Скачать 146.47 Kb.
|
ГБОУ города Москвы Гимназия №1505 «Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория» Реферат по физике Космический лифт в произведении Артура Кларка «Фонтаны Рая» Автор: ученика 9 класса «А» Харламова Даниила Руководитель: Ветюков Д.А. Москва 2013 Содержание Введение Актуальность. Фонтаны рая (The Fountains of Paradise) – научно-фантастический роман Артура Кларка (1978 г.), посвященный идее строительства космического лифта. Действия происходят в XXII веке на несуществующем острове Тапробан, который, как указывает автор в предисловии, на 90% соответствует острову Цейлон (Шри-Ланка). В географию острова автор внес 3 существенных изменения:
Космический лифт не совсем понятное словосочетание, казалось бы, относящееся исключительно к разряду фантастики, но, как известно, не редко фантасты предсказывали появление изобретений не своего века, а гораздо более поздние. В таком случае космический лифт можно рассматривать, как еще не воплощенную, но имеющею возможность стать таковой технологию. В романе А. Кларка «Фонтаны Рая» устройство космического лифта описано очень подробно, с техническими характеристиками и вероятными проблемами. Опираясь на данный роман, а также современные знания человека в области физики и технологии, можно предположить, возможно ли создание такого сооружения. Разработанность темы. Кто что писал об этом романе и этой идее? ли похожие реальные разработки? Объект: космический лифт. Предмет: технические характеристики космического лифта, его физическая возможность и целесообразность. Цель исследования: Изучение реалистичности создания космического лифта. Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:
Гипотеза: Создание космического лифта нереалистично, но целесообразно. Структура работы. Реферат состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. В первой главе описываются технические характеристики космического лифта и материала используемого при постройке по А. Кларку. Во второй главе описываются современные материалы, которые могут быть использованы для строительства лифта. Список литературы состоит из одного научно-фантастического произведения. Основная часть 1 глава В первой главе я расскажу о технических характеристиках лифта и используемого при его постройке материала на основании текста произведения А. Кларка «Фонтаны Рая». 1.1 Начнем с технических характеристик материала используемого для построения троса космического лифта: «…Но вы не видите нить потому, что ее толщина не превышает нескольких микрон. Она тоньше самой тонкой паутинки. –Невероятно! –Это результат двухсотлетнего развития физики твердого тела – псевдоодномерный алмазный кристалл. Правда, это не абсолютно чистый углерод, тут есть дозированные микровключения некоторых элементов. Массовое производство таких нитей возможно лишь на орбитальных промышленных комплексах, где нет тяжести, мешающей росту кристалла.<…> Она с легкостью поднимает двухсоткилограммовый груз». Из данного отрывка следует, что используемый материал состоит в основном из углеродных соединений и имеет предельную прочность растяжения в несколько десятков раз больше предельной прочности стали. Данный материал по описанию похож на существующие на данный момент одностенные углеродные нанотрубки, имеющие предельную прочность растяжения примерно 39 ГПа1 при предельной прочности растяжения самых крепких сортов стали примерно 1,5 Гпа. Подробнее на сравнении псевдоодномерного алмазного кристалла и углеродных нанотрубок я остановлюсь во второй главе. 1.2 Технические характеристики лифта: 1.2.1 «…Вы должны строить одновременно вверх и вниз, чтобы центр тяжести сооружения оставался в стационарной точке. Если удержать равновесие не удастся, сооружение изменит свою орбиту и начнет медленно перемещаться вдоль экватора.<…> Общая высота башни должна составлять не менее сорока тысяч километров, причем наиболее опасна нижняя сотня километров, проходящая в плотных слоях атмосферы. Здесь следует бояться ураганов. Башня не будет устойчивой, пока ее надежно не прикрепят к земле». 1.2.2 «Теперь мы проектируем пустую прямоугольную башню с рельсами вдоль каждой грани. Представьте себе четыре вертикальных железнодорожных пути. На орбите каждый такой путь будет шириной в сорок метров, постепенно, к Земле, он сузится до двадцати.<…> Еще у нас есть башня, идущая вверх, от синхронной орбиты к противовесу, который держит всю систему. А ниже синхронной орбиты, на высоте двадцати пяти тысяч километров, разместится станция «Центральная» – транзитный пункт, мощная электростанция и центр управления». 1.2.3 «Поперечное сечение башни в обоих противоположных направлениях постепенно уменьшалось». 1.2.4 «Конечная станция «Верх», где пассажиров и грузы примут состыкованные с башней космические корабли, сама по себе очень непростое сооружение. То же самое относится к станциям «Центральная» и «Земля», которую сейчас выжигают лазерами в сердце священной горы». Из этого следует, что лифт состоит из 7 основных частей: станция «Земля», находящаяся на поверхности Земли и закрепляющая нижний конец ленты, станция «Центр» находящаяся на высоте 20-25 тыс. км, на которой расположена мощная электростанция, обеспечивающая энергией центр управления лифтом, центр управления и транзитный пункт, станция «Верх», расположенная на геостационарной орбите Земли (36 тыс. км), являющаяся космическом портом, от куда доставленные грузы и пассажиров забирают космические аппараты с ракетными двигателями, противовес, находящийся на высоте около 40 тыс. км, лента из «псевдоодномерного алмазного кристалла», по которой передвигаются «кабины» лифта. Лифт имеет 4 направляющие для движения по одной на каждой грани, которые имеют максимальную ширину у станции «Верх» и сужающиеся к Земле и противовесу. Станция «Земля» находится не на поверхности «Земли», а внутри горы. 2 Глава Во второй главе я бы хотел рассмотреть современные материалы, которые могут быть применены для создания троса данного сооружения. Рассмотрим в качестве примера сталь, являвшуюся до недавнего времени одним самых прочных материалов, который можно было бы использовать для создания троса космического лифта, и углеродные нанотрубки, открытые совсем недавно и имеющие прочность значительно выше, чем у известных до этого материалов. 2.1 Сначала рассмотрим как возможный материал сталь. Самые крепкие сорта стали имеют максимальную прочность при растяжении 1,5 ГПа. Далее привожу расчеты максимальной высоты троса, который будет выдерживать свой вес. Рассчитать максимальную высоту троса можно по формуле: , где σ – предельная прочность растяжения материала, – ускорение свободного падения, а – плотность.
Из приведенной выше таблицы мы видим, что максимальная высота троса из стали примерно 19,355 км, что говорит о невозможности использования её как материала для создания данного троса. 2.2 Теперь рассмотрим углеродные нанотрубки, предельная прочность которых составляет примерно 39 ГПа. Далее привожу расчеты максимальной высоты троса, который будет выдерживать свой вес.
Из представленной выше таблицы мы видим, что предельная высота троса из углеродных нанотрубок сильно превышает необходимую высоту в 40000 км. Из этого мы можем сделать вывод, что данный материал пригоден для создания троса космического лифта. 3 Глава В третьей главе я бы хотел рассказать о существующих на данный момент проектах по созданию таких построек, как космический лифт. Наиболее известным является проект японской компании Obayashi Corp., также существует конкурс, организованный NASA, по созданию тросов для космического лифта и решению некоторых других проблем. 3.1 Obayashi Corp. сообщают о возможности возведения космического лифта до 2050 года. По предварительному проекту лифт будет иметь общую высоту около 96 тыс. км. На высоте 36 тыс. км будет находиться промежуточная станция, куда будет открыт доступ для туристов, ученые же смогут подняться на полную высоту лифта. Гондола лифта будет перевозить до 30 человек за один раз, а скорость её движения будет составлять порядка 200 км/ч. Таким образом, данный проект имеет существенные различия с лифтом, описанным А. Кларком. Во-первых, высота лифта увеличена практически вдвое в сравнение с 40 тыс.км, описанными Кларком. Во-вторых, скорость гондолы составляет 200 км/ч, по описанию же Кларка данный показатель даже у технических временных гондол составлял 500 км/ч, а у «капсул» для пассажиров – 5000 км/ч. Также Кларк описывает максимальное количество пассажиров в 50 человек против 30 у Obayashi Corp. 3.2 Из-за крайне высокой стоимости ракетного вывода грузов на орбиту, NASA всерьез заинтересовалась постройкой космического лифта. На данный момент NASA проводит конкурс на самый прочный и длинный трос из углеродных нанотрубок и на самый эффективный способ удаленной подзарядки роботов, используемых для движения по тросу. |
Реферат по физике Космический лифт в произведении Артура Кларка «Фонтаны Рая» | Реферат по физике Космический лифт в произведении Артура Кларка «Фонтаны Рая» Артура Кларка (1979 г.), посвященный идее строительства космического лифта. Действия происходят в XXII веке на несуществующем острове... | ||
Гранты стипендиальной программы "Лифт в будущее" Благотворительный фонд "Система" объявил о приеме заявок на участие в очередном стипендиальном конкурсе "Лифт в будущее" | Конкурс стипендий программы "Лифт в будущее" Благотворительный фонд «Система» объявляет новый тур стипендиальной программы «Лифт в будущее» на первый семестр 2013-2014 учебного... | ||
Реферат Многоразовый транспортный космический корабль “Буран” Целью моей работы является сравнение двух мткк: Энергия-Буран и Спейс Шаттл. Для этого в первой главе я пытался разобраться, как... | Реферат в работе проведен сравнительный анализ школьной программы... Создание программы профильного уровня по физике (раздел «Электричество») с использованием современных информационных технологий при... | ||
Реферат по истории на тему «Новейшие военные технологии в ходе обороны Порт-Артура» Александр показал лучшие в Ленинградской области знания по истории и искусству, а также стал призером олимпиады по географии. Он... | Реферат по Геометрии На тему: «Пирамида неопознанный многогранник» М, а над этой плоскостью взята некоторая точка А. Рассмотрим отрезок, одним концом которого является некоторая точка фигуры М, а... | ||
Реферат по физике на тему: «Естественная и искусственная радиоактивность» Сам же реферат я представляю как текст, не сильно выходящий за рамки школьного курса и наиболее понятно, на мой взгляд, объясняющий... | Оборона Порт – Артура продолжалась 157 дней и завершилась А в. И. Ленин и Л. Мартов б п. Б. Струве и П. М. Милюков в в. М. Чернов и Б. В. Савинков | ||
Экзаменационный реферат (штудия) по русской литературе Что-то в этом произведении будет совершенно – своим величием, бездарностью, правдоподобностью. Своим ужасным смыслом, наконец. И... | Сборник задач по физике, А. П. Рымкевич, П. А. Рымкевич. 1983 Для учащихся Рабочая программа составлена на основе сборника нормативных документов по Физике «Приметные программы по физике», Москва, Просвещение,... | ||
Реферат по физике на тему: «Реактивное движение» Заключение стр. 8 | Аннотация к рабочей программе по физике Рабочая программа по физике для 10-11 классов составлена на основе Федерального государственного стандарта среднего общего образования,... | ||
Знания об ударной волне. Данный реферат написан в научно-публицистическом... Реферат может служить, как дополнительное пособие для учащихся. Его целью является расширение знаний школьного курса по изучению... | Реферат Разработаны научно-образовательные материалы для проведения... Создание ним и ном для проведения тестовых занятий по физике (раздел «Электричество») для учащихся специализированных классов средних... |