Многие из нас помнят, как наши родители, бабушки и дедушки бежали к телевизорам, чтобы посмотреть прогноз погоды после выпуска вечерних новостей. Теперь и в наших умных телефонах есть сервисы прогноза погоды. Но важным вопросом является точность такого прогнозирования погодных явлений.
Авторы сообщества Фанерозой: биолог и эколог Евгений Будько, а также руководитель проекта Фанерозой, биолог Ефимов Самир
Не соответствует тематике хабра! Низкий технический материал!
Просим всех людей, кто считает, что Хабр только для программистов, как например человек на скриншоте, ознакомьтесь, пожалуйста, с мнением администрации на этот счёт в комментариях под нашей статьёй о слепнях. Если Вас это не удовлетворит, то, пожалуйста, не тратьте своё время на прочтение данной статьи!
Эта статья абсолютно соответствует тематике всех хабов, в которых она находится (в том числе и коммерческого блога). Не рискуя удивить вечно негодующего и никому не известного ностальгирующего по прошлому критика в комментариях, добавлю, что писать мы можем о чем угодно, если материал качественный и интересен большинству компьютерщиков. И это понятное дело! Поэтому можете сколько угодно называть нас платными авторами, но и обсуждать тогда с платными авторами (только по вашему мнению), а также с коммерческими блогами и с администрацией проблему каких-либо публикаций на хабре, это бороться с ветряными мельницами. Рыцарство это конечно хорошо, но только тогда, когда в этом есть смысл. Но его нет, ибо попытка достучаться до нас в комментариях утонет в этом спойлере и обесценит ваш комментарий.
Помимо того, что данная статья соответствует всем хабам, в которых она находится, отмечу также, что она соответствует и той сложности технического материала, которую требуют от статьи данные хабы. Лучше переходите сразу к прочтению других материалов, которые соответствуют вашим потребительским предпочтениям. Открою вам истину капитана: лента Хабра настраивается так, как захотите вы! Не нравятся наши статьи, читайте те статьи, в которых пишут исключительно по IT! Не портите себе настроения, уважайте мнение других и хорошего Вам дня! Живите дружно!
Повышение точности прогнозирования погодных явлений, землетрясений и извержений вулканов является одной из основных задач в работе учёных и практикующих специалистов. Это связано с тем, что засухи и наводнения, опустошительные бури и морские штормы могут приносить немалые беды человечеству. Наука бионика предлагает взглянуть на живые организмы. Так, с древних времён, за сотни, если не тысячи лет до изобретения барометра, люди отмечали изменения в погоде с помощью определённых эмпирических «предзнаменований». Например, называемая «народная метеорология» была основана на наблюдениях сельских жителей, которые находились среди природы, растений и животных и привыкли распознавать их поведение. Такое прогнозирование основываются на чрезвычайно тонком чутье некоторых животных, которые предчувствуют изменения в атмосфере иногда за 15-20 часов до их начала.
Давайте же окунёмся в мир живых барометров и сейсмографов и узнаем, как живым организмам удаётся с такой точностью предсказывать природные явления.
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Сейсмодатчик на Arduino и ADXL335 своими руками
Иногда говорят: «Профилактика лучше лечения». Это утверждение отлично подходит для событий, вероятность которых довольно высока. Землетрясение, особенно в некоторых сейсмоопасных районах земного шара, является одним из таких бедствий, которое приходит как злая судьба и сметает драгоценные человеческие жизни и инфраструктуру, это непредсказуемое разрушительное явление, но по крайней мере мы можем принять меры для сведения к минимуму неблагоприятного воздействия его последствий. При этом новейшие технологии играют жизненно важную роль.
В данном материале представлен проект устройства мониторинга сейсмоактивности, которое может сообщить о землетрясении за некоторое время до его начала. Для достижения наших целей используются плата Arduino и высокочувствительный акселерометр ADXL335.
Акселерометр ADXL335 в данном случае работает как датчик для обнаружения вибраций и позволяет прогнозировать появление землетрясения. Устройство способно регистрировать вибрации по трем осям пространства (X, Y и Z), что делает его более чувствительным. ADXL335 генерирует аналоговое напряжение, эквивалентное ускорению, налагаемому на него вибрацией. Выводы осей X, Y и Z подключены к контактам АЦП платы Arduino Uno.
В Arduino Uno сравниваются уровни напряжения. В случаях землетрясения, когда движение породы является чрезмерным, регистрируются достаточно большие сигналы, и Arduino активирует оповестительные и превентивные действия. Во-первых, начинает светиться светодиод, и звучать пьезозуммер, чтобы предупредить окружающих людей, а также активируется реле. Реле нужно для подключения более мощной нагрузки, например, динамиков или сирен, поскольку светодиод и зуммер подойдут только для домашнего применения. Для информативности также используется LCD-дисплей. Схема подключения для реализации сейсмографа на Arduino показана ниже.
Номиналы элементов схемы следующие: R1, R2 = 10 КОм; R3, R6 = 1 КОм; R4, R5 = 330 Ом; VR1 = 10 КОм. Транзисторы T1 и T2 являются биполярными NPN-транзисторами марки BC548.
Далее приведен код (скетч) Arduino для функционирования устройства мониторинга сейсмоактивности. Следует отметить, что в данном случае микроконтроллер платы Arduino, принимает показания акселерометра с АЦП, а затем сохраняет их в EEPROM. Пороговое значение считывания также сохраняется в том же месте, то есть в EEPROM, что облегчает выборку данных для сравнения. В этом примере пороговое значение по умолчанию установлено равным 25.
Источник
Как заставить поделку вулкан извергаться
Детям будет очень интересно наблюдать за тем, как оживает поделка, которую они сделали своими руками. Заставить вулкан извергаться довольно просто, но заниматься этим должны только взрослые. Задача ребенка – смотреть и удивляться.
Существует несколько способов «запустить» течение лавы из кратера искусственной сопки. Самый простой – смешать в «кратере» из пластиковой бутылки воду с содой и уксус. Практически сразу из жерла начнет выходить легкий дымок.
Усилить эффект помогут средство для мытья посуды и обычные пищевые краски. На объем «жерла» в 2 л понадобится:
- 1 ст. ложка любого средства для посуды;
- столько же соды;
- от 5 до 10 капель пищевого красителя в жидком виде.
Помещаем смесь в кратер, начинаем вливать уксус. Уксус должен быть 6 или 9-процентным, но не эссенция. Вливаем его осторожно, пока не начнет появляться пена. Как правило, хватает объема в ¾ стакана объемом 250 мл.
Рекомендации использовать для имитации извержения вулкана жидкий азот в помещении лучшее вообще не рассматривать. Это опасно, проводить опыт можно только на свежем воздухе и только если делать это будет профессионал. А маленькие поделки лучше заставлять «работать» подручными средствами.
Фантазируйте, творите вместе с детьми и для детей. Это не только разнообразит вашу жизнь, но и поможет сблизиться с ребенком.
Устройство мониторинга сейсмоактивности
Этот проект позволит вам подключить сейсмический датчик к маршрутизатору и разместить на своей веб-странице и карте памяти MicroSD информацию о подземных толчках. Все данные с сейсмических датчиков хранятся на сервере и затем отображаются на вашей веб-странице.
Вам понадобится: — Arduino — Предпочтительно Arduino с большим объемом памяти, я использовал Arduino Mega 2560 — Вы можете использовать Arduino с меньшим объемом памяти, но придется удалить некоторые функции. — Сетевая плата для Arduino — MicroSD карта памяти — Место на сервере — Пьезоэлектрический датчик — Макетная плата — Резисторы, конденсаторы, диоды(см. схему)
Сейсмодатчик
Я использовал датчик фирмы Piezo Film Vibra Tab Mass (PDF) для измерения сейсмических колебаний.
После настройки датчика на нужную частоту, поместите его в макетную плату и надежно закрепите его. Это необходимо для точности измерений. Выводы датчика гибкие и любое движение платы может вызвать ложные показания, если он не зафиксирован.
Усилитель сигнала
Поскольку сигнал с пьезоэлектрического датчика недостаточен, его необходимо усилить без особой потери точности. Для этого я использовал LM324N – 4 ОУ в одном корпусе. Если вы всё сделаете правильно, то на выходе у вас будет до 2.5В переменного тока при питании 5В.
Формирователь сигнала
Подключение схемы к Arduino
— Vcc(+5В) макета подключите к Vcc(+5В) Arduino. — GND макета подключите к GND Arduino. — Сигнал после диода должен быть подан на один из аналоговых входов Arduino.
Программа для Arduino
Программирование это вероятно самая трудная и важная часть этого проекта. Программа подробно прокомментирована и должна быть понятна. В программу необходимо ввести информацию о своем сервере.
Необходимые библиотеки: # include # include # include # include # include
Их можно легко найти в Google
HTML код
Самым главным HTML-файлом является «index.htm», остальные второстепенны. В прилагаемом файле вы найдёте мой сайт и HTML код для него.
Чтобы сделать кнопку нужно просто вписать в ваш сайт:
Эта кнопка будет запрашивать информацию с Arduino.
«GET /? Cmd = GetTime HTTP1.1 / 0»
Как видно, значение NAME находится справа около «?», значение VALUE после «=» Третья строка показывает нам как кнопка будет реагировать на нажатие.
Источник
▍ Немного физиологии
Для успешного выживания живым организмам необходимо постоянно получать информацию о состоянии окружающей их среды и адекватно реагировать на её изменения. Это позволяет организмам поддерживать постоянство внутренней среды, гомеостаз, и тем самым выживать. Получению информации об окружающей среде способствует одно из базовых свойств живых организмов — раздражимость.
Раздражимость — Это свойство организма или отдельной клетки реагировать на изменения в окружающей среде (внешней и внутренней). Это свойство, позволяющее организму оптимально адаптировать свою жизнедеятельность к различным условиям. Клетки способны воспринимать различные физические и химические сигналы и преобразовывать их в электрические импульсы. Сила сигнала, воспринимаемого клеткой, известна как порог.
Взаимодействие организма животных с внешней средой осуществляется органами чувств, или анализаторами. Например, у человека и других позвоночных животных каждый анализатор состоит из трёх частей. Первая — это периферическая часть
, воспринимающая энергию от внешних раздражителей и преобразующая её в нервные импульсы (рецепторные клетки).
Вторая часть – проводящие пути
, по которым нервный импульс следует к нервному центру.
Третья часть – коркового конца анализатора (сенсорный центр)
, который расположен в соответствующих участках коры головного мозга [].
Сейсмограф — это не игрушка!
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
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
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!
( Специально для МозгоЧинов #This-Seismometer-is-no-toy
Источник
▍ Выводы
- Высокая точность предсказания погодных явлений сегодня также остаётся важной задачей для исследователей и практикующих метеорологов. Наука бионика предлагает взглянуть на живые организмы.
- Животные относительно не защищены от стихии. Поэтому у них в ходе эволюции развились специальные органы чувств, реагирующие на изменения погоды.
- Растения также могут чутко реагировать на изменения окружающей среды.
- Несмотря на то что живые организмы научились с высокой точностью чувствовать наступление неблагоприятных для них погодных условий, люди ещё не научились с такой же точностью считывать эти данные с их поведения.
- Несмотря на неудачный опыт, поставивший в своё время под сомнение использование животных в качестве живых сейсмографов учёные биофизики всё равно строят оптимистичные прогнозы, что на основе изучения живых организмов возможно будет создать более точные приборы для прогнозирования погоды. Это поможет в ранние сроки предсказывать погоду, что может оказаться жизненно важным для многих людей.
Хочется верить, что опыт в Хайчэне был всё-таки не случайностью, но насколько наша вера близка к истине, покажет только научный опыт, знание и время. С Вами были биологи сообщества фанерозой: Евгений Будько и Самир Ефимов. Желаем счастья, успехов и здоровья в Новом Году! Берегите себя и своих близких. До новых встреч!
Источники
1. Зинчук В.В., Балбатун О.А., Емельянчик Ю.М. Нормальная физиология. Краткий курс. Учеб. пособие. — Минск: Выш. шк., 2010. — 431 с.: ил.ISBN 978-985-06-1804-7. 2. Evidence of Cnidarians sensitivity to sound after exposure to low frequency noise underwater sourcesStatocysts of medusae and evolution of stereocilia 3. Оприш Т. Занимательная бионика 4. www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039368118301419?casa_token=P_9piJ-6k7AAAAAA 5. This elusive fish believed to be a predictor of earthquakes keeps washing up on Japanese shores
Путешествие в мир химии
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.
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
Источник
Самодельный сейсмограф. Проект «создание сейсмографа своими руками». Результаты экспертной оценки
Для конструкции сейсмографа подойдет как металлическая, так и железная основа. Она должна быть тяжелой и жесткой. Место, на котором будут регистрировать показания, должно состоять из бумаги и барабана, отлично подойдет часовой механизм. Когда начинаются колебания, происходит смещение основания и маятник при помощи рычагов заставляет двигаться перья. Получается зигзагообразная запись. Высота и шаг показывают характер колебаний.
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
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
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.
Создание сейсмографа в домашних условиях и его применение для изучения механических колебаний В работе изучена возможность создания сейсмографа в домашних условиях для обнаружения и регистрации механических колебаний различного происхождения. Методы исследования: поиск и анализ информации по данной теме в разных источниках; посещение геологического музея им. Вернадского в Москве и изучение работы сейсмографа; конструирование; проведение экспериментов. На основании изученной литературы выбрана, как наиболее простая в исполнении, модель механического сейсмографа и разработана схема его сборки. Собранный вертикальный механический сейсмограф прошёл испытания. С его помощью зарегистрированы колебания столешницы над стиральной машиной, колебания пола в лифте, пола в комнате при прыжках через скакалку и колебания лестничных маршей в здании лицея. Полученные в ходе эксперимента сейсмограммы могут быть использованы для изучения механических колебаний разного происхождения. Вывод: собранный в домашних условиях сейсмограф дёшев и прост в использовании. Область применения: сейсмограф применим для регистрации механических колебаний различной природы. Возможные потребители: учителя и учащиеся. Сейсмограф пригоден для использования в школьном кабинете физики для проведения исследовательских работ, лабораторного практикума и демонстрационного эксперимента при изучении темы «Механические колебания» в 9 и 10 классах.
Файлы:
▍ Медуза и её «инфраухо»
Для людей, которые находятся на суше неожиданно разразившаяся буря необязательно может представлять угрозу для жизни. Однако в море дело обстоит иначе. Здесь человек полностью находится во власти стихии. Морские ураганы и циклоны возникают неожиданно в течение 10-15 минут (время, за которое барометр может определить снижение атмосферного давления и тем самым приближение шторма), за это время у лодок и кораблей практически нет возможности укрыться от приближающихся невзгод, но зная приближение опасного события, у экипажа есть возможность хотя бы подготовиться встретить опасность лицом к лицу и попытаться минимизировать ущерб [3]
Барометр — потрясающая вещь, придуманная человеком, однако каково было удивление у биоников и биологов, когда они обнаружили подобное у медузы, которая выглядит, как прозрачный желатинообразный зонтик. Даже при довольно простом строении эти животные могут воспринимать инфразвуковые колебания (8-13 колебаний в минуту), которые возникают при движении волн в контакте с атмосферным воздухом. У медузы имеется пузырь, наполненный жидкостью, в котором плавают камешки, опирающиеся на нервные нити. «Инфраухо» медузы — это её орган равновесия. Такие пузырьки — статоцисты, или как их ещё называют, «слуховые колбочки», обычно висят на стебельке [].
Колеблющиеся волны оказывают давление на камешки, которые передают импульсы нервам. Когда колебания превышают определённый порог, известный как порог шторма, медуза принимает защитные меры: удаляется от берега, где она может быть выброшена и раздавлена волнами, на глубину, где нет такой стимуляции, как в море или на поверхности океана [].
