Dalga enerjisi dönüştürücüler
Dalga profili izleme dönüştürücüleri
Bu dönüştürücü sınıfında ilk olarak, adını Salter ördeğinin yaratıcısından alan Edinburgh Üniversitesi'nden Profesör Stephen Salter'in gelişimine odaklanacağız. Teknik ad böyle bir dönüştürücü salınan bir kanattır. Dönüştürücünün şekli maksimum güç çıkışı sağlar (Şek. 9).
Soldan gelen dalgalar ördeğin salınmasına neden olur. Silindirik şekil karşıt yüzey atkı kendi ekseni etrafında salınırken dalganın sağa doğru yayılmamasını sağlar. Enerji yansıması minimum düzeyde olacak şekilde salınım sisteminin ekseninden güç çıkarılabilir. Dalga enerjisinin yalnızca küçük bir kısmını (yaklaşık %5) yansıtan ve ileten bu cihaz, geniş bir heyecan verici frekans aralığında çok yüksek bir dönüşüm verimliliğine sahiptir (Şekil 10).
Salter başlangıçta oldukça dar bantlı bir frekans cihazının prototipini yarattı. Bir dalga havuzunda gelen enerjinin %90'ına kadar emilir. Deniz koşullarına yakın koşullarda ilk testler Mayıs 1977'de Göl'de yapıldı. Loch Ness. 20 metrelik "ördeklerin" 50 metrelik çelengi toplam kütle 16 t çeşitli yerlerde 4 ay boyunca fırlatıldı ve test edildi dalga koşulları. Aynı yılın Aralık ayında, okyanus dönüştürücünün gelecekteki boyutunun 1/10'u olan bu model yeniden piyasaya sürüldü ve ilk akımı üretti. En sert kış dönemlerinden birinin yaşandığı 3 ay boyunca İngiltere'nin ilk dalga santralinin modeli yaklaşık %50 verimle çalıştı.
Salter'ın diğer geliştirmeleri, ördeğe darbelere dayanma yeteneği kazandırmayı amaçlıyor maksimum dalgalar ve oldukça esnek bir çizgi şeklinde sabitlenmiş bir dönüştürücü çelengi oluşturun. Gerçek bir ördeğin karakteristik boyutunun yaklaşık 0,1 litre olacağı varsayılmaktadır; bu da 100 metrelik Atlantik dalgaları için 10 m'ye karşılık gelmektedir. Dalgaların en yoğun olduğu bölgeye birkaç kilometre uzunluğunda bir ördek dizisinin yerleştirilmesi beklenmektedir. Hebridlerin batısında. İstasyonun tamamının gücü yaklaşık 100 MW olacaktır.
Salter ördeklerinin en ciddi dezavantajları şunlardı:
Yavaş salınım hareketini jeneratör sürücüsüne aktarma ihtiyacı;
Önemli bir derinlikte yüzen uzun mesafeli bir cihazdan gücü kesme ihtiyacı;
Sistemin dalga yönüne karşı yüksek hassasiyeti nedeniyle, yüksek dönüşüm verimliliği elde etmek için dalga yönlerindeki değişikliklerin izlenmesi gerekir;
"Ördek" yüzey şeklinin karmaşıklığı nedeniyle montaj ve kurulum sırasındaki zorluklar.
Sallanan elemanlı bir dalga dönüştürücünün başka bir çeşidi Cockerell kontur salıdır. Yine 1/10 büyüklüğündeki modeli, Southampton yakınlarındaki Solent Boğazı'ndaki Salter ördeğiyle aynı yıl test edildi. Kontur salı, menteşeli bölümlerden oluşan çok bağlantılı bir sistemdir (Şekil 11). Kanard gibi dalga cephesine dik olarak monte edilir ve profilini takip eder.
Salın 1/100 ölçekli modeli üzerinde yapılan detaylı laboratuvar testleri verimliliğin %45 civarında olduğunu gösterdi. Bu, Salter'in "ördek"inden daha düşüktür (ancak sal başka bir avantaja sahiptir: tasarımın geleneksel gemi yapımına yakınlığı). Bu tür salların üretimi yenilerinin oluşturulmasını gerektirmeyecektir. endüstriyel Girişimcilik gemi inşa sanayinde istihdamı artıracak.
Salınımlı bir su sütununun enerjisini kullanan dönüştürücüler
Bir dalga suyun altında kısmen batık bir boşluğa çarptığında, boşluktaki sıvı sütunu salınır ve sıvının üzerindeki gazda basınç değişikliklerine neden olur. Boşluk bir türbin aracılığıyla atmosfere bağlanabilir. Akış, türbin boyunca tek yönde akacak şekilde kontrol edilebilir veya bir Wells türbini kullanılabilir. En az iki örnek zaten biliniyor ticari kullanım Bu prensibe dayanan cihazlar, Japonya'da Masuda (Şekil 12) ve Birleşik Krallık'ta Queen's University Belfast çalışanları tarafından tanıtılan sinyal şamandıralarıdır. Şebekeye ilk kez bağlanan daha büyük bir cihaz, Kvaernor Brug A/S tarafından Toftestollen'de (Norveç) inşa edildi. Salınımlı bir kolonun temel çalışma prensibi Şekil 13'te gösterilmektedir. Toftestollen'de uçurumun kenarına kurulmuş 500 kilowatt'lık bir tesiste kullanılıyor. Ayrıca Birleşik Krallık Ulusal Elektrik Laboratuvarı (NEL) doğrudan montajlı bir tasarım sunmaktadır. Deniz yatağı. Salınımlı su sütunu prensibine dayanan cihazların temel avantajı, kanalın akış alanı azaltılarak türbin önündeki hava hızının önemli ölçüde artırılabilmesidir. Bu, yavaş dalga hareketini yüksek frekanslı türbin dönüşüyle birleştirmeyi mümkün kılar. Ek olarak burada jeneratör cihazını tuzlu deniz suyunun doğrudan etkilendiği bölgeden çıkarmak mümkündür.
Sualtı cihazları
Denizaltı cihazlarının avantajları, bu cihazların dönüştürücüler üzerindeki fırtınaların etkilerinden kaçınmasıdır. Ancak bunların kullanımı enerjinin çıkarılması ve bakımıyla ilgili zorlukları artırmaktadır.
Örnek olarak, bir dalgada yüksek hızlı basıncın etkisi altında çalışan cihazlar grubuna ait olan "Bristol silindiri" tipi bir dönüştürücüyü düşünebiliriz. Havayla doldurulmuş yüzen bir gövde (silindir) ortalama yoğunluk 0,6-0,8 t/m3, su altında zemine monte edilen desteklere sabitlenir. Silindir, eliptik bir yol boyunca hareket ederek ve desteklere monte edilen hidrolik pompaları etkinleştirerek ve silindir hareketinin enerjisini dönüştürerek dalga içinde salınır. Pompaladıkları sıvı, boru hatları aracılığıyla birkaç silindir için ortak olan bir jeneratör istasyonuna tedarik edilebilir. "Bristol silindiri" fikrinin avantajlarından biri, bir kez optimum frekansa ayarlandığında, diğer frekanslardan gelen enerjiyi yansıtmaması, ancak farklı frekanslara sahip silindirler gibi diğer dönüştürücüler tarafından absorbe edilebileceği yerde daha fazla yayılmasına izin vermesidir. sıklık.
Hareketin yürütme motorundan elektromekanik modülün çıkış bağlantısına iletilmesi, yapısı ve tasarım özellikleri motorun tipine, çalışma elemanının hareket tipine ve çalışma elemanının hareket tipine bağlı olan çeşitli hareket dönüştürücüler (dişliler) kullanılarak sağlanabilir. konumlarının yöntemi. Hareket dönüştürücülerin bir bütün olarak elektromekanik sistemin çalışma kalitesi üzerinde önemli bir etkisi vardır.
Elektromekanik modüller tasarlanırken hareket dönüştürücünün türü, tasarımının karmaşıklığına, verimliliğine, iletimdeki boşluklara, genel boyutlara, ağırlığa, kendi kendine frenleme özelliklerine, sağlamlığa, yerleşim kolaylığına, üretilebilirliğe, maliyete vb. göre seçilir.
Hareket dönüştürücülerin amacı ve sınıflandırılması
Hareket dönüştürücüler, motorun ve çalışma elemanının hız ve torklarını eşleştirerek bir tür hareketi diğerine dönüştürmek için tasarlanmıştır. Hareketi dönüştürmek için dişli, sonsuz dişli, zincir, kayış ve sürtünme aktarımlarının yanı sıra vida-somun aktarımları kullanılır (Şekil 4.1). Elektrik motorlarının açısal dönme hızının kural olarak elektromekanik modüllerin çalışma gövdelerinin hızlarından çok daha yüksek olması nedeniyle hareket dönüştürücülerde redüksiyon dişlileri kullanılır.
Pirinç. 4.1. Mekanik dişlilerin sınıflandırılması
hareket dönüştürücüler
Dişliler
En yaygın hareket dönüştürücüler, değişen açısal hızlara ve torklara sahip dişliler kullanarak hareketi ileten veya dönüştüren mekanizmalar olan dişlilerdir. Bu tür iletimler dönüştürmek için kullanılır dönme hareketi paralel olan miller arasında (Şekil 4.2, a-g), kesişen (Şekil 4.2, e-z) eksenlerin yanı sıra dönme hareketini öteleme hareketine dönüştürmek ve bunun tersi de geçerlidir (Şekil 4.2, D).
Pirinç. 4.2. Ana dişli türleri:
A– düz dişli silindirik; B– eğik dişli silindirik; V– şivron dişli silindirik; G– düz dişlere sahip silindirik iç dişli; D- kremayer ve pinyon iletimi; e– düz dişli konik; Ve– teğet dişli konik; H– dairesel dişli konik;
Silindirik ve konik dişlilerin kinematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.3. Dişli oranı, giriş dişlerinin sayısına oranından bulunabilir. z1 ve izin günü z2 dişliler
Mekanik şanzımanların temel özellikleri millerdeki güç ve K, açısal hızlar ve s-1, (veya dönüş hızı ve içinde dk -1), kuvvetlerin momentleri ve dişli oranı ve verimlilik. . Dişlilerin temel özellikleri arasındaki ilişkileri açıklayan ifadeler şu şekildedir: 
veya ve , (4.2)
, (4.3)
Veya, (4.4)
veya formda iletim kayıpları anını vurgularken
. (4.6)
Ayrıca, belirli bir hızda dönen veya öteleme yoluyla belirli bir hızda hareket eden bir elektromekanik modülün bir elemanının atalet momentlerinin, kinetik enerjinin korunumu yasasına dayalı olarak hıza getirilmesinin gerçekleştirilebileceği de belirtilmelidir.
veya 
(4.7)
ifadeye göre
Veya, (4.8)
ötelemeli olarak hareket eden bir cismin kütlesi nerede; – hız ile şafta redüksiyon yarıçapı
Kremayer ve pinyonlu transmisyon için, dönme hareketini öteleme hareketine dönüştürürken kremayerin doğrusal hızı şu şekilde belirlenecektir:
, , (4.10)
dişli oranı
, , (4.11)
dişli çapı nerede mm.
Kremayer ve pinyon dişli oranı 10…200 aralığında olabilir m -1. Yeterlik silindirik dişliler 0,95...0,99'dur.
İncirde. Şekil 4.4 bir planeter dişlinin diyagramını göstermektedir. Planet dişliler, içinde bulunan dişlilerdir. geometrik eksen en az bir dişli hareketlidir. Planet dişlinin ana elemanları şunlardır:
Güneş ekipmanı 1 (merkezde bulunur);
Taşıyıcı 2 Birkaç planet dişlinin eksenlerini birbirine göre sağlam bir şekilde sabitleyen aynı boyutta 3 (uydular) güneş dişlisine geçmiş;
Dişli halka 4 (epicycle), planet dişlilerle iç dişliye sahiptir.
Planet dişliyi dişli kutusu olarak kullanırken, üç ana elemanından biri hareketsiz olarak sabitlenir, diğer eleman tahrik olarak, üçüncüsü tahrik olarak kullanılır.
Sürücünün olduğu durumda 2 sabit () ve güç güneş dişlisi aracılığıyla sağlanır 1 , planet dişliler 3 diş sayısının güneş dişlisine göre oranına göre belirlenen bir hızda yerinde dönecektir
Planet dişlilerin dönüşü 3 halka dişlisine iletilir 4 . Bir halka dişlinin dişleri varsa, bir hızda dönecektir
Sonuç olarak, taşıyıcı kilitliyse sistemin genel dişli oranı şuna eşit olacaktır:
Halka dişli () sabitse ve taşıyıcıya güç veriliyorsa, güneş dişlisine olan dişli oranı birden büyük olacak ve
Planet dişliler en yaygın olarak otomobil diferansiyellerinde ve metal kesme makinelerinin kinematik devrelerinin toplama bağlantılarında kullanılır. İÇİNDE modern cihazlarÇok çeşitli dişli oranları elde etmek için birkaç planet dişli kademesi kullanılabilir. Birçok otomatik araba şanzımanı bu prensiple çalışır.
Planet dişlilerin geleneksel silindirik veya konik dişlilere göre avantajları, boyutlarının ve ağırlıklarının daha küçük olmasıdır. Dezavantajları: artan üretim doğruluğu, daha büyük sayı rulmanlar.
Büyük dişli oranları (90.000'e kadar) elde etmek için dalga aktarımları kullanılır (bkz. Şekil 4.5). Dalga iletimi sert bir sabit elemandan oluşur - bir dişli 1
iç dişli, dişli muhafazasına göre hareketsiz; esnek eleman - dış dişlere sahip ince duvarlı elastik dişli 2
çıkış miline bağlı; dalga üreteci - kam 3
İki (veya daha fazla) noktada sabit bir elemanla bağlantı çiftleri oluşana kadar esnek bir elemanı geren eksantrik veya başka bir mekanizma. Esnek tekerleğin diş sayısı birkaçtır daha az sayı Sabit elemanın dişleri.
Dalga dişli iletiminin çalışma prensibi Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.6. Örneğin, esnek bir tekerleğin diş sayısı 200, sabit eleman 202 ise ve iki dalga iletimi varsa (dalga üretecinde iki çıkıntı), jeneratör saat yönünde döndüğünde, çarkın ilk dişi esnek tekerlek, sert olanın birinci boşluğuna, ikincisi ikinciye vb. girecektir. iki yüzüncü dişe ve iki yüzüncü boşluğa kadar. Bir sonraki devirde, esnek tekerleğin ilk dişi iki yüz birinci boşluğa, ikincisi iki yüz ikinciye ve üçüncü dişi sert tekerleğin ilk boşluğuna girecektir. Böylece, birinde tam dönüş Dalga üretecinde esnek tekerlek, sert olana göre yalnızca 2 diş kadar hareket edecektir.
Dalga üreteci milinden esnek tekerlek miline dalga aktarımının dişli oranı şuna eşittir:
burada - sırasıyla sert ve esnek dişlilerin diş sayısı.
Bu tür dişli kutularının ana dezavantajı düşük verimliliktir. (%70...80'den fazla değil) ve ayrıca yüksek gereksinimlerÜretimin hassasiyetine ve kullanılan malzemelerin özelliklerine.
Sonsuz dişli
Sonsuz dişli, kesişen (genellikle karşılıklı olarak dik) miller arasında dönüşü iletmek için kullanılan bir mekanizmadır. Solucan döndüğünde 1
(Şekil 4.7) dönüşleri dişli dişlerine sorunsuz bir şekilde geçer 2
ve ikincisini rotasyona getirin.
Bir sonsuz dişlinin tahrik bağlantısı bir sonsuz dişlidir ve tahrik edilen bağlantı bir sonsuz dişli çarkıdır. Ayırt edici özellik sonsuz dişli, kendiliğinden kilitleme etkisinin varlığıdır, yani. tekerlekten solucana ters güç aktarımının imkansızlığı.
Sonsuz dişlinin dişli oranı, sonsuz geçiş sayısına bağlıdır:
| üzerinde | |||
ve tekerlek dişlerinin sayısı
Sonsuz dişlilerin ana dezavantajı düşük verimlilikleridir. – %70...80. Bu nedenle, genellikle 50 kW'a kadar, daha az sıklıkla 200 kW'a kadar küçük ve orta güçlerin iletilmesi için kullanılırlar.
Esnek şanzımanlar
Esnek dişliler, dönme hareketini iletmek ve dönme hareketini öteleme hareketine (veya tam tersi) dönüştürmek için tasarlanmıştır. Esnek şanzımanlar kayış, zincir ve kabloyu içerir.
Kayış tahrikleri
Sürtünme kuvvetleri (dişli kayışlar için - kavrama kuvvetleri) nedeniyle esnek bir eleman (kayış) kullanarak dönüşü iletme mekanizmasına kayış tahriki denir. Kayış tahriki (bkz. Şekil 4.8) bir tahrikten oluşur 1 ve köle 2 kasnaklar ve üzerlerine takılan kayış 3 . Mekanizma ayrıca bir gerdirme cihazı da içerebilir 4 ve çit (Şekil 4.8'de gösterilmemiştir).
Dişli oranı Tahrik edilen ve tahrik eden kasnakların çaplarının oranı ile belirlenir ve kural olarak kayışın kasnaklar boyunca elastik kayması dikkate alınır.
, (4.16)
genellikle şu saatte alınır.
Yeterlik kayış tahriki %90...95'tir
Başlıca avantajları şunlardır: yüksek hızlar, düzgün ve sessiz çalışma, tasarım basitliği ve düşük maliyetli. Kayış aktarımının dezavantajları şunlardır: millere ve desteklere etki eden önemli kuvvetler, aktarım oranının değişkenliği ve kayışların kısa hizmet ömrü.
Zincir iletimi
Zincirli tahrik (Şekil 4.9), içinden kapalı bir tahrik zincirinin atıldığı, şaftlara sağlam bir şekilde tutturulmuş dişli çarkları kullanarak paralel şaftlar arasında dönüşü iletmek için bir mekanizmadır.
Zincir tahrikinin dişli oranı, tahrik edilen ve tahrik dişlilerinin diş sayısının oranı ile belirlenir.
ortalama sürat zincir bağımlılıkla belirlenir
Nerede R– zincir adımı, mm.
Zincir tahrikleri evrensel, basit ve ekonomiktir. Dişli tahriklerle karşılaştırıldığında, şaftların konumlarındaki yanlışlıklara ve şok yüklere karşı daha az hassastırlar, neredeyse sınırsız merkezden merkeze mesafeye izin verirler ve daha basit bir düzen sağlarlar. Kayışlı tahriklerle karşılaştırıldığında, aşağıdaki avantajlarla karakterize edilirler: ön gerilimin olmaması ve ilgili ek yükler miller ve yataklar üzerinde; hem yüksek hem de düşük hızlarda yüksek güç aktarımı; tatmin edici performansı yüksek seviyede tutmak ve Düşük sıcaklık; Bağlantıları kaldırarak veya ekleyerek herhangi bir tasarım değişikliğine uyum sağlama.
Zincirli tahriklerin dezavantajları şunları içerir: dişli dişlerinin sayısı azaldıkça ve bakla adımı arttıkça artan düzensiz çalışma; yanlış tasarım seçimi, dikkatsiz kurulum ve yetersiz bakım nedeniyle artan gürültü ve zincir aşınması; zincir aşındıkça boştaki dalın yağlanması ve sarkmasının ortadan kaldırılması ihtiyacı.
Kablo iletimi
Kablolu iletimde, bağlantılar (tahrik) arasında dönme hareketinin öteleme hareketine ve bunun tersinin dönüşümü 1
ve köle 2
) bir kablo kullanılarak gerçekleştirilir 3
(Şekil 4.10). Kablolar çelik telden (genellikle galvanizli) yapılır.
Bir kablo iletiminin çalışması sırasında, kablonun tek tek telleri gerilmeye, bükülmeye, burulmaya ve ezilmeye maruz kalır. Kablodaki eğilme gerilmesinin sınırlandırılması koşulundan duruma göre makaraların minimum çapı bulunur.
, (4.19)
A) ve döner vida somunu (Şek. 4.11, B). Ana aktarım elemanları şunlardır: vida 1 ve fındık 2 .
Verimliliği artırmak için kayan bir çift halinde. Sürtünme kayıplarını azaltmak için bu elemanların arasına çelik bilyalar yerleştirilir 3
. Vida (somun) döndüğünde bilyalar vida boyunca yuvarlanır. vida yüzeyleri vidayı ve somunu kullanın ve dönüşü vidadan somuna veya somundan vidaya iletin. Bilyaların hareket hızı vida ve somunun hızından farklıdır, bu nedenle bilyaların sürekli dolaşımını sağlamak için ipliğin çalışma kısmının uçları bir geri dönüş kanalı ile bağlanır.
Vida-somun aktarım oranı şu şekilde belirlenir: m -1:
, , (4.21)
Neresi doğrusal hız vida (somun) bağımlılığına göre hesaplanabilir
, (4.22)
Nerede R– iplik adımı, mm; İle– iş parçacığı başlangıç sayısı.
Endüstriyel olarak üretilen vidalı somunlu dişlilerde dişli oranı 300…2000 .
Yeterlik yuvarlanan vida somunu aktarımı 0,85...0,95'tir ve kayar vida somunu 0,25...0,6'dır.
Şanzımanın avantajı yüksek hareket hassasiyeti ve düşük metal tüketimidir. Dezavantajı düşük verimliliktir. kayar dişlilerde ve döner dişli imalatının karmaşıklığında.
1. Hareket dönüştürücüler için bir tanım oluşturun. Hangi mekanik şanzımanlar Hareket dönüştürücüleri biliyor musunuz? Mekanik şanzımanların temel özelliklerini adlandırın.
2. Bildiğiniz tüm mekanik şanzımanların temel avantajlarını ve dezavantajlarını hatırlayın.
3. Ana dişli türlerini listeleyin. Planet dişlinin çalışma prensibini açıklayınız.
4. Sonsuz dişlinin kendi kendini kilitleme etkisi nedir?
Hareketler ve seslerden oluşan bir dünyada yaşadığımız için dalgalar bizi her yerde çevreliyor. Dalga sürecinin doğası nedir, dalga süreçleri teorisinin özü nedir? Buna deneysel örnekler kullanarak bakalım.
Fizikte dalga kavramı
Birçok süreç için ortak bir kavram, sesin varlığıdır. Tanım gereği ses, hızlı hareketlerin sonucudur. salınım hareketleriİşitme organlarımız tarafından algılanan hava veya başka ortamlar tarafından oluşturulanlar. Bu tanımı bilerek “dalga süreci” kavramını ele almaya devam edebiliriz. Bu fenomeni açıkça incelememize olanak tanıyan bir dizi deney var.
Fizikte incelenen dalga süreçleri, kullanıldığında radyo dalgaları, ses dalgaları, sıkıştırma dalgaları şeklinde gözlemlenebilir. ses telleri. Havaya yayıldılar.
İçin görsel çözünürlüklü kavramlar bir su birikintisine taş atar ve etkilerin yayılmasını karakterize eder. Bu bir örnektir. Bir sıvının yükselip alçalması nedeniyle oluşur.
Akustik
“Akustik” adı verilen bir bölümün tamamı fizikte sesin özelliklerinin incelenmesine ayrılmıştır. Neyi karakterize ettiğini bulalım. Henüz her şeyin netleşmediği olgulara ve süreçlere, hâlâ çözülmeyi bekleyen sorunlara odaklanalım.
Akustik, fiziğin diğer dalları gibi hala birçok özelliğe sahiptir. çözülmemiş gizemler. Henüz keşfedilmediler. Akustikte dalga sürecini ele alalım.
Ses
Bu kavram, ortamın parçacıkları tarafından üretilen varlıkla ilişkilidir. Ses, dalgaların oluşumuyla ilişkili bir dizi salınımlı süreçtir. Sıkıştırma ve seyrekleşme ortamında oluşum sürecinde bir dalga süreci ortaya çıkar.
Dalga boyu göstergeleri salınımlı süreçlerin gerçekleştiği ortamın yapısına bağlıdır. Doğada meydana gelen hemen hemen tüm olaylar, ortamda yayılan ses titreşimlerinin ve ses dalgalarının varlığıyla ilişkilidir.
Doğadaki dalga sürecini belirleme örnekleri
Bu hareketler dalga süreci olgusu hakkında bilgi verebilir. Yüksek frekans ses dalgalarıörneğin bir volkanik patlama meydana geldiğinde binlerce kilometreye yayılabilir.
Deprem sırasında özel ses alıcıları ile kaydedilebilen güçlü akustik ve jeoakustik titreşimler meydana gelir.
Sualtı depremi sırasında ilginç ve korkunç fenomen- tsunami, yani dev dalga Elementlerin güçlü yer altı veya su altı tezahürleri sırasında ortaya çıkan.
Akustik sayesinde bir tsunaminin yaklaştığı bilgisini alabilirsiniz. Bu olayların çoğu uzun zamandır bilinmektedir. Ancak yine de bazı fizik kavramları dikkatli çalışmayı gerektirir. Bu nedenle henüz çözülmemiş gizemleri keşfetmek için kurtarmaya ses dalgaları gelir.
Tektonik teori
18. yüzyılda “felaket hipotezi” doğdu. O zamanlar “unsur” ve “düzenlilik” kavramları birbiriyle bağlantılı değildi. Daha sonra dünya okyanuslarının dibinin yaşının karalara göre çok daha genç olduğunu ve bu yüzeyin sürekli yenilendiğini keşfettiler.
İşte bu dönemde, dünyaya yeni bir bakış açısı sayesinde, çılgın hipotez, yer kabuğunun hareket ettiğini ve gökkubbenin yüzdüğünü ifade eden "Litosfer Levha Tektoniği" teorisine dönüştü. Bu süreç sonsuz bir buz sürüklenmesinin hareketine benzer.
Tanımlanan süreci anlamak için kendinizi stereotiplerden kurtarmak önemlidir. alışılmış görüşler, diğer varlık türlerini gerçekleştirmek.
Bilimde daha fazla ilerleme
Dünyadaki jeolojik yaşamın kendine ait bir zamanı ve madde durumu vardır. Bilim benzerliği yeniden yaratmayı başardı. Okyanusun dibinde sürekli bir hareket vardır; bu sırada dünyanın derinliklerinden yeni madde yüzeye çıkıp yavaş yavaş soğuduğunda kopmalar ve yarık sırtları oluşur.
Şu anda, yüzeydeyken karada süreçler meydana geliyor yer mantosu litosferin yüzen devasa plakaları - kıtaları ve deniz tabanını taşıyan dünyanın üst taş kabuğu.
Bu tür yaklaşık on tane plaka var. Manto huzursuz, bu yüzden litosferik plakalar hareket etmeye başlayın. İÇİNDE laboratuvar koşulları süreç zarif bir deneyim görünümüne sahiptir.
Doğada bu, jeolojik bir felaketle - depremle tehdit ediyor. Bunun nedeni, dünyanın derinliklerinde meydana gelen küresel konveksiyon süreçleridir. Kaynamanın sonucu bir tsunami olacak.
Japonya
Dünyanın sismik açıdan tehlikeli diğer bölgeleri arasında Japonya özel bir yere sahiptir; bu adalar zincirine "ateş kuşağı" adı verilmektedir.
Dünya yüzeyinin nefes almasını yakından izleyerek yaklaşmakta olan felaketi tahmin etmek mümkündür. Salınımlı süreçleri incelemek için dünyanın kalınlığına ultra derin bir sondaj kulesi yerleştirildi. 12 km derinliğe nüfuz etti ve bilim adamlarının yeryüzündeki belirli kayaların varlığı hakkında sonuç çıkarmasına olanak sağladı.
9. sınıf fizik derslerinde elektromanyetik dalganın hızı işleniyor. Ağırlıkların yer aldığı bir deney gösteriyorlar eşit mesafe birbirinden. Her zamanki tipte aynı yaylarla bağlanırlar.
İlk ağırlığı sağa doğru belli bir mesafe hareket ettirirseniz, ikincisi bir süre aynı pozisyonda kalır, ancak yay zaten sıkışmaya başlar.
"Dalga" tanımı
Böyle bir işlem gerçekleştiği için ikinci ağırlığı itecek elastik bir kuvvet ortaya çıkmıştır. Hızlanacak, bir süre sonra hızlanacak, bu yönde hareket edecek ve yayı ikinci ve üçüncü ağırlıklar arasında sıkıştıracaktır. Buna karşılık üçüncüsü hızlanma alacak, hızlanmaya başlayacak, kaymaya başlayacak ve dördüncü yayı etkileyecektir. Ve böylece süreç sistemin tüm öğelerinde gerçekleşecektir.
Bu durumda ikinci yükün yer değiştirmesi birinciye göre daha geç gerçekleşecektir. Sonuç her zaman nedenin gerisinde kalır.
Ayrıca ikinci yükün yer değiştirmesi üçüncü yükün yer değiştirmesini gerektirecektir. Bu süreç sağa doğru yayılma eğilimindedir.
İlk yük salınmaya başlarsa harmonik kanunu, daha sonra bu süreç ikinci ağırlığa yayılacaktır, ancak gecikmiş bir reaksiyonla. Dolayısıyla ilk ağırlığın salınımını yaparsanız zamanla uzaya yayılacak bir salınım elde edebilirsiniz. Bu bir dalganın tanımıdır.
Dalga türleri
Atomlardan oluşan bir madde hayal edelim, bunlar:
- deneyde önerilen ağırlıklara benzer bir kütleye sahip;
- bir katı oluşturmak için bir araya gelmek Kimyasal bağlar(bir yay ile yapılan deneyde dikkate alındığı gibi).
Demek ki madde, tecrübeden elde edilen bir modele benzeyen bir sistemdir. Yayılabilir. Bu süreç elastik kuvvetlerin ortaya çıkmasıyla ilişkilidir. Bu tür dalgalara genellikle "elastik" denir.
İki tür elastik dalga vardır. Bunları belirlemek için uzun bir yayı alıp bir tarafa sabitleyebilir ve sağa doğru uzatabilirsiniz. Bu şekilde dalga yayılma yönünün yay boyunca olduğunu görebilirsiniz. Ortamın parçacıkları aynı yönde hareket eder.
Böyle bir dalgada parçacıkların titreşim yönünün doğası, dalganın yayılma yönü ile örtüşür. Bu kavram"boyuna dalga" denir.
Bir yayı uzatıp dinlenmesine izin verirseniz ve sonra aniden dikey yönde konumunu değiştirirseniz, dalganın yay boyunca yayıldığını ve birçok kez yansıdığını göreceksiniz.
Ancak parçacık salınımının yönü artık dikey, dalga yayılımı ise yataydır. Bu enine bir dalgadır. Yalnızca içinde var olabilir katılar.
Elektromanyetik dalga hızı farklı şekiller farklı. Sismologlar bu özelliği deprem kaynaklarına olan mesafeyi belirlemek için başarıyla kullanırlar.
Bir dalga yayıldığında, parçacıklar boyunca veya karşısında salınır, ancak buna maddenin aktarımı değil, yalnızca hareket eşlik eder. Bu, 9. sınıf Fizik ders kitabında belirtilmiştir.
Dalga denkleminin özellikleri
Dalga denklemi fizik- bir tür doğrusal hiperbolik diferansiyel denklem. Hesaplamalarda kullanılan denklemlerden teorik olanın kapsadığı diğer alanlar için de kullanılır. matematiksel fizik. Özellikle tarif ediyorlar yerçekimi dalgaları. Süreçleri tanımlamak için kullanılır:
- akustikte kural olarak doğrusal tip;
- elektrodinamikte.
Homojen bir dalga denkleminin çok boyutlu durumu için hesaplamada dalga süreçleri görüntülenir.
Dalga ve salınım arasındaki fark
Olağanüstü keşifler sıradan bir olguyu düşünmekle elde edilir. Galileo zaman standardı olarak kendi kalp atışını kullandı. Böylece, mekaniğin temel ilkelerinden biri olan sarkacın salınım sürecinin sabitliği keşfedildi. Kesinlikle sadece matematiksel sarkaç- aşağıdakilerle karakterize edilen ideal bir salınım sistemi:
Bir sistemi dengeden çıkarmak için salınımların oluşmasına yönelik bir koşul gereklidir. Bu durumda belli bir enerji iletilir. Çeşitli salınım sistemleri gerekli Farklı türde enerji.
Salınım, belirli zaman aralıklarında bir sistemin hareketlerinin veya durumlarının sürekli tekrarlanmasıyla karakterize edilen bir süreçtir. Görsel gösteri salınım süreci sallanan sarkacın bir örneğidir.
Salınım ve dalga süreçleri hemen hemen hepsinde gözlenir doğal olaylar.
Dalga, uzayda yayılan ortamın durumunu bozma veya değiştirme işlevine sahiptir. enerji taşımak maddeyi aktarmaya gerek kalmadan. Bu ayırt edici özellik Dalga süreçleri fizikte uzun süredir incelenmektedir. Araştırma yaparken dalga boyunu izole edebilirsiniz.
Ses dalgaları her alanda var olabilir; yalnızca boşlukta var olmazlar. Özel özellikler elektromanyetik dalgalara sahiptir. Boşlukta bile her yerde var olabilirler.
Bir dalganın enerjisi onun genliğine bağlıdır. Bir kaynaktan yayılan dairesel bir dalga, enerjiyi uzayda dağıtır, dolayısıyla genliği hızla azalır.
Doğrusal bir dalganın ilginç özellikleri vardır. Enerjisi uzayda dağılmaz, dolayısıyla bu tür dalgaların genliği yalnızca sürtünme kuvveti nedeniyle azalır.
Dalga yayılımının yönü, dalga cephesine dik olan ışın çizgileri ile gösterilir.
Gelen ışın ile normal arasındaki açı, normal ile yansıyan ışın arasındadır - yansıma açısıdır. Bu açıların eşitliği, engelin dalga cephesine göre herhangi bir konumunda korunur.
Bir yönde hareket eden dalgalar karşılaştığında zıt yönler duran bir dalga oluşabilir.
Sonuçlar
Komşu düğümler arasındaki ortamın parçacıkları durağan dalga aynı fazda salınır. Bunlar, kaydedilen dalga sürecinin parametreleridir. dalga denklemleri. Dalgalar karşılaştığında genliklerinde hem artış hem de azalma gözlemlenebilir.
Dalga sürecinin temel özelliklerini bilerek, belirli bir noktada ortaya çıkan dalganın genliğini belirlemek mümkündür. Birinci ve ikinci kaynaklardan gelen dalganın bu noktaya hangi aşamada geleceğini tespit edelim. Üstelik aşamalar zıttır.
Vuruş farkı ise tek sayı yarım dalgalar, bu noktada ortaya çıkan dalganın genliği minimum olacaktır. Yol farkı sıfır veya tam sayıda dalga boyu ise, buluşma noktasında ortaya çıkan dalganın genliğinde bir artış gözlemlenecektir. Bu, iki kaynaktan gelen dalgaların eklendiği zamandır.
Sıklık elektromanyetik dalgalar sabitlenmiş modern teknoloji. Alıcı cihazın zayıf elektromanyetik dalgaları algılaması gerekir. Reflektör takarsanız alıcıya daha fazla dalga enerjisi girecektir. Reflektör sistemi alıcı cihazda maksimum sinyali oluşturacak şekilde monte edilir.
Dalga sürecinin özellikleri altta yatan modern fikirler Işığın doğası ve maddenin yapısı hakkında. Böylece 9. sınıf fizik ders kitabını kullanarak bunları incelerken mekanik alanındaki problemleri çözmeyi başarıyla öğrenebilirsiniz.
Bu bölümde yeni bir olguyu, dalgaları tartışacağız. Dalgalar genellikle fizikte çokça tartışılır ve dikkatimizi bu konu üzerinde yoğunlaştırmalıyız çünkü sadece dalgaları ele alacağız. özel örnek dalgalar - ses - ama aynı zamanda dalga süreçlerinin fiziğin tüm alanlarında çok sayıda başka uygulamaları olması nedeniyle.
Harmonik osilatörü incelerken, hem mekanik salınımlı sistemlerin hem de elektrikli olanların örneklerinin olduğunu zaten belirtmiştik. Dalgalar salınım sistemleriyle yakından ilişkilidir, ancak dalga hareketi yalnızca salınım değildir. bu yer zamana bağlı ama aynı zamanda uzaydaki harekete de bağlı.
Aslında dalgaları zaten inceledik. Hakkında konuştuğumuzda dalga özellikleriışık, döndük Özel dikkat aynı frekanstaki dalgaların uzaysal girişimine çeşitli kaynaklar farklı yerlerde bulunur. İki tane daha var önemli olaylar Bahsetmediğimiz ve hem ışığın, yani elektromanyetik dalgaların hem de diğer herhangi bir dalga hareketi biçiminin karakteristiği olan. Bunlardan ilki girişim olgusudur ama uzayda değil, zamanda. Aynı anda iki kaynaktan gelen sesleri dinlediğimizde ve frekansları biraz farklı olduğunda, ya her iki dalganın tepelerini ya da bir dalganın tepesini ve diğerinin çukurunu alırız (Şekil 47.1). Zamanla ses artar ya da azalır, vuruşlar olur, yani parazit oluşur. İkinci olgu, dalgaların bir duvardan veya diğer duvardan yansıdığı kapalı bir hacimdeki dalga hareketidir.
İncir. 47.1. Biraz farklı frekanslara sahip iki kaynaktan gelen sesin zamanla karışması vuruşlarla sonuçlanır.
Tüm bu etkiler elbette elektromanyetik dalgalar örneği kullanılarak düşünülebilir. Bunu bir örnekte hissetmeyeceğimiz için yapmadık. genelçeşitli süreçlerin karakteristik fenomenleri. Elektrodinamik çerçevesi dışındaki dalga kavramının genelliğini vurgulamak için burada başka bir örneği ele alacağız: ses dalgaları.
Başka bir örnek daha var - kıyıya doğru akan deniz dalgaları veya küçük su dalgaları. Ek olarak, katılarda iki tür elastik dalga vardır: cismin parçacıklarının dalga yayılımı yönünde ileri geri salındığı sıkıştırma dalgaları (veya uzunlamasına dalgalar) ( ses titreşimleri tam olarak bu tür gazlarda) ve enine dalgalar Bir cismin parçacıkları dalganın hareket yönüne dik olarak salındığında. Depremler sırasında yer kabuğunun bir bölümünün hareketi sonucu, elastik dalgalar her iki tür de.
Ve son olarak, bize şunu sağlayan başka bir dalga türü daha var: modern fizik. Bunlar, belirli bir yerde bir parçacık bulma olasılığının genliğini belirleyen dalgalardır - daha önce bahsettiğimiz "madde dalgaları". Frekansları enerjiyle, dalga sayıları ise momentumla orantılıdır. Bu dalgalar kuantum mekaniğinde bulunur.
Bu bölümde yalnızca hızı dalga boyuna bağlı olmayan dalgaları ele alacağız. Bu tür dalgalara bir örnek, ışığın boşlukta yayılmasıdır. Bu durumda ışığın hızı radyo dalgaları, mavi ve yeşil ışık ve genel olarak herhangi bir dalga boyundaki ışık için aynıdır. Bu nedenle dalga olayını tanımlarken ilk başta dalga yayılımı gerçeğini fark etmedik. Bunun yerine, eğer belli bir noktaya bir yük aktarırsak, o zaman belli bir mesafedeki elektrik alanın, yükün ivmesiyle orantılı olacağını ama o andaki değil, zamanın daha önceki bir anında olacağını söyledik. Bu nedenle dağıtım Elektrik alanıŞekil 2'de gösterilen, zamanın bir noktasında uzayda. 47.2, bir süre sonra mesafe kat edecek. Matematiksel olarak ifade edersek, ele aldığımız tek boyutlu durumda elektrik alanının bir fonksiyonu olduğunu söyleyebiliriz. Bundan, yalnızca 'nin bir fonksiyonu olduğu ortaya çıktığında açıktır. Daha fazlasını alırsak geç an zamanla biraz arttırıp aynı alan değerini elde ederiz. Örneğin, alanın maksimumu şu anda ve zamanda meydana gelirse, o zaman maksimumun zamandaki konumu eşitlikten bulunur.
Böyle bir fonksiyonun dalga yayılımına karşılık geldiğini görüyoruz.
Yani fonksiyon dalgayı tanımlar. Kısaca söylenenlerin hepsini şöyle yazabiliriz:
Eğer . Tabii ki, Şekil 2'de gösterildiği gibi kaynağın sağa doğru olmayan dalgalar yayması durumunda başka bir olasılık da vardır. 47.2 ve sola, böylece dalgalar negatif olanlara doğru hareket edecek. Daha sonra dalganın yayılması fonksiyonla açıklanacaktır.
İncir. 47.2. Elektrik alanın belirli bir zamanda (a) ve belirli bir süre sonra (b) elektrik alanının yaklaşık dağılımı.
Aynı zamanda birkaç dalganın aynı anda uzayda hareket etmesi ve elektrik alanının tüm alanların toplamı olması ve hepsinin bağımsız olarak yayılması da mümkündür. Elektrik alanlarının bu özelliği şu şekilde ifade edilebilir: bir dalgaya ve a'nın diğerine karşılık gelmesine izin verin, o zaman bunların toplamı da belirli bir dalgayı tanımlar. Bu ifadeye süperpozisyon ilkesi denir. Bu aynı zamanda ses dalgaları için de geçerlidir.
Seslerin kaynağın yaratılma sırasına göre algılandığını çok iyi biliyoruz. Farzedelim yüksek frekanslar alçak seslerden daha hızlı yayılıyor, müzik sesi yerine keskin ve ani bir ses duyuyorduk. Benzer şekilde, eğer kırmızı ışık mavi ışıktan daha hızlı hareket ediyor olsaydı, beyaz ışığın parıltısı önce kırmızı, sonra beyaz ve en sonunda da mavi renkte görünürdü. Aslında bunun böyle olmadığını çok iyi biliyoruz. Hem ses hem de ışık havada neredeyse frekanstan bağımsız hızlarda hareket eder. Bu prensibin uygulanmadığı dalga hareketi örnekleri Bölüm'de tartışılacaktır. 48.
Işık (elektromanyetik dalgalar) için, belirli bir noktadaki yük hızlandırıldığında ortaya çıkan elektrik alanını belirleyen bir formül elde ettik. Görünüşe göre şimdi bizim için geriye kalan tek şey havanın bazı özelliklerini, örneğin basınç değerini benzer şekilde belirlemek. verilen mesafe kaynağın hareketi yoluyla kaynaktan uzaklaştırın ve sesin yayılmasındaki gecikmeyi hesaba katın.
Işık durumunda bu yaklaşım kabul edilebilirdi, çünkü tüm bilgimiz bir yerdeki yükün başka bir yerdeki yüke bir miktar kuvvetle etki ettiği gerçeğine dayanıyordu. Etkileşimin bir noktadan diğerine yayılmasının ayrıntıları tamamen önemsizdi. Ancak bildiğimiz gibi ses, havada bir kaynaktan kulağa doğru ilerler ve herhangi bir anda hava basıncının ne olduğunu sormak doğaldır. Ayrıca havanın tam olarak nasıl hareket ettiğini bilmek istiyorum.
Elektrik söz konusu olduğunda, elektrik yasalarını henüz incelemediğimiz için kurala inanabilirdik, ancak ses için durum böyle değil. Ses basıncının havada yayılmasını belirleyen yasayı formüle etmek bizim için yeterli değildir; bu sürecin mekanik kanunları temel alınarak açıklanması gerekir. Kısacası ses mekaniğin bir parçasıdır ve Newton yasalarıyla açıklanmalıdır. Sesin bir noktadan diğerine yayılması, eğer ses bir gaz içinde yayılıyorsa gazların mekaniğinin ve özelliklerinin veya ses bu ortamlardan geçiyorsa sıvıların ve katıların özelliklerinin bir sonucudur. Daha sonra ışığın özelliklerini ve dalga hareketini elektrodinamik yasalarından da çıkaracağız.
Dalga enerjisi, enerjinin elde edilmesiyle ilişkili bir enerji dalıdır. deniz dalgaları. Ortaya çıkan enerji tuzdan arındırma, su pompalama ve elektrik üretimi için kullanılabilir.
Deniz dalgalarından enerji elde edecek bir cihazın ilk patenti 1799 yılında Paris'te yayınlandı. İlk dalga enerjisi yakalama cihazı 1910 yılında burada inşa edildi.
Dalga enerjisi 1973 petrol krizi sırasında özel ilgi gördü. Yeni cihazların geliştirilmesi Norveçli bilim adamları tarafından gerçekleştirildi. Teknoloji Enstitüsü, Bristol Üniversitesi ve Lancaster Üniversitesi.
Petrol fiyatları istikrara kavuştuktan sonra araştırma fonları azaldı.
İlk deneysel dalga santrali Portekiz'de inşa edildi ve yaklaşık 2 MW kapasiteye sahip.
Santralin ana elemanları, dalgaların etkisi altında bükülen üç Pelamis P-750 dönüştürücüsüdür. Özel pistonlar, elektrik jeneratörlerini çalıştıran hidrolik motorlara yağ sağlar.
Gelecekte santralin yeni konvertörlerin inşası yoluyla genişletilmesi planlanıyor.
Bilim adamlarına göre dünyadaki dalga enerjisinin toplam potansiyeli yaklaşık 2 TW'dir. En umut verici olanlar: Batı Kıyısı Avrupa, Avustralya, Yeni Zelanda, Kuzey Kıyısı Büyük Britanya. Ayrıca Kuzey ve Güney Amerika'nın bazı kıyıları.
Dalga enerjisi kullanımının yol açabileceği sorunlar araştırılmaktadır. Dalga enerjisi olabilir Negatif etki Yerel flora ve fauna hakkında. Ayrıca dalga dönüştürücüler Balıkçılığı olumsuz yönde etkileyebilecek gürültüye neden olur.
Dalga elektriği üretmek için çeşitli dönüştürücüler kullanılır, işte bunlardan bazıları:
Pasifik Kuzeybatı Kooperatifi, Oregon'da şamandıra tabanlı bir dalga parkını finanse ediyor. Şamandıranın dalgalardan kaynaklanan titreşimleri özel bir jeneratöre iletilir. Elektrik su altı iletim hattı kullanılarak iletilir. Şamandıralar kıyıdan 8 mil uzağa kurulacak şekilde tasarlanmıştır..
Finlandiya'da WaveRoller dönüştürücülere sahip bir dalga elektrik santrali inşa edildi. Çapalı küçük sallardır. Dalgaların etkisi altında sallanarak enerjiyi pistonlu pompaya aktarırlar.
Danimarka'da Dragon tipi dönüştürücülere sahip bir enerji santrali 2003 yılında inşa edildi. Onlar temsil eder yapay rezervuarlar okyanusun ortasında, su seviyesinin üzerinde yer alır. Yer çekimi etkisi altında geri dönen su, hidrolik türbinlerden geçer.
Günümüzde dalga enerjisi bazı ülkeler tarafından geliştirilmektedir.
