АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

В ЕДИНОМ РИТМЕ

Хотя законы техники и не имеют юридической силы, но и для них справедлива формула: незнание закона не освобождает от ответственности за последствия. Чем дальше техническая система отстоит от "законных" условий существования, тем ниже у нее работоспособность и эффективность. Третий закон, обеспечивающий жизнеспособность ТС, называется законом согласования ритмики частей системы: необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование (или сознательное рассогласование) частоты колебаний (периодичности работы) всех частей системы.
Закон этот очень простой. В мире нет ничего, что находилось бы в абсолютном покое. Но наиболее беспокойная часть мира- техника, в ней все движется, трясется, летит, крутится, т.е. совершает колебания определенной частоты (даже мощные монолиты фундаментов, дома и т.д.). С этой точки зрения абсолютно все системы и их части можно разделить на две группы: те, что колеблются, "как нам надо ", и те, что колеблются, "как нам не надо". Хорошо работают, а значит, и жизнеспособны только те системы, в которых вид колебаний подобран так, чтобы части системы не мешали друг другу и наилучшим образом выполняли полезную функцию.
Различают два вида колебаний: собственные и вынужденные, т.е. часть системы может колебаться, "как ей хочется" или "как ее заставит" колебаться внешняя сила. Частота собственных колебаний - неотъемлемое свойство любой части системы, оно зависит только от характеристик самого объекта (например, от размеров, массы и упругости частей в механических системах, от емкостных и индукционных характеристик в электрических системах и т.д.). Но самое интересное наступает, когда частота внешних силовых (полей) воздействий совпадает с собственной частотой колебаний - это хорошо всем знакомый резонанс (помните, что может произойти с легким мостом, если рота солдат идет через него в ногу? Вспомните также дребезжание окон от проезжающих автомобилей, раскачивание качелей...). Резонанс может быть и полезным и вредным. Значит, для того чтобы улучшить работу системы, надо или согласовать колебания частей, или, наоборот, рассогласовать их. Использование резонанса (или предупреждение его появления) - чрезвычайно выгодный прием: улучшение работы ТС достигается простым изменением элементов (размеров, массы, частоты), в систему ничего не надо вводить нового. Между тем этот закон нарушается - есть множество технических решений, в которых ритмика не согласована или согласована во вредном сочетании. Поэтому большой класс задач связан с необходимостью наведения "законного" порядка в неправильно колеблющихся системах.

Задача 71. Дисковые пилы так сильно шумят во время работы, что персоналу рекомендуется надевать специальные звукопоглощающие наушники. Проблему попытались решить в а.с. 519 320: для устранения визга предложено сжимать вращающийся диск с обеих сторон подпружиненными штифтами с шариками. Это образец неразрешенного ТП: чтобы полностью погасить колебания вращающегося диска, надо его сжать штифтами как можно сильнее, а чтобы диск хорошо крутился, надо штифты убрать совсем. Кроме того, шарики и пружины забиваются опилками и перестают работать. Как быть?

Из закона согласования ритмики вытекает ряд правил.
Первое правило: в технических системах действие поля должно быть согласовано (или рассогласовано) с собственной частотой изделия (или инструмента).

Примеры на согласование ритмики (использование резонанса):
а.с. 996 347 - способ резки стекла путем нанесения надреза на его поверхность и сообщения стеклу акустических колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний стекла (т.е. вместо ненадежного постукивания по обратной стороне надреза предложено озвучивать стекло - оно само расколется по намеченной линии);
а.с. 940 715 - способ распускания закристаллизировавшегося в сотах меда электромагнитным СВЧ-полем с частотой, равной резонансной частоте диполей воды (т.е. вместо подогрева всего меда, что может снизить его качество, предложено разогреть только молекулы воды);
а.с. 639 546 - способ местного теплового воздействия на нервные волокна ритмически изменяющимся тепловым полем с частотой в ритме дыхания;
а.с. 1 163 853 - способ массажа вибрационным аппаратом в ритме сердечных сокращений;
а.с. 1 175 778 - описано самое простое и эффективное устройство для оповещения о приближающемся поезде; оно представляет собой корпус, стерженек, мембрану и резонатор (рупор) - корпус закрепляется на рельсе, и устройство во много раз усиливает его гудение.
Тот же "принцип резонатора" когда-то использовали в концертных залах. В один такой удивительный зал в Каменском (ныне г. Днепродзержинск) специально приезжал в 1912 г. Ф. Шаляпин. Когда он взял высокую ноту, в канделябрах и бра погасли свечи. Секрет разгадали лишь недавно: в стены и потолок добавлено битое стекло, а под паркетом уложен слой бутылок (множество маленьких резонаторов, "настроенных" на высокую частоту, в какой-то момент они создавали сильную звуковую волну, которая и гасила пламя).

Примеры на рассогласование ритмики (антирезонанс):
дисковая пила визжит потому, что ее зубья расположены через равные промежутки и ударные волны складываются в сильные резонансные колебания, для разрушения резонанса достаточно сделать зубья с разной величиной, шагом или отгибом от плоскости резания;
а.с. 714 509 - при ветре провода линий электропередачи раскачиваются, и если с их колебаниями совпадут порывы ветра, то возможен обрыв проводов; для исключения резонансных явлений одна из проволок в проводе сделана большего, чем остальные, диаметра.

Во время войны путь через Ладожское озеро в осажденный Ленинград - знаменитая Дорога жизни - был под постоянным прицелом фашистов. Но неожиданно возникла тревожная ситуация: толстый зимний лед начал сам по себе трескаться и разрушаться под колонной грузовиков, без фашистских бомб. Физики быстро разобрались, что виноват резонанс, и предложили изменить интервалы движения машин так, чтобы образующиеся волны гасили друг друга.
Эффективный способ уйти от резонанса - применение качающихся со смещенным центром тяжести массивных элементов. Например, в а.с. 673 995 предложен регулятор давления, в котором для гашения возникающих колебаний использован груз со смещенным центром тяжести. Тот же принцип заложен в проектах двух небоскребов (США) высотой 520 м - на верхнем этаже будет установлен массивный скользящий противовес.

Второе правило: в технических системах должны быть согласованы (или рассогласованы) частоты используемых полей.

В Англии выпущен бесшумный вентилятор со встроенным микрофоном и громкоговорителем: шум мотора и лопастей улавливается микрофоном, преобразуется электронным блоком в звук с противоположной фазой, воспроизводится громкоговорителем, и шум полностью нейтрализуется.
Остроумно применили этот же принцип в Японии. В выставочных залах, аэропортах, холлах гостиниц, и т.п. требуется на разные участки пространства передавать через динамики разную информацию. Но если на потолке или стенах разместить десятки динамиков, вещающих на разных языках, получится невообразимая мешанина звуков. Как быть? Предложено накладывать голоса дикторов на ультразвуковые колебания (модуляция), излучаемые динамиками. При этом каждый динамик излучает два направленных противофазных ультразвуковых луча, лучи пересекаются в нужной зоне зала, гасят друг друга, и остается только голос диктора.
Во время землетрясений мощные сейсмические волны могут попасть в резонанс с естественными вибрациями зданий высотой от 8 до 15 этажей (так было в Мехико в 1985 г.). По а.с. 1 067147 предложен способ гашения сейсмических колебаний с помощью выполненного в земле экрана из магнитопроницаемого вещества, через который пропускают импульсы электрического поля.

Третье правило: если два действия, например изменение и измерение, несовместимы, одно действие осуществляют в паузах другого. Вообще, пауза в одном действии должна быть заполнена другим полезным действием.
В многих странах по телевидению передают телевизионную газету. Сигналы, несущие текст, "спрятаны" между кадрами телепрограммы. С помощью приставки (телетекст) можно "пролистать" все 999 страниц телегазеты.

По а.с. 343 722 поперечную раскатку металлического листа ведут в паузах продольной раскатки.
Известный авиаконструктор А.Фокер в 1916 г. решил проблему стрельбы из пулемета через винт самолета, согласовав скорости вала мотора и замкового механизма пулемета (пули пролетают в "паузе" между двумя соседними лопастями).

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 588 | Нарушение авторских прав