Физика у машинистов ( применение знаний в профессии)

Современное представление о фундаментальности образования - это такое образование, получив которое человек способен самостоятельно работать, учиться и переучиваться.

Основной задачей учебного процесса становится: формирование креативности, умения работать в команде, проектного мышления, аналитических способностей, коммуникативных компетенций, толерантности, способности к самообучению, что обеспечивает успешность личностного, профессионального и карьерного роста молодежи. Именно эта главная задача должна решаться в учреждениях начального профессионального образования.


Профессия помощника машиниста - это высококвалифицированный труд, требующий большого объёма знаний и навыков, т.к. электровоз - сложная техническая система.

Среди профессионально важных качеств помощника машиниста важную роль играет развитое техническое мышление, а становление и развитие этого качества происходит при изучении физики. Развитое техническое мышление позволяет принимать оперативное решение производственных технических задач в ограниченное время и в разных условиях. Для помощника машиниста в его работе самое главное - обеспечить безопасность движения. Для того чтобы выполнять свои должностные обязанности, нашему выпускнику потребуются прочные знания дисциплин профессионально - технического цикла, основу которых составляют физические законы, теории, явления.

2. Электрическая Тяга

Развитие электрической тяги стало возможным благодаря учению об электричестве и магнетизме. При изучении этого раздела физики обучающиеся повторяют открытия тех ученых, без труда которых электрическая тяга была бы невозможной. От экспериментов Эрстеда, открытия электромагнитной индукции М. Фарадеем до изобретения эл. двигателя Б. Якоби, трансформатора Яблочковым, трехфазной системы производства и передачи эл. тока Доливо-Добровольским. Организация повторения этих открытий проходит в нетрадиционной форме учебных занятий: по аналогии телепрограммы "Как это было" проводится исследовательская работа по изучению явления электромагнитной индукции и его закономерностей.

3.Воздушно-газовая система поезда и токоприёмник.

газовый закон Бойля-Мариотта, открытый учеными в конце 17 века - основа работы автоматических тормозов подвижного состава.

А когда они применяют газовые законы при расчетах параметров пневматических устройств на электровозе, получают их и анализируют, уже могут объяснить, какое влияние на их работу окажет изменение температуры окружающего воздуха. А это уже результат технического мышления на основе знания и понимания физической теории. Полоз токоприемника коснулся контактного провода. И даже здесь на помощь в надежной работе технических устройств приходит физика.

Колебательные движения контактной сети - колебания затухающие, т.к. контактная сеть имеет компенсаторы. Надежный токосъем при движении обеспечивается благодаря закону Гука.

А закон Бойля - Мариотта позволяет исключить удар хрупких угольных вставок о контактный провод. А обеспечивается это пневматический приводом, в основу работы которого положен данный закон. Объем увеличивается, давление падает при постоянной температуре.

4. Измерительные приборы.

В работе помощника машиниста очень важен навык работы с контрольно - измерительными приборами. Например, безопасность движения обеспечивают пневматические тормоза. Источником сжатого воздуха в них является 4-х-тактный компрессор. Его поршни перемещаются с частотой перемещения 440 раз в минуту. Поэтому происходит быстрое сжатие воздуха, что вызывает его нагрев до 180°. При такой температуре воздух не может быть направлен в тормозную систему и в приводы аппаратов. О снижении температуры до уровня окружающей среды узнают по манометру на пульте машиниста. Поэтому при организации лабораторного практикума просто необходимо использовать не виртуальные, а настоящие измерительные приборы. При их нехватке рекомендую организовать работу в группах.

5.Оптика на железной дороге.

Не обошлось на электровозе без геометрической оптики. Закон отражения и преломления света используется в линзах. Прожектор электровоза - оптическая система зеркал и линз. Свет прожектора виден издалека. Для увеличения длины прожектора используют оптические системы, состоящие из нескольких линз с малыми фокусными расстояниями.Бороться с ослепляющим действием прожекторных огней встречных электровозов можно с помощью поляризаторов. И дисперсия света нашла своё применение на железнодорожном транспорте. Для сигнализации используют цвета: красный - опасность, желтый - предупреждение, зеленый - безопасность. Оранжево - красные полосы на лобовой части локомотивов используются для наибольшей дальности видимости. Так проявляют себя волновые свойства света.

6.Тяговый двигатель электровоза.

Направление движения поезда выбирают при помощи реверсивной рукоятки: практически реверсивную рукоятку можно поставить в положение "вперед" или "назад". Этим переключателем изменяют направление тока в обмотках возбуждения тягового двигателя. Вот использование закона Ампера и правила левой руки.

Открывается светофор и начинается движение. Но и здесь не все так просто. Если ток будет недостаточным, то и сила тяги на ободе колеса будет маленькой, и в лучшем случае состав растянется, но скорость будет нулевой.Георг Ом давно своим законом утвердил, что с уменьшением сопротивления возрастает сила тока, а значит и сила тяги, и скорость движения. Для понимания этой зависимости при изучении "Закона Ома для участка цепи" следует для решения применять задачи профессиональной направленности. (Приложение №1). Электровоз, как и любое движущееся тело, подчиняется законам механики Ньютона.

Процесс движения поезда подчиняется II закону Ньютона, который устанавливает связь между действующими на него силами (вес поезда, сила тяги локомотива, сила сопротивления движению) и его ускорением. Соотношение сил определяет режим его движения.

Действие всех сил на вагоны поезда должно быть синхронным, иначе между вагонами в автосцепках возникают продольно - динамические реакции, которые могут привести к разрыву поезда. Поэтому, чтобы обеспечить безаварийную работу локомотивной бригаде нужно знать причины образования продольно - динамических реакций. Изучению раздела "Механика" уделяю много учебного времени (50 ч. из 126 ч. на 1 курсе). На примере различных ситуаций в процессе движения грузовых, пассажирских составов рассчитываем характеристики движения, действующие силы, объясняем возникновение причин аварийных ситуаций в процессе движения, основываясь на законах сохранения импульса и энергии в механике.

7.Автоцепка.

Надежность автосцепки помогают оценить знания по молекулярной физике. Опасность обрыва поезда возрастает, когда температура окружающего воздуха опускается ниже нуля. При отрицательных температурах увеличивается хрупкость, снижается прочность металлов на разрыв, повышается склонность к образованию трещин в автосцепках, которые уменьшают их поперечное сечение. При изучении темы "Виды деформаций", "Механическое напряжение" использую компьютерные модели, по рассчитанным данным строим диаграмму растяжения в автосцепке. Решение технической проблемы разрыва автосцепки решаем "мозговым штурмом". На данном этапе равнодушных нет, когда на экране перед глазами фото катастрофы.

8. Электромагнитной индукции и тяговый трансформатор электровоза.

Силовая цепь - это технически самая сложная часть электровоза переменного тока. В режиме тяги управление движением поезда осуществляется за счет изменения напряжения на тяговых двигателях. Двигатели получают питание с выхода выпрямительной установки через сглаживающий реактор. На входы выпрямительных установок переменное напряжение поступает от вторичных обмоток тягового трансформатора. Как известно из курса физики, трансформаторы способны повышать или понижать подведенное напряжение переменного тока. На красноярской железной дороге, электрифицированной на переменном токе, номинальное напряжение в контактной сети равно 25 кВ, а тяговые двигатели работают при номинальном напряжении 900-1600 В постоянного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, пульсирующий) на электровозах переменного тока устанавливают выпрямители. В выпрямителях используют полупроводниковые приборы. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении. В выпрямителях используют диоды, которые начинают проводить ток, как только к ним прикладывают напряжение.