Самодельный сейсмограф. Макет вулкана своими руками из бумаги, монтажной пены и пластилина: мастер-классы с подробными инструкциями Как сделать макет строение вулкана из чего

Добрый день, мозгочины ! Сегодня расскажу вам о занятной самоделке — сейсмографе, который вполне возможно сделать в домашних условиях .

На фото представлено изображение «барабана» сейсмографа, который показывает четыре землетрясения, зафиксированные в один и тот же день на моей станции в Денвере; два в Мексике и два на противоположной стороне мира, на Суматре.

На вездесущих смартфонах есть сейсмо-приложения, которые используют встроенный акселерометр для фиксации толчков земной коры, но они могут обнаружить только очень грубые, мощные толчки. Сейсмограф, предлагаемый в этом руководстве, может фиксировать движение грунта менее 50 мкм/сек (человеческий волос около 100мкм), то есть он фиксирует то, что не ощущается.

Чувствительность этой самоделки позволяет зарегистрировать толчки более 6.5 баллов по всему миру, и меньшей магнитуды на конкретной местности. Но, конечно же, фильтрация механическая и электронная фильтрация в этом приборе ограничивает чувствительность самоделки.

Шаг 1: Сравнение с промышленными аналогами

Если данный сейсмограф поместить в достаточно тихом, устойчивом месте, таком как подвал, то вы сможете собирать данные в фоновом режиме через USB порт вашего компьютера с помощью бесплатного софта и не нагружать процессор. А качество данных позволяет достойно конкурировать с промышленными сейсмографами.
Обратите внимание на фото, что самодельный сейсмограф, так же как и профессиональный, хорошо различает первичные и вторичные волны, а также поверхностные волны, что позволяет определить расстояние до эпицентра с достаточной точностью.

Шаг 2: Компоненты

Сейсмограф состоит из четырех основных компонентов, каждый из которых я опишу в подробностях. Общая стоимость деталей будет около $300 — $350, а софт бесплатный.

Шаг 3: Механические компоненты

Механика этого сейсмографа выполнена в вертикальном короткопериодном варианте, который настраивается на частоту волны около 1.5-2сек, что дает сильную реакцию на P и S волны землетрясения. Существует возможность для изменения ширины, но размеры рычага, наклон пружины и ее натяжение имеют решающее значение.

Деревянная снова прибора допустима в условиях стабильной влажности, но если она обработана несколькими слоями краски. Алюминий может быть использован в качестве основы, но имеются вопросы по его тепловому расширению. Если все же использовать металл, то немагнитный.

Шаг 4: Механический датчик

Шаг 5: Лезвие рычага

Лезвие канцелярского ножа используется как «шарнир» рычага с точечным контактом. Само лезвие закрепляется на алюминиевом рычаге в V-образную прорезь, что позволяет рычагу свободно двигаться вверх и вниз. Рычаг сделан из алюминия шириной 3.2см и толщиной 0.3см, именно из алюминия, чтобы он не порождал магнитное поле при взаимодействии с магнитной подковой.

Деревянная стойка приклеена к основанию столярным клеем, и еще с нижней стороны укреплена саморезом так, чтобы сам саморез не мешал настроечным болтам, с помощью которых сейсмограф выравнивается по горизонтали.

Шаг 6: Пружина

Характеристики пружины являются определяющими. Если она слишком жесткая, магнитная подкова, установленная на рычаге, будет тяжело перемещаться по вертикали. Параметры моих пружин таковы: 6.35х82.55х0.63 – 3 штуки.

Установите пружины, контролируя уровнем горизонталь рычага, и закрепите их на опоре. А для крепления рычага и третьей пружины используйте немагнитное крепление.

Шаг 7: Катушка

Я использовал магнитную подкову с силой притяжения 13,6кг. Закрепите магнит на рычаге с помощью немагнитных латунных или алюминиевых болтов и гаек.

Катушка по бокам ограничена двумя 7см-ми дисками из 3мм-ой ДВП, поскольку она является диэлектрик. Сама катушка намотана на деревянный сердечник диаметром 2.54см и толщиной 1см. А вообще, габариты катушки зависят от магнита-подковы. К боковым дискам добавляем деревянные шайбы для удобства крепления. Во всей основе катушке просверлено отверстие под немагнитный болт.

Для намотки катушки используем провод №26, а еще лучше №30. В боковом диске катушки сверлим небольшое отверстие, продеваем в него провод и оставляем наружный конец около 30см. А затем мотаем катушку. Второй конец, оставляем тоже около 30см. Я немного автоматизировал этот процесс: основу катушки надел на болт, болт вставил в дрель, и на малых оборотах, аккуратно наматывал провод.

Шаг 8: Магнитный демпфер

Если рычаг сейсмографа не демпфировать, то он будет по инерции колебаться вверх вниз в течение нескольких секунд или минут. И реакция рычага на первый толчок может скрыть приходящие волны в диапазоне от от 1 до 25сек., поэтому его нужно быстро возвращать в состояние покоя. Можно использовать для этого масло, но этот способ грязный и зависит от температуры.

Магнитный демпфер состоит из медного клина, который проходит через сильное магнитное поле, создаваемое 4-мя очень мощными неодимовыми магнитами. Лезвие и латунный болт не имеют магнитных свойств, но корпус магнитит, поэтому неодимовые магниты просто прилеплены к нему, а чтоб все не слиплось, установлены распорные болты.

Поскольку корпус демпфера не укреплен на деревянной основе, то чтобы он не смещался, он должен быть достаточно тяжелым. Для этого пластины демпфера 5х7см я сделал тройными.

Шаг 9: Магнитный демпфер – вид сбоку

В каждой пластине я просверлил 3 отверстия диаметром 6.5мм. Магниты 2.5х2х0.6 я расположил в противоположной полярности по 2 на сторону:
S | N
N | S

Клин 4.5х3.2см изготовлен медного листа №24. Можно использовать лист тяжелее, но не легче. В крепежном болте клин можно припаять, а зазор между ним и магнитами выставить около 3мм.

Шаг 10: Усилитель

Опробовав несколько вариантов усилителя сигнала, я выбрал представленный. Это стабильный усилитель с авто-обнулением и защитой от низкочастотных шумов.

Вывод для сигнала времени необязательный и не нужный при выводе на ПК. Но участок цепи: 100к резистор — TL082 — 68k резистор обязателен.

Шаг 11: Схема

Я спаял мой усилитель на монтажной плате, и воткнул его в пластиковый корпус. Добавил разъемы на корпус и 100к подстроечный резистор на переднюю панель.

Шаг 12: Электропитание

Усилитель требует питания в +12/-12В. Обратите внимание, как подходят положительные и отрицательные провода к регулятору напряжения.

Шаг 13: Аналогово-цифровой конвертер

Я использую Dataq DI-158U Analog/Digital converter, но это устаревшая модель с 12 битным разрешением.
Dataq DI-145 и Dataq DI-149 имеют 10 битное разрешение, но они могут вносить нежелательные шумы в сигнал.
DI-155 является дорогой моделью, но он 13 битный и программируемый. Так что при +/- 5V можно получить 1.2 МВ разрешение, что в 16 раз лучше, чем у менее дорогих моделей, и он также будет производить меньше шума в сигнале.

Шаг 14: Программное обеспечение

Вы можете использовать софт, поставляемый с конвертором, но есть более подходящее программное обеспечение, уже специализированное для наших целей. К примеру, я использую бесплатную программу под названием AmaSeis А-1.

Шаг 15: Изолирующий короб

Вся механика сейсмографа должна быть помещена в плотно закрытый, герметичный короб, чтобы избежать помех, вызванных движением потоков воздуха. Я сделал короб из пенополистирола, и накрыл куском ДСП, тем самым, придав ему устойчивости.

Шаг 16: Регулировка демпфера

Для регулировки поднятия демпфера возьмите небольшой кусок картона 2х1.3см и прикрепите его не тонкую нить или леску длиной около метра. Другой конец нити прикрепите к палке.
Откройте крышку короба и опустите картон на рычаг, ближе к болту крепления демпфера, не заде при этом пружину. Пропустите нить по верху короба и накройте крышкой. Подождите минуту-две, и резко дерните нить. Если же начальный прогиб идет вверх, а не вниз, сделайте реверс на усилителе. Если прогиб/отскок в диапазоне между 12:1 и 15:1, демпфер настроен правильно.
Если отношение меньше, чем 12:1 , то корпус демпфера подвиньте так, чтоб он охватывал большую часть клина. Если больше чем 15:1, то, соответственно подвиньте корпус демпфера в другую сторону. Так же демпфирование можно настраивать, меняя зазор между клином и магнитами.

Шаг 17: Момент истины

После регулировки самоделки демпфирования вы готовы ловить землетрясение. Будьте терпеливы, этот процесс может занять от нескольких дней до недели или больше. В зависимости от того, где вы живете, вы можете ожидать толчка в среднем от 3 до 10 дней. Чем ближе к тектоническому разлому, тем чаще.

Может быть, вам повезет, и вы зафиксируете большое землетрясение, как это сделал я с 9 бальным землетрясением в Японии 11 марта 2011 года, которое вызвало разрушительное цунами. Я записывал волны от этого землетрясения более четырех часов. Земля звенела, как колокол.

Удачи и хорошей мозгоохоты !

Создать действующий макет вулканчика, который будет пениться (а-ля дымиться) и плеваться лавой, на самом деле не настолько сложно, как кажется. А подобная игрушка всегда окажется кстати для развлечения, в качестве оригинального украшения стола, или даже школьного проекта, который поразит учителя и одноклассников. Если у вас есть дети, позвольте им помочь вам. Не только потому, что процесс настолько легкий, что с ним смогут справиться в семье все, но и потому что в ходе создания вы сможете многому их научить. Так что собирайте требуемые материалы и начинайте «строить» свой собственный вулкан в миниатюре.

Сложность: умеренно легко.

Вам потребуются:
— пустая двухлитровая бутылка;
— спрей или акриловые краски;
— прозрачный герметизирующий состав;
— пищевая сода;
— жидкое мыло для посуды;
— белый уксус;
— кисточки для красок;
— паста папье-маше, или соленое тесто, или замазка, застывающая как гипс;
— кусок крепкой фанеры;
— газета;
— красный пищевой краситель.

1. Кусок фанеры по крайней мере на 21 см в длину и ширину больше, чем примерный диаметр вашего будущего вулкана положите на пол — это будет основа, на который вы сможете переносить свое творение. Так же она предотвратит попадание лавы на прочие поверхности (лава красится!) во время извержения.

2. Используйте соленое тесто, затвердевающую пластику или пасту папье-маше, чтобы сформировать гору вокруг пустой двухлитровой бутылки, размещенной аккурат посередине фанеры. Обязательно убедитесь, что крышка с бутылки снята.

3. Сформируйте и прилепите открытый верх вулкана на модели - так, чтобы он плотно прилегал к верхней части бутылки, но скрывал саму бутылку.

4. Вылепите части хребта и каналы, нужно, чтобы они начинались на самом верху вулкана и спускались вниз неровными дорожками - чтобы по ним могла красиво течь лава.

5. Дайте вулкану как следует высохнуть - учитывая размеры и количество пластики/папье-маше/теста, на это может потребоваться немало времени. Затем раскрасьте его акриловыми красками при помощи кисточек или красками в виде спрея. Нарисуйте для разнообразия горную реку. Верх горы-вулкана можно оставить белым или темным для классического варианта, или сразу раскрасить красным и желтым для особого эффекта во время извержения. Пластиковые растения, которые обычно помещаются в аквариум, можно обрезать и клеем прикрепить на вулкан - получатся деревья.

6. Обрызгайте вулкан и фанеру прозрачным герметизирующим составом - после того, как полностью высохнет краска.

7. Смешайте одну столовую ложку жидкого мыла для посуды, 1 столовую ложку пищевой соды и несколько капель красного пищевого красителя в чашке (лучше используйте бумажный стаканчик, чтобы потом не отмывать обычную чашку).

8. Аккуратно перелейте смесь в бутылку в вулкане (используйте воронку).

9. Поставьте готовый вулкан на открытом месте, где он ничего не забрызгает, предпочтительно на улице.

10. Залейте ¼ стакана белого уксуса в бутылку и отойдите в сторонку, чтобы понаблюдать, как ваш вулкан начнет извергаться!

Дополнения и предупреждения:

— Используйте шарики из скомканной газеты, разложенные вокруг бутылки - под пластикой/тестом/пастой папье-маше, чтобы придать вулкану нужную форму, но убедитесь, что поверхность горы получилась твердой и гладкой, чтобы в последствии вулкан можно было убрать в коробку и сохранить для последующего использования;

— Если лава получилась слишком плотной, добавьте 1 столовую ложку воды в мыло и перемешайте;

— Если собираетесь использовать вулкан в помещении или на столе, уменьшите пропорции смеси в бутылке;

— Чтобы позднее использовать вулкан снова, просто протрите его влажной чистой тряпкой - от оставленных жидкостью следов;

— Вместе со временем, необходимым на просушивание вулкана, на его создание уйдет, по крайней мере, два дня;

— Не пытайтесь закрыть бутылку после того, как вы добавили внутрь уксус - к смеси с пищевой содой: в результате внутреннего давления из-за химической реакции бутылка может просто взорваться.

Так что, как видите, создавать свой маленький вулкан просто, а удовольствие потом растянется на долгие годы - дети от подобной «живой» игрушки в восторге! Она ничуть не хуже покупных радиоуправляемых моделей.

У Вас часто двигаются предметы? Вы ощущаете удары? Это обычное землетрясение, которых происходит десятками раз в день по всему миру. Чтобы его определить нужен специальный инструмент - сейсмограф. Для того что бы иметь в доме сейсмограф не обязательно жить в городе где это привычное явление. Вам достаточно проживать в районе стройки, железной дороги. При помощи сейсмографа вы можете узнавать, какие колебания земной коры происходят возле вашего дома когда, к примеру, проходит электричка. Где его приобрести, и стоит ли его покупать, если можно сделать своими руками?
В основу любого сейсмографа входит массивный маятник. От того как вы его подвесите на основании будет зависеть какие колебания, горизонтальные или вертикальные, будут регистрироваться.

Для конструкции сейсмографа подойдет как металлическая, так и железная основа. Она должна быть тяжелой и жесткой. Место, на котором будут регистрировать показания, должно состоять из бумаги и барабана, отлично подойдет часовой механизм.
Когда начинаются колебания, происходит смещение основания и маятник при помощи рычагов заставляет двигаться перья. Получается зигзагообразная запись. Высота и шаг показывают характер колебаний.

От передаточного отношения рычажного механизма зависит чувствительность сейсмографа (рис.А). Чем больше – тем выше. Что бы были видны линии, можно закоптить поверхность барабана свечой или зарисовать фломастером, способным рисовать на пластиковой кальке. На рисунке Б показан прибор, в привод самописца которого введен второй рычаг. Само перо при помощи собственного веса прижимается к барабану.
Часовой механизм, используемый в сейсмографе, изготовить самому тяжеловато, поэтому можно использовать набор «Юный часовщик».
Бумагу следует менять 2 раза в сутки, но если вы предусмотрите для пера второй зажим, как на рис. А, то срок службы сейсмографа увеличится вдвое. Так же можно увеличить время на один полный оборот барабана применив две шестеренки от игрушек. Маленькую установить на ось часовой стрелки, а та что больше - со своей осью, - на пластиковое стекло часов.
Сейсмограф готов и вы можете измерять колебания, происходящие вокруг вас.

Сейсмограф - это прибор для регистрации колебаний земной коры. А колебания вызывают настоящие землетрясения, даже очень далекие, взрывы и прочие сотрясения, вызванные, к примеру, движением тяжелогруженых железнодорожных составов или работой забивающих сваи машин. Скорость распространения «волн» таких колебаний разная - от 3,5 до 7 км/с...

А сейчас - о самом приборе. Уверены, что смастерить его будет интересно и вам. Тем более что дело не столь уж и сложное.

Основа любого сейсмографа - массивный маятник. От того, как его подвесить на основании, зависит, регистрируем мы горизонтальные или вертикальные колебания. Дело в том, что при смещении поверхности земли (а с нею и всего, что на ней стоит) маятник остается по инерции в покое. Благодаря этому и удается замерить, насколько относительно его неподвижной массы «ходят» окружающие предметы.

Конструкция сейсмографа не вызовет вопросов, если вы внимательно познакомитесь с рисунками. На них приведены два варианта прибора: А - для регистрации горизонтальных смещений земли, Б - вертикальных. По опыту скажем, лучше не «мелочиться» в габаритных размерах основания и рамы. Эти детали из дерева или металла должны быть жесткими и массивными. Самописцы-медленно вращаемые с помощью часового механизма барабаны с бумагой, на которой пишущие элементы прочерчивают прямую. Колебания земли вызывают смещения основания, и маятник через рычаги заставляет двигаться перья. В результате - запись в виде зигзагообразных линий, по высоте и шагу которых можно судить о характере колебаний.

Чувствительность сейсмографа задается передаточным отношением рычажного механизма (на рисунке А это отношение б к а). Чем оно больше, тем выше чувствительность. Но лучше поэкспериментировать. Иначе даже передвижения по квартире будут отзываться на дрожании пера. Для «письма» лучше использовать фломастер, способный писать на пластиковой кальке, либо закоптить поверхность барабана пламенем свечи, а перо сделать сухим, в виде иглы. В приборе Б в привод самописца введен второй рычаг, и перо прижимается к барабану за счет собственного веса. Иначе пришлось бы барабан ставить вертикально и придумывать хитрую систему рычагов.

Самый сложный узел в сейсмографе - часовой механизм. Его самому не изготовить. Но можно воспользоваться набором «Часовщик» или стареньким будильником.

При вращении барабана напрямую от оси часовой стрелки бумагу на нем придется менять два раза в сутки. Если предусмотреть второй зажим для пера (показано на сейсмографе А), срок службы увеличится вдвое. Достаточно лишь переставить пишущий элемент через 12 часов на новую «дорожку». Но лучше повозиться и подобрать пару подходящих шестерен от детских заводных игрушек. Маленькую поставить на ось часовой стрелки, а большую разместить со своей осью на пластиковом «стекле» часов. Тогда время полного оборота барабана увеличится во много раз. И, конечно, надо предусмотреть доступность и легкость замены бумаги или самого барабана.

Существует множество сейсмических станций (они называются так от греческого слова seismos, означающего «землетрясение»), разбросанных по миру. Считанные минуты требуются ученым, чтобы начать анализировать показания своих сейсмографов. Затем они сверяют данные с теми, что были получены их коллегами в других странах.
Работа сейсмографов основана на одном принципе. Легкая рамка касается земли, к ней подсоединен груз на пружинной подвеске. Груз более инерционен, то есть его труднее привести в движение, чем легкий объект. Когда возникает сотрясение почвы, рамка тоже колеблется, а груз остается на месте в силу своей тяжести. Движение относительно устойчивого груза фиксирует самописец — рисует на рулонной бумаге волнообразную линию. Именно принцип инерции используется для записи земных сотрясений в сейсмографе.

Улавливая колебания земли
Китайцы изобрели сейсмоскоп, разновидность сейсмографа, в 132 году н. э. Если где-то возникали толчки, из пасти одного из дракончиков вылетал шарик и падал прямо в рот лягушке, демонстрируя не только сам факт, но еще и направление колебаний. Это устройство определяло «дрожь земли» на расстоянии до 500 км.

Строим сейсмограф

Вам понадобится:

Картонная коробка; шило; лента; пластилин; карандаш; фломастер; бечевка или крепкая нитка; кусок тонкого картона.

Рамой для вашего сейсмографа послужит картонная коробка. Нужно, чтобы она была сделана из достаточно жесткого материала. Открытая ее сторона будет лицевой частью вашего прибора.

Проделайте шилом отверстие в верхней крышке будущего сейсмографа. Если жесткости для «рамы» не хватает, обклейте скотчем углы и ребра коробки, укрепив ее, как показано на фотографии.

Скатайте шарик из пластилина и проделайте в нем отверстие карандашом. Протолкните фломастер в отверстие таким образом, чтобы кончик его ненамного высовывался с противоположной стороны пластилинового шарика.

Это указатель вашего сейсмографа, предназначенный для того, чтобы вычерчивать линии земных вибраций.

Пропустите конец нити через дырочку в верхней части коробки. Установите коробку на нижнюю сторону и подтяните нить таким образом, чтобы фломастер был свободно подвешен.

Привяжите верхний конец нити к карандашу и вращайте карандаш вокруг оси, пока не выберете слабину нити. Когда фломастер повиснет на нужной высоте (то есть будет лишь слегка касаться дна коробки), зафиксируйте карандаш на месте с помощью скотча.

Подсуньте лист картона под кончик фломастера на дно коробки. Отрегулируйте все так, чтобы кончик фломастера легко касался картона и мог оставлять линии.

Ваш сейсмограф готов к работе. Он использует тот же принцип действия, что и настоящее оборудование. Утяжеленный подвес, или маятник, будет более инерционным по отношению к тряске, чем рамка.

Чтобы проверить устройство на деле, незачем дожидаться землетрясения. Просто встряхните рамку. Подвес останется на месте, но начнет чертить линии на картонке, как самый настоящий