Исследовательская работа студента "Математика в моей профессии"

Мелешкин Даниил Карелина Ольга Валерьевна преподаватель ГБПОУ ИО ИрТРиАТ Математика в моей профессии «Изучение математики развивает логическое мышление,  приучает человека к точности, к умению видеть  главное, сообщает необходимые сведения для  понимания сложных задач, возникающих в различных  областях деятельности современного человека». Цель исследования:  1) Выяснить, нужны ли знания по математике в профессии судомеханика 2) Выяснить,   какие   именно   математические   знания,     умения   и   навыки необходимы судомеханику на определенных этапах работы. 3) Рассмотреть возможности решения производственных задач с  применением математического аппарата. Задачи исследования: ­   изучить   в   каких   видах   деятельности   судомеханика   математические знания более востребованы; ­   проанализировать   необходимость   влияния   математическими   знаниями, обеспечивающими   успешность,   благополучие   в   профессиональной деятельности. Объект моего исследования ­  роль математических методов в специальности судомеханик. Предмет   процесс   влияния   математических  знаний  на   профессиональные задачи в специальности судомеханик Методы исследования:  ­ поиск информации о применении математики в профессии судомеханика ­ решение прикладных  Актуальность   моего   исследования   состоит   в   том,   что   многие   виды деятельности   профессиональных   задач   связаны   с   научным   подходом   т.к. влияют на безопасность работы судна и экипажа. Гипотеза исследования: Если профессиональная деятельность по  обслуживанию и ремонту энергетических установок будет опираться на научно­математический подход, при решении нестандартных ситуаций то  будет повышаться безопасность работы судна и экипажа. При работе над проектом были использованы следующие методы:  опрос студентов заочников(анкетирование), анализ (статистическая обработка данных), работа с источниками информации, решение прикладных задач. Моя работа относится к прикладным исследованиям, т. к. в ней показывается  влияние научно­математического подхода на безопасность эксплуатации  судна и работы экипажа. В ходе моей работы были проанкетированы студенты 1 курса и студенты  заочники (судомеханики) Им были предложены следующие вопросы: Данил вставь вопросы Современный мир полностью держится на математике. Математика нужна всем людям на земле. Без математики человек не сможет решать,  мерить и  считать.  Невозможно построить   дом, сосчитать деньги в кармане, измерить расстояние, сравнить детали механизмов. Если бы человек не знал математику, он не смог бы изобрести самолет, автомобиль, телевизор, холодильник и любую другую технику или программу. Математика нужна в истории, физике, черчении и даже в русском языке. Математика позволяет человеку думать. Каждому человеку в своей жизни приходится выполнять достаточно   сложные   расчеты,   пользоваться   вычислительной   техникой, находить и применять нужные формулы, владеть приемами геометрических измерений,   читать   информацию,   представленную   в   виде   таблиц,  диаграмм, графиков,   составлять   несложные   алгоритмы.   Греки   изучали   математику, чтобы познать мир, а римляне – для того, чтобы измерять земельные участки. А для чего изучаем математику мы? Я, будущий специалист – судомеханик.  Я буду работать судомехаником. Судомеханик ­ это специалист мореходства,  обязанностью которого является организация бесперебойной, безопасной и  нормальной работы всех судовых механизмов и систем. Он несет  ответственность за экономное, бесперебойное и безопасное использование,  обслуживание и ремонт судового оборудования. Основной работой судомеханика является периодический контроль основных  и вспомогательных судовых машин, механизмов, оборудования и систем, их  обслуживание, обеспечение их бесперебойной работы во время вахты,  своевременное обнаружение и устранение поломок, плановые и аварийные  ремонтные работы. Вахтенный механик точно следует установленным  должностным инструкциям и заполняет предусмотренные технические  документы. Если ситуация требует, то он немедленно принимает меры по  обеспечению безопасности судна, экипажа и пассажиров. Изучив специальную литературу, я нашел задачи, которые требуют знание  математического аппарата при решении профессиональных задач. Задача 1  Для обеспечения безопасности плавания судно должно обладать  определенной потенциальной плавучестью­запас плавучести, характеризуемой величиной непроницаемого для воды объема корпуса, расположенного выше  действующей ватерлинии. Следовательно, запасом плавучести можно считать  то количество грузов(или воды), которое судно может принять сверх уже  находящихся на нем до полной потери плавучести. Запас плавучести обычно  выражается в процентах от видоизменения судна с полным грузом, т.е.  является относительным запасом плавучести. Если непроницаемый для воды  надводный объем корпуса обозначить через VH, то относительный запас  плавучести выразиться отношением: A=( VH/V)*100% Относительно запас плавучести различен у судов разных типов и составляет:  для пассажирских судов – около 80%, сухогрузов – 25­50% и танкеров – 15­ 25%. Сохранение запаса плавучести и его конструктивное обеспечение имеют  жизненно­важное значение для всякого судна. Достаточный запас плавучести  в процессе проектирования и постройки судна достигается рядом  конструктивных мероприятий, к числу которых относятся: обеспечение  достаточной высоты надводного борта, устройство водонепроницаемых  закрытий и разделение судна на отсеки прочными водонепроницаемыми  переборками и палубами. При отсутствие последних, любое повреждение  подводной части судна может привести к полной потере запаса плавучести и  гибели судна. Запас плавучести в этом случае конструктивно не обеспечен. 2.Грузовая марка. Марка углубления Во избежание недопустимой перегрузки судна с конца XIX – начала XX вв. на  грузовых суднах наносят знак грузовой малки, определяющий в зависимости  от размеров и конструкции судна, района его плавления и времени года  минимальную допустимую величину наводного борта. Грузовую марку  наносят в соответствии с требованиями Международной конвенции о  грузовой марке 1966 года. Грузовая марка состоит из трех элементов:  палубной линии, диска Пли соля и гребенки осадок. Знак грузовой мерки наносят на правом и левом бортах в средней части судна. Горизонтальная полоса, нанесенная по середине изображенного на грузовой  марке диска (диск Пли соля), соответствует летней грузовой ватерлинии при  плавлении судна летом в океане при плотности воды 1,025 т/м3. Обозначение  организации, назначившей грузовую марку, наносится над горизонтальной  линией, проходящей через центр диска. Положения о грузовой марке применяют к каждому судну, которому назначен минимальный надводный борт. Надводный борт­ расстояние, измеренное по вертикали у борта на середине  длины судна от верхней кромки палубной линии до верхней кромки  соответствующей грузовой марки. Палуба надводного борта­ это самая верхняя непрерывная, не защищенная от  воздействия, моря и воды палуба, которая имеет постоянные средства  закрытия всех отверстий на ее открытых частях и ниже которой все отверстия в бортах судна снабжены постоянными средствами для водонепроницаемо  закрытия. Назначенный судну надводный борт фиксируется путем нанесения на каждом  борту судна отметки палубной линии, знака грузовой марки и марок  углубления, отмечающих наибольшие осадки, до которых судно может быть  максимально нагружено при различных условиях плавления. Грузовая марка, соответствующая сезону, не должна быть погружены в воду  на протяжении всего периода от момента выхода из порта до прихода в  следующий порт. Судам, на борта которых нанесены грузовые марки,  выдается Международные свидетельство о грузовой марке на срок не более  чем на 5 лет. В нос диска наносят гребенку­ вертикальную линию с отходящими от нее  грузовыми марками – горизонтальными линиями, до которых может  погружаться судно при различных условиях плавления: Л­ летняя грузовая марка(Summer);  З­ зимняя грузовая марка(Winter); ЗСА­ зимняя грузовая марка для Северной Атлантики ( Winter North Atlantic); T­ тропическая грузовая марка( Tropic); П­ грузовая марка для пресной воды (Fresh); ТП­ тропическая марка для пресной воды( Tropic Fresh). Суда, приспособленные для перевозки леса, снабжают дополнительно  специальной лесной грузовой маркой, располагаемой в корму от диска. Эта  марка допускает некоторые увеличения осадки в том случае, когда судно  перевозит лесной груз на открытой палубе. Марки углубления предназначены для определения осадки судна. Деления  наносятся на наружной обшивке обоих бортов судна в районе форштевня,  ахтерштевня и на мидель­шпангоуте. Марки углубления отмечаются арабскими цифрами высотой 10 см  (расстояние между основаниями цифр 20 см) и определяют расстояние от  действующей ватерлинии до нижней кромки горизонтального киля.  Задание2  Нефтеналивной танкер, загруженный топливом с полностью рm= 10кг/м3 ,  перекачал в рейдовую баржу объем Vm= 400м3 топлива. Осадка танкера при  этом уменьшается на величину T= 0,2 м. Определить площадь ватерлинии  танкера, если плотность морской воды составляет 1025 кг/м3 . Принять, что  масса откачанного топлива является условно малым грузом для данного  судна. Решение: При снятии с борта условно малого груза, не превышающего 15­20%  от  водоизмещения судна, можно приближенно считать судно прямобортным, т.е.  сохраняющим площадь  S  ватерлинии в пределах изменения осадки. Вывод: Следовательно, изменение массы вытесненной судном воды рST согласно  закону Архимеда должно быть равно изменению водоизмещения судна, т.е.  масее снятого (или принятого) груза рmVm. Таким образом искомую площадь ватерлинии можно определить как: Вставить формулу  Задание 3 Определить осадку судна после расходования Vm =1200 м3 топлива и  Vb=1300м3 пресной воды, если известны: начальная осадка T=10м, длина  L=135м, ширина B=19,5м и коэффициент полноты площади ватерлинии  =0,7. Плотности морской воды и топлива соответственно равны 1025 кг/м3 и  850 кг/м3. Коэффициент общей полноты = 0,7. Решение:             Определяем общую массу израсходованных запасов m=pmVm + pbVb,  где pb=1000 кг/м3­плотность пресной воды: M=850x1200+1000x1300= 2320000кг., и сопоставляем с водоизмещением судна: D = pLBT=1025x0,7x135x19,5x10=18888187,кг. Если масса израсходованных запасов не превышает 15­20% от  водоизмещения, можно приближённо считать судно прямобортным в пределах M PS , ГДЕ s=ALB  изменения осадки, которое определяется на формуле T= – площадь действующей ватерлинии судна: S = aLB =0, 79x135x19, 5=2075, 7м. Значит: T= M PS ,=2320000/1025*2075,7=1,09м Соответственно определяется новое значение осадки судна T=10­1,03=8,91м Метацентрические формулы остойчивости   Метацентр­ (от греч.  ­ через лат. Centrum­средоточие) ­ центр кривизны  траектории, по которой перемещается центр величины в процессе наклонения  судна. При малых наклонениях судно (примерно при 10 градусов) метацентр  можно считать неподвижным, при больших наклонениях метацентр начинает  смещается. Возвышение метацентра над центром тяжести судна называется  метацентрической высотой.  В теории корабля различают два метацентра:  при наклонении судна в поперечной плоскости (крен), метацентр является  поперечным, или малым.  при наклонении судна в продольной плоскости (дифферент)­ продольным,  или большим. На практике судно испытывает наклонения в обеих плоскостях, и если  определить для этого случая метацентр, он будет лежать выше поперечного,  но ниже продольного. С этой точки зрения метацентрические высоты,  рассматриваемые в теории, являются предельными. Метацентрические формулы остойчивости – это формулы для  определения восстанавливающих моментов при малых наклонениях, когда  справедливы допущения о том, что в процессе наклонения метацентры не  перемещаются и кривые центров величины являются окружностями.  Различают метацентрическую формулу поперечной остойчивости тq = Phsinq  = gVHsinj. Последние формулы являются приближенно верными при малых  наклонениях (q = 10­150 и j = 2­30), когда ещё допустимо считать линейной  зависимость восстанавливающих моментов от углов крена и дифферента.  Практически применимость формулы для тв ограничивается   Меньшим из  углов qп и qc, при которых у борта не входит в воду верхняя Палуба или не оголяется скула корпуса. Формула для Mj применима при  Дифференте только до входа в воду палуба или оголения днища в  Оконечности Метацентрические формула остойчивости могут использоваться для Определения восстанавливающих моментов, коэффициентов остойчивости Или крена и дифферента корабля в зависимости от того, какая из этих  величин неизвестна.  Чаще всего метацентрические формулам определяют угол крена или  дифферента. Так как корабль будет наклонятся до состояния равновесия,  когда будет равенство кренящего или дифферентующего момента с  восстанавливающими, т.е. ткр=tq=gVhq или мдиф=Mj=gVhj=gVHD/L, toУглы  наклонения и дифферента могут определятся по формулам: (мера остойчивости) ­M=PMGsin?, где М – момент восстанавливающий,P­ все судна, MG­ поперечная метацентрическая высота, sin?­угол наклонения  судна. Формула эта выведена в предположение постоянство точки М, что  верно для малых углов наклонения (для высокобортных судов это наклонения достигает 15°, повышаясь до 20° для судов с заваленными внутри бортами).  МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЙ РАДИУС ПОПЕРЕЧННЫЙ, или МАЛЫЙ – расстояние поперечного метацентра от центра величины в прямом положении  судна. Он равен моменту инерции площадей через её центр тяжести, делёному на соответствующее водоизмещение судна  Задача 5 Для судна водоизмещением D=55000m и с осадкой Т=11,5м, по данным  таблицы печь статической  остойчивости,  построить  диаграмму  статической остойчивости ю Определить динамический угол крена при шквале с условным расчетным давлением ветра p=430Пa если парусность надводной части судна  имеет площадь Sn=7000м, центр парусности находится на расстоянии b=12м   от ватерлинии и судно да начало шквала сидело прямо. Определить  статический угол крена судна при длительном действии ветра той же силы. 1. Для каждого из углов крена Таблице 5 рассчитываем значения  восстанавливающего момента  M=gDl   где g=9?80665 м\с и строим  диаграмму статической устойчивости (ДСО) <<В Моментах>>. 2. Определяем динамический момент крена при шквале М=pSndи  статический момент крена при длительном воздействии ветра той же  T 2  ) который превышает М вследствие того что при  силе M=pSn(d+ дрейфе судна под длительным воздействием ветра , сила реакции воды  приложена на середине осадке, а не на ватерлинии как при отсутствии дрейфа в момент шквала. Оба значения моментов М и М носим на  вертикальную ось ДСО. M=450∗7000∗12= 37800кН м M=430∗7000∗(12+ 11,5 2 )=5342,5кН/м Диаграмма статической остойчивости приведена в Приложении  1 Угол 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Крена 0 Плечо !, м Мв кН/м 0 0,11 0,25 0,41 0,52 0,56 0,54 0,39 0,09 0 59 330, 20 134 841, 40 221 139,9 0 280 470 , 19 302 044,8 2 291 257,5 1 210 352,6 4 48 , 543,  92 С помощью решения производственных задач с применением математического аппарата можно определить угловую скорость вращения вала дизеля, при  расходе топлива, скорость в стоячей воде и т.д. Рассмотрев данную тему можно сделать вывод: «Математика»   нужна   не   только   в   моей   профессии   судомеханика, математика нужна всем людям на земле. Без математики человек не сможет решать, мерить и считать. Невозможно построить дом, измерить расстояние. Она позволяет человеку думать. Поэтому   для   технических   профессий   всегда   необходимы   задачи   на движение,   проценты,   площади   и   объемы,   составление   уравнений   и   систем уравнений.  В ходе всего сказанного предлагаю: Уделить внимание таки темам в математике как действия со степенями, тригонометрическим функциям, решению неравенств, процентам Решать больше задач связанных с практическим и профессиональным содержанием. Полюбить математику так ка ­это царица всех наук. Следовательно, математика в моей профессии просто необходима.