав несколько вариантов усилителя сигнала, я выбрал представленный. Это стабильный усилитель с авто-обнулением и защитой от низкочастотных шумов.

Вывод для сигнала времени необязательный и не нужный при выводе на ПК. Но участок цепи: 100к резистор — TL082 — 68k резистор обязателен.

Шаг 11: Схема

Я спаял мой усилитель на монтажной плате, и воткнул его в пластиковый корпус. Добавил разъемы на корпус и 100к подстроечный резистор на переднюю панель.

Шаг 12: Электропитание

Усилитель требует питания в +12/-12В. Обратите внимание, как подходят положительные и отрицательные провода к регулятору напряжения.

Шаг 13: Аналогово-цифровой конвертер

Я использую Dataq DI-158U Analog/Digital converter, но это устаревшая модель с 12 битным разрешением.
Dataq DI-145 и Dataq DI-149 имеют 10 битное разрешение, но они могут вносить нежелательные шумы в сигнал.
DI-155 является дорогой моделью, но он 13 битный и программируемый. Так что при +/- 5V можно получить 1.2 МВ разрешение, что в 16 раз лучше, чем у менее дорогих моделей, и он также будет производить меньше шума в сигнале.

Шаг 14: Программное обеспечение

Вы можете использовать софт, поставляемый с конвертором, но есть более подходящее программное обеспечение, уже специализированное для наших целей. К примеру, я использую бесплатную программу под названием AmaSeis А-1.

Шаг 15: Изолирующий короб

Вся механика сейсмографа должна быть помещена в плотно закрытый, герметичный короб, чтобы избежать помех, вызванных движением потоков воздуха. Я сделал короб из пенополистирола, и накрыл куском ДСП, тем самым, придав ему устойчивости.

Шаг 16: Регулировка демпфера

Для регулировки поднятия демпфера возьмите небольшой кусок картона 2х1.3см и прикрепите его не тонкую нить или леску длиной около метра. Другой конец нити прикрепите к палке.
Откройте крышку короба и опустите картон на рычаг, ближе к болту крепления демпфера, не заде при этом пружину. Пропустите нить по верху короба и накройте крышкой. Подождите минуту-две, и резко дерните нить. Если же начальный прогиб идет вверх, а не вниз, сделайте реверс на усилителе. Если прогиб/отскок в диапазоне между 12:1 и 15:1, демпфер настроен правильно.
Если отношение меньше, чем 12:1 , то корпус демпфера подвиньте так, чтоб он охватывал большую часть клина. Если больше чем 15:1, то, соответственно подвиньте корпус демпфера в другую сторону. Так же демпфирование можно настраивать, меняя зазор между клином и магнитами.

Шаг 17: Момент истины

После регулировки самоделки демпфирования вы готовы ловить землетрясение. Будьте терпеливы, этот процесс может занять от нескольких дней до недели или больше. В зависимости от того, где вы живете, вы можете ожидать толчка в среднем от 3 до 10 дней. Чем ближе к тектоническому разлому, тем чаще.

Может быть, вам повезет, и вы зафиксируете большое землетрясение, как это сделал я с 9 бальным землетрясением в Японии 11 марта 2011 года, которое вызвало разрушительное цунами. Я записывал волны от этого землетрясения более четырех часов. Земля звенела, как колокол.

Удачи и хорошей мозгоохоты !

Все дети любознательны, многим из них интересны разнообразные природные явления. Любой ребенок хочет узнать, как выглядит цунами, торнадо или Все эти могут использоваться в качестве идей для творчества и домашнего обучения. Как сделать дома настоящий вулкан? Модель извержения совсем нетрудно соорудить своими руками из подручных материалов.

Вулканы - что это?

Вспомним под твердой корой находится магма - расплавленная порода, которая может затвердевать, просачиваться на поверхность через тонкие трещины или извергаться через крупные отверстия. В последнем случае речь идет о вулканах. Чаще всего это горы, располагающиеся на стыках континентальных плит. Но иногда вулканы могут появиться за относительно короткий промежуток времени в местности с практически ровным рельефом. Чаще всего извергающие лаву горы изображаются достаточно высокими и имеющими правильную форму. Но на самом деле вулканы бывают разными, в том числе и низкими, могут напоминать визуально небольшие холмы. В момент извержения магма и газы под значительным давлением выходят на поверхность земли. Нередко в этот момент происходят взрывы, а некоторые вулканы фонтанируют раскаленной лавой, как гейзеры.

Мастерим заготовку для «огненной горы» своими руками

"Как сделать модель вулкана в домашних условиях?" - популярный вопрос родителей, решивших провести с детьми интересное творческое занятие. Для изготовления данной поделки вам понадобятся: картон или пластиковая бутылка, бумага или гипсовая штукатурка, краски и некоторые вспомогательные инструменты, которые найдутся в каждом доме.

Подготовьте какую-то основу для создания поделки. Это может быть кусок пластика, например крышка от пищевого лотка, или иной плотный материал - фанера, картон. Обрежьте верхнюю часть бутылки, это и будет вулкан, соответственно, и высоту для него оставьте по своему усмотрению. Альтернативный вариант - сделать основу из картонного конуса подходящего размера. Внимание: если ваш вулкан - модель действующая, которая будет извергаться не раз, основа должна представлять собой герметичную емкость. Плотно приклейте отрезанную часть бутылки на пластиковую основу, используя водостойкий клей или герметик. Можно отрезать нижнюю и верхнюю части емкости и вставить их друг в друга.

Декор вулкана

Заготовка должна представлять собой некое подобие конуса или цилиндра с узкой верхушкой на подставке. Как только эта конструкция высохнет, самое время заняться ее декором. Для оформления склонов горы возьмите декоративную штукатурку или приготовьте бумажную массу, из которой можно создать папье-маше. Во втором случае лучше брать белые салфетки, бумажные полотенца или туалетную бумагу. Измельчите сырье, предварительно намочив его, при помощи миксера и добавьте немного клея ПВА. В этом случае масса получится однородной и будет легко наноситься.

Как сделать модель вулкана своими руками из имеющейся заготовки? Все очень просто. Покройте картонный конус или часть пластиковой бутылки выбранным скульптурным материалом. Формируйте подобие горы - с расширением у подножия и острой верхушкой. Не забудьте оставить в верхней части отверстие кратера. Намного интереснее ваш вулкан будет выглядеть, если сделать поверхность ребристой, покрытой сетью каналов, по которым будет живописно стекать лава. Когда моделирование будет закончено, хорошо просушите заготовку. После этого можно приступать к ее раскрашиванию. Если вы используете неводостойкие краски, дополнительно поделку можно покрыть прозрачным лаком. Вот и все - вулкан (модель) готов, по желанию поработайте над окружающим пейзажем. Если позволяет размер подставки, сделайте деревья, нарисуйте траву или песок, можно добавить фигурки людей и животных.

Простой вариант поделки из пластилина

Если описанный выше способ изготовления домашней "огненной горы" кажется вам слишком трудоемким, попробуйте сделать ее в более простой технике. Небольшой вулкан можно слепить из пластилина. Возьмите коричневый материал для лепки или смешайте все имеющиеся в наборе брусочки до получения однородного «грязного» оттенка. Слепите конус с отверстием сверху, по желанию наметьте рельеф. Если ваш вулкан - модель действующая и изготавливается для проведения "извержения", приклейте его на дощечку для лепки или пластиковую панель/лоток от упаковки для продуктов. Постарайтесь сделать соединение герметичным. Дополнительно можно украсить поделку красным пластилином, изобразив застывшую лаву на склонах горы.

Извержение начинается!

Чаще всего «вулкан» делают для проведения домашнего «извержения». Не бойтесь, данный эксперимент совершенно безопасен. Возьмите небольшое количество пищевой соды, краситель подходящего оттенка и капельку средства для мытья посуды (можно заменить на пару щепоток стирального порошка). Смешайте все компоненты и поместите их внутрь горы (заранее позаботьтесь о специальном углублении). Для того чтобы из кратера вулкана начала подниматься раскаленная лава с пеной, вам достаточно капнуть внутрь совсем немного уксуса. Такой интересный эксперимент поразит малышей и удивит школьников. Модель поможет не только заинтересовать детей, но и рассказать им в интересной форме о взаимодействии соды и уксуса.

Развлечение или занимательная химия?

Изготовление такой поделки даже с самыми маленькими детьми стоит совместить с обучением. Расскажите о вулканах и их образовании, приведите интересные исторические факты. Подобное домашнее задание наверняка запомнится лучше, чем последующие уроки химии. При проведении "извержения" также постарайтесь объяснить, что с помощью домашнего мы только имитируем настоящее природное явление. Отдельного рассмотрения заслуживает и сама реакция. Предложите ребенку подумать и описать взаимодействие двух веществ. Полезно и сделать вывод с химическим объяснением проведенного опыта.

Модель вулкана в разрезе: как сделать?

Помимо изготовления поделок, изображающих общий вид огненной горы, дома совсем нетрудно сделать еще один обучающий макет. Речь идет о модели вулкана в разрезе - соответственно, его половине с демонстрацией внутренних слоев. Из чего же состоит гора, изрыгающая лаву и пепел? Вулкан - это совокупность различных пород, соответственно, слои можно делать различных цветов: от желтого до темно-коричневого. Не забудьте наметить кратер на верхушке и от него до самого низа проложить канал, по которому лава поднимается вверх. Такую модель вулкана из пластилина делать удобнее всего. Ваш макет может быть объемным (гора, разрезанная пополам) или же плоским. Используйте материалы различных цветов и комбинируйте слои в правильной последовательности. Если вы делаете плоский макет, можно дополнительно показать, как магма поднимается к земной коре и находит выход на поверхность через кратер вулкана.

Существует множество сейсмических станций (они называются так от греческого слова seismos, означающего «землетрясение»), разбросанных по миру. Считанные минуты требуются ученым, чтобы начать анализировать показания своих сейсмографов. Затем они сверяют данные с теми, что были получены их коллегами в других странах.
Работа сейсмографов основана на одном принципе. Легкая рамка касается земли, к ней подсоединен груз на пружинной подвеске. Груз более инерционен, то есть его труднее привести в движение, чем легкий объект. Когда возникает сотрясение почвы, рамка тоже колеблется, а груз остается на месте в силу своей тяжести. Движение относительно устойчивого груза фиксирует самописец — рисует на рулонной бумаге волнообразную линию. Именно принцип инерции используется для записи земных сотрясений в сейсмографе.

Улавливая колебания земли
Китайцы изобрели сейсмоскоп, разновидность сейсмографа, в 132 году н. э. Если где-то возникали толчки, из пасти одного из дракончиков вылетал шарик и падал прямо в рот лягушке, демонстрируя не только сам факт, но еще и направление колебаний. Это устройство определяло «дрожь земли» на расстоянии до 500 км.

Строим сейсмограф

Вам понадобится:

Картонная коробка; шило; лента; пластилин; карандаш; фломастер; бечевка или крепкая нитка; кусок тонкого картона.

Рамой для вашего сейсмографа послужит картонная коробка. Нужно, чтобы она была сделана из достаточно жесткого материала. Открытая ее сторона будет лицевой частью вашего прибора.

Проделайте шилом отверстие в верхней крышке будущего сейсмографа. Если жесткости для «рамы» не хватает, обклейте скотчем углы и ребра коробки, укрепив ее, как показано на фотографии.

Скатайте шарик из пластилина и проделайте в нем отверстие карандашом. Протолкните фломастер в отверстие таким образом, чтобы кончик его ненамного высовывался с противоположной стороны пластилинового шарика.

Это указатель вашего сейсмографа, предназначенный для того, чтобы вычерчивать линии земных вибраций.

Пропустите конец нити через дырочку в верхней части коробки. Установите коробку на нижнюю сторону и подтяните нить таким образом, чтобы фломастер был свободно подвешен.

Привяжите верхний конец нити к карандашу и вращайте карандаш вокруг оси, пока не выберете слабину нити. Когда фломастер повиснет на нужной высоте (то есть будет лишь слегка касаться дна коробки), зафиксируйте карандаш на месте с помощью скотча.

Подсуньте лист картона под кончик фломастера на дно коробки. Отрегулируйте все так, чтобы кончик фломастера легко касался картона и мог оставлять линии.

Ваш сейсмограф готов к работе. Он использует тот же принцип действия, что и настоящее оборудование. Утяжеленный подвес, или маятник, будет более инерционным по отношению к тряске, чем рамка.

Чтобы проверить устройство на деле, незачем дожидаться землетрясения. Просто встряхните рамку. Подвес останется на месте, но начнет чертить линии на картонке, как самый настоящий

Гусева Анна

Руководитель проекта:

Водолазская О.А.

Учреждение:

МАОУ «СОШ № 3 с.Алакуртти» Мурманской области

Предложенный исследовательский проект по географии "Создание сейсмографа своими руками" рассматривает вопрос важности сейсмографа в сейсмически неустойчивых зонах земного шара. Автор предлагает собственную версию прибора, выполненного из подручных средств.

Автор исследовательской работы по географии "Создание сейсмографа своими руками" рассматривает развитие вариантов конструкции прибора от примитивных прототипов до современных сверхчувствительных аппаратов. Ученица 6 класса предлагает выполнить вариант самодельного сейсмографа своими руками из картонной коробки, пластилина, карандаша и нитки.

Исследовательский проект по географии "Создание домашнего самодельного сейсмографа своими руками" содержит не менее познавательную практическую часть, где автор представляет экспериментальные исследования с использованием созданного ранее сейсмографа.

Таким образом, мы можем рассмотреть выполненную регистрацию колебаний, вызываемых работающей стиральной машиной, лестницей в школе во время перемены и колебания пола во время прыжков. Ученица доказала, что её прибор подходит для регистрации механических колебаний различной природы.

Введение
1. Основная часть
1.1. История создания сейсмографа
1.2.Современные сейсмографы
1.3. Создание сейсмографа
2. Экспериментальная часть
2.1. Изучение колебаний, вызываемых работой стиральной машины
2.2. Изучение колебаний лестницы, по которой идут учащиеся в столовую
2.3. Изучение колебаний пола при прыжках через скакалку
Выводы
Источники информации

Введение

Я живу в селе Алакуртти Мурманской области. Учусь в 6-м классе. На уроках географии я узнала, что ежегодно на нашей планете происходит около миллиона землетрясений !

В основном это слабые подземные толчки. Землетрясения разрушительной силы случаются значительно реже в среднем раз в две недели. К счастью, большинство из них происходят на дне океанов и не приносят никаких неприятностей человечеству, если только в результате сейсмических смещений не возникает цунами.

О катастрофических последствиях землетрясений знает каждый: тектоническая активность пробуждает вулканы, гигантские приливные волны смывают в океан целые города, разломы и оползни разрушают строения, вызывают пожары и наводнения и уносят сотни и тысячи человеческих жизней.

Поэтому люди во все времена стремились изучить землетрясения и предотвратить их последствия. Какой же прибор помогает людям предсказать землетрясения и измерить его силу? Я узнала, что это сейсмограф .

Цель работы : изучить историю создания прибора сейсмограф и создать сейсмограф в домашних условиях.

Задачи исследования:

1. Изучить историю создания сейсмографа;
2. Собрать самодельный сейсмограф;
3. Повести регистрацию колебаний при помощи сейсмографа;
4. Сделать электронную презентацию.

Методы исследования:

1. Поиск и анализ информации по данной теме в разных источниках;
2. Конструирование;
3. Проведение экспериментов.