Как сделать измеритель высоты
Высотомер (альтиметр). Виды и работа. Применение и особенности
Высотомер, или альтиметр – это пилотажный прибор, предназначенный для определения высоты полета. Он является стационарным оборудованием любого летательного аппарата, а также используется альпинистами.
Назначение высотомера
Альтиметр является важным навигационным прибором. Его наличие позволяет пилоту правильно заходить на посадку. Не имея информацию о высоте сложно рассчитать угол и опуститься на посадочную полосу, чтобы избежать с ней столкновения. Внедрение высокоточных альтиметров в авиацию значительно снизило долю крушений при посадке. Также высотомеры позволяют поддерживать оптимальную высоту, на которой во время полета создается минимальное воздушное сопротивление, что позволяет экономить топливо.
Знать высоту необходимо и при сбросе парашютистов, поскольку если подняться слишком низко, парашют не успеет в достаточной мере затормозить снижение парашютиста. Когда же самолет поднимается чрезмерно высокого, то разреженный воздух за бортом может вызвать у человека потерю сознания.
Данные о высоте необходимы и для воздушных шаров, дельтапланов, парапланов и прочих аппаратов. Не зная высоту можно подняться выше положенного уровня, где сложно дышать, присутствует сильный ветер или двигаются перелетные птицы.
Типы альтиметров по устройству и принципу работы
Существует несколько типов высотомеров:
Во время полета получение данных о фактической высоте очень важно для безопасности движения. Именно поэтому на борту самолетов и вертолетов зачастую устанавливается сразу несколько типов высотомеров, работающих по разным принципам. Это дает возможность получать более точные данные, и при необходимости пользоваться тем устройством, которое в определенный момент работает с минимальной погрешностью. В каждом из перечисленных типов альтиметров имеются слабые стороны, когда их точность поддается сомнению. К примеру, одни высотомеры работают плохо над горной местностью, а другие ошибаются с высотой при полете на значительном отдалении от земли.
Барометрический высотомер
Это механическое устройство, работающее по принципу барометра. Оно высчитывает высоту по давлению атмосферы. Применяемый принцип измерения обоснован изменением атмосферного давления в зависимости от высоты. Чем выше над землей, тем оно ниже.
По факту прибор измеряет только непосредственное давление на высоте полета, а уже его механизм переводит данный показатель в приблизительные метры над землей. Чувствительной частью устройства является герметично запаянная коробка с мембраной. В зависимости от давления, мембрана меняет свое положение, тем самым передает механическое воздействие на привязанный к ней механизм. Тот в зависимости от создаваемого давления, отодвигает стрелку указателя высоты в ту или иную сторону на шкале.
Такие приборы подходят для установки на легких самолетах и вертолетах, летающих низко над землей. Шкала высотомера обычно разделена на 10 пронумерованных секторов. Каждый из них равен высоте в 1 км, а его деление соответстветствует 100 или 200 м. Редко можно встретить барометрический высотомер на 20 км.
На фоне надежности и простоты такого устройства все же нужно выделить и его недостатки:
Чтобы высотомер работал хотя бы приблизительно точно, необходимо настроить на его шкале текущее атмосферное давление на земле. Информация об этом сообщается наземными службами. Обычно пилотам предоставляются показания давления в аэропорту или аэродроме где будет осуществляться посадка. По мере перелета прибор может подстраиваться более точно, если диспетчер сообщит об изменениях давление на точке.
Также выпускаются небольшие ручные альтиметры, работающие по принципу барометра. Они предназначены для определения высоты парашютистов. Персональные устройства обычно носят на руке вместо часов.
Радио-альтиметр
Работает по принципу схожему с радаром. Он отправляет в сторону земли радиосигналы, те отражаются и возвращаются в сторону борта самолета. Устройство их улавливает и анализирует время, которое потребовалось сигналу, чтобы дойти до земли и возвратиться. Имея информацию о скорости волны и времени, затраченного на движение в две стороны, можно определить фактическую высоту воздушного судна.
Радио-высотомер позволяет определить реальную высоту полета, а не относительную. Это более сложный прибор, не требующий особого внимания от пилота. Он работает полностью автоматически и не нуждается в настройке.
Недостатками такой конструкции можно назвать только несколько моментов:
Генерируемый радио-высотомером сигнал вредит биосфере, поскольку его коротковолновый импульс очень мощный. Такие устройства производят для полетов на высоте до 30 км. К сожалению, даже самые мощные из них при движении над горной местностью получают искаженный сигнал, поскольку он отражается от поверхностей находящихся под углом. Наибольшая точность возможна только при полете над равниной.
GPS альтиметры
Являются самыми распространенными в современной авиации. Они работают по схожему принципу с радиотехническими, но отправляют сигналы не на землю, а на спутники. Те в свою очередь постоянно двигаются на заданной орбите, поэтому являются относительно стабильными. Получая отклик сигнала, GPS альтиметр путем математических вычислений определяет свои координаты и высоту. Чтобы рассчитать координаты высотомер должен связаться с двумя спутниками, а для измерения высоты с тремя.
GPS устройства имеют всего лишь пару недостатков:
Фактическая погрешность GPS альтиметров для гражданской авиации составляет до 10 м. При этом имеются устройства более высокого класса, работающие со спутниками по каналам L1. Отклонение у таких приборов всего пара сантиметров. Несмотря на совершенность технологии определения высоты по спутникам, подобное оборудование требует времени для получения сигнала. Тот двигается между передатчиком и приемником около секунды. Если летательный аппарат движется с малой скоростью, то такая задержка создает незначительную погрешность, но на истребителях гражданские высотомеры работают очень неточно.
Гамма-лучевой высотомер
Отправляет на поверхность радиоактивный изотоп, который отбивается и возвращается обратно. Фактически применяется похожий принцип, что и на радиотехническом альтиметре. Такое устройство может работать только на небольших высотах в несколько десятков метров. Отправляемые альтиметром изотопы практически не реагируют на различные преграды в виде пыли или газовых уплотнений, поэтому возвращаются без помех. Эти устройства совершенно непригодны для гражданской авиации. Они используются на космических кораблях в условиях вакуума.
Недостаток гамма-лучевых высотомеров очевиден:
Парашютные и туристические высотомеры
Надобность в альтиметре может возникнуть не только на борту самолета, но и в других случаях. Высотомеры необходимы для полетов на дельтаплане, воздушном шаре, параплане. Обычно такие альтиметры является частью многофункциональных устройств, которые помимо высоты также определяют вертикальную скорость движения, температуру, давление и т.д.
Однозадачные альтиметры, не обладающие другими функции, работают по барометрическому принципу. Зачастую гражданские версии такого устройства для парашютистов представляют собой подобие обыкновенных наручных часов. Они почти ничего не весят, и дают возможность определять высоту в полете даже до раскрытия парашюта.
Также необходимость в знании высоты может возникать во время горных подъемов. Специально для этого были разработаны туристические высотомеры, созданные для альпинистов. Подобные устройства производят в более широком изобилии, чем парашютные.
Их делают с разным форм-фактором под:
Самым распространенным является туристический высотомер в виде наручных часов. Часто это многофункциональный прибор, показывающий еще и время, давление, направление на север. Устройства в форме компаса или шайбы зачастую позволяют определять только высоту.
Туристические высотомеры, как и парашютные, обычно делаются противоударными. Они продолжают нормально работать в широком диапазоне температур. Их механизм защищен от промокания. При выборе туристического высотомера необходимо отталкиваться от того, на какую высоту планируется подниматься в горах. Большинство устройств имеют шкалу только на 2,5 км. Если потребуется поднять дальше, то стоит остановиться на альтиметре на 4 км.
Измерение высоты недоступных предметов при помощи подручных средств
Скачать:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Измерение высоты недоступных предметов Подготовила ученица 5 класса МАОУ СОШ №19 Бабинцева Екатерина Руководитель: Ратникова Надежда Александровна
Введение Проблема: Как измерить высоту предмета, не используя специальные приборы? Объект исследования: высота дерева Предмет исследования: методы измерения высоты предметов Цель: Изучить методы измерения высоты предметов, применить их на практике Гипотеза: предположим, что высоту дерева возможно измерить без специальных приборов
Задачи исследования изучить интернет ресурсы и литературу по проблеме исследования; изучить различные методы измерения высоты предметов; провести практическое исследование по измерению высоты дерева разными способами; найти наиболее точный способ измерения высоты дерева применимый на практике; познакомить одноклассников с результатами моего исследования
Способы измерения высоты недоступных предметов Метод Фалеса: по тени Метод Жюля Верна: при помощи шеста при помощи записной книжки и карандаша при помощи зеркала при помощи карандаша
Высота измеряемого предмета во столько раз больше высоты известного вам предмета, во сколько раз тень от измеряемого предмета больше тени от палки. H = (тень дерева · высота палки) : тень палки И змерение высоты предмета по тени (метод Фалеса)
Взять шест, равный своему росту, и установить его на таком расстоянии от предмета, чтобы лёжа можно было видеть верхушку предмета на одной прямой с верхней точкой шеста. Высота предмета будет равна расстоянию от головы наблюдателя до основания предмета. И змерение высоты предмета при помощи шеста (Метод Жюль Верна)
Метод измерения высоты с помощью записной книжки и карандаша Можно измерить высоту предмета с помощью записной книжки, если она снабжена карандашом, всунутым в чехлик или петельку при книжке. Книжку надо держать возле глаз. Н = (длина карандаша · расст. до предмета) : ширина книжки + высота человека до глаз
Надо встать так, чтобы лужа помещалась между вами и предметом, а затем найти в воде отражение вершины предмета. Высота предмета будет во столько раз больше роста человека, во сколько раз расстояние от него до лужи больше, чем расстояние от лужи до наблюдателя. H = (расст. от предмета до лужи · высота человека до глаз) : расст. от человека до лужи И змерение высоты предмета при помощи лужи (зеркала)
И змерение высоты предмета при помощи карандаша Встать так, чтобы видеть предмет целиком. У основания установить помощника. Вытянуть перед собой руку с зажатым в кулаке карандашом. Прищурив один глаз, подвести кончик карандаша к вершине объекта. Повернуть кулак на 90 градусов, чтобы карандаш оказался параллельно земле. Помощник должен отойти от предмета. Когда он достиг точки, на которую указывает острие карандаша, подать сигнал, чтобы он остановился. Расстояние от предмета до места, где застыл помощник – это высота предмета.
Практическая часть Способ 1: при помощи шеста Оборудование: рулетка и шест. Высота шеста – 1м 41см Расстояние от макушки до дерева – 5м 90 см Расстояние от макушки до шеста – 1м 41 см Результат : Высота дерева = 5м 90 см
Способ 1: при помощи шеста измеряю высоту памятника В.И. Ленину Оборудование: рулетка, шест Высота шеста ( мама ) – 1м 56см Высота шеста – 1 м 41 см Расстояние от макушки до памятника – 13м 90см (14м 10 см) Расстояние от макушки до шеста – 1м 41 см Результат : 1. Высота памятника = 15м 37 см 2. Высота памятника = 14м 10 см ВЫВОД: высота шеста должна быть равна высоте человека
Способ 4: при помощи карандаша измеряю высоту памятника В.И. Ленину Оборудование: карандаш, помощник, рулетка. Расстояние от помощника до памятника – 15м 92 см Результат: Высота 15 м 92 см
выводы Из таблицы видно, что более точным способом оказался способ определения высоты при помощи шеста. Но шест должен быть равен высоте исследователя. Самым доступным способом я считаю метод карандаша. Он требует минимум оборудования и всего одно измерение. Но результаты измерения значительно отличаются от действительной величины. Способ измерения дерево точные измерения памятник точные измерения Книга и карандаш 7м 48см 5м 85см 11м 83см 14м 00см шест 5м 90см 5м 85см 14м 05см 14м 00см зеркало 6м 52см 5м 85см 13м 92см 14м 00см карандаш 15м 92см 14м 00см
выводы Эксперименты проводились в неблагоприятных условиях: неровная, неудобная местность, много снега, мороз, отсутствие опыта и сноровки. Измерение высоты недоступного предмета удобнее делать, когда имеется специальное для этого оборудование. Но не каждый раз можно предвидеть ситуацию, которая может возникнуть, например, в туристическом походе. Вот тогда такие простые знания пригодятся и даже помогут выйти из затруднительного положения.
Измерение высоты здания максимальным количеством необычных способов
Скачать:
Предварительный просмотр:
Здравствуйте! Мы, учащиеся 11 класса Подовинновской школы, Листунов Лев и Тофан Татьяна представляем проект « Измерение высоты здания максимальным количеством необычных способов». Руководитель проекта Глазырина С.Н.
Однажды в интернете прочитал интересный случай о том, как один студент сдавал экзамен по физике.Преподаватель задал вопрос: «Объясните, каким образом можно измерить высоту здания с помощью барометра».
Ответ студента был таким: «Нужно подняться с барометром на крышу здания, спустить барометр вниз на длинной веревке, а затем втянуть его обратно и измерить длину веревки, которая и покажет точную высоту здания». После чего этот студент был выгнан из аудитории, но после подал на апелляцию, основываясь на том, что ответ был абсолютно правильным. На пересдаче студент заявил, что у него есть несколько решений проблемы, и он просто выбирал лучшее. И представил 25 решений этой задачи.
Тогда и пришла идея самим попытаться найти как можно больше способов измерения высоты предмета, например стены школьного здания.
Объектом исследования нашей работы является здание школы. Предметом исследования – высота школы и способы её измерения. Цель: 1) Рассмотреть применение геометрии на практике. 2) Определить высоту здания школы.
Задачи: 1. Рассмотреть различные способы измерения высоты предметов. 2. Применить эти способы для измерения высоты здания школы. 3. Найти наиболее простой способ измерения высоты (с ошибкой не более 10%);
4. Сопоставить точность разных методов.
Гипотеза: Существует множество различных способов измерения высоты здания при помощи весьма незамысловатых приборов и даже без всяких приспособлений.
Способ 1. По инструкции
В интернете мы нашли инструкцию о том, как определить высоту стандартных многоэтажных зданий. Вот как она выглядит.
Но здание нашей школы не является стандартным, поэтому этот способ измерение высоты нам не подходит.
Способ 2. При помощи рулетки
Сосчитаем количество ступенек лестницы с 1-го на 2-й этаж (их по 12) и измерим с помощью рулетки высоту одной ступеньки. Затем измерим высоту второго этажа. Очевидно, что высота школы равна:
Но это была высота здания изнутри!
Для проведения дальнейших экспериментов мы решили выбрать « мерку», и этой «меркой» стала я – Тофан Татьяна.
Поэтому мы измерили мой рост, расстояние до уровня глаз и длину шага.
В дальнейших исследованиях мы будем использовать именно эти измерения.
Способ 3. При помощи булавочного прибора.
Мы воспользуемся свойством равнобедренного прямоугольного треугольника, обратившись к услугам весьма простого прибора, который легко изготовить из дощечки или картонки и трех булавок. Я отошла на расстояние, чтобы продолжение гипотенузы треугольника проходило через верхний край стены здания. Расстояние получилось равно 628см. Высота школы равна 628 см плюс 150 см (уровень глаз над землей), равно 778 см = 7,78 м.
Способ 4. При помощи книги.
В качестве прибора для приблизительной оценки недоступной высоты мы использовали обычный учебник и ручку, всунутую в книжный переплёт. Она поможет вам построить в пространстве те два подобных треугольника, из которых получается искомая высота.
Расстояние от меня до школы Высота школы без уровня глаз над землёй
Ширина книги Высота ручки
Высота без уровня глаза над землей =
Высота стены школы =623+150=773см=7,73 м
При помощи хитроумного прибора, не приближаясь к зданию.
В некоторых случаях неудобно подойти вплотную к основанию измеряемого здания. Для этого придуман хитроумный прибор, который, легко изготовить самому. Две планки скрепили под прямым углом так, чтобы планка от глаз до перпендикуляра равнялось планке от перпендикуляра до вершины. Вот и весь прибор. Чтобы измерить им высоту, держа его в руках, направили планку вертикально, и становились последовательно в двух местах: сначала в точку, где располагали прибор концом вверх, а затем в точке, подальше, где прибор держали вверх другим концом. Искомая высота стены здания равна сумме расстояния между метками и росту « мерки» до уровня глаз.
Расстояние между метками равно 6,2 м.Высота стены школы равна
При помощи шеста 2 метра.
Воткнули шест в землю отвесно на некотором расстоянии от здания школы
и отошли от шеста назад, до того места, с которого, глядя на верхнюю точку стены здания видно на одной линии с ней верхнюю точку шеста.
Не меняя положения головы, смотрю по направлению горизонтальной прямой, замечая точки, в которых луч зрения встречает шест и здание, и прошу помощника сделать в этих местах пометки.
Из подобия треугольников получаем, что высота школы равна 6,37 м плюс 1,5м (уровень глаз над землей), равно = 7,87 м.
При помощи шеста с вращающейся планкой.
Для этого поставим на некотором расстоянии от здания шест с вращающейся планкой и направим планку на верхнюю точку стены здания, как показано на рисунке. Из подобия треугольников следует: Высота школы равна2*6,3:1,6 = 7,88 м
Работая над проектом, я познакомилась вот с такой задачей:
Дерево высотой 15 м закрывается монетой диаметром 2 см, если ее держать на расстоянии 70 см от глаз. Найдите расстояние от дерева до наблюдателя. Меня эта задача очень заинтересовала. Мы решили попробовать измерить с помощью монеты высоту здания школы.
При помощи высотомера.
Из транспортира, отвеса и лазера изготовили высотомер.
Высота школы (без уровня глаз над землёй) = расстоянию от меня до школы умноженному на тангенс угла (по высотомеру).
Высота школы = 6,2+1,5 = 7,7 м.
При помощи тени школы и широты, на которой находится наше село.
Встанем перед школой в полдень Измерим длину тени, отбрасываемую школой L. L=5,62м. Т.к. наше село Подовинное находится на 54-й широте, =54 0
При помощи фотографии.
Сделали несколько снимков, где я встала вплотную к зданию.
Измерили на фотографии высоту здания, и высоту мерки (меня).
Нашли отношение здания в мерках. И это отношение умножаем на рост «мерки». 4,7 *1,58 = 7,44 м
Тень школы высота школы
Тень Тани рост Тани
Высота школы = 31,5*1,58:6,6=7,54 м
При помощи тени шеста 1,5 м.
Тень школы высота школы
Тень рейки высота рейки
Высота школы = 31,5*1,5:6,2=7,6 м
При помощи зеркала.
Узнав расстояние от «мерки» до зеркала, и от зеркала до школы – из подобия треугольников находим, что высота школы = 1789 *158 : 389 = 726,8см = 7,27м
При помощи зеркала 1.
Встанем так, чтобы можно было видеть в зеркале верхний край крыши. Измерим расстояние между зеркалом и основанием стены
С помощью транспортира измерим угол. Из соотношения прямоугольного треугольника
При помощи зеркала 2.
Используя теорему синусов:
При помощи зеркала 3.
При помощи зеркала 4.
Встанем перед школой в полдень. С помощью зеркала M отбросим на верхний край стены школы солнечный зайчик. Замерим с помощью транспортира угол φ наклона зеркала к земле: φ = 45°. Мы уже применяли то соображение, что наше село Подовинное, где проводились измерения, находится на 54-ой широте, значит α, угол падения солнечных лучей, = 54°.
При помощи зеркала 5.
Установим рейку длиной L (L = 1 м) перпендикулярно земле на расстоянии S от стены школы. На кончике рейки установим вертикально зеркало M. Возьмем другую рейку произвольной длины и наклоним её так, чтобы один её конец почти соприкасался с глазом, а другой был направлен на мнимое изображение в зеркале верхнего края стены. Два отмеченных на рисунке угла равны, так как угол падения равен углу отражения.
Очевидно, высота школы равна:
При помощи рейки 40 см.
На уровне крыши на столбе возле здания нашей школы установлен фонарь. Данный эксперимент проводится вечером.
Дважды установим рейку перпендикулярно земле на разных расстояниях от школы и каждый раз измеряем длину тени, отбрасываемую рейкой.
Используя подобие треугольников, получим
При помощи катушки ниток с грузом.
Возьмём катушку ниток, прикрепим к свободному концу мотка ниток груз, а катушку наденем на карандаш. Встав максимально близко к стене школы, бросим груз вертикально вверх. В момент достижения грузом стены школы на размотавшуюся нить наносим штрих маркером. После спуска конструкции измеряем с помощью рулетки длину нити от её кончика до ближнего к нему кончика метки. Оказалось, что H = 7,9 м.
При помощи директора
Ну, а самым лёгким, доступным способом, несомненно, является наш последний способ: спросить у директора: « Какова же высота здания нашей школы по техническому паспорту?» Он то уж даст полный исчерпывающий ответ на наш вопрос. Оказалось, что высота равна 7,9 м.
Посчитав вот по этой формуле погрешность наших измерений, мы выяснили, что она составляет приблизительно 6%. А это даже меньше, чем мы предполагали вначале (10%).
Оригинальность нашей работы была в создании лучшей модели измерения высоты здания, в интеграции предметов (физики и математики). Создав модель, и проводя эксперименты, мы более глубоко изучили подобие треугольников и применение подобия на практике; соотношения в прямоугольном треугольнике; более детально изучили некоторые физические явления (угол наклона, отвесы, механические и световые явления). То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой.
Поэтому мы считаем, что наша гипотеза о том, что существует множество различных способов измерения высоты здания при помощи весьма незамысловатых приборов и даже без всяких приспособлений подтвердилась.