Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 34.

Определение оптимального расположения фонарей для максимального освещения улиц 

г.Комсомольска-на-Амуре

                                     Работу выполнили:   Айтыкина Анастасия

Хавалкина Оксана ученики 7 В класса

                                              Руководитель: Левша Ю.С., учитель физики

Комсомольск-на-Амуре

2022 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….......3

1.Теоритическая часть…………………………………………………………...…..5

1.1.  Освещённость плоскостей…………….………………………………..…...5

1.2.Осевещение улиц………………………………………….……….……..…...6

1.3. Построение математической модели задачи.……….……………………...8 1.4. Способы вычисления высоты столба…………………………………...…10

2.Практическая часть…………….……………………………………………..….13

    2.1. Результаты измерения оптимального расположения фонарей на улицах

г.Комсомольска-на-Амуре…………………………………………………………14

Заключение……………………………………………………………………..…...17

Список использованных источников……………………………...………………18 ВВЕДЕНИЕ

Актуальность: «Освещённость», взятая нами за объект исследования актуальна, особенно в зимнее время. Зимой день сокращается и большую часть суток преобладает темнота, поэтому фонари очень важны. Чем больше будет освещённость, тем удобнее и безопаснее будет передвигаться людям и транспорту. 

Объект исследования: освещённость.

Предмет исследования:

1.                освещённость улиц и прилегающих к школьной территорий,  

2.                освещённость общественных мест г.Комсомольска-на-Амуре.

Цель: определить оптимальное расположение фонарей на общественных местах и улицах г.Комсомольска-на-Амуре, для максимального освещения прилегающего участка. Выяснить процент погрешности и проанализировать полученные данные.

Задачи:

1.                Выяснить, что известно из курса физики относительно освещённости плоскости и о характеристиках источника света?

2.                Построить математическую модель задачи и решить её.

3.                Определить соответствие с нормами СаНиП23-05-95 и решить экономическую задачу освещённости г.Комсомольска-на-Амуре.

4.                Выдвинуть идеи.

Методы исследования: измерения, сравнение, анализ полученных данных, фотографирование, изучение литературы. 

Теоретическая значимость: на основании изучения данной темы мы выявили соответствие освещённости посёлка с нормами СНиП.

Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы администрацией ЖКХ для оптимизации освещения.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.Освещённость плоскостей

Освещённость - световая величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади.

Освещенность обозначают символом Е, и находят ее значение по формуле Е = Ф/S, где Ф - световой поток, а S – площадь освещаемой поверхности.

Для примера приведем некоторые типичные значения освещенности:

•           Солнечный день в средних широтах — 100000 Лк;

•           Пасмурный день в средних широтах — 1000 Лк;

•           Светлая комната, освещенная лучами солнца — 100 Лк;

•           Искусственное освещение на улице — до 4 Лк;

•           Свет ночью при полной луне — 0,2 Лк;

•           Свет звездного неба темной безлунной ночью — 0,0003 Лк

Представьте, что вы сидите в темной комнате с фонариком, и пытаетесь прочесть книгу. Для чтения нужна освещенность не меньше 30 Лк. Что вы сделаете? Во-первых, вы приблизите фонарик к книге, значит освещенность связана с расстоянием от источника света до освещаемого предмета. Вовторых, вы расположите фонарик под прямым углом к тексту, значит освещенность зависит и от угла, под которым данная поверхность освещается. В-третьих, вы можете просто достать более мощный фонарик, поскольку очевидно, что освещенность тем больше, чем выше сила света источника. Когда пучок света падает под прямым углом к поверхности, световой поток распределен на наименьшей площади, если же угол увеличивать, то увеличится

площадь,               соответственно,               уменьшится               освещенность.

Освещенность напрямую связана и с силой света, и чем больше сила света, тем больше и освещенность. Экспериментально давно установлено, что освещенность прямо пропорциональна силе света источника.

В Америке и Англии используют единицу измерения освещенности Люмен на квадратный Фут или Фут-Кандела, в качестве единицы освещенности от источника, обладающего силой света в одну канделу, и расположенного на расстоянии в один фут от освещаемой поверхности. 

Исследователи доказали, что через сетчатку человеческого глаза, свет воздействует на процессы, протекающие в мозге. По этой причине недостаточная освещенность вызывает сонливость, угнетает трудоспособность, а избыточное освещение — наоборот, возбуждает, помогает включить дополнительные ресурсы организма, однако, изнашивая их, если это происходит неоправданно. 

В процессе ежедневной работы осветительных установок, возможен спад освещенности, поэтому для компенсации данного недостатка, еще на стадии проектирования осветительных установок вводят специальный коэффициент запаса.

Для естественного освещения вводят коэффициент снижения КЕО (коэффициента естественной освещенности), ведь со временем могут загрязнится светопрозрачные заполнители световых проемов, и загрязниться отражающие поверхности помещений.

Освещенность измеряют портативным прибором - люксметром. Его принцип работы аналогичен фотометру. Свет попадает на фотоэлемент, стимулируя ток в полупроводнике, и величина получаемого тока как раз пропорциональна освещенности. Есть аналоговые и цифровые люксметры. 

1.2. Освещение улиц

В Российской Федерации уличное освещение регламентируется как федеральными, так и местными (региональными) строительными нормами и правилами, причем последние не могут быть снижены по сравнению с первыми. В настоящее время действует федеральный документ СНиП 23-05-95

«Естественное и искусственное уличное освещение», введенный в действие в 1996 году.

При освещении улиц как линейного объекта наибольшая доля светового потока должна быть направлена по двум противоположным сторонам вдоль улицы , создавая при этом равномерное освещение на всем ее протяжении. Практика показывает, что для оптимального решения этой задачи необходимо иметь светильники, имеющие максимумы силы света, направленные примерно под углом 65-75⁰ к вертикали в двух противоположных направлениях. Такая трансформация светового потока лампы возможна только при помощи зеркал и преломителей света, которыми и снабжено большинство современных уличных светильников.

Устройство уличного освещения регламентируется ВСН 22-75«Инструкцией по проектированию наружного освещения городов, поселков городского типа и сельских населённых пунктов». По характеру предъявляемых требований к освещению все улицы и площади городов подразделяются на три категории: 

А – скоростные дороги, магистрали общегородского значения и т.п.;

Б  - магистральные улицы районного значения, дороги грузового движения и т.п.;

В – улицы и дороги местного значения.

Для освещения улиц и дорог рекомендуется применять в основном газоразрядные источники света. В настоящее время наибольшее распространение получили лампы ДРЛ. Люминесцентные лампы применяют редко, преимущественно в южных курортных небольших городках, где не требуется большой яркости. Эксплуатация люминесцентных ламп в северных городах в зимнее время затруднительна.

Лампы накаливания в настоящее время применяют только в посёлках или на городских улицах местного значения; применение этих ламп вследствие их малой экономичности будет постепенно сокращаться. Для уличного освещения в настоящее время широко применяют светильники: РКУ – уличный консольный; РСУ – уличный подвесной; ИСУ – уличный с галогенной лампой накаливания; СППР – подвесной призматический; СВР – венчающий; РБУ – настенный.

Наиболее распространенный способ установки уличных светильников – на специальных опорах или на опорах троллейбусной сети. Рационально применять для подвески светильников тросовые растяжки между домами, но этот прием пригоден в основном при кирпичной застройке; панельные дома обычно не рассчитаны на установку растяжек. На узких улицах, внутри кварталов, во дворах светильники иногда устанавливают на стенах зданий.

Бульвары и скверы не требуют интенсивного освещения, так как здесь нет движения транспорта. Часто можно ограничиться освещением только главных аллей и проходов. Следует учитывать, что на бульвар обычно попадает также свет от прилегающих улиц. Формальное выполнение норм без учета этого обстоятельства иногда приводит к чрезмерному увеличению числа фонарей, что особенно заметно в скверах партерного типа и на бульварах с молодыми деревьями. Для садов и бульваров целесообразно применять фонари торшерного типа с венчающими светильниками.

К электроснабжению и управлению уличного освещения предъявляют жесткие требования. Все освещения города должно управляться из центрального пункта с помощью автоматики или телемеханики. Схема питания и управления должна строиться таким образом, чтобы в ночные часы можно было оставить включенными 1/3 или ½ общего числа ламп. Нередко требуется устройство обратных сигналов о включении и выключении тех или иных узлов сети. Для цепей управления часто используются телефонные линии.

1.3. Построение математической модели задачи

Из курса физики известно, что освещённость плоскости прямо пропорциональна косинусу угла падения α и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света. 

Освещенность поверхности Е зависит:

1.                      от расстояния R до освещаемой поверхности (E~1/R^2 ).

2.                      от  угла,  под  которым  свет  падает  на  поверхность (чем  меньше  угол  падения,  тем  больше  освещенность);  

3.                      от  силы  света  I источника  (E - I ) ; 

4.                      прозрачности среды, в которой распространяется свет, проходя от источника до поверхности.

Построение математической модели задачи

Пусть ƒ(x)- освещённость плоскости, х - искомая высота, х ϵ (0; +∞), r- радиус площади.                                                                    

Решение математической задачи внутри математической модели

Значит, наибольшего своего значения функция достигнет при x=r/√2.       

Следовательно, х≈0,7r.

1.4.Способы вычисления высоты столба

1. Определение высоты тела по тени  

В солнечный день не составляет труда измерение высоты предмета, предположим дерева, по его тени. Необходимо только, взять предмет (например, палку) известной длины и установить ее перпендикулярно поверхности. Тогда от предмета будет падать тень. Зная высоту палки, длину тени от палки, длину тени от предмета, высоту которого мы измеряем, можно определить высоту предмета. Для этого нудно рассмотреть подобие двух треугольников. Помните: солнечные лучи падают параллельно друг другу.

2. Определение высоты тела по шесту  

Этот способ был предметно описан у Жюля Верна в романе «Таинственный Остров». Этот способ можно применять, когда нет солнца и не видно тени от предметов. Для измерения нужно взять шест, равный по длине вашему росту. Шест этот надо установить на таком расстоянии от предмета, чтобы лежа можно было видеть верхушку предмета на одной прямой линии с верхней точкой шеста. Тогда высоту предмета можно найти, зная длину линии, проведенной от вашей головы до основания предмета.

3. Определение высоты тела по зеркалу  

Зеркало кладут горизонтально и отходят от него назад в такую точку, стоя в которой, наблюдатель видит в зеркале верхушку дерева. Луч света FD, отражаясь от зеркала в точке D, попадает в глаз человека. Измеряемый предмет, например дерево, будет во столько раз выше вас, во сколько расстояние от него до зеркала больше, чем расстояние от зеркала до вас. Помните: угол падения равен углу отражения (закон отражения).

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Проверим соответствие расположения источников освещения оптимальным параметрам. Для этого проведём необходимые измерения.

Оборудование:зеркало, рулетка для измерения длины.

Для измерения высоты фонарных столбов, мы будем использовать методподобия треугольников. Все необходимые измерения и формулу для вычисления мы видим на рис.2

Рост Анастасии мы знаем, он составляет 169 см, а остальные стороны измерим с помощью рулетки. 

                                                                              Рис.2                                                    

2.1. Результаты измерения оптимального расположения фонарей на улицах г.Комсомольска-на-Амуре:

1. Автомобильная дорога по Ул. Магистральное ш.

Высота столба 

KD= (1,69 × 7,70) : 2,62= 4,96

Оптимальность 

r = 13,30 : 2 = 6,65 x' = 0,7 × 6,65 = 4,65

Оценка

(4,96 – 4,65) : 4, 65 × 100% = 6,6% 

6,6% < 10% - выполняется 

2. Сквер «Медиков»

Высота столба 

KD = (1,69 × 2,93) : 0,67 = 7, 390 

Оптимальность 

r = 23,56 : 2 = 11,78  x' = 11,78 × 0,7 = 8,246

Оценка 

(7,390 – 8,246) : 8,246 × 100% = 10, 38% 

10,38% > 10% - средний уровень 

3. Аллеи парка ДК Железнодорожника

Высота столба 

KD =(1,69 × 2,36) : 73 = 0,054

Оптимальность 

r = 27,16 : 2 = 13,58 x' = 0,7 × 13,58 = 9,506

Оценка

(0,054 – 9,506) : 9,506 × 100% = 99,4

99,4% > 10% - не выполняется

4. Сквер ул.Магистральное ш.25/2 Высота столба 

KD = (1,69 × 1,73) : 67 =

0,0436 

Оптимальность 

R = 17,15 : 2 = 8,575

X' = 0,7 × 8,575 = 6,0025

Оценка 

(0,0436 – 6,0025) : 6,0025 × 100% = 99, 27%

99,27%  >  10% - не выполняется

5. Площадь «Юности»

Высота столба 

KD = ( 1, 69 × 92 ) : 68 = 2,286

Оптимальность 

r = 21,65 : = 10, 825  x' = 0,7 × 10,825 = 7, 577

Оценка 

(2,286 –7,577) : 7,577 × 100% = 69,82% 

69,82% > 10% - средний уровень

6. Парк ДК ЗЛК Высота столба  

KD = (1,69 × 1,81 ) : 68 =

0,0449

Оптимальность 

r = 17,95 :2 = 8,975 x' = 0,7 × 8,975 = 6,2825

Оценка 

(0,0449 – 6,2825) :6,2825 ×

100% = 99,28%

                                                                                99,28% > 10% - не выполняется  ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом соотношение для оптимального освещения:

-   выполняется и является оптимальным только на автомобильных дорогах г.Комсомольска-нАмуре.  Фонари расположены на достаточном расстоянии друг от друга, и светильники расположены на оптимальной высоте. Таким образом, можно сделать вывод, что дороги отлично освещёны, так как процент погрешности при вычислении получился низким.

-   выполняется на среднем уровне в сквере Медиков и на площади Юности, но по СНиП они и  не требуют интенсивного освещения, так как здесь нет движения транспорта.

-   не выполняется на Аллеях парках ДК Железнодорожника, в сквере на ул.Магистральное ш.25/2 и в парке ДК.ЗЛК. Фонари расположены слишком далеко друг от друга, поэтому, местность освещена недостаточно хорошо.

Мы считаем, что в г.Комсомольск – на - Амуре плохо освещены улицы для пешеходов. Особенно плохая освещенность или её отсутствие возле детских садов и школ.

В местах, где освещения недостаточно, мы предлагаем следующие решения этой проблемы:

-   оптимизировать расположение фонарных столбов.

-   увеличить мощность осветительных ламп путём применения светодиодных так как, светодиодные лампы в восемь раз меньше потребляют энергии и срок службы в семь раз дольше ДРЛ (срок службы светодиодных ламп- 20тыс. часов, а ДРЛ- 3тыс. часов); легче для монтажа, проще в эксплуатации и ремонте на линии управления.

-   установить на подъездах домов лампы с датчиком движения. 

-   сбалансировать расположение ламп на столбах.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     Федеральный документ СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное уличное освещение», введенный в действие в 1996 году.

2.     Л.С. Атанасяна, В.Ф. Бутузова, С.Б. Кадомцева «Геометрия, 7-9класс»;

3.     Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы- 2-е издание.

4.     Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховец, В.М. Чаругин «Физика 10 класс», «физика 11 класс»;

5.     Ш.А. Алимов, Ю.М. Колягин, М.В. Ткачев и др. «Алгебра и начала математического анализа 10-11кл. ».

6.     https://www.tesli.com/blog/vse-stati/chto-takoe-osveshchennost  – информационный интернет портал