рассчитать траекторию падения снега с крыши

Презентация по физике «Осторожно, снегосход!»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Работу выполнила: Мухамодеева Алия Тагировна Руководитель: Учитель физики МКОУ Кыштовской СОШ №2 Коленская Зоя Семеновна Осторожно: снегосход! Исследование зависимости дальности полета снега при его сходе с крыши от факторов, влияющих на неё

Введение Цели и задачи Основная часть 1) Динамика движения снега 2) Анализ уравнений движения снега 3) Вычисление дальности полета снега при сходе его с крыши школы Заключение Литература СОДЕРЖАНИЕ

Большая часть нашей страны расположена в тех климатических поясах, где зимой устанавливается постоянный снежный покров. Причем образуется он не только на земле в виде сугробов, но и на кровлях зданий. Ежегодно сходящие с крыш снежные лавины не только причиняют ущерб хозяйственным объектам, но и уносят жизни людей.

Во время оттепели нижний слой снега подтаивает и образует ледяную корку, а нарастающая за зиму масса снежного покрова в конечном итоге срывает ее с места и заставляет двигаться вниз по скату кровли, из-за чего и возникают лавинообразные сходы снега с крыш. Почему снег сходит с крыш?

повреждение припаркованных около дома автомобилей; Последствия сломанные кустарники и деревья; сорванная водосточная система; деформированные скаты крыши; тяжелые травмы и гибель людей, попавших под лавину. Как бороться со снежными лавинами?

Для предотвращения таких ситуаций необходимо проводить следующие мероприятия: установка специальных кровельных конструкций – снегозадержателей огораживание весной территорий, прилегающих к стенам зданий регулярная очистка кровли

Поскольку в нашей школе основное мероприятие, обеспечивающее безопасность – огораживание опасных с точки зрения снега территорий, то мы посчитали актуальным выяснение факторов, от которых зависит расстояние, на котором следует выставлять такое ограждение вблизи стен зданий.

1. Динамика движения снега Вся траектория движения снега состоит из двух участков: АВ и ВС

На участке ВС снег движется под действием силы тяжести, сопротивление воздуха мы не учитывали, т. к. плотность снега весной велика по сравнению с плотностью воздуха. g

Основная причина, по которой начинается сход снега – изменение силы трения, а именно: коэффициента трения. Коэффициент трения зависит: от характера соприкасающихся при движении тел наличия смазки между ними.

Смазка в данном случае – вода. Она образуется от таяния снега, интенсивность этого процесса зависит от энергии теплового излучения Солнца, поглощаемой снегом, кровлей W.

дата 22 января 22 февраля 22 марта Угловая высота Солнца в полдень φянв= 13,5°, φфев= 22,4° φмарт= 33,3° Долгота дня 08ч08мин 10ч12мин 12ч18мин

Поглощение энергии зависит также от теплопроводности материала кровли. Из таблицы различных строительных материалов: Материал Теплопроводность Вт/(м*С) Асбест (шифер) 0,35 Алюминий 230 Снег 1,5

1. Зависимость дальности полета от высоты здания 2. Анализ уравнений движения снега Вывод 1:С увеличением высоты здания дальность падения увеличивается.

2.Зависимость дальности полета от угла наклона кровли Вывод 2:, т.е., с увеличением угла наклона кровли дальность падения уменьшается.

3.Зависимость дальности полета от коэффициента трения скольжения Вывод 3: С увеличением коэффициента трения скольжения снега по кровле дальность падения уменьшается.

3.Вычисление дальности полета снега при сходе его с крыши школы tg β = μ, β = 20°

Из проектно-сметной документации школы 6,20 м 3,68 м 8,18 м

Расстояние от стены здания школы, на котором было выставлено ограждение, было равно 5 м, снег падал в его пределах. Т.о. наши теоретические расчеты получают практическое подтверждение. Следовательно, их можно применить, рассчитывая расстояния от стен зданий до ограждений при сходе снега весной, обезопасив, таким образом, пешеходов

Выполняя данную работу, мы обнаружили практическое подтверждение законов динамики и кинематики. В ходе работы мы выяснили, что наибольшее влияние на сход снега с крыши имеет коэффициент трения. Поэтому данная работа может иметь логическое продолжение: проведение исследований зависимости коэффициента трения скольжения от материала кровли, от её температуры, а также составление соответствующих таблиц, которые в значительной степени облегчат расчеты при выполнении работ по ограждению опасных участков вблизи стен при весенних «снегосходах».

Касьянов В.А. Физика.10 кл. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учреждений Дрофа Москва 2005г В.А. Физика.11кл. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учреждений Дрофа Москва 2007г Б.А.Воронцов-Вельяминов, Е.К.Страут Астрономия, 11 класс учебник для общеобразовательных учреждений Дрофа Москва 2009г Савельев И.В Курс общей физики: Учебник Формат: PDF Количество страниц: 1493. mirknig.com›2007/10/24/kurs_obshhejj_fiziki.html Литература

Спасибо за внимание!

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Номер материала: ДБ-239824

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

В Хабаровске утвердили дополнительные школьные каникулы

Время чтения: 1 минута

РАО учредит научно-образовательный центр для подготовки научных кадров

Время чтения: 1 минута

В России появился стандарт сбора цифрового следа в образовании

Время чтения: 2 минуты

55 российских школ остаются на карантине по коронавирусу

Время чтения: 0 минут

В школах Ростовской области осенние каникулы начнутся раньше срока

Время чтения: 1 минута

В школе в Пермском крае произошла стрельба

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Рассчитать траекторию падения снега с крыши

Библиографическая ссылка на статью:
Смогунов В.В., Шорин В.А., Кочетков Д.В., Пшеничный О.Ф., Волчихина Н.И. Динамика схода снего-ледяных масс с крыш зданий // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2015/03/51031 (дата обращения: 20.10.2021).

Динамика гетерогенных структур твердое тело (крыша), дискретная среда (снег) с фазовыми переходами на границе играет важную роль, как в природных, так и в искусственных системах [1].
Статистика свидетельствует, что каждую зиму только в Москве от сорвавшихся с крыш сосулек и кусков льда страдает около 50 человек и до 300 автомобилей, что приводит к выплатам компенсаций пострадавшим, а так же административной и уголовной ответственности.
Скопление льда на крыше дома повышает механическую нагрузку на элементы кровельной конструкции; задержка талой воды вследствие забитых льдом водостоков приводит к повреждению верхних жилых этажей и элементов фасада [2].
Борьба с обледенением крыш ведется давно [3]. Издавна, в условиях изменчивого северного климата с обледенением, строили дома с крутыми скатными крышами. Если угол склона крыши (в зависимости от ее шероховатости) более 40–60°, то при снегопаде снежный покров на них обычно не образуется и вероятность появления сосулек на краю карнизного свеса очень мала. Чем проще форма крыши и больше уклон ее скатов, тем меньше угроза обледенения кровельного покрытия. Специалисты считают лучшей для схода снега в условиях средней полосы России скатную крышу простой формы с уклоном ската не менее 30°, что при переходе массы снега в некое критическое состояние в совокупности с легким подтаиванием, периодически обеспечивает сход снега.
Для определения опасных зон схода необходимо изучить движение этих снежно-ледовых масс. При исследовании этого движения не будем учитывать сопротивление воздуха.
Движение снежно-ледяной массы будет состоять из двух участков:
– прямолинейного движения АВ по крыше под действием силы тяжести , силы трения и нормальной реакции ;
– свободного полета на участке ВС под действием силы тяжести (рисунок 1).

Рассмотрим движение массы на участке АВ и составим дифференциальное уравнение ее движения [4]

где – угол наклона плоскости.
Поскольку , то и сила трения ,
где f – коэффициент трения при движении.
Тогда .
Интегрируя дважды это дифференциальное уравнение, получим

Для момента, когда точка покидает участок АВ ( ; ).

Рассматриваем свободное падение точки на участке ВС можно записать

Интегрируя дважды эти уравнения, находим

Выводы:
1. Из анализа графиков следует, что реальным способом обеспечения безопасности является установка ограждений по периметру крыш. Установка ограждений по нашим наблюдениям обеспечивает исключение сходов снеголедовых лавин, постепенное таяние их, при этом не исключаются процессы вертикального сосулькообразования.
2. Для всех типов домов отвести зоны безопасности в соответствии с тем, что при исключении случайных снеголедовых сходов путем установки ограждения, опасные зоны уменьшатся до зон вероятностного падения сосулек с 30 % запасом по ширине.
3. Практическая реализация установления зон безопасности весьма эффективно может быть выполнена путем посадки по границам зон кустарника, например, боярышника, шиповника.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

&copy 2021. Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации».

Источник

траектория падения снега с крыши расчет

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2017

Интересная информация, открыл для себя много нового.

Очень интересная и актуальная статья!

Интересен подход авторов к понятию сервиса, есть не совсем расшифрованные утверждения, но в целом, интересно.

Актуальнейшая на сегодняшний день тема. Пишите больше, интересен взгляд именно через аспекты сервиса.

Благодарю за ответ! Очень полезная, крайне интересная и познавательная статья!

2. В то же время, пониженная температура питательной воды на входе в водяной экономайзер способствует снижению температуры уходящих газов, выбрасываемых в дымовую трубу. 3. Дымовая (металлическая) труба не изолирована. Температура ее поверхности – порядка 70–100 °C, что также является нарушением правил ПТЭ и техники безопасности. С точки зрения энергосбережения на рассматриваемой котельной следует реализовать три основных мероприятия.

АНАЛИЗ ОПАСНОЙ ЗОНЫ ПАДЕНИЯ СНЕЖНЫХ МАСС И НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЙ С КРОВЛИ ЗДАНИЙ

К сожалению, все чаще можно услышать о том, что съехавшая лавина льда травмировала прохожего или нанесла повреждения припаркованному автомобилю.В зимнее и весеннее время на крышах зданий может скапливаться большое количество снега, а также могут образовываться сосульки, которые достигают значительных размеров. Во время оттепели происходит сход снега с крыш зданий и падение сосулек. Сход скопившейся на крыше снежной массы очень опасен! Зачастую, такая масса неоднородна по своему составу и содержит как рыхлые массы подтаявшего снега, так и куски слежавшегося льда, зачастую значительного объёма и массы. Находясь в опасной зоне, человек может получить от падающего снега и сосулек очень тяжелые и опасные травмы, иногда не совместимые с жизнью.

Не так давно, по пути в университет мы сами стали пострадавшими от схода снега с крыши здания и поэтому, нас заинтересовала данная проблема и мы решили исследовать, как в нашем городе соблюдается техника безопасности в данной области.

Основная цель нашего исследования:

Изучить нормы безопасности при сходе наледи и рассчитать опасной и безопасной зон при этом процессе.

Для реализации этой цели мы поставили следующие задачи:

1. Найти и изучить данные нормы безопасности.

2. Рассчитать опасную зону при сходе наледи.

3. Выявить нарушения и дать рекомендации по решению этой проблемы.

Что же является причиной образования наледи на крышах? Вызвать ее могут разные факторы:

Нарушение системы водоотведения. Зачастую банальной причиной обледенения кровли может служить засорение или повреждение водостока. При повышении окружающей температуры влага, образующаяся от таяния снега, не удаляется по трубам вниз, а накапливается на поверхности крыши и замерзает.

Особенности климата. В зимнее и весеннее время суточные перепады температур также вызывают образование наледи на крышах. То есть снег, сверху согретый солнцем, ночью покрывается коркой льда, причем толщина этого слоя будет расти раз от раза.

Конструктивные особенности устройства крыши. Появление корки льда и сосулек напрямую связано с выделением тепла от самого здания, а точнее от его кровли. Все чаще стало применяться устройство бесчердачной кровли. То есть помещения, находящиеся непосредственно под крышей, используются в качестве жилых или технических, что приводит к излишнему нагреву кровли и подтайке снежного покрова, который в дальнейшем превращается в лед.

Материал кровли. Например, кровля, покрытая полимером, снижает вероятность задержки и накопления снега за счет своей гладкой структуры.

Повреждение теплоизоляционного слоя кровли. Также ведет к излишнему выделению тепла и, как следствие, образованию наледи.

Так же, рассчитав опасную зону схода наледи с крыш, мы сделали вывод, что расстояние 2,3-3 м. от фасада здания является самым опасным. Из этого следует нарушение техники безопасности о расположении тротуаров. В зоне схода наледи с крыш стоит высаживать газон, что бы в зимнее и весеннее время ничего не угрожало жизни людей.

Для расчета было выбрано 2 дома хрущевского проекта, один дом с уклоном крыши в 20˚, другой – 50˚.

Прибавив длину балкона, получим искомое расстояние:

Изучив нормы безопасности и выполнив наши исследования, мы пришли к следующим выводам:

– при обнаружении сосулек, висящих на крыше вашего дома, необходимо обратиться в обслуживающую организацию. Работники коммунальных служб должны отреагировать на ваше сообщение;

– при обнаружении оборванного снегом электропровода, свисающего с крыши, ни в коем случае не касайтесь его и держитесь на безопасном расстоянии не ближе 8 метров. Немедленно сообщите об обрыве в обслуживающую организацию или в единую дежурную диспетчерскую службу. До прибытия аварийной бригады не подпускайте к оборванному проводу прохожих, особенно детей.

– если во время движения по тротуару вы услышали наверху подозрительный шум – нельзя останавливаться, поднимать голову и рассматривать, что там случилось. Возможно, это сход снега или ледяной глыбы. Нужно как можно быстрее прижаться к стене, козырек крыши послужит укрытием.

– также не следует оставлять автомобили вблизи зданий и сооружений, на карнизах которых образовались сосульки и нависание снега. В случае если все же сосулька упала и повредила ваш автомобиль, необходимо вызвать сотрудников ГИБДД и составить акт, который будет служить доказательством того, что гражданину причинен вред.

– если из-за падения с крыши сосульки или снега пострадал человек, необходимо незамедлительно вызвать скорую помощь.

Как выбрать оптимальный угол крыши для схода снега?

В гражданском малоэтажном строительстве наиболее распространённым, рациональным и экономически целесообразным видом крыши опытные строители называют скатные конструкции. Они могут состоять из одного, двух, трех или даже четырех скатов, плоскостей, смыкающихся в одной точке, называемой коньком. От плоских кровель скатные отличает угол наклона, который согласно строительным нормам должен превышать 2,5 градуса. Выбор уклона – важный этап создания проекта, от которого зависит прочность, несущая способность и долговечность конструкции. В этой статье мы расскажем, как правильно выбрать угол наклона, чтобы облегчить сход снега в зимний период.

Определение угла

Угол наклона крыши – параметр инженерного расчета кровельных конструкций, отражающий отношение высоты конька к ширине основания ската. Скатные кровли могут иметь уклон 2,5-80 градусов, однако, оптимальный диапазон значений угла наклона составляет 20-450. От этого параметра зависит площадь скатов, ветроустойчивость и снеговая нагрузка. В специальной литературе встречаются следующие термины:

Важно! Уклон крыши может выражаться в градусах, в процентах или в виде соотношения сторон. Чтобы вычислить этот параметр кровельной конструкции, необходимо разделить половину ширины фасада на высоту, а затем умножить на 100 процентов.

Критерии выбора

Выбор уклонности основывается на инженерном расчете, учитывающем климатические условия зоны, где ведется строительство, характеристики кровельного покрытия и несущую способность стропильного каркаса. Чтобы конструкция получилась надежной, необходимо принимать во внимание следующие критерии:

Оптимальный показатель для облегчения схода снега

Лимитирующим фактором при выборе угла наклона кровельных скатов в средней полосе России является высокая снеговая нагрузка, характерная для этой местности. Большое количество снега, выпадающее в зимний период, повышают давление на стропильную систему, приводя к деформациям каркаса и кровельного материала конструкции. Опытные мастера считают, что существует устойчивая корреляция между уклоном и сопротивлением снеговой нагрузке:

Учтите! Согласно строительной климатологии территория России разделяется на 8 климатических зон, каждой из которых соответствует своя среднегодовая снеговая нагрузка. Это справочное значение используют для расчета уклона крыши, толщины сечения элементов стропильного каркаса и выбора кровельного покрытия.

Влияние на конструкцию

Важно, что изменение уклона для облегчения схода снега сильно влияет на конструкцию кровли в целом. Увеличение крутизны влечет за собой следующие последствия:

Опытные мастера отмечают, что правильный выбор помогает увеличить срок службы кровельных конструкций, облегчить эксплуатацию и обслуживание крыши в условиях снежных российских зим. Ошибки в проекте, связанные с неправильным выбором оптимального угла приводят к деформациям стропил, обвалу обрешетки, заливанию атмосферной влаги в межшовное пространство во время косого дождя или при оттепелях.

Динамика схода снего-ледяных масс с крыш зданий

Статья посвящена динамике схода снего-ледяных масс с крыш зданий. Выведена формула, позволяющая определить зоны безопасности на земле, которые зависят от высоты здания, угла наклона ската крыши, коэффициента трения при движении (материала покрытия крыши) и длины ската.

Ключевые слова: зона безопасности, коэффициент трения, крыши зданий, материал кровли, снег и ледяные массы, угол наклона ската крыши

Динамика гетерогенных структур твердое тело (крыша), дискретная среда (снег) с фазовыми переходами на границе играет важную роль, как в природных, так и в искусственных системах [1].

Статистика свидетельствует, что каждую зиму только в Москве от сорвавшихся с крыш сосулек и кусков льда страдает около 50 человек и до 300 автомобилей, что приводит к выплатам компенсаций пострадавшим, а так же административной и уголовной ответственности.

Скопление льда на крыше дома повышает механическую нагрузку на элементы кровельной конструкции; задержка талой воды вследствие забитых льдом водостоков приводит к повреждению верхних жилых этажей и элементов фасада [2].

Борьба с обледенением крыш ведется давно [3]. Издавна, в условиях изменчивого северного климата с обледенением, строили дома с крутыми скатными крышами. Если угол склона крыши (в зависимости от ее шероховатости) более 40-60°, то при снегопаде снежный покров на них обычно не образуется и вероятность появления сосулек на краю карнизного свеса очень мала. Чем проще форма крыши и больше уклон ее скатов, тем меньше угроза обледенения кровельного покрытия. Специалисты считают лучшей для схода снега в условиях средней полосы России скатную крышу простой формы с уклоном ската не менее 30°, что при переходе массы снега в некое критическое состояние в совокупности с легким подтаиванием, периодически обеспечивает сход снега.

Для определения опасных зон схода необходимо изучить движение этих снежно-ледовых масс. При исследовании этого движения не будем учитывать сопротивление воздуха.

Движение снежно-ледяной массы будет состоять из двух участков:

– свободного полета на участке ВС под действием силы тяжести (рисунок 1).

Рассмотрим движение массы на участке АВ и составим дифференциальное уравнение ее движения [4]

где – угол наклона плоскости.

где f – коэффициент трения при движении.

Интегрируя дважды это дифференциальное уравнение, получим

Для момента, когда точка покидает участок АВ (; ).

Исключая время t1, получаем

Рассматриваем свободное падение точки на участке ВС можно записать

Интегрируя дважды эти уравнения, находим

Исключая время t, получаем уравнение траектории

С учетом формулы (1) можно записать

Тогда расстояние d, определяющее место падения снежно-ледяной массы (y = h) будет описываться уравнением:

Решая это уравнение, находим d:

Выражение (3) позволяет определить расстояние от стены до места падения точки на земле, которое будет зависеть от высоты здания h, угла наклона ската крыши, коэффициента трения f при движении и длины l.

Следует иметь в виду, что выражение получено из условия, когда движение точки начинается с «конька» крыши, на самом деле оно может начаться с любого положения участка АВ и при этом длина l, скорость VB и длина d при прочих равных условиях будут меньше.

На рисунке 2 приведены результаты системного численного анализа динамики различных структур типа крыша-лед. Результаты расчетов показали, что при различном материале кровли (f = 0,01…0,5), высоте здания h = 3, 6, 12, 22 м, длине крыши l = 3, 6 м оптимальным углом наклона ската крыши является = 30 о.

Чем больше коэффициент трения f, тем меньше опасная зона схода d снежно-ледовых масс.

При f = 0,01 d = 11,70 м;

На рисунке 2 показаны графики для f = 0,01 (металлическая крыша) и f = 0,5 (рубероид).

1 – для угла ската крыши = 15о, 2 – = 30о, 3 – = 45о, 4 – = 60о

Рисунок 2 Графики зависимости опасной зоны d от высоты здания h при различных углах ската крыши из различных материалов

крыша скат сход ледяной

Источник