Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.Введение

Когда строился наш дом, прокладывали воду и делали колодец, который затем накрыли специальной крышкой люка. Я обратил внимание, что в нашем городе всюду лежат крышки круглой формы: и у нас во дворе, и на дорогах, и возле школы.

И тогда я заинтересовался, а почему крышки канализационного люка круглые. Передо мной возникла проблема : есть много геометрических фигур, а канализационные люки делаются почему-то круглые и возможно, существует еще какая-то фигура, подходящая для люков.

ЦЕЛЬ: определение свойств круга, которые используются в крышках канализационных люков.

ЗАДАЧИ:

1.Познакомиться с новыми для меня свойствами круга и с помощью опытов установить простейшие связи и сделать выводы.

2. Поискать материал о других геометрических фигурах, которые могли бы использоваться человеком при изготовлении крышек для люков.

3. Показать возможность использования кругов (и если существует похожая по свойствам фигура) в жизни.

Гипотеза: кроме круга существуют фигуры, которые можно использовать для изготовления крышек канализационных люков.

Методы исследования

1. Проведение опроса «Почему крышки канализационных люков круглые?».

2. Поиск материалов в сети интернет.

3. Наблюдения.

4. Проведение опытов.

2.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Свой вопрос я задал родителям, одноклассникам и знакомым и получил на него разные ответы. Большинство думают, что так удобно — в круглое отверстие легче пролезть, несколько ответов было — красиво, а некоторые ответили, что не знают. Тогда я начал искать информацию в сети Интернет.

Опыт 1. Предметы круглой формы легче перемещать — их просто можно перекатить. В то время как у предметов прямоугольной и треугольной формы мешают углы. А крышки канализационного люка делают еще тяжелыми — их изготавливают из чугуна. Тогда можно сделать вывод о том, что круглую тяжелую крышку можно переместить одному человеку. А люк другой формы придется нести в несколько рук.

Опыт 2. Крышка канализационного люка круглый формы никогда не провалится в колодец, а значит, лучше всего подходит для выполнения защитной функции. Все это потому, что диаметр крышки всегда больше диаметра самого колодца. А другие фигуры могут провалиться (например, под углом).

Опыт 3 . Проведем две параллельные касательные прямые и зафиксируем расстояние между ними. Начнем вращать круг. Он постоянно касается этих линий и можно сказать, замкнутая кривая (окружность, которая описывает круг) имеет постоянную ширину. Это тоже свойство круга. И его учитывают при изготовлении крышек люка — меньше вероятность допустить ошибки при производстве.

Опыт 4. При изготовлении крышек круглой формы используется меньше материала и снижается их себестоимость.

Вот оказывается, какие причины, почему крышки канализационных люков круглые. Но меня интересует еще один вопрос: есть ли фигура, по свойствам похожая на круг. И здесь мне помогла передача, которую я смотрю - «Галилео». Из нее я узнал, что есть фигура по свойствам похожая на круг. Это треугольник Рёло. Его изучением занимался немецкий ученый Франц Рёло в 19 веке. Давайте и мы проверим это.

Опыт 5. Треугольник Рёло — фигура, имеющая постоянную ширину. Проводим две касательные прямые линии, фиксируем их ширину и начинаем вращать треугольник Рёло. И всегда одна точка, расположенная в одном из «углов» треугольника Рёло, а другая на противоположной дуге окружности, будут касаться линий.Опыт 6. Предмет, изготовленный в форме треугольника Рёло может перекатываться. Установим на 2 цилиндра в форме этих треугольников дощечку и увидим, что она перекатывается.

Опыт 7. Треугольник Рёло, если его установить на люк, тоже не провалится. Мной был изготовлен такой макет и вам предлагаю убедиться в этом.

3.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведя работу я смог сделать вывод о том, что выдвинутая мной гипотеза - кроме круга существуют фигуры, которые можно использовать для изготовления крышек канализационных люков, подтвердилась. Но изготавливать круглые крышки проще — меньше вероятность допустить ошибку и, поэтому изготавливают именно их. И теперь я смогу ответить на вопрос, который часто задают при приеме на работу в Microsoft. Вот эти ответы: безопасность, удобство при передвигании, ниже стоимость, меньше ошибок при их изготовлении.

И еще я узнал очень интересные факты .

1. Когда проводятся гонки болидов по городским улицам, крышки привариваются к люкам. При движении гоночных болидов благодаря их аэродинамическим характеристикам создается настолько низкое давление воздуха между дорогой и днищем машины, что его достаточно, чтобы поднять крышку канализационного люка.

2.В начале 2000-х годов в Москве проходил большой арт-проект «Канализации всех стран, соединяйтесь!» - где были представлены фотографии канализационных люков со всего мира.

4. ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ И РЕСУРСОВ

1.http://www.etudes.ru/ru/etudes/mazda

2.http://otvetprost.com/387-pochemu-lyuki-kruglye.html

3.http://expirience.ru/pochemu-lyuki-kruglye/

4.Запись передачи «Галилео» от мая 2012г.

Привычной примелькавшейся деталью городского пейзажа являются крышки канализационных люков, практически везде, во всех государствах мира имеющие круглую форму.

Почему именно круглую – на этот вопрос мы постараемся подробно ответить.

Безопасность

Крышка люка канализационного колодца – массивное изделие из чугуна. Она весит более 50 килограммов, а вес люков, находящихся на проезжей части дороги, превышает 78 килограммов.

Это неудивительно, ведь крышка люка, находящегося на тротуаре улицы, должна выдерживать нагрузку в 12 тонн, а крышка, лежащая на дороге – целых 25 тонн. Такой вес обусловлен толщиной крышки, рассчитанной с учетом заданной нагрузки и прочности чугуна.

А теперь представьте следующую ситуацию: крышка люка открыта и лежит рядом с люком, а внизу, в колодце работают люди. Если кто-то случайно передвинет круглую крышку, то в худшем случае просто закроет люк. Прямоугольная или квадратная крышка в этом случае может провалиться в яму прямо на головы рабочих, ведь диагональ квадрата или прямоугольника всегда больше любой его стороны. Поэтому круглая форма крышки является наиболее безопасной в данном случае.

Прочность

Инженерам давно известно, что круглые предметы имеют намного большую прочность, чем квадратные. Канализационный люк не только круглый, но и слегка выпуклый к середине: такая форма обеспечивает наибольшее сопротивление механической нагрузке, направленной сверху.

Внутренние напряжения в люке такой формы равномерно распределяются по металлу, в то время как в квадратных, прямоугольных и любых других крышках под действием нагрузки напряжения распределяются неравномерно, что влечет более быстрый износ, а следовательно – более частую замену крышек.

Кроме того, не следует забывать, что чугун – довольно хрупкий материал, и если уронить прямоугольную крышку, от нее вполне может отколоться уголок. Чтобы расколоть круглую крышку люка, придется приложить намного больше усилий.


Судя по тому, что практически все крышки в целости и сохранности лежат десятилетиями (а некоторые уже более ста лет), в обычных условиях повредить круглую крышку практически невозможно.

Экономия металла

Почему круглая форма люков является более оптимальной с точки зрения экономии металла? При одинаковой длине периметра круглого и прямоугольного люков - площадь круга всегда больше площади прямоугольника или любой другой геометрической фигуры.

Если перевести это в экономические показатели, то получается, что круг – наиболее выгодная форма люка, поскольку на крышку для него требуется намного меньше чугуна (экономия до сорока процентов), чем на прямоугольную крышку.

Оптимальное соотношение длины периметра к площади заставляет делать круглыми люки не только для канализационных колодцев, но и в гораздо более серьезных конструкциях – например, между отсеками подводных лодок или космических кораблей. Круглые люки более экономичны и выдерживают большие нагрузки, чем люки любой другой формы.

Удобство проведения работ

Круглая крышка люка намного более удобна при проведении ремонтных или профилактических работ. Если прямоугольную крышку необходимо поднять, чтобы перенести на некоторое расстояние, для чего понадобится не меньше двух взрослых мужчин, то круглую крышку можно спокойно перекатить, поставив на ребро, и с этой задачей вполне можно справиться в одиночку.

Да и для того, чтобы приладить тяжелую крышку на место, не нужно ее вращать, подгоняя под конфигурацию отверстия. Круглая крышка встанет на место в любом случае, какой бы стороной вы ее ни укладывали.


Итак, причин почему нужно делать крышку канализационного люка круглой - более чем достаточно.

Современные предприятия коммунального обслуживания возникли в мире в 30-х годах XIX-го века. Несмотря на разнообразие форм, большее предпочтение отдавалось именно круглым крышкам. В настоящее время производители люков для канализационных систем выпускают исключительно круглой формы.

Крышки для канализационных люков: вес и максимальная нагрузка

Несмотря на то, что канализационные системы современного типа в различных странах появлялись в разные временные промежутки, единственное сходство заключалось в необходимости установки канализационных люков. Острая необходимость в чугунных люках возникала в первую очередь в крупных городах с асфальтированными дорогами исходя из соображений безопасности. Всё-таки сдвинуть крышку весом от 45 вплоть до 160 кг в разы тяжелее деревянных настилов и заграждений, которые использовались ранее.

Примечание! Последние годы наравне с чугунными крышками в продаже появились более дешевые аналоги из полимерных материалов, минимальный вес которого считается 15 кг, максимальный – 48 кг.

Форма крышки канализационных систем

Основная причина, почему крышка люка круглая, происходит из следующих соображений.

1. Треугольная форма не подходит исходя из особенностей строения человеческого . В противном случае величина люков была бы значительно больше современных круглых. А это влечёт за собой лишние хлопоты в виде увеличения необходимого сырья для производства крышки, следовательно, увеличивается его себестоимость.
2. Люк квадратной формы со временем может провалиться в колодец. Тем более, форма колодца – круглая. Заниматься изменением переходов шахты канализационных люков на поверхность с круглой на квадратную форму – занятие не из лёгких, требует увеличения финансовых затрат на изготовление и замену.

Круглая форма крышки имеет не односторонний нюанс: такую крышку удобно переносить – т.е. катить, в отличие от квадратных или треугольных. Но с увеличением числа краж в и ближайших странах СНГ ради наживы, власти стали искать выход из сложившейся ситуации путём производства из других материалов.

В Соединенных Штатах в качестве «противоугонных» мер изготавливают крышки с пазами или на задвижках. Европейские страны используют комбинированный материал для изготовления крышки – соединяют бетон с чугуном. Это позволяет избежать краж, потому что в центрах приёма металлолома гибридный материал не принимается.

Интересный факт! Энтузиасты не унывают и в сети Интернет пользователи устраивают выставки обнаруженных образцов с необычным дизайном с припиской города. Искусство литых крышек ведёт свою историю порядка 150 лет, ежедневно всемирная публичная галерея пополняется новыми необычными образцами современных и старинных изделий.

Современные и старинные крышки канализационных люков внешне различаются. Если на старых можно встретить выгравированные гербы, различные надписи и рисунки, то современные аналоги выдержаны в серьёзном стиле: производственный номер, название компании-изготовителя, дата изготовления. Некоторые организации на заказ запрашивают «уникальные» экземпляры, на которых располагают детальную информацию: логотип фирмы, краткий перечень предоставляемых услуг и другое.

Основные причины, почему крышка люка круглая

1. В России и странах ближнего зарубежья колодцы и канализационные трубы имеют круглое сечение. Это основной фактор, влияющий на форму крышки. В некоторых европейских и азиатских странах встречаются квадратные варианты. Однако это скорее исключения из правила, нежели чем норма, потому что в той же Чехии или Китае, где люди обнаружили крышки в форме квадрата, сечения труб и колодцев канализационной системы также имеют круглую форму.
2. Снижение себестоимости. В отличие от круглой, на изготовление квадратной крышки канализационного люка потребуется на 30% больше сырья.
3. Удобство. Для установки крышки люка любой другой формы потребует большего количества затрат: в т.ч. человеческих усилий и времени для её установки: крышку не придётся переносить (учитывая минимальный вес чугунного экземпляра в 65 кг, квадратная исходя из увеличения затрат сырья приблизительно на 30% будет тяжелее– т.е. порядка 85 кг).
4. Канализационный люк круглой формы не провалится в колодец из-за увеличенного диаметра в сравнении с сечением колодца.
5. Монтаж и демонтаж круглых крышек производится быстрее и на то существует ряд причин:
   нет необходимости в большем количестве установщиков для переноса люка;
   время, затраченное на его перенос, сокращается – круглый люк проще катить, с квадратной или треугольной крышкой такой способ не подойдёт.
6. Распределение концентрации нагрузки. У круглой крышки распределение производится по всей площади. Угловатым крышкам таким не похвастаться – именно углы будут выполнять роль основных точек нагрузки.
7. Повредить края круглого люка сложнее, чем угловатого. В процессе транспортировки можно поставить скол. Учитывая, что именно углы выступают основной опорной точкой для распределения нагрузки, отколотый кусок вне зависимости от его величины нарушает систему и нагрузка распределяется уже на остальные углы.
8. Износостойкость. Величина эксплуатационного срока напрямую зависит от целостности крышки люка. Если у угловатых крышек отколется часть, распределение нагрузки происходит неравномерно. Со временем это повлечёт к повреждению других опорных углов.

Домашний уют

Почему канализационные люки круглые – это необходимость или традиция?

28 мая 2015

Почему канализационные люки круглые? А какие они еще могут быть? Теоретически люк может быть и квадратной или прямоугольной формы. Но такая конструкция, скорее, - исключения из правил. Люк - это не простой лаз, его нужно надежно закрывать. Он должен быть удобен в обслуживании и безопасен в эксплуатации.

Если удобство - это на любителя, то надежность на уровне нормативных нагрузок может обеспечить именно круглая конструкция крышки. От ее формы зависит конфигурация основания, которая, собственно, и является канализационным люком.

Сточная система

Канализационные сети - это комплекс сооружений, предназначенный для сбора и отвода сточных вод от пользователей к очистным объектам. Проще всего это сделать с помощью подземных коммуникаций. Выкапывается траншея, в нее укладываются трубы, по которым будут отводиться стоки.

Для возможности обслуживания системы через определенное расстояние необходимы смотровые шахты. В условиях городской инфраструктуры с плотной застройкой возможность провести канализационные сети есть только вдоль дорог или непосредственно под ними. В таком случае при интенсивном автомобильном движении люки должны быть надежно закрыты. Но почему канализационные люки круглые? Они должны иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать максимально возможные нагрузки транспорта.

В большом городе количество смотровых люков и всевозможных шахт может исчисляться сотнями тысяч. Ведь это не только канализация, это еще сеть коммуникаций: водопровод, теплосети, электричество, газ, телефония и прочее.

Смотровые колодцы

Для удобства доступа к коммуникациям шахта колодца обычно выполняется круглой формы. Кольца канализационные, использующиеся для возведения таких конструкций, чаще всего изготавливаются из армированного бетона.

Цилиндрическая форма колодца наиболее подходит для обслуживания. В таких шахтах удобнее производить работы. Они подходят для вентиляции, так как циркуляция воздуха в объекте цилиндрической формы происходит более интенсивно.

Размер крышки, площадь основания и внутренний диаметр подбираются в соответствии с назначением смотровой шахты. В таком случае все элементы системы будут максимально соответствовать друг другу. Учитывается место расположения, возможные нагрузки, интенсивность движения.

Это зависит от формы крышки. С одной стороны, обслуживающий персонал должен иметь удобный доступ к подземным коммуникациям. С другой стороны, колодец должен надежно закрываться, чтобы исключить возможность попадания внутрь посторонних предметов, для обеспечения безопасного движения пешеходов и проезда транспорта. Круглая крышка лучше всего подходит для этого, а значит и сам люк должен быть такой формы.

В зависимости от назначения они делятся по типу коммуникаций, проложенных под ними: инженерные кабельные сети, водопровод, газовые магистрали, теплотрассы, ливневая и сточная канализация. Размер канализационного люка в разных странах различный. В России чаще всего используются стандартные габариты (645 и 800 мм). Люки, изготавливаемые не по ГОСТу, проектируются и разрабатываются производителями в соответствии с заказом и конкретными техническими условиями.

Такая конфигурация имеет ряд преимуществ. Раньше люки изготавливались различной формы. Они могли быть квадратными, прямоугольными, овальными и даже треугольными для обозначения направления стока воды. Однако круглая форма крышки оказалась наиболее подходящей.

Она никогда не провалится внутрь колодца, как бы ее не проворачивали. Круглую крышку легче открывать, так точка приложения силы в любом месте окружности будет одинаковой. Ее можно катить, поставив на ребро. При изготовлении такая конструкция экономически более выгодна.

Круглая форма крышки меньше подвержена проседанию. Она выдерживает большую нагрузку при одинаковой толщине, а значит, ее можно сделать тоньше без потери качества. При производстве круглые отливки дают меньший процент брака (раковины, поры, каверны).

Материал

Основание и крышки люка для ответственных канализационных колодцев чаще всего изготавливаются из чугуна. Этот материал обладает прочностью, что дает возможность выдерживать большие нагрузки, и коррозионной стойкостью для длительного срока службы. Вес конструкций достаточный, чтобы проезжающий транспорт не мог случайно приподнять и сдвинуть крышку. Чугунные люки изготавливаются при переплавке вторичного сырья, они дешевле стальных аналогов.

В местах, где нет интенсивного автомобильного движения, устанавливать тяжелые и мощные конструкции нецелесообразно. В последнее время появились люки из пластика, полимеров и композитного материала. Они легче, дешевле, имеют достаточный запас прочности, длительный срок эксплуатации.

В частных домах для обустройства сточной канализации, оборудования смотровых колодцев и септиков используют кольца канализационные из армированного бетона. В таком случая вполне оправдано устанавливать на них сверху такое же основание для люка. Крышка изготавливается также из бетона. Она делается большего диаметра, не входит в паз, а просто перекрывает отверстие люка. Массивная конструкция достаточна тяжелая, ее невозможно случайно сдвинуть. Это обеспечивает необходимую безопасность при эксплуатации.

Спецификация и маркировка

Для повышенных нагрузок на дорогах используют тяжелые люки (класс Т). Они могут иметь вес свыше 100 кг и толщину более 100 мм. Где не предусмотрено автомобильное движение, используют легкие люки (класс Л). Конструкции для сада, газона и других территорий (класс А) имеют диаметр 540 мм и толщину 50 мм.

Почему канализационные люки круглые и имеют маркировку? Это сделано для удобства распознавания принадлежности их к коммунальным службам. На их крышках имются буквы: ГС - газовая сеть, МГ - магистральный газопровод, ПГ - пожарный гидрант и т.д.

Многих интересует, почему канализационные люки делают круглыми, но не все знают, что такая форма считается самой практичной. Пользоваться круглыми крышками безопаснее, а на этапе производства изделий получается экономия металла. Конечно, кроме круглых, на улицах городов есть люки другой формы, например, квадратные, но встречаются они достаточно редко. Это объясняется целой серией факторов.

Соображения безопасности

Несмотря на небольшие габариты, весят крышки порядка 50 килограммов, ведь сделаны они из чугуна. А вес изделий, расположенных на проезжей части, превышает 78 килограммов – ведь они должны выдерживать вес проезжающих машин. Согласно правилам, находящиеся на тротуарах люки должны переносить нагрузки силой до 12 тонн, а предназначенные для установки на дороге – до 25 тонн.

Учитывая значительный вес крышек, во время работы в канализационном колодце очень важно соблюдать правила безопасности. Если изделие провалится в люк на головы рабочих, не избежать трагедии. К счастью, круглые крышки сделаны с таким расчетом, чтобы никогда не падать вниз колодца. Изделия, имеющие форму квадрата или прямоугольника, могут запросто свалиться, ведь их диагонали всегда больше любой из сторон.

Удобство работы

Учитывая большой вес чугунных крышек, демонтировать их довольно сложно, особенно если они – квадратные. Чтобы перенести такие люки с места на место, понадобится несколько взрослых людей. Намного проще обращаться с круглыми крышками, ведь их можно перекатывать на ребре. С этой задачей можно справиться даже в одиночку.

Круглую крышку не надо вращать, пытаясь подладить под форму отверстия. Она займет нужную позицию независимо от того, какой стороной вы ее расположите.

Повышенная прочность

Поскольку крышки, которые применяются для защиты инженерных систем, в процессе эксплуатации подвергаются сильным нагрузкам, нужно позаботиться о том, чтобы эти изделия имели улучшенные показатели прочности. Проще всего добиться этого, если сделать люк круглым, ведь изделия такой формы имеют улучшенную прочность по сравнению с квадратными.

Фото: стандартный канализационный люк

Кроме того, если внимательно изучить строение люка, можно заметить, что к середине окружности он слегка выпуклый. Это не случайность: такая форма обеспечивает максимально равномерное распределение внутреннего напряжения в изделии. Прямоугольные крышки таким свойством не обладают, нагрузки в них распределяются неравномерно и приводят к повышенному износу металла.

Чугун – материал хрупкий, так что в результате механических воздействий на его поверхности могут появляться трещины и сколы. Круглые люки сделаны с таким расчетом, чтобы предотвратить разрушение металла: отколоть от них кусочек намного сложнее, чем от изделий квадратной или прямоугольной формы.

Точки концентрации нагрузки у круглого люка равномерно распределены по всей окружности. У квадратных изделий напряжение концентрируется только в углах, и это очень рискованно, ведь нельзя переносить всю нагрузку только на одну часть детали.

Экономическая целесообразность

Кроме улучшенных потребительских свойств, круглая форма обеспечивает экономию металла. При одинаковой длине периметра круг всегда имеет площадь больше, чем у прямоугольника. Таким образом, производство круглых люков является экономически целесообразным, ведь экономия на материалах может достигать 30% . Получается, что вместо трех квадратных крышек можно изготовить четыре круглых при тех же расходах чугуна.

Учитывая низкую себестоимость круглых люков, в масштабах города экономия на обустройстве канализационных колодцев выглядит впечатляющей. Кроме того, круглые крышки широко востребованы для защиты других систем коммуникаций, например, сточных трубопроводов, газовых труб или подземных электросетей.

К преимуществам люков круглой формы относится не только экономия металла, но и очень маленький процент выбраковки. Уменьшение количества опорных длин – залог низкой вероятности возникновения ошибок, приводящих к появлению различных дефектов.

Фото: открытый канализационный люк, действующий по принципу дверей

Кто несет ответственность за люки

Иногда люки оснащены петлями – это делается для того, чтобы избежать хищения, которое стало особенно заметным в последние два десятилетия. Чугунные изделия востребованы на пунктах приема металла. Дополнительно люки могут закрываться на замок – в таком случае они напоминают дверь.

Большинство канализационных колодцев вместе с крышками находятся в муниципальной собственности, хотя некоторые из них могут принадлежать юридическим лицам и многоквартирным домам. Если объект является бесхозным, его по заявлению представителей местного самоуправления берут на учет в органе, который занимается регистрацией прав на имущество. Затем, если собственник не найдется, люк передают на баланс одной из специализированных компаний.