«Поезд будущего», Бездверная Полина, 4Б класс, МБОУ Школа №42 г.о.Самара

XVIII ОКРУЖНАЯ МЕЖШКОЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКУ»

Секция: Физика

Тема

«Поезд будущего»

Выполнила:

Ученица 4 «Б» класса
Бездверная Полина

Работа выполнена на базе:

МБОУ СОШ №42
с углубленным изучением отдельных предметов
городского округа Самара

Научный руководитель:

Каштанова Анна Михайловна

Завуч СОШ №42

г. Самара, 2017 год

Содержание

Введение 3

Основная часть
Глава I. Описание принципа работы и перспектив эксплуатации поездов на магнитной подушке 6 Глава II. Опрос пассажиров для определения потребности в магнитных поездах будущего 7

Глава III. Создание модели транспорта – прототипа поезда на магнитной подушке 8
Заключение 10

Источники литературы 11

Приложения №1, №2, №3

Введение.

Актуальность проблемы. В эпоху промышленной революции железные дороги преобразили мир. Этот транспорт популярен и сегодня. Многие полагают, что ему есть куда развиваться, учитывая, что вояж на поезде наносит меньше вреда окружающей среде, чем путешествие на самолете или автомобиле, не создает пробок и пассажир, при этом, прибывает в центр города. К сожалению, в наше время поездам трудно соревноваться с автомобилями по удобству и уровню комфорта, а с самолетами – по скорости передвижения[1]. Например, моя мама много путешествует, но предпочитает поездам самолеты, несмотря на соседство с железнодорожным вокзалом и удаленность аэропорта в Самаре. Неудивительно, ведь скорость обычного скорого поезда в России составляет только 55-60 км/час, ускоренного – до 140 км/час, а скоростной поезд движется со скоростью 200 км/час [2]. Средняя скорость движения на первой российской железной дороге, построенной императором Николаем I для себя и открытой в 1837 году, составляла 51 км/час. И ровно столько же составляла средняя скорость пассажирских поездов в середине 2000-2010 годов. Как будто и не было почти двух веков технического развития [3].

Мне стало интересно, какие есть перспективы у поездов сегодня. Почитав литературу, я поняла, что существует несколько проектов, способных изменить картину[1]. Поезда на магнитной подушке, маглевы – самый быстрый вид наземного общественного транспорта. И хотя, в эксплуатацию пока введено всего три небольших трека, исследования и испытания прототипов магнитных поездов проходят в разных странах мира[4]. Но как создать поезд на магнитной подушке? Каковы основные принципы его работы, достоинства и недостатки? Почему нет массового производства маглев? Какие вопросы, связанные с магнитными поездами, волнуют пассажиров? Можно ли создать самостоятельно экспериментальную модель?

В поисках ответов на эти вопросы появилась моя исследовательская работа.

Цель: Оценить перспективы магнитных поездов будущего и создать модель транспорта на магнитной подушке.

Задачи:

1. Дать описание технических характеристик, принципа работы и перспектив эксплуатации поездов на магнитной подушке.

2. Провести опрос пассажиров для определения потребности в магнитных поездах будущего.

3. Собрать модель транспорта – прототипа поезда на магнитной подушке.

4. Выполнить презентацию работы.

Гипотеза: предположим, что поезд на магнитной подушке – это перспективный транспорт будущего.

Обзор литературы.

Поезд на магнитной подушке или маглев (от англ. - магнитоплан) – это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами, предназначенный для перевозки людей. Относиться к технике пассажирского транспорта. В отличие от традиционных поездов, в процессе движения он не касается поверхности рельса[5].

В 1979 году появился первый в мире прототип поезда на магнитной подушке, лицензированный для предоставления услуг по перевозке пассажиров – Transrapid 05. Испытательный трек длиной 908 м был построен в Гамбурге и представлен в ходе выставки IVA 79. Интерес к проекту оказался настолько велик, что Transrapid 05 удалось успешно проработать еще три месяца после окончания выставки и перевезти в общей сложности около 50 тыс. пассажиров. Максимальная скорость этого поезда составляла 75 км/ч. А первый коммерческий магнитоплан появился в 1984 году в Бирмингеме, Англия. В 1980-х годах к разработке и реализации проектов по созданию высокоскоростных поездов на магнитной подушке приступили не только в Англии и Германии, но и в Японии, Корее, Китае и США[4].

На данный момент первою строчку в списке самых быстрых поездов на магнитной подушке занимает японское решение JR-Maglev MLX01, которому 2 декабря 2003 года на испытательной трассе в Яманаси удалось развить рекордную скорость – 581 км/ч.

Поезд на магнитной подушке Linimo, эксплуатация которого началась в марте 2005 года, до сих пор используется в Японии. Протяженность полотна, составляет около 9 км (9 станций), максимальная скорость Linimo равна 100 км/ч. Более известным является шанхайский маглев, введенный в эксплуатацию 2004 году. Он соединяет станцию шанхайского метро Лунъян Лу с международным аэропортом Пудун. Общее расстояние составляет 30 км, поезд преодолевает его приблизительно за 7,5 мин, разгоняясь до скорости 431 км/ч. Еще одна линия на магнитном подвесе успешно эксплуатируется в городе Тэджон, Южная Корея с 2008 года, а на ее разработку и создание ушло 14 лет. Она соединяет Национальный музей науки и выставочный парк, расстояние между которыми всего лишь 1 км. [4,5].

На данный момент будущее поездов на магнитной подвеске выглядит туманно в большей степени из-за запредельной дороговизны подобных проектов и длительного периода окупаемости. В то же время множество стран продолжают инвестировать огромные средства в проекты по созданию высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). Не так давно в Японии были возобновлены скоростные испытания поезда на магнитной подушке Maglev L0, который войдет в эксплуатацию к 2027 году[4].

Основная часть.

Глава I. Описание принципа работы и перспектив эксплуатации поездов на магнитной подушке.

Константин Циолковский считал, что при очень высоких скоростях движения транспорта «никакие колеса не могут быть пригодны». Один из эффективных заменителей колес – магнитная подушка. Суть её можно понять из простейшего опыта, приложив друг к другу одноименными полюсами два магнита. Они будут взаимно отталкиваться. Если ряд мощных магнитов поместить, например, под полотном железной дороги и вагонах поезда, можно добиться того, что поезд как бы повиснет «парит» над дорогой. Наглядным примером служит созданная мною модель. Явление в основе создания магнитной подушки называется магнитной левитацией. При этом поезд приводится в движение линейным двигателем, не предусмотренным в моей модели. Машиниста в этом поезде тоже нет – особая технология отслеживает точное местонахождение поезда и посылает данные в центр управления.

В основе технологии магнитного подвеса лежат три основных подсистемы: левитации, стабилизации и ускорения. Существует две основных технологии магнитного подвеса. Поезда, построенные на базе технологии электромагнитного подвеса (EMS) для левитации используют электромагнитное поле, сила которого изменяется по времени. Здесь применяется Т-образное рельсовое полотно, выполненное из проводника (в основном металла), но поезд вместо колесных пар использует систему электромагнитов – опорных и направляющих.

Для технологии электродинамического подвеса (EDS) левитация осуществляется при взаимодействии магнитного поля в полотне и поля, создаваемого сверхпроводящими магнитами на борту состава. Так построены японские поезда. В отличие от технологии EMS, сверхпроводящие электромагниты EDS могут проводить электричество даже в случае отключения электроэнергии.

Преимущества поездов на магнитной подушке: способны развивать большую скорость и производят меньше шума, чем обычные поезда; в несколько раз сокращают время в пути для пассажиров; используют источники электрической энергии, в меньшей степени загрязняющие атмосферу.

Недостатки поездов на магнитной подушке: стоят дороже, чем обычные поезда; возникает задача экранировать пассажиров от воздействия сильных магнитных полей; неожиданное падение напряжения приведет к тому, что вагоны поезда на сверхпроводниковой магнитной подушке опустятся на рельс; сильный боковой порыв ветра может нарушить работу поезда на магнитной подушке, сместив вагоны и заставив их прийти в соприкосновение с рельсом. Снег или лед на рельсе также могут вызвать проблемы [4].

Глава II. Опрос пассажиров для определения потребности в магнитных поездах будущего.

В ходе социологического исследования была предложена анкета. Она включает в себя вопросы, отражающие транспортные предпочтения пассажиров, путешествующих на самолете или поезде. Эту анкету (приложение №1) заполняли авиапассажиры, совершавшие перелеты по России в ноябре 2016 (47 граждан), и пассажиры поездов, путешествовавшие осенью 2016 (48 граждан). Мы с родителями опрашивали граждан в возрасте от 20 до 60 лет, которые путешествуют не менее 2-х раз в году. На основе полученных данных сделали вывод о предпочтениях и потребностях современных пассажиров.

Мы получили данные, что 70% современных пассажиров предпочитают для путешествия авиатранспорт, в связи с его скоростью, комфортом и, зачастую, сопоставимой ценой с поездом. Однако, 87% опрошенных отметили, что если поезд будет двигаться в пять раз быстрее, чем в настоящее время и еще бесшумно, то они предпочтут поезд. Все опрошенные отметили, что поезд на магнитной подушке изменит их мир путешествий. Из преимуществ будущего магнитного поезда особо выделили: скорость передвижения, прибытие в центр города, экологичность, отсутствие временных затрат на регистрацию, оформление и получение багажа. Но пассажиров, также, волнует вопрос безопасности и цены на билет (приложение №2, рис.1 и 2).

Глава III. Создание модели транспорта – прототипа поезда на магнитной подушке.

Для создания экспериментальной модели транспорта на магнитной подушке нам потребовалось (см. Приложение 2):

1. Постоянные магниты

2. Магнитное полотно

3. Брусок пенопласта.

4. Набор деталей конструктора Лего

Создание модели транспорта на магнитной подушке состоит из нескольких этапов:

1. Создание системы магнитного подвеса.

Рис.1.

1. Закрепляем постоянные магниты на опорах тележки.

Рис. 2.

1. Создаём магнитное полотно -встраиваем постоянные магниты в брусок пенопласта.

Рис. 3.

1. Создаём из конструктора Лего ограждение магнитной дороги.

Рис.4.

1. Модель готова – запускаем!

Рис.5.

Демонстрация модели транспорта на магнитной подушке.

Рис. 6.

В результате проведенной работы создана оригинальная экспериментальная модель транспорта на магнитной подушке, с презентацией которой я выступила перед одноклассниками на уроке технология. В дальнейшем её можно использовать на уроках технологии и физики для изучения основных принципов явления магнитной левитации, а также во внеклассных мероприятиях и на занятиях кружка «Физика для малышей».

Заключение.

Выводы по результатам работы:

1. Изучила литературу по данной теме, принцип работы и перспективы эксплуатации поездов на магнитной подушке.

2. В результате проведенного опроса выявила, что для 87% пассажиров поезд на магнитной подушке является актуальным транспортом, который обеспечит скорость, комфорт и экологичность.

3. Создала модель транспорта на магнитной подушке.

4. Выполнила презентацию работы.

Таким образом, считаю, что цели и задачи, поставленные мною в начале работы достигнуты. Гипотеза полностью подтвердилась: поезд на магнитной подушке - перспективный транспорт будущего.

Я уверена, что приобретенные при подготовке к данной работе знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учёбе.

Список литературы

1. Леви Д. Будущее. Технологии завтрашнего дня. ООО «Клевер-медиа-групп», 2015. 79 с.

2. Гуревич А.Е., Исаев А.Д., Понтак Л.С. «Физика–Химия». 5–6 классы. – М.: Дрофа, 2004

3. http://www.ozon.travel/help/railway/preparation/trains/

4. http://www.profile.ru/economics/item/100914-vagonchik-nikak-ne-tronetsya

5. http://itc.ua/articles/poezda-na-magnitnoy-podushke-transport-sposobnyiy-izmenit-mir/

6. http://www.studfiles.ru/preview/3563000/

7. http://topmira.com/tehnika/item/41-samye-bystrye-skorostnye-poezda-v-mire

5