7 pārsteidzoši fakti par atsperēm un to pielietojumu
Publicēts: 2023 08 09
Atsperes izmanto visdažādākajās nozarēs, sākot no Holivudas līdz velosipēdiem. Tām ir būtiska nozīme fizikā, tās ir neaizstājama inženierijas sastāvdaļa, un var pat teikt, ka tās palīdz radīt ilgtspējīgu enerģiju, jo to darbībai nav nepieciešama degviela!
Atsperes nav tikai metāla detaļas. Tās ir fizikas, inženierijas un atjautības rezultāts, kas ir izturējis laika pārbaudi kopš 1763. gada, kad R. Tradewell izgudroja pirmo atsperi. Kopš tā laika atsperes ir izmantotas daudzās nozarēs, jo to pielāgojamā funkcionalitāte ir palīdzējusi sasniegt tehnoloģiskus risinājumus, kas agrāk šķita neiespējami.
Atsperes bija būtiska Apollo 11 sastāvdaļa
fakts 1
Apollo 11 izstrādes laikā tika veikti dažādi testi, lai novērtētu nolaišanās šasijas izvēršanai izmantotās atsperes. Šie testi tika veikti dažādos apstākļos, tostarp sāls un miglas vidē, kā arī apkārtējās vides un termiskā vakuuma apstākļos. Lielākā daļa testu tika veikta apstākļos, kas imitēja Mēness vidi. Atsperu enerģijas aprēķini tika noteikti, balstoties uz praktiskiem testiem.
Testēšanas laikā bija nepieciešams veikt arī bezsvara stāvokļa pārbaudi, lai apstiprinātu nepieciešamo enerģijas daudzumu un aparatūras risinājumus veiksmīgai misijai. Apollo 11 agrīnajos testos tika konstatēts, ka izvēršanas laiku ietekmēja mehānisma funkcionalitāte, laika parametri un slodze. Ir dokumentēts, ka NASA Apollo 11 misijas vajadzībām nolaišanās šasijas izvēršanu pārbaudīja līdz pat 250 reizēm.
Sertifikācijas laikā notika divas izvēršanas atteices, ko izraisīja nepiemērota smērviela termiskā vakuuma testos, izolācijas radīti traucējumi un nepietiekama atsperu enerģija Apollo 9 nolaišanās šasijā. Problēmu novēršanai tika pārveidota izolācija, palielināta atsperu enerģija un ieviesti stingrāki testēšanas kritēriji. Komponentu testi galvenokārt koncentrējās uz lokšņu atsperēm, palīdzot labāk izprast to darbību un veiktspēju.
Lai gan raķetes konstrukcijā tika izmantotas arī dažādas citas atsperes, piemēram, durvju, pogu un citu mehānismu darbībā, vislielākā nozīme bija tieši nolaišanās šasijas funkcionalitātei. Starp daudzajiem atsperu pielietojumiem, tieši efektīva nolaišanās šasijas darbība bija kritiski svarīga.
Foto: Brian McGowan
Burj Khalifa arhitektūrā izmanto atsperes
fakts 2
Daudzi cilvēki pat nenojauš, ka pasaules augstākās ēkas Burj Khalifa, kodolā atrodas milzīgas atsperes. Šis ikoniskais Dubaijas debesskrāpis demonstrē dažus no iespaidīgākajiem inženiertehniskajiem risinājumiem, tostarp noskaņotu masas slāpēšanas sistēmu, kas palīdz nodrošināt ēkas stabilitāti un drošību stipra vēja vai seismiskas aktivitātes, piemēram, zemestrīču, laikā.
Burj Khalifa augstums ir 828 m, bet līdz pašam smailei aptuveni 830 m, tāpēc konstrukcijā bija jāņem vērā ēkas kustības un vibrāciju ietekme. Lai tās mazinātu, Burj Khalifa izstrādātāji ieviesa inovatīvu sistēmu, kuras centrā ir milzīgs betona bloks ar aptuveni 660 tonnu masu. Tas stratēģiski piekārts ēkas 160. stāvā un darbojas kā masas slāpētājs, samazinot ēkas svārstības.
Nav precīzi zināms, cik atsperu tika izmantots Burj Khalifa būvniecībā, taču zināms, ka tās būvniecībai bija nepieciešami vairāk nekā 22 miljoni cilvēkstundu un tika izmantotas 39 000 tonnas tērauda armatūras.
Foto: ZQ Lee
Atsperes tiek izmantotas dambjos visā pasaulē
fakts 3
Pirmos dambjus būvēja bebri, taču cilvēki pārņēma šo gudro dzīvnieku ideju un izveidoja milzīgas, sarežģītas būves ar daudziem dažādiem uzdevumiem. Agrīnos dambjus būvēja no tādiem materiāliem kā akmeņi un māls, savukārt mūsdienās plaši izmanto betonu.
Dambju būtība ir ūdens plūsmas kontrole, kā arī tekoša ūdens enerģijas izmantošana cilvēku vajadzībām. Pirmsindustriālajā laikmetā izplatīta metode bija ar mazākiem dambjiem darbināti ūdensrati, savukārt rūpnieciskās revolūcijas laikā tie attīstījās līdz milzīgām turbīnām liela mēroga dambjos. 20. gadsimtā, pieaugot pieprasījumam pēc elektroenerģijas, sākās plaša lielu dambju būvniecība. Viens no ievērojamākajiem piemēriem ir Hoover Dam, kas tika pabeigts 1936. gadā un kļuva par izcilu inženiertehnisku sasniegumu. Tā rezultātā tika izveidots milzīgais Lake Mead rezervuārs Amerikas Savienotajās Valstīs, kas ne tikai regulē ūdens plūsmu, bet arī nodrošina dzeramo ūdeni.
Atsperes liela mēroga dambjos izmanto daudzos pielietojumos, tostarp aizvaru mehānismos, pārplūdes un sarežģītās ūdens novadīšanas sistēmās, deformācijas šuvēs, slāpēšanas sistēmās, spiediena samazināšanas vārstos, seismiskās izolācijas risinājumos un citur.
Foto: Jakob Køhn
Mūsdienu tālruņos ir atsperes
fakts 4
Ja Jums ir iPhone, Android tālrunis vai fiksētais tālrunis, ļoti iespējams, ka tajā ir atsperes mehānisms Jau 19. gadsimta beigās, kad sāka izmantot pirmos tālruņus ar rotācijas ciparnīcu, ciparnīca ar atsperes palīdzību atgriezās sākotnējā pozīcijā. Pirmais rotācijas tālruņa patents 1892. gadā tika piešķirts Almon Brown Strowger, savukārt konstrukcija ar ciparnīcas atverēm tika ieviesta 1904. gadā.
Mūsdienu tālruņos atsperes izmanto daudzos dažādos veidos, sākot no miniatūriem motoriem ar sīkām integrētām atsperēm. kas nodrošina tālruņa vibrāciju paziņojumu vai zvanu laikā, līdz dažādām spiedpogām, piemēram, bloķēšanas un skaļuma regulēšanas pogām.
Foto: Nathana Rebouças
Medicīniskie elektrokardiostimulatori
fakts 5
Lai gan tie nav tik izplatīti kā tālruņi, elektrokardiostimulatori ir būtiskas medicīnas ierīces , kas paredzētas cilvēkiem ar neregulāru sirds ritmu. Tie palīdz stabilizēt un regulēt sirds ritmu, pievadot sirdij nelielu elektrisku impulsu.
Saskaņā ar British Heart Foundation datiem Apvienotajā Karalistē ir implantēti vairāk nekā pusmiljons elektrokardiostimulatoru, un tiek lēsts, ka NHS katru gadu elektrokardiostimulatoru implantē vēl aptuveni 50 000 cilvēku.
Elektrokardiostimulatoros atsperes izmanto bateriju nostiprināšanai, uzticamu elektrisko savienojumu nodrošināšanai, elektrodu kontakta uzturēšanai, magnētisko slēdžu darbībai, sensoru mehānismu nodrošināšanai, precīzām mikrokustību korekcijām, kā arī pareizai korpusa un mezglu fiksācijai.
Vai vēlaties uzzināt vairāk par atsperu izmantošanu medicīnas ierīcēs?
Lasiet “Medicīnisko ierīču atsperes: slēptā precizitāte kritiski svarīgu tehnoloģiju pamatā”
Foto: Wikipedia
Shinkansen, Japānas ātrvilciens
fakts 6
Japānas galvenās salas Honshu, Kyushu un Hokkaido savieno ātrgaitas dzelzceļa līniju tīkls, kas Tokiju savieno ar lielāko daļu lielāko pilsētu. Viens no galvenajiem un ātrākajiem pārvietošanās veidiem ir Shinkansen ātrvilciens, kas var sasniegt ātrumu līdz 320 km/h. Tokaido Shinkansen līnija, kas ir viena no deviņām Shinkansen līnijām, savieno Tokiju ar Osaku un stiepjas uz dienvidiem no galvaspilsētas.
Kopš pirmās ieviešanas 1964. gadā šīs līnijas ir piedzīvojušas daudzus uzlabojumus un pārmaiņas. Atsperes ir palīdzējušas pakāpeniski uzlabot ātrumu un drošību, kā arī pasažieru komfortu, avārijas bremzēšanu un vibrāciju slāpēšanu.
Integrējot atsperes dažādos vilciena konstrukcijas elementos, Shinkansen operatori var panākt līdzsvaru starp ātrumu, drošību un pasažieru komfortu. Atsperēm ir būtiska nozīme triecienu absorbēšanā, stabilitātes uzturēšanā un vienmērīgas kustības nodrošināšanā, kas kopumā veicina šo ātrgaitas vilcienu efektīvu un uzticamu darbību. Tās palīdz arī samazināt dzelzceļa radīto trokšņa piesārņojumu.
Foto: Fikri Rasyid
Brāļu Wright pirmais lidojums
fakts 7
Brāļu Wright' revolucionārais sasniegums, veicot pirmo motorizēto lidojumu 1903. gadā, ir nozīmīgs pagrieziena punkts cilvēces vēsturē. Viņu lidaparāta konstrukcijā tika izmantoti inovatīvi inženiertehniskie risinājumi un radoša pieeja, tostarp atsperes, lai nodrošinātu veiksmīgu un kontrolētu lidojumu.
Brāļu Wright izmantotās atsperes atspoguļoja viņu dziļo izpratni par inženierijas principiem un apņēmību panākt kontrolētu lidojumu. Šiem šķietami vienkāršajiem lidaparāta komponentiem bija būtiska nozīme sarežģītajā mijiedarbībā starp cēlējspēku, līdzsvaru un vadību, kas ļāva viņu lidaparātam pacelties gaisā. Tāpat kā atsperes palīdz nodrošināt līdzsvaru starp ātrumu, drošību un komfortu Shinkansen vilcienos, tās bija būtisks elements arī brāļu Wright centienos iekarot debesis un veidot aviācijas vēstures attīstību.
Foto: History in HD
Atsperes un vēsture: secinājums
Kā redzams, atsperēm kopš 1763. gada ir bijusi būtiska loma cilvēces vēsturē, un tās joprojām ir nozīmīgas arī mūsdienās. Spēja vienkārši uzkrāt, pārnest un atbrīvot enerģiju ir unikāla īpašība, ko līdz pat šai dienai nav izdevies pilnībā aizstāt ar citu mehānismu. Mūsdienās ir pieejami dažādi atsperu veidi, piemēram spirālatsperes, kompresijas atsperes, izstiepšanas atsperes, vērpes atsperes un daudzas citas, sākot no mikroskopiskiem izmēriem līdz vairāk nekā 1,8 m lielām atsperēm.