輔導(dǎo)老師 康實(shí)
(圖1)發(fā)明原理簡(jiǎn)圖
高一上學(xué)期物理課,老師在講授浮力與重力的關(guān)系時(shí),我想到能否基于這樣的原理來(lái)利用廢棄的礦泉水瓶對(duì)景區(qū)水面垃圾進(jìn)行攔儲(chǔ),這樣就能以很低的成本來(lái)改善河流的水質(zhì),也不會(huì)傷害原有的生物。根據(jù)老師講述的物理學(xué)原理,我構(gòu)思出一種簡(jiǎn)單的對(duì)景區(qū)水面垃圾進(jìn)行攔儲(chǔ)的方法,我請(qǐng)教了老師,他們都認(rèn)為這在物理學(xué)原理上是可行的,在實(shí)際生活中具有重要的實(shí)用價(jià)值,于是我開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算并制作模型,并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)目的:在日常生活中,我們經(jīng)常會(huì)看到許多景區(qū)和城市河道被垃圾污染,導(dǎo)致城市環(huán)境污染。假如有一種成本低、不破壞環(huán)境、效果好且能治理河道白色垃圾的方法那真的是太好了。
基本思路:本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:用尼龍繩連接若干個(gè)大礦泉水瓶子組成浮力來(lái)源,大礦泉水瓶子中裝有適當(dāng)?shù)纳常ǜ鶕?jù)實(shí)際來(lái)測(cè)量沙的質(zhì)量)以保持瓶子穩(wěn)定性,將大礦泉水瓶子用細(xì)尼龍繩“一”字連接,以進(jìn)一步保證整體的穩(wěn)定性,從而形成對(duì)河道表面白色垃圾的攔儲(chǔ)。
調(diào)查顯示:河道中的白色垃圾不僅僅漂浮在河道的表面,由于太陽(yáng)的暴曬以及泥水的沖刷等原因?qū)е吕嬖谟谒娴剿?.3米水流較急的河道。為了清理這部分垃圾,本發(fā)明采用水下攔截網(wǎng)和攔截網(wǎng)固定錨石的結(jié)構(gòu)。將大礦泉水瓶連接水下攔截網(wǎng),使水下攔截網(wǎng)能夠均勻地在水下張開(kāi),同時(shí)把小礦泉水瓶(裝沙)綁扎在水下攔截網(wǎng)的下方,在重力的作用下使水下攔截網(wǎng)在河道中能夠垂直地張開(kāi)。本發(fā)明采用礦泉水瓶中裝沙的辦法,可以根據(jù)水流速度來(lái)平衡浮力、重力以及水流沖擊力之間的關(guān)系,制造了一種成本極低、不破壞生態(tài)環(huán)境、清理方便且能治理河道白色垃圾的簡(jiǎn)易裝置。
第一階段:考察昆明主要景點(diǎn)水域的白色垃圾污染情況;
第二階段:進(jìn)行理論計(jì)算和模型設(shè)計(jì);
第三階段:選擇材料,制作實(shí)物模型,進(jìn)行試驗(yàn),測(cè)試效果,再改進(jìn)及再設(shè)計(jì),最終完成實(shí)物模型;
第四階段:實(shí)際測(cè)試階段,到某景點(diǎn)進(jìn)行水體浮游垃圾隔離。
(圖2)昆明城區(qū)某河段
(圖3)昆明城區(qū)人們?cè)谇謇砗拥览?/p>
1.對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行查新,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同類研究發(fā)明。
2.為了發(fā)揮廢棄塑料瓶的可循環(huán)再利用價(jià)值,同時(shí)對(duì)景區(qū)河道里的垃圾攔儲(chǔ),運(yùn)用簡(jiǎn)單的物理知識(shí)和成本極低的材料,對(duì)景區(qū)的河道垃圾進(jìn)行攔儲(chǔ)。
3.根據(jù)水流的大小來(lái)調(diào)節(jié)大礦泉水瓶的浮力和小礦泉水瓶的重力使水下攔截網(wǎng)均勻張開(kāi),使大礦泉水瓶攔儲(chǔ)漂浮的垃圾,小礦泉水瓶攔儲(chǔ)懸浮的垃圾。
4.利用廢棄的礦泉水瓶、尼龍繩以及隔離網(wǎng),進(jìn)行模型的初步加工和實(shí)驗(yàn)。
1)加工材料:礦泉水瓶、尼龍繩和隔離網(wǎng);
2)加工工具:鋸子、剪刀等;
3)制作過(guò)程:在家中,先將材料進(jìn)行收集,制作水下攔截網(wǎng),然后再將制作好的模型在河道內(nèi)實(shí)驗(yàn)。
(圖4)連接礦泉水瓶
(圖5)水下攔截網(wǎng)的制作
(圖6)廢棄塑料瓶攔截水中垃圾的模型
模型改進(jìn):在模型制作中,首先利用一個(gè)獨(dú)立的模型來(lái)進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn),根據(jù)結(jié)果再來(lái)完善模型。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果,本實(shí)驗(yàn)采用將大礦泉水瓶橫向捆綁的改進(jìn)方案,將原有的方案改進(jìn),最終完成了模型。
(圖8)河道實(shí)驗(yàn)
1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定利用廢棄塑料瓶攔截水中垃圾。
2)實(shí)驗(yàn)儀器:利用廢棄塑料瓶攔截水中垃圾的模型。
3)實(shí)驗(yàn)步驟:將模型放入河道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
4)實(shí)驗(yàn)原理:根據(jù)水流的大小來(lái)調(diào)節(jié)大礦泉水瓶的浮力和小礦泉水瓶的重力使水下攔截網(wǎng)均勻張開(kāi),使大礦泉水瓶攔儲(chǔ)漂浮的垃圾,小礦泉水瓶攔儲(chǔ)懸浮的垃圾。
5)實(shí)驗(yàn)方法:將實(shí)驗(yàn)?zāi)P头湃雽?shí)際河道觀察實(shí)際效果,并記錄攔儲(chǔ)垃圾的數(shù)量和未被攔截的數(shù)量。
(圖9)改進(jìn)后的模型
(圖10)實(shí)際的垃圾攔儲(chǔ)
(圖11)垃圾攔儲(chǔ)模型應(yīng)用前后,河道清潔度對(duì)比。
測(cè)試結(jié)果較為理想,能夠?qū)崿F(xiàn)利用廢棄塑料瓶攔截水面垃圾及水下0.3米的垃圾,同時(shí)成本極低,無(wú)需外在設(shè)備支持,可以自制,簡(jiǎn)單方便。與大型設(shè)備相比,不會(huì)傷害及破壞生態(tài)環(huán)境,簡(jiǎn)單可行,使用范圍更加廣泛,可以用在大型設(shè)備無(wú)法操作的河道。在城市中使用,攔儲(chǔ)的垃圾給人們以警示,提醒人們愛(ài)護(hù)河道。
模型的可靠性與產(chǎn)品還存在差異,城市河道的流速和實(shí)際景區(qū)的河道也存在差異,還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。