6ο ΕΠΑ.Λ. ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ ΚΡΗΤΗΣ
ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟΣ
ΤΜΗΜΑ ΒΕ
ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2012 – 2013
ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ
« ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΝΟΣ ΤΗΛΕΧΕΙΡΙΖΟΜΕΝΟΥ ΠΟΤΑΜΟΠΛΟΙΟΥ»
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο : ΓΕΝΙΚΑ ............................................................................σελίδα 3
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο : ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ...................................................….σελίδα 4
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο : ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΠΛΟΙΟΥ ΣΤΙΣ ΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ………………………………………………………………………………………...….σελίδα 6
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο : ΜΕΡΗ ΠΛΟΙΟΥ…………………………………………...…….…σελίδα 7
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο : ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΕΩΡΙΕΣ ΠΟΥ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΕΡΓΟ ΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΕ ………………………………………………………σελίδα 8
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7ο : ΣΧΕΔΙΑ – ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ …………………………….......….σελίδα 30
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8ο : ΥΛΙΚΑ – ΕΡΓΑΛΕΙΑ ……..............................................….σελίδα 35
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9ο :ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ – ΠΗΓΕΣ ……....………………….….….…...σελίδα 36
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο : ΓΕΝΙΚΑ
Το πλοίο είναι μια ειδική κατασκευή, από ξύλο, μέταλλο κλπ., η οποία είναι προορισμένη να πλέει με ασφάλεια πάνω στο νερό.
Το ποταμόπλοιο είναι ένας ιδιαίτερος ναυπηγικός τύπος πλοίου προορισμένο να εκτελεί ποταμοπλοΐα. Πρόκειται για πλοίο πλατύ με μικρό βύθισμα, χωρίς καρίνα, που χρησιμοποιείται για μεταφορές μέσα σε ποτάμια, εκεί όπου τα κανονικά πλωτά δεν μπορούν να ταξιδέψουν λόγου βάθους. Στην κεντρική Ευρώπη υπάρχει ένα μεγάλο δίκτυο από ποταμιά και κανάλια που είναι κατάλληλα για ποταμόπλοια και η μεταφορά στο ποτάμι αποτελεί ένα σημαντικό μεταφορικό μέσον Η χρήση τους έχει μεγάλη άνθηση στα ποτάμια, κυρίως της Αφρικής και της Ασίας, σε μέρη όπου δεν υπάρχουν άλλοι δρόμοι, παρά μόνο οι ποτάμιοι. Η κίνηση των ποταμόπλοιων γίνεται κυρίως με μηχανές .
Διάφοροι τύποι ποταμόπλοιου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο : ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Τα πρώτα αξιόπλοα σκάφη που κατασκευάστηκαν εξ ολοκλήρου από ανθρώπους τοποθετούνται από τους ιστορικούς γύρω στο 9000 π.Χ. και επρόκειτο για επιπλέοντες διαμορφωμένους κορμούς δέντρων και σχεδίες. Αυτές οι κατασκευές είχαν ως κύριο μέσο πρόωσης είτε τα ρεύματα των υδάτων είτε κουπιά. Τα πανιά θα εμφανιστούν πολύ αργότερα, το 4000 π.Χ. πιθανόν στην Μεσοποταμία.
Η εφεύρεση των πανιών για την χρήση της δύναμης του αέρα για κίνηση είχε ως αποτέλεσμα να κατασκευαστούν τα πρώτα πραγματικά μεγάλα πλοία τα οποία είχαν δυνατότητα μεταφοράς αγαθών. Είναι γνωστό πως μέχρι το 1200 π.Χ. η τεχνολογία των πλοίων είχε προχωρήσει αρκετά ώστε να είναι ασφαλής η επικοινωνία μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών, όπως πχ. τα νησιά του Αιγαίου. Αυτό καταμαρτυρείται στα Ομηρικά έπη όπου αναφέρεται συχνότατα ο στόλος των Αχαιών. Αργότερα, τα πλοία μεγαλώνουν ακόμα περισσότερο. Η μυθική Αργώ της Αργοναυτικής Εκστρατείας ήταν ένα πενηντάκωπο (με 50 κουπιά) πλοίο, πράγμα που δείχνει την ανάγκη δύναμης για την κίνηση ενός πραγματικά μεγάλου σκάφους για τα ανθρώπινα δεδομένα. Το 700 π.Χ. έχουμε σίγουρα πλοία τα οποία μπορούν να διασχίσουν ασφαλώς τη Μεσόγειο. Έτσι καθίσταται δυνατή η επικοινωνία των Ελλήνων με άλλους λαούς και μέρη, τα οποία οδηγούν στις πρώτες αποικίες των Ελλήνων αλλά και στην επαφή των Ελλήνων με τους Φοίνικες που οδήγησε στην πρώτη μορφή του ελληνικού αλφάβητου.
Σε αυτήν την εποχή τοποθετείται επίσης και η δημιουργία των πρώτων πλοίων με σοβαρή ικανότητα να διεξάγουν ναυμαχίες. Καθώς οι πιο πολλές πόλεις ήταν χτισμένες κοντά στα παράλια, η ύπαρξη ισχυρού στόλου σήμαινε και ισχυρότερη άμυνα για την πόλη. Η τεχνολογία της αρχαίας ναυπηγικής φτάνει στο αποκορύφωμά της στον Ελληνικό χώρο γύρω στο 500 π.Χ. όταν οι Αθηναίοι και Κορίνθιοι βρίσκουν την χρυσή τομή μεταξύ μεγέθους, ευελιξίας, ταχύτητας και όγκου και δημιουργούν την πασίγνωστη τριήρη. Το σκάφος αυτό διαθέτει τρεις σειρές από κουπιά και τετράγωνο πανί για την κίνηση σε μεγάλες αποστάσεις, ενώ διαθέτει και εξοχή μεταλλικώς επενδυμένη (έμβολο) η οποία της επιτρέπει να εμβολίζει τα εχθρικά πλοία, προσφέροντας ένα πλοίο πολλαπλών ρόλων. Βεβαίως υπάρχουν και μεγαλύτερα πλοία όμως η τριήρης με πολύ καλά μελετημένα χαρακτηριστικά δεν βρίσκει αντίπαλο σε αυτά.
Αθηναϊκή τριήρης
Κατά τη ρωμαϊκή περίοδο κατασκευάζονται από τους Ρωμαίους πλοία (γαλέρες) τα οποία αγγίζουν τους 1000 μετρικούς τόνους εκτόπισμα και χρησιμοποιούνται και για πολεμικούς και για εμπορικούς σκοπούς. Χρησιμοποιούνταν ευρέως για την άμεση πρόσβαση σε οποιαδήποτε άκρη της ρωμαϊκής επικράτειας και την αντιμετώπιση της πειρατείας, ενώ χρησιμοποιήθηκαν και ως επιθετικά όπλα για πολιορκίες, πράγμα που δείχνει την προνοητικότητα των Ρωμαίων. Ο τύπος αυτός πλοίου θα περάσει και στην Βυζαντινή Αυτοκρατορία ως δρόμων, το βασικό πλοίο μάχης του βυζαντινού ναυτικού. Διέθετε κωπηλατικό πλήρωμα 50 κωπηλατών και μεταφορική ικανότητα έως και 200 ατόμων. Είχε την ικανότητα μεταφοράς καταπελτών, βαλλιστρών κλπ. Αργότερα, κατά τον 7ο-8ο αιώνα μ.Χ., οι βυζαντινοί επιστήμονες επινοούν το "υγρό πυρ" και οι βυζαντινοί ναυπηγοί το τοποθετούν ως κύριο όπλο στους δρόμωνες δημιουργώντας έτσι την πασίγνωστη και ιδιαίτερα τρομακτική για τους αντιπάλους κατηγορία των "πυρφόρων δρομώνων". Για πολλούς και διάφορους λόγους, η εξέλιξη της ναυπηγικής τεχνολογίας στο Βυζάντιο έμεινε πίσω σχετικά με τις άλλες ναυτικές δυνάμεις, κι έτσι κατά την διάρκεια της Τουρκοκρατίας η μόνη παρουσία ελληνικής ναυσιπλοΐας περιορίζεται στα μικρά εμπορικά σκάφη.
Βυζαντινός δρόμων
Αντίθετα, στις χώρες της δυτικής Ευρώπης οι ναυπηγοί μεγαλώνουν περισσότερο τα πλοία και επινοούν νέες μεθόδους που επιτρέπουν στα πλοία να αντέχουν την καταπόνηση από τα νέα πυροβόλα όπλα που μόλις εμφανίζονται. Πρωτοπόροι σε αυτόν τον τομέα εμφανίζονται οι Άγγλοι, οι Βενετοί και οι Ίβηρες. Τα πλοία είναι πλέον τόσο μεγάλα και βαριά που η χρήση κωπηλατών κρίνεται ασύμφορη, και την θέση τους παίρνουν πολλαπλά ιστία με πανιά. Η απομάκρυνση των κωπηλατών επιτρέπει και την μαζική χρήση κανονιών και άλλων πυροβόλων όπλων στα πλάγια του πλοίου. Έτσι δημιουργούνται πλοία όπως τα καρράκ (πχ. Mary Rose, Αγγλία και Santa Maria, Ισπανία), κορβέτες και man of wars για πολεμικούς σκοπούς και οι καραβέλες (πχ. Pinta και Nina, Ισπανία), για εμπορικούς. Ειδικά τα καρράκ ήταν ιδιαίτερα μεγάλα και ευσταθή στον ποντοπόρο πλου, πράγμα που επέτρεψε την διάσχιση του Ατλαντικού και άλλων ωκεανών και την εξερεύνηση της υφηλίου από τους Ισπανούς και Πορτογάλους κατά τον 15ο και 16ο αιώνα.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο : ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΠΛΟΙΟΥ ΣΤΙΣ ΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ
Οι θαλάσσιες μεταφορές αποτελούν ένα ιδιαίτερα ευρύ πεδίο των γενικών μεταφορών ανθρώπων και φορτίων, που εκτελούνται με εμπορικά πλοία, η ιστορία των οποίων χάνεται στα βάθη των αιώνων. Ποσοστό 80-85% του παγκόσμιου εμπορίου διεξάγεται με πλοία. Η ναυπήγηση σκαφών από την εποχή του Ομήρου και η συνεχής εξέλιξη από το κουπί στο ιστίο, την εφεύρεση της πυξίδας, όπου επέτρεψε στους θαλασσοπόρους την ανακάλυψη νέων θαλάσσιων οδών και τόπων ανάπτυξης εμπορίου και στη συνέχεια η εφαρμογή του ατμού, της έλικας και της επιλογής του σιδήρου και του χάλυβα ως μέσον υλικού, έδωσαν μια εκπληκτική πρόοδο στις θαλάσσιες μεταφορές.
Η σύγχρονη ναυπηγική βιομηχανία, με την παράλληλη διάνοιξη διωρύγων την βελτίωση των λιμενικών εγκαταστάσεων και την ίδρυση μεγάλων ναυτιλιακών εταιρειών, παρουσιάζει μια εκπληκτική άνοδο που όμοιά της δεν υφίσταται σε άλλους τομείς μεταφορών. Με τη σύγχρονη και ευρύτατη εξειδίκευση των τύπων των πλοίων, το διεθνές εμπόριο πραγματοποιείται σε τεράστιες ποσότητες με το μικρότερο δυνατό κόστος. Για παράδειγμα η ανάγκη μεταφορών μεγάλων ποσοτήτων φορτίων ιδιαίτερα χύδην (χύμα) οδήγησε στη ναυπήγηση των φορτηγών , των φορτηγιδοφόρων, των εμπορευματοκιβωτιοφόρων (Κοντέινερς) αλλά και αυτών των δεξαμενοπλοίων , καθώς και άλλων πολλών, που συνεχίζουν με σταδιακή αύξηση μεγεθών. Οι άλλοτε, πριν μερικών δεκαετιών, υφιστάμενες διεθνείς γραμμές τακτικών (δρομολογίων) και ελεύθερων, στις μέρες μας φέρονται να έχουν υποστεί μεγάλο πλήγμα από τους παραπάνω εξειδικευμένους τύπους πλοίων. Σήμερα μόνο ιδιαίτερα ακριβά είδη μεταφέρονται με αεροπλάνα που όμως έχουν αυξήσει την μεταφορά προσώπων. Οι δε χερσαίες μεταφορές συνεχίζουν τη διακίνηση αγαθών σε επιμέρους μικρές ποσότητες αλλά και με αύξηση του επιβατηγού κοινού χωρίς όμως ιδιαίτερη ανάγκη εξειδικευμένων μέσων μεταφορών.
Θαλάσσιες μεταφορές που εκτελούνται με σταθερή περιοδικότητα μεταξύ λιμένων χαρακτηρίζονται γενικά θαλάσσιες συγκοινωνίες. Οι θαλάσσιες συγκοινωνίες διακρίνονται σε διεθνείς και εσωτερικές, (εντός της επικράτειας). Και οι μεν πρώτες αν επεκτείνονται σε ανοικτές θάλασσες, ωκεανούς χαρακτηρίζονται ποντοπόρες, οι δε δεύτερες εφαρμόζοντας ακτοπλοΐα κατά το μεγαλύτερο μέρος τους ονομάζονται ακτοπλοϊκές συγκοινωνίες.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο : ΜΕΡΗ ΠΛΟΙΟΥ
Το κύριο σώμα του πλοίου (σκάφος) διακρίνεται σε τρία μέρη: Το μπροστινό καλούμενο πλώρη, το μεσαίο και μεγαλύτερο καλούμενο μέσο και το πίσω μέρος καλούμενο πρύμνη.
Η γραμμή περιφερειακά του πλοίου όπου ακριβώς και η επιφάνεια της θάλασσας, όταν αυτό πλέει ασφαλώς, καλείται ίσαλος γραμμή ή ίσαλος. Όλα τα ορατά μέρη του πλοίου δηλ. από την ίσαλο και πάνω λέγονται έξαλα σε αντίθεση με τα υπό την ίσαλο μέρη του πλοίου καλούμενα ύφαλα. Η πλευρική επιφάνεια των εξάλων προς τη πλώρη που καμπυλώνει (εσωκοίλωμα), καλείται παρειά ή μάσκα ενώ η αντίστοιχη στη πρύμνη λέγεται ισχίο ή γοφός.
"Διαμήκης γραμμή" λέγεται η νοητή εκείνη που χωρίζει το πλοίο σε δύο ίσα μέρη από πλώρη μέχρι πρύμνη, το δεξιό και το αριστερό και έτσι νοείται και ο όρος "διαμήκης άξονας". Ναυπηγικά τα δύο αυτά μέρη - πλευρές ενώνονται στο κάτω μέρος την τροπίδα ή καρίνα η οποία στη μεν πλώρη καταλήγει στη "στείρα" ή "κοράκι" εις δε τη πρύμνη στο "ποδόστημα". Ευκολονόητο ότι η "διαμήκης" ενώνει τα άνω ακραία σημεία της στείρας και του ποδοστήματος. Επ΄ αυτής της διαμήκους οριζόμενη επιφάνεια καλείται κατάστρωμα ή κουβέρτα διακρινόμενο σε κατώτατο, μέσο, κύριο, και ανώτατο (όχι απαραίτητα όλα σε ένα πλοίο). Όλες οι κατασκευές από το ανώτατο ή κύριο κατάστρωμα καλούνται "υπερκατασκευές". Η υπερκατασκευή στη πλώρη ονομάζεται πρόστεγο. Η υπερκατασκευή στο μέσον ονομάζεται μεσόστεγο ή γέφυρα και εκείνη της πρύμης επίστεγο.
Το εσωτερικό του πλοίου, ανάλογα με το τύπο του, χωρίζεται σε κύτη ή αμπάρια ή σε δεξαμενές για φορτίο, σε δεξαμενές για εφόδια (πχ καύσιμα, νερό, έρμα κλπ), στο μηχανοστάσιο, στο λεβητοστάσιο, στο αντλιοστάσιο μόνο για δεξαμενόπλοια και στα διαμερίσματα του πληρώματος. Επίσης για λόγους ασφαλείας υπάρχουν οι δεξαμενές "ζυγοστάθμισης" πλώρης και πρύμνης. Το κατώτατο μέρος του πλοίου εσωτερικά ονομάζεται πυθμένας ή γάστρα και για λόγους επίσης ασφαλείας τα περισσότερα πλοία είναι "διπύθμενα" δηλ. με δύο πυθμένες. Στην υπερκατασκευή της "γέφυρας" φέρονται σχεδόν το σύνολο των Ναυτιλιακών οργάνων, το διαμέρισμα του Πλοιάρχου και των Αξιωματικών του πλοίου, οι τραπεζαρίες και η κουζίνα του πλοίου. Τέλος τα πλοία φέρουν διάφορους "μηχανισμούς" όπως πηδαλιουχίας, φορτοεκφορτώσεων, αγκυροβολίας , σωστικούς, ιστιοφορικούς, πτερύγια κ.ά.
1.Πλώρη, 2.Βολβοειδής πλώρη, 3. Άγκυρα, 4. Έξαλα, 5. Έλικας, 6. Πρύμνη, 7. Καπνοδόχος 8. Γέφυρα πλοίου, 9. Κατάστρωμα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο : ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΕΩΡΙΕΣ ΠΟΥ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΕΡΓΟ ΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΕ
Ως ασύρματο δίκτυο χαρακτηρίζετε το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο, συνήθως τηλεφωνικό η δίκτυο υπολογιστών, το οποίο χρησιμοποιεί ραδιοκύματα ως φορείς πληροφορίας. Τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με συχνότητα φέροντος η οποία εξαρτάται κάθε φορά από τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που απαιτείται να υποστηρίζει το δίκτυο. Η ασύρματη επικοινωνία, σε αντίθεση με την ενσύρματη, δεν χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης κάποιον τύπο καλωδίου. Σε παλαιότερες εποχές τα τηλεφωνικά δίκτυα ήταν αναλογικά, αλλά σήμερα όλα τα ασύρματα δίκτυα βασίζονται σε ψηφιακή τεχνολογία και, επομένως κατά μια έννοια είναι ουσιαστικός δίκτυα υπολογιστών. Στα ασύρματα δίκτυα εντάσσονται τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, οι δορυφορικές επικοινωνίες, τα ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής (WWAN) τα ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα (WMAN), τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) και τα ασύρματα δίκτυα (WPAN).
Ραδιοκύματα ονομάζονται οι χαμηλές συχνότητες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, που εκτείνονται περίπου από τα 3 KHz ως τα 300 GHz. Οι ασύρματες τηλεπικοινωνίες γίνονται συνήθως με ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής (από τα 30 MHz ως το 1 GHz), ή μικροκύματα (από τα 2 GHz ως τα 40 GHz). Τα ραδιοκύματα χαμηλότερων συχνοτήτων γενικά εξασθενούν σχετικά γρήγορα, αφού συγκριτικά μεταφέρουν λίγη ενέργεια, αλλά έχουν την ικανότητα να διαπερνούν τα φυσικά εμπόδια. Τα κύματα υψηλότερων συχνοτήτων διαδίδονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά ανακλώνται ευκολότερα από φυσικά εμπόδια. Επίσης, όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα ενός κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατευθυντικότητα του (μπορεί δηλαδή να εκπεμφθεί σε μία σχετικά στενή δέσμη αντί προς πάσα κατεύθυνση). Έτσι, μιλώντας γενικά, τα μικροκύματα είναι κατευθυντικά ενώ τα ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής όχι.
Κεραία ασύρματης μετάδοσης
Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι διάδοσης κυμάτων για τις ασύρματες τηλεπικοινωνίες:
Η ασύρματη μετάδοση εμπεριέχει διάφορους παράγοντες, που δημιουργούν προβλήματα στην επικοινωνία: η κατάσταση της ατμόσφαιρας και η διάθλαση επηρεάζουν το σήμα, η μεγάλη απόσταση εξασθενεί την ισχύ του σήματος κλπ. Όλοι αυτοί οι παράγοντες (απώλειες ελεύθερου χώρου) επιδρούν διαφορετικά σε σήματα διαφορετικών συχνοτήτων. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται στρέβλωση και πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπ' όψιν όταν μεταδίδονται σήματα που εμπεριέχουν διαφορετικές συχνότητες. Ότι δεν ανήκει στην προς μετάδοση πληροφορία ονομάζεται θόρυβος και είναι είτε θερμικός (προκαλείται από τις κεραίες, εξαρτάται από τη θερμοκρασία και δεν μπορεί να εξαλειφθεί), είτε από εξωτερικές πηγές (εκπομπές που προκαλούνται ακούσια από διάφορες ηλεκτρικές συσκευές λόγω κατασκευαστικών ατελειών), είτε από παρεμβολές άλλων εκπομπών σε επικαλυπτόμενες συχνότητες. Ο θόρυβος είναι εξίσου σημαντική επιβάρυνση στην επικοινωνία, με τις απώλειες ελεύθερου χώρου. Ένα άλλο φαινόμενο που ενυπάρχει στην ασύρματη μετάδοση και επιβαρύνει την επικοινωνία είναι οι πολλαπλές οδεύσεις, που οφείλονται στην ανάκλαση, διάθλαση και σκέδαση του σήματος κατά τη διάδοση του και έχουν ως αποτέλεσμα ένα σήμα να φτάνει στον αποδέκτη πολλές φορές, ή σε δόσεις, με χρονική διαφορά και διαφορετικά σήματα να φτάνουν την ίδια χρονική στιγμή παρεμβαλλόμενα το ένα στο άλλο. Το φαινόμενο όμως που δημιουργεί τα περισσότερα προβλήματα είναι οι διαλείψεις, η απότομη μεταβολή του πλάτους του σήματος, οι οποίες διαχωρίζονται σε υψίσυχνες και αργές, ενώ αντιμετωπίζονται με κάποιες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις πολλαπλές οδεύσεις. Οφείλονται στην ανάκλαση, διάθλαση και σκέδαση του σήματος κατά τη διάδοση του και έχουν ως αποτέλεσμα ένα σήμα να φτάνει στον αποδέκτη πολλές φορές, ή σε δόσεις, με χρονική διαφορά και διαφορετικά σήματα να φτάνουν την ίδια χρονική στιγμή παρεμβαλλόμενα το ένα στο άλλο. Το φαινόμενο όμως που δημιουργεί τα περισσότερα προβλήματα είναι οι διαλείψεις, η απότομη μεταβολή του πλάτους του σήματος, οι οποίες διαχωρίζονται σε υψίσυχνες και αργές, ενώ αντιμετωπίζονται με κάποιες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις πολλαπλές οδεύσεις.
Τα WLAN με σημείο πρόσβασης ονομάζονται δίκτυα υποδομής ή δομημένα (infrastructure). Το σύνηθες μοντέλο που περιγράφει τέτοια δίκτυα είναι το εξής: υπάρχει ένα ενσύρματο δίκτυο κορμού (σύστημα κατανομής, DS) στο οποίο συνδέονται τα σημεία πρόσβασης (AP). Μία ομάδα κοινών κόμβων (STA) που επικοινωνούν ασύρματα με ένα συγκεκριμένο AP σε συγκεκριμένη συχνότητα ονομάζεται Βασικό Σύνολο Υπηρεσιών (BSS). Τα BSS διασυνδέονται μεταξύ τους μέσω του DS. Ας σημειωθεί ότι μπορεί τα STA ενός BSS να μην είναι όλα στην εμβέλεια όλων των άλλων, αλλά πρέπει οπωσδήποτε όλα να είναι στην εμβέλεια του σημείου πρόσβασης.
Στη μικρότερη τάξη μεγέθους ασύρματων δικτύων συναντώνται τα WPAN, τοπικά δίκτυα πολύ μικρής εμβέλειας με σκοπό την ασύρματη και ad hoc δικτύωση ετερογενών φορητών συσκευών. Το σπουδαιότερο πρότυπο στον χώρο αυτόν είναι η οικογένεια πρωτοκόλλων Bluetooth που σχεδιάστηκε από μία ομάδα εταιρειών και υιοθετήθηκε στη συνέχεια από την IEEE ως το πρότυπο 802.15 για WPAN. Οι βασικότερες προδιαγραφές αφορούν το φυσικό επίπεδο και το υποεπίπεδο MAC, όπου έχουν δημιουργηθεί διαφορετικά πρωτόκολλα για διαφορετικές εφαρμογές και τα οποία ονομάζονται προφίλ (π.χ. προφίλ ασύρματου τηλεφώνου, προφίλ πρόσβασης σε LAN κλπ). Κάθε προφίλ περιλαμβάνει πρότυπα για όλα τα επίπεδα και προσφέρει λύσεις για τη διασύνδεση με διαφορετικά δίκτυα μεγαλύτερης κλίμακας.
Από φυσική άποψη το Bluetooth λειτουργεί περίπου στα 2,4 GHz, κάνει χρήση της μεθόδου διασποράς φάσματος FHSS με την τακτική εναλλαγή της συχνότητας να καθορίζεται ψευδοτυχαία από έναν κεντρικό κόμβο, τον κόμβο Master, και προδιαγράφει τρία επίπεδα ισχύος της εκπομπής από τα οποία εξαρτάται και η εμβέλεια επικοινωνίας (πάντα μικρότερη των 10 μέτρων σε PAN). Ένα πρόβλημα των προδιαγραφών του Bluetooth είναι ότι, λόγω της μετάδοσης στην ελεύθερη ζώνη συχνοτήτων των 2,4 GHz, οι συσκευές που το υποστηρίζουν αδυνατούν να χρησιμοποιήσουν ταυτόχρονα τα περισσότερα πρωτόκολλα της οικογένειας IEEE 802.11, καθώς τότε θα εμφανίζονταν σοβαρά προβλήματα παρεμβολών.
Αν το Βάρος του σώματος είναι ίσο με το Βάρος του εκτοπισμένου νερού τότε το σώμα αιωρείται και μένει σταθερό, οπότε σε αυτή την περίπτωση έχει ουδέτερη πλευστότητα. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν θετική πλευστότητα για αυτό και επιπλέουν, υπάρχουν όμως σε πολύ μικρό ποσοστό βέβαια, οι οποίοι έχουν αρνητική και αυτό γιατί ο μέσος όρος της πυκνότητας του σώματος τους είναι μεγαλύτερος από την πυκνότητα του νερού και επομένως το βάρος τους είναι μεγαλύτερο από το βάρος του νερού που εκτοπίζουν. Οι παράγοντες που συμβάλουν στο να έχει κάποιος θετική ή αρνητική πλευστότητα έχουν σχέση με το σωματότυπο του ατόμου. Το ποσοστό λίπους, ο όγκος των πνευμόνων, καθώς και το βάρος του σκελετού καθορίζουν το ποσοστό άνωσης του ατόμου μέσα στο νερό. Για να μπορούμε να ρυθμίσουμε την πλευστότητα μας κατά την κατάδυση χρησιμοποιούμε την ζώνη με τα βάρη και το ρυθμιστή πλευστότητας.
Α = ρ*g*V
όπου:
- ρ: πυκνότητα ρευστού
- g: η επιτάχυνση βαρύτητας
- V: όγκος βυθισμένου σώματος
Το σημείο εφαρμογής της άνωσης λέγεται κέντρο άνωσης ή κέντρο άντωσης και βρίσκεται στο κέντρο βάρους του εκτοπιζομένου υγρού, του λεγόμενου στη ναυπηγική εκτοπίσματος.
- Όταν βάρος σώματος είναι μεγαλύτερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε το σώμα βυθίζεται.
- Όταν βάρος σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε το σώμα ανέρχεται.
Συνεπώς όσο μεγαλύτερο το βάρος του εκτοπίσματος από το βάρος του σώματος τόσο μεγαλύτερη και η άνωση που δέχεται το σώμα.
Αν το υγρό παρουσιάζει ελεύθερη επιφάνεια, τότε αν το βάρος του σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, αυτό ανέρχεται στην επιφάνεια και μένει τόσο βυθισμένο όσο το βάρος του εκτοπίσματος καταστεί ίσο με το βάρος του σώματος, σ΄ αυτή τη περίπτωση λέγεται ότι το σώμα "επιπολάζει" για τα υγρά, "αιωρείται" για τα αέρια. Η στατική άνωση του ύδατος επί των σωμάτων είναι αυτή που επιτρέπει τη ναυπήγηση πλοίων. Λόγω δε της στατικής άνωσης τα πλοία αν ζυγιστούν μέσα στο ρευστό που βρίσκονται ή κινούνται παρουσιάζουν μικρότερο βάρος του πραγματικού τους
Η μηχανή εσωτερικής καύσης (ή ΜΕΚ) διαφοροποιείται με την μηχανή εξωτερικής καύσης, όπως με ατμό ή κινητήρα Stirling, στις οποίες η ενέργεια μεταφέρεται από ένα υγρό το οποίο θερμαίνεται σε ένα λέβητα (ο οποίος βρίσκεται εκτός του κινητήρα) από ορυκτά καύσιμα ή καύση ξύλου, πυρηνική ενέργεια, ηλιακή κ.λ.π. Ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών σχεδίων για τις ΜΕΚ έχουν αναπτυχθεί και κατασκευαστεί, με ποικιλία διαφορετικών πλεονεκτημάτων και αδυναμιών. Αν και υπήρξαν και εξακολουθούν να είναι πολλές οι στατικές εφαρμογές, μεγάλη χρήση των κινητήρων εσωτερικής καύσης είναι σε εφαρμογές και κυριαρχούν στα αυτοκίνητα, αεροσκάφη και πλοία , από το μικρότερο ως το μεγαλύτερο.
Βασική διάκριση των θερμικών μηχανών είναι η επί του τρόπου μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε μηχανικό έργο, όπου εξ αυτού και διακρίνονται σε εμβολοφόρες ή παλινδρομικές και σε περιστροφικές ή στροβίλους. Ειδικότερα οι εμβολοφόρες παλινδρομικές ΜΕΚ ανάλογα με τον τρόπο που γίνεται η έναυση μέσα στον κύλινδρο, δηλαδή είτε με σπινθήρα είτε με θέρμανση του καυσίμου (αυτανάφλεξη), διακρίνονται αντίστοιχα σε μηχανές Όττο, και σε μηχανές ντίζελ. Ιδιαίτερη δε κατηγορία αποτελούν οι κινητήρες Βάνκελ (Wankel). Επιμέρους διάκριση των μηχανών Όττο, είναι οι βενζινομηχανές και οι αεριομηχανές. Οι δε περιστροφικές ΜΕΚ, ή στρόβιλοι είναι οι κοινώς λεγόμενες τουρμπίνες.
Κινητήρας βάνκελ (Wankel) Κινητήρας ντίζελ
Αεροστρόβιλος - τουρμπίνα
Αεροπορικοί κινητήρες αεροστρόβιλοι στροβιλοκινητήρες
Ανεξάρτητα όμως των παραπάνω με ένα πλήθος άλλων παραμέτρων οι ΜΕΚ διακρίνονται σε μεγάλο αριθμό επιμέρους τύπων, π.χ.
ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ
Ο τετράχρονος έχει δύο τουλάχιστον βαλβίδες, μία βαλβίδα εισαγωγής και μία εξαγωγής. Αυτές συνήθως βρίσκονται στην κεφαλή του κυλίνδρου. Οι βαλβίδες είναι χρονισμένες μηχανικά με τον στρόφαλο, απ' όπου παίρνουν εντολή να ανοίξουν και να κλείσουν την κατάλληλη στιγμή.
Ο κινητήρας Diesel εκτόπισε την παλινδρομική ατμομηχανή ή οποία σήμερα δεν κατασκευάζεται για καμία απολύτως εφαρμογή.
Ο κινητήρας Otto (βενζινομηχανή) χρησιμοποιείται κατά κανόνα σε μικρά σκάφη αναψυχής με πολύ μικρό συντελεστή λειτουργίας και απαιτήσεις για μικρό όγκο και βάρος.
Στις μεγάλες απαιτήσεις ισχύος στον άξονα (> 25000 kW) χρησιμοποιείται και ο ατμοστρόβιλος με συνθήκες και περιπλοκότητα που δίνουν αρκετά καλό βαθμό απόδοσης, ενώ έχει σαφώς μικρότερο αρχικό κόστος, βάρος, κατανάλωση λαδιού και έξοδα συντήρησης.
Ο Αεροστρόβιλος χρησιμοποιείται κυρίως σε πολεμικά πλοία (σε συνδυασμό με κινητήρα Diesel) ή σε εμπορικά ειδικών απαιτήσεων (μικρού μηχανοστασίου, υψηλής ταχύτητας, όπως κάποια Ro-Ro και επιβατηγά-οχηματαγωγά).
Αυτός είναι ο 109.000 ίππων κινητήρας πετρελαίου. Το βάρος ενός τέτοιου κινητήρα φτάνει τους 170.974 τόνους. Ένας κινητήρας που πρωτοχρησιμοποιήθηκε στο πλοίο Emma Mærsk το 2006.
Ντιζελοκινητήρας πλοίου
8. Μπαταρίες
Η μπαταρία ή ηλεκτρικός συσσωρευτής (ενίοτε και απλά συσσωρευτής) είναι η συσκευή η οποία αποθηκεύει χημική ενέργεια και την αποδεσμεύει με τη μορφή ηλεκτρισμού. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ηλεκτροχημικές διατάξεις όπως η γαλβανική στήλη. Η ανάπτυξη των μπαταριών άρχισε με την κατασκευή της Βολταϊκής στήλης από τον Αλέξανδρο Βόλτα. Εικάζεται όμως ότι κάποια αντικείμενα, που χρονολογούνται γύρω στο έτος 600 και είναι γνωστά σαν μπαταρίες της Βαγδάτης, είχαν χρησιμοποιηθεί τότε για την παραγωγή μικρής ποσότητας ηλεκτρισμού.
Ο συσσωρευτής στην ηλεκτρολογία είναι χημική πηγή ρεύματος, ικανή να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια (αφού τη μετατρέψει σε χημική) και όταν χρειαστεί, να την αποδώσει σε εξωτερικό κύκλωμα. Αποτελείται από δοχείο κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό (εβονίτη, πλαστικό, γυαλί) με ηλεκτρολύτη (οξύ ή αλκάλιο), στο οποίο βυθίζονται τα ηλεκτρόδια. Η σύνδεσή τους σε εξωτερικό κύκλωμα προκαλεί σε αυτό διέλευση ρεύματος (εκφόρτιση του ηλεκτρικού συσσωρευτή). Έτσι, στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται χημικές διεργασίες, που έχουν σχέση με τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Ο εκφορτισμένος ηλεκτρικός συσσωρευτής φορτίζεται όταν περάσει από αυτόν συνεχές ρεύμα από άλλη πηγή, ενώ ταυτόχρονα στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται αντίστροφες χημικές διεργασίες, με τις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. Ο ηλεκτρικός συσσωρευτής χαρακτηρίζεται: από τη χωρητικότητα, δηλ. την ποσότητα του ηλεκτρισμού σε αμπερώρια, που μπορεί ο συσσωρευτής να δώσει στο κύκλωμα που τροφοδοτεί, από τη μέση τάση σε Volt κατά το χρόνο της φόρτισης και εκφόρτισης, από την ειδική ενέργεια κατά βάρος και όγκο, δηλ. την ενέργεια σε βατώρια που παρέχεται κατά την εκφόρτιση από 1 kgr βάρους ή 1 δεκατόμετρο του όγκου του ηλεκτρικού συσσωρευτή, από την απόδοση κατά χωρητικότητα, δηλ. το λόγο της ποσότητας των αμπερωρίων που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ποσότητα των αμπερωρίων που απορροφάται κατά τη φόρτιση, από την απόδοση κατά ενέργεια (ή βαθμό απόδοσης), δηλ. το λόγο της ενέργειας που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ενέργεια που απορροφάται κατά τη φόρτιση. Υπάρχουν ηλεκτρικοί συσσωρευτές σε μόνιμη εγκατάσταση (για τις ανάγκες των ηλεκτρικών σταθμών, των τηλεφωνικών και τηλεγραφικών σταθμών, των ραδιοσταθμών κ.ά.) και φορητοί (για τροφοδότηση κινητών ραδιοσυσκευών και συσκευών ενσύρματης τηλεπικοινωνίας, αυτοκινήτων, αεροπλάνων κ.ά.).
Ευρεία χρήση έχουν (κυρίως σε μόνιμες εγκαταστάσεις) οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές μόλυβδου - οξέος, στους οποίους σαν ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται διάλυμα θειικού οξέος με πυκνότητα 1,18- 1,29 gr/cm3 και σαν ηλεκτρολύτες διοξειδίου του μόλυβδου ΡbΟ2 και σπογγώδης μόλυβδος. Κατά την εκφόρτιση γίνεται η αντίδραση:
PbΟ2 + Pb + 2Η2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O
ενώ η τάση και η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη ελαττώνονται. Οι μέσες τάσεις είναι κατά την εκφόρτιση 1,98 V και κατά τη φόρτιση 2,4 V. Σαν φορητοί ηλεκτρικοί συσσωρευτές, χρησιμοποιούνται συχνά οι αλκαλικοί συσσωρευτές, που έχουν μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Αυτοί δεν έχουν κατά τη λειτουργία επιζήμιες εξατμίσεις και είναι απλούστεροι στη χρησιμοποίησή τους από τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές οξέος.
Μπαταρίες νικελίου, στους οποίους σαν ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται διάλυμα καυστικού καλίου, σαν θετικό ηλεκτρόδιο οξείδια νικελίου σε μείγμα με γραφίτη και σαν αρνητικό ηλεκτρόδιο ρινίσματα σιδήρου ή καδμίου σε μείγμα με σπογγώδη σίδηρο. Οι μέσες τάσεις φόρτισης είναι αντίστοιχα: 1,74 V και 1,65 V. Στα αεροπλάνα χρησιμοποιούνται πολύ οι αλκαλικοί ηλεκτρικοί συσσωρευτές αργύρου - ψευδαργύρου και αργύρου-καδμίου. Τα πλεονεκτήματά τους είναι η μεγάλη ειδική ενέργεια και η ικανότητα να λειτουργούν σε ερμητικά κιβώτια και σε ύψος (με χαμηλή θερμοκρασία και πίεση). Το μειονέκτημά τους είναι ότι έχουν κόστος 4-10 φορές μεγαλύτερο από τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές μόλυβδου-οξέος. Οι αλκαλικοί ηλεκτρικοί συσσωρευτές χρησιμοποιούνται επίσης, σε όργανα βαρηκοΐας κ.α. Για τη λήψη μεγάλων τάσεων και ρευμάτων οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές συνδέονται σε συστοιχίες.
Στα αυτοκίνητα ο συσσωρευτής χρησιμεύει για την εναποθήκευση του ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από τη δυναμομηχανή (δυναμό) και τη διανομή του στη συνέχεια στις διάφορες συσκευές της ηλεκτρικής εγκατάστασης του οχήματος. Μεταξύ του δυναμό και του συσσωρευτή παρεμβάλλεται αυτόματος διακόπτης, ο οποίος παρεμποδίζει την εκφόρτιση του συσσωρευτή προς το δυναμό όταν ο κινητήρας εργάζεται στο ρελαντί ή δεν εργάζεται.
Στην αστροναυτική οι συσσωρευτές τεχνητών δορυφόρων, πρέπει να έχουν μεγάλη χωρητικότητα, μικρό βάρος, αντοχή στις επιταχύνσεις και τους κλυδωνισμούς. Τις καλύτερες προϋποθέσεις προς αυτή την κατεύθυνση συγκεντρώνουν οι αλκαλικοί συσσωρευτές νίκελ-καδμίου ή αργύρου- ψευδάργυρου. Οι πρώτοι έχουν ως θετικό ηλεκτρόδιο πλάκες από νίκελ και αρνητικό πλάκες καδμίου και σιδήρου. Οι δεύτεροι ως θετικό ηλεκτρόδιο έχουν άργυρο σε σκόνη και ως αρνητικό ψευδάργυρο. Η ανάγκη εφοδιασμού των διαστημικών σκαφών με πηγές ενέργειας με μεγαλύτερη διάρκεια και ελαφρότερες λύθηκε με τα ηλιοκύτταρα.
Μπαταρία αυτοκινήτου μπαταρία μόλυβδου
9. Περιγραφή του Lego nxt
Μέρος 1ο: Κατασκευή ρομπότ NXT
Η εκπαιδευτική πλατφόρμα LEGO Mindstorms ΝΧΤ της ομώνυμης εταιρείας Lego (μία ιδιωτική εταιρεία με έδρα τη Δανία) αποτελεί μία βελτιωμένη έκδοση του LEGO Mindstorms RCX. Με το βασικό πακέτο εκπαιδευτικής ρομποτικής LEGO MINDSTORMS NXT μια ομάδα 2-6 μαθητών (από 8 ετών και άνω) έχει τη δυνατότητα να εξομοιώσει σχεδόν όλους τους σύγχρονους αυτοματισμούς και να προσεγγίσει - ικανοποιητικά - συστήματα αυτόματου ελέγχου μέσα από ένα δημιουργικό και ευχάριστο μαθησιακό περιβάλλον.
Το προϊόν αποτελείται από διάφορα υλικά κατασκευής για τη σύνθεση κατασκευών, όπως πλαστικά τουβλάκια (τουβλάκια- σύνδεσμοι), άξονες, γρανάζια, και άλλα πλαστικά εξαρτήματα σε διάφορα μεγέθη και χρώματα. Τα δομικά υλικά κατασκευάζονται με υψηλό βαθμό ακρίβειας και αντοχής, για τη συναρμολόγηση ανθεκτικών κατασκευών.
Επίσης, το βασικό σετ περιλαμβάνει και κάποια ηλεκτρονικά μέρη, τα οποία δίνουν τη δυνατότητα σε ένα ρομπότ MINDSTORMS να ζωντανέψει και να εκτελέσει διάφορες διαδικασίες:
α) το προγραμματιζόμενο τούβλο NXT (programmable NXT) - ο εγκέφαλος του ρομπότ
β) 4 διαφορετικούς αισθητήρες (sensors) - ήχου, φωτός, αφής, και απόστασης - που δίνουν τη δυνατότητα στο ρομπότ να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του
γ) 3 κινητήρες (motors) για κίνηση.
Τα πλαστικά και ηλεκτρονικά κομμάτια μπορούν να συναρμολογηθούν και να συνδεθούν με πολλούς τρόπους για την κατασκευή ποικίλων αντικειμένων όπως ρομποτικά οχήματα, κτήρια, ακόμα και ρομπότ που κάνουν διάφορες εργασίες. Οι κατασκευές στη συνέχεια μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και τα κομμάτια να χρησιμοποιηθούν εκ νέου για την κατασκευή άλλων αντικειμένων.
Για την κατασκευή πιο πολύπλοκων ρομπότ NXT διατίθεται στην αγορά μία ποικιλία με έχτρα δομικά στοιχεία LEGO (ή τρίτων κατασκευαστών) όπως διαφορικό, κανόνι, ερπύστριες, δαγκάνες κ.α. καθώς και αισθητήρες για να επεκτείνετε τις χρήσεις του ρομπότ σας όπως ο αισθητήρας πυξίδας, (μια ψηφιακή πυξίδα που μετρά το γήινο μαγνητικό πεδίο) ο αισθητήρας επιτάχυνσης (μετράει επιταχύνσεις στους άξονες x, y, z και έτσι είναι σε θέση να αναγνωρίσει κίνηση προς τα εμπρός ή πίσω, προς τα δεξιά ή αριστερά, προς τα επάνω ή κάτω και συνδυασμό των παραπάνω), ο αισθητήρας χρώματος κ.α. που μπορούν να συνδυαστούν με το βασικό πακέτο δίνοντας τη δυνατότητα για περισσότερες κατασκευαστικές λύσεις.
Οι δυνατότητες κατασκευής ρομπότ που κάνουν οτιδήποτε θελήσετε είναι απεριόριστες. Αυτό που χρειάζεστε είναι φαντασία, χρόνος και φυσικά ο κατάλληλος εξοπλισμός
Μέρος 2ο: Προγραμματισμός ρομπότ NXT
Το NXT ρομπότ σας προγραμματίζεται με όλες σχεδόν τις γνωστές γλώσσες προγραμματισμού (C, C++, Java, .Net, κ.α) αν και η LEGO έχει φροντίσει να εκδώσει μία εκπαιδευτική γλώσσα οπτικού προγραμματισμού για το ΝΧΤ[LEGO Mindstorms Edu NXT Software] σε συνεργασία με την εταιρεία ανάπτυξης λογισμικού National Instruments (το εκπαιδευτικό λογισμικό που αναπτύχθηκε αποτελεί μια εκπαιδευτική προσαρμογή του LabView και χρησιμοποιούν τον ίδιο compiler -G-).
Ο προγραµµατισµός γίνεται πολύ εύκολα µε την "οπτική" γλώσσα [LEGO Mindstorms Edu NXT Software] που διαθέτει η Lego για τα Mindstorms ΝΧΤ. Ακόμα και αν δεν έχετε καθόλου γνώσεις προγραµµατισµού, µετά από µμερικά λεπτά εξοικείωσης θα είστε σε θέση να γράψετε ακόμα και πολύ σύνθετα προγράµµατα.
Το εκπαιδευτικό λογισμικό LEGO MINDSTORMS Education NXT που δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας προγραμματιζόμενων «συμπεριφορών» για τις μηχανικές κατασκευές, βασίζεται στη χρήση εικονιδίων- εντολών. Πολύ απλά τοποθετήστε τα εικονίδια- εντολές (με σύρσιμο) με τη σειρά που θέλετε να εκτελεστούν από το ρομπότ σας. Όταν ολοκληρώσετε το πρόγραμμα κατεβάστε το (download) στο τούβλο NXT της ρομποτικής σας κατασκευής. Έτσι, φορτώνοντας ένα πρόγραμμα μπορείτε να κάνετε το ρομπότ σας να κινηθεί, να αποφύγει εμπόδια, να παίξει μουσική, να ακούσει, και πολλά άλλα..
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ
τα πλαίσια του μαθήματος της ειδικής θεματικής δραστηριότητας αποφασίσαμε να κατασκευάσουμε ένα ποταμόπλοιο, το οποίο θα το χειριζόμαστε από ένα κινητό τηλέφωνο, μέσω Bluetooth και μιας εφαρμογής Android. Αρχικά συζητήσαμε με τους συμμαθητές αλλά και με τους καθηγητές μας τη μορφή που θα του δώσουμε και κάναμε τα πρώτα σκαριφήματα στον πίνακα. Ο καθένας μας έψαξε στο σπίτι του για υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και τα συγκεντρώσαμε στο χώρο του εργαστηρίου.
Για να φτιάξουμε το κύριο σώμα του ποταμόπλοιου, χρησιμοποιήσαμε φελιζόλ που χρησιμοποιούν για τις μονώσεις τοίχων, το οποίο μας έδωσαν από μια οικοδομή. Το κατάστρωμα και τους ορόφους, τα κατασκευάσαμε από κόντρα πλακέ. Για να φτιάξουμε την κουπαστή και τα τζάμια της γέφυρας βάλαμε πλέξιγκλας. Από το εργαστήριο θερμοϋδραυλικών πήραμε σωλήνες για τις κολώνες και τις καμινάδες. Από φτερωτές αποροφητήρα φτιάξαμε τις προπέλες, στις οποίες βάλαμε καπάκια από ένα παλιό εκτυπωτή για να τις προστατέψουμε. Για το φωτισμό του σκάφους χρησιμοποιήσαμε ταινία λαμπτήρων led την οποία συνδέσαμε σε δυο μπαταρίες μέσω ενός διακόπτη. Για το βάψιμο χρησιμοποιήσαμε σπρέι διαφορών χρωμάτων καθώς και λαδομπογιά. Η κεντρική μονάδα του LEGO τοποθετήθηκε σε ένα πλαστικό κουτάκι από γλυκά για την προστασία της από το νερό.
Αφού είχαμε καταλήξει στην τελική μορφή του ποταμόπλοιου, αρχίσαμε να κόβουμε το φελιζόλ, τα ξύλα κόντρα πλακέ και τις σωλήνες, ώστε να φτιάξουμε το κύριο σώμα του πλοίου και τα καταστρώματα. Για να τα κολλήσουμε χρησιμοποιήσαμε θερμοκόλλα και πιστόλι σιλικόνης, από τα εργαλεία του εργαστηρίου. Από ένα παλιό αποροφητήρα πήραμε τις φτερωτές και τοποθετήσαμε έναν άξονα από τα τουβλάκια LEGO, ώστε να πάρουν κίνηση από τους κινητήρες, έτσι ώστε να έχουμε τις προπέλες (ρόδες) του ποταμόπλοιου. Κόψαμε με σέγα το καπάκι από έναν παλιό εκτυπωτή και τα δυο κομμάτια που βγάλαμε τα βιδώσαμε έτσι ώστε να είναι τα προστατευτικά των προπελών.
Δυσκολία συναντήσαμε στο βάψιμο του καταστρώματος επειδή το κόντρα πλακέ απορροφούσε το χρώμα και χρειάστηκε να περαστεί πολλές φορές μέχρι να πιάσει το χρώμα . Στη συνέχεια κόψαμε ορθογώνια κομμάτια πλέξιγκλας, τα οποία τοποθετήσαμε στην γέφυρα του πλοίου, για τζαμαρία. Επίσης πλαστικό πλέξιγλας χρησιμοποιήσαμε και για την κουπαστή του σκάφους, όπου μέσα από ένα κενό που έχει περάσαμε την ταινία των λαμπτήρων LED. Για το φωτισμό των καταστρωμάτων του ποταμόπλοιου, βάλαμε επίσης ταινία λαμπτήρων LED, την οποία συνδέσαμε με αυτήν της κουπαστής και με δυο μπαταρίες των 9V μέσω ενός διακόπτη. Για να στερεώσουμε τα καταστρώματα χρησιμοποιήσαμε δυο μεντεσέδες, έτσι ώστε να μπορούμε να κάνουμε ανατροπή της υπερκατασκευής και να ελέγχουμε την κεντρική μονάδα LEGO.
Τελικά φτιάξαμε ένα ποταμόπλοιο το οποίο το χειριζόμαστε με ένα tablet με αισθητήρα επιτάχυνσης G - sensor χωρίς καν να πατάμε κουμπιά , κουνώντας απλά το tablet ανάλογα με το πως θέλουμε εμείς να κινήσουμε το ποταμόπλοιο. Οι κινήσεις του tablet μεταφέρονται σαν εντολές στους κινητήρες .
Επίσης δημιουργήσαμε με τη βοήθεια των καθηγητών μας μια ιστοσελίδα, ώστε να ανεβάζουμε φωτογραφίες και βίντεο κατά τη διάρκεια της κατασκευής του ποταμόπλοιου. Η διεύθυνση είναι: http://ethd6epal2012.weebly.com
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7ο : ΣΧΕΔΙΑ - ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ
ΠΛΑΓΙΑ ΟΨΗ
ΚΑΤΟΨΗ
Ηλεκτρικό κύκλωμα φωτισμού πλοίου
Σύνδεση κινητού (TABLET) με την κεντρική μονάδα LEGO NXT
ΕΦΑΛΑΙΟ 8ο : ΥΛΙΚΑ - ΕΡΓΑΛΕΙΑ
Για την κατασκευή του ποταμόπλοιου, χρησιμοποιήσαμε τα παρακάτω υλικά και εργαλεία:
Υλικά
Εργαλεία
Κόντρα πλακέ
Σέγα
Φελιζόλ, πλέξιγκλας
ράσπα
σωλήνες υδραυλικού
τρυπάνια (διάφορες διαστάσεις )
τσέρκι ηλεκτρολόγου
επαναφορτιζόμενο δράπανο
μεντεσέδες
αλφάδι
ταινία λαμπτήρων led
μέτρο
μπαταρίες
κατσαβίδι
διακόπτης
κοπίδι
καλώδιο UTP
χάρακας
θερμοσυστελόμενο μακαρόνι
ξυλόβιδες
Άγκιστρο κρεμάστρας
πιστόλι θερμής σιλικόνης
στικ σιλικόνης
ηλεκτρικό κολλητήρι
καλάι
διάφορα χρώματα σε σπρέι
λαδομπογιά
πινέλο
νέφτι
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9ο :ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΠΗΓΕΣ
http://news24gr.blogspot.gr
http://www.javatech.eu/bluair.html
http://www.tonex.com/training-courses/bluetooth-training/
http://ops.fhwa.dot.gov/publications/telecomm_handbook/chapter7.htm
http://pestanea.blogspot.gr/2011/07/109000.html
http://www.caroto.gr/2009/02/12/multijet-fiat/
http://www.ru.all.biz/el/eksoplisms-plooy-kai-mikhanmata-katastrmatos-bgc1625
http://www.allaboutenergy.gr/Aeriostroviloi.html
http://el.wikipedia.org
http://www.ortsa.gr
http://edurobotics.weebly.com
http://perialos.blogspot.gr/2012/03/blog-post.html
http://www.marketbet.gr/2011/02/suez-canal-trade/
http://mindstorms.lego.com
http://lefobserver.blogspot.gr/2008/09/greek-ancient-trieres.html
http://www.atas.gr
http://www.tallos.gr
http://www.porosnews.gr/
http://www.tanea.gr
http://www.protothema.gr
http://www.dinfo.gr
http://www.karystosicons.gr
http://www.google.gr/imgres
http://my-magazine-gr.blogspot.gr
http://paraktio-psarema.pblogs.gr
http://www.giatimpampa.gr
http://www.hellenica.de
ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟΣ
ΤΜΗΜΑ ΒΕ
ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2012 – 2013
ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ
« ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΝΟΣ ΤΗΛΕΧΕΙΡΙΖΟΜΕΝΟΥ ΠΟΤΑΜΟΠΛΟΙΟΥ»
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο : ΓΕΝΙΚΑ ............................................................................σελίδα 3
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο : ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ...................................................….σελίδα 4
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο : ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΠΛΟΙΟΥ ΣΤΙΣ ΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ………………………………………………………………………………………...….σελίδα 6
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο : ΜΕΡΗ ΠΛΟΙΟΥ…………………………………………...…….…σελίδα 7
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο : ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΕΩΡΙΕΣ ΠΟΥ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΕΡΓΟ ΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΕ ………………………………………………………σελίδα 8
- Ασύρματη Μετάδοση δεδομένων …………………………………….……….σελίδα 8
- Μικροκύματα …………………………………………………………….……….σελίδα 10
- Bluetooth ………………………………….………………………….…….….….σελίδα 11
- Πλευστότητα ……………………………………………………….………....….σελίδα 12
- Άνωση …………………………….………………………………….………...….σελίδα 12
- Κέντρο βάρους …………………………………………………….….……...….σελίδα 13
- Κινητήρες ………………………………………………………..….………...….σελίδα 15
- Μπαταρίες ……………………………………………………….………........….σελίδα 19
- Περιγραφή του Lego nxt …………………………………………………..….σελίδα 21
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7ο : ΣΧΕΔΙΑ – ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ …………………………….......….σελίδα 30
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8ο : ΥΛΙΚΑ – ΕΡΓΑΛΕΙΑ ……..............................................….σελίδα 35
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9ο :ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ – ΠΗΓΕΣ ……....………………….….….…...σελίδα 36
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο : ΓΕΝΙΚΑ
Το πλοίο είναι μια ειδική κατασκευή, από ξύλο, μέταλλο κλπ., η οποία είναι προορισμένη να πλέει με ασφάλεια πάνω στο νερό.
Το ποταμόπλοιο είναι ένας ιδιαίτερος ναυπηγικός τύπος πλοίου προορισμένο να εκτελεί ποταμοπλοΐα. Πρόκειται για πλοίο πλατύ με μικρό βύθισμα, χωρίς καρίνα, που χρησιμοποιείται για μεταφορές μέσα σε ποτάμια, εκεί όπου τα κανονικά πλωτά δεν μπορούν να ταξιδέψουν λόγου βάθους. Στην κεντρική Ευρώπη υπάρχει ένα μεγάλο δίκτυο από ποταμιά και κανάλια που είναι κατάλληλα για ποταμόπλοια και η μεταφορά στο ποτάμι αποτελεί ένα σημαντικό μεταφορικό μέσον Η χρήση τους έχει μεγάλη άνθηση στα ποτάμια, κυρίως της Αφρικής και της Ασίας, σε μέρη όπου δεν υπάρχουν άλλοι δρόμοι, παρά μόνο οι ποτάμιοι. Η κίνηση των ποταμόπλοιων γίνεται κυρίως με μηχανές .
Διάφοροι τύποι ποταμόπλοιου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο : ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Τα πρώτα αξιόπλοα σκάφη που κατασκευάστηκαν εξ ολοκλήρου από ανθρώπους τοποθετούνται από τους ιστορικούς γύρω στο 9000 π.Χ. και επρόκειτο για επιπλέοντες διαμορφωμένους κορμούς δέντρων και σχεδίες. Αυτές οι κατασκευές είχαν ως κύριο μέσο πρόωσης είτε τα ρεύματα των υδάτων είτε κουπιά. Τα πανιά θα εμφανιστούν πολύ αργότερα, το 4000 π.Χ. πιθανόν στην Μεσοποταμία.
Η εφεύρεση των πανιών για την χρήση της δύναμης του αέρα για κίνηση είχε ως αποτέλεσμα να κατασκευαστούν τα πρώτα πραγματικά μεγάλα πλοία τα οποία είχαν δυνατότητα μεταφοράς αγαθών. Είναι γνωστό πως μέχρι το 1200 π.Χ. η τεχνολογία των πλοίων είχε προχωρήσει αρκετά ώστε να είναι ασφαλής η επικοινωνία μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών, όπως πχ. τα νησιά του Αιγαίου. Αυτό καταμαρτυρείται στα Ομηρικά έπη όπου αναφέρεται συχνότατα ο στόλος των Αχαιών. Αργότερα, τα πλοία μεγαλώνουν ακόμα περισσότερο. Η μυθική Αργώ της Αργοναυτικής Εκστρατείας ήταν ένα πενηντάκωπο (με 50 κουπιά) πλοίο, πράγμα που δείχνει την ανάγκη δύναμης για την κίνηση ενός πραγματικά μεγάλου σκάφους για τα ανθρώπινα δεδομένα. Το 700 π.Χ. έχουμε σίγουρα πλοία τα οποία μπορούν να διασχίσουν ασφαλώς τη Μεσόγειο. Έτσι καθίσταται δυνατή η επικοινωνία των Ελλήνων με άλλους λαούς και μέρη, τα οποία οδηγούν στις πρώτες αποικίες των Ελλήνων αλλά και στην επαφή των Ελλήνων με τους Φοίνικες που οδήγησε στην πρώτη μορφή του ελληνικού αλφάβητου.
Σε αυτήν την εποχή τοποθετείται επίσης και η δημιουργία των πρώτων πλοίων με σοβαρή ικανότητα να διεξάγουν ναυμαχίες. Καθώς οι πιο πολλές πόλεις ήταν χτισμένες κοντά στα παράλια, η ύπαρξη ισχυρού στόλου σήμαινε και ισχυρότερη άμυνα για την πόλη. Η τεχνολογία της αρχαίας ναυπηγικής φτάνει στο αποκορύφωμά της στον Ελληνικό χώρο γύρω στο 500 π.Χ. όταν οι Αθηναίοι και Κορίνθιοι βρίσκουν την χρυσή τομή μεταξύ μεγέθους, ευελιξίας, ταχύτητας και όγκου και δημιουργούν την πασίγνωστη τριήρη. Το σκάφος αυτό διαθέτει τρεις σειρές από κουπιά και τετράγωνο πανί για την κίνηση σε μεγάλες αποστάσεις, ενώ διαθέτει και εξοχή μεταλλικώς επενδυμένη (έμβολο) η οποία της επιτρέπει να εμβολίζει τα εχθρικά πλοία, προσφέροντας ένα πλοίο πολλαπλών ρόλων. Βεβαίως υπάρχουν και μεγαλύτερα πλοία όμως η τριήρης με πολύ καλά μελετημένα χαρακτηριστικά δεν βρίσκει αντίπαλο σε αυτά.
Αθηναϊκή τριήρης
Κατά τη ρωμαϊκή περίοδο κατασκευάζονται από τους Ρωμαίους πλοία (γαλέρες) τα οποία αγγίζουν τους 1000 μετρικούς τόνους εκτόπισμα και χρησιμοποιούνται και για πολεμικούς και για εμπορικούς σκοπούς. Χρησιμοποιούνταν ευρέως για την άμεση πρόσβαση σε οποιαδήποτε άκρη της ρωμαϊκής επικράτειας και την αντιμετώπιση της πειρατείας, ενώ χρησιμοποιήθηκαν και ως επιθετικά όπλα για πολιορκίες, πράγμα που δείχνει την προνοητικότητα των Ρωμαίων. Ο τύπος αυτός πλοίου θα περάσει και στην Βυζαντινή Αυτοκρατορία ως δρόμων, το βασικό πλοίο μάχης του βυζαντινού ναυτικού. Διέθετε κωπηλατικό πλήρωμα 50 κωπηλατών και μεταφορική ικανότητα έως και 200 ατόμων. Είχε την ικανότητα μεταφοράς καταπελτών, βαλλιστρών κλπ. Αργότερα, κατά τον 7ο-8ο αιώνα μ.Χ., οι βυζαντινοί επιστήμονες επινοούν το "υγρό πυρ" και οι βυζαντινοί ναυπηγοί το τοποθετούν ως κύριο όπλο στους δρόμωνες δημιουργώντας έτσι την πασίγνωστη και ιδιαίτερα τρομακτική για τους αντιπάλους κατηγορία των "πυρφόρων δρομώνων". Για πολλούς και διάφορους λόγους, η εξέλιξη της ναυπηγικής τεχνολογίας στο Βυζάντιο έμεινε πίσω σχετικά με τις άλλες ναυτικές δυνάμεις, κι έτσι κατά την διάρκεια της Τουρκοκρατίας η μόνη παρουσία ελληνικής ναυσιπλοΐας περιορίζεται στα μικρά εμπορικά σκάφη.
Βυζαντινός δρόμων
Αντίθετα, στις χώρες της δυτικής Ευρώπης οι ναυπηγοί μεγαλώνουν περισσότερο τα πλοία και επινοούν νέες μεθόδους που επιτρέπουν στα πλοία να αντέχουν την καταπόνηση από τα νέα πυροβόλα όπλα που μόλις εμφανίζονται. Πρωτοπόροι σε αυτόν τον τομέα εμφανίζονται οι Άγγλοι, οι Βενετοί και οι Ίβηρες. Τα πλοία είναι πλέον τόσο μεγάλα και βαριά που η χρήση κωπηλατών κρίνεται ασύμφορη, και την θέση τους παίρνουν πολλαπλά ιστία με πανιά. Η απομάκρυνση των κωπηλατών επιτρέπει και την μαζική χρήση κανονιών και άλλων πυροβόλων όπλων στα πλάγια του πλοίου. Έτσι δημιουργούνται πλοία όπως τα καρράκ (πχ. Mary Rose, Αγγλία και Santa Maria, Ισπανία), κορβέτες και man of wars για πολεμικούς σκοπούς και οι καραβέλες (πχ. Pinta και Nina, Ισπανία), για εμπορικούς. Ειδικά τα καρράκ ήταν ιδιαίτερα μεγάλα και ευσταθή στον ποντοπόρο πλου, πράγμα που επέτρεψε την διάσχιση του Ατλαντικού και άλλων ωκεανών και την εξερεύνηση της υφηλίου από τους Ισπανούς και Πορτογάλους κατά τον 15ο και 16ο αιώνα.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο : ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΠΛΟΙΟΥ ΣΤΙΣ ΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ
Οι θαλάσσιες μεταφορές αποτελούν ένα ιδιαίτερα ευρύ πεδίο των γενικών μεταφορών ανθρώπων και φορτίων, που εκτελούνται με εμπορικά πλοία, η ιστορία των οποίων χάνεται στα βάθη των αιώνων. Ποσοστό 80-85% του παγκόσμιου εμπορίου διεξάγεται με πλοία. Η ναυπήγηση σκαφών από την εποχή του Ομήρου και η συνεχής εξέλιξη από το κουπί στο ιστίο, την εφεύρεση της πυξίδας, όπου επέτρεψε στους θαλασσοπόρους την ανακάλυψη νέων θαλάσσιων οδών και τόπων ανάπτυξης εμπορίου και στη συνέχεια η εφαρμογή του ατμού, της έλικας και της επιλογής του σιδήρου και του χάλυβα ως μέσον υλικού, έδωσαν μια εκπληκτική πρόοδο στις θαλάσσιες μεταφορές.
Η σύγχρονη ναυπηγική βιομηχανία, με την παράλληλη διάνοιξη διωρύγων την βελτίωση των λιμενικών εγκαταστάσεων και την ίδρυση μεγάλων ναυτιλιακών εταιρειών, παρουσιάζει μια εκπληκτική άνοδο που όμοιά της δεν υφίσταται σε άλλους τομείς μεταφορών. Με τη σύγχρονη και ευρύτατη εξειδίκευση των τύπων των πλοίων, το διεθνές εμπόριο πραγματοποιείται σε τεράστιες ποσότητες με το μικρότερο δυνατό κόστος. Για παράδειγμα η ανάγκη μεταφορών μεγάλων ποσοτήτων φορτίων ιδιαίτερα χύδην (χύμα) οδήγησε στη ναυπήγηση των φορτηγών , των φορτηγιδοφόρων, των εμπορευματοκιβωτιοφόρων (Κοντέινερς) αλλά και αυτών των δεξαμενοπλοίων , καθώς και άλλων πολλών, που συνεχίζουν με σταδιακή αύξηση μεγεθών. Οι άλλοτε, πριν μερικών δεκαετιών, υφιστάμενες διεθνείς γραμμές τακτικών (δρομολογίων) και ελεύθερων, στις μέρες μας φέρονται να έχουν υποστεί μεγάλο πλήγμα από τους παραπάνω εξειδικευμένους τύπους πλοίων. Σήμερα μόνο ιδιαίτερα ακριβά είδη μεταφέρονται με αεροπλάνα που όμως έχουν αυξήσει την μεταφορά προσώπων. Οι δε χερσαίες μεταφορές συνεχίζουν τη διακίνηση αγαθών σε επιμέρους μικρές ποσότητες αλλά και με αύξηση του επιβατηγού κοινού χωρίς όμως ιδιαίτερη ανάγκη εξειδικευμένων μέσων μεταφορών.
Θαλάσσιες μεταφορές που εκτελούνται με σταθερή περιοδικότητα μεταξύ λιμένων χαρακτηρίζονται γενικά θαλάσσιες συγκοινωνίες. Οι θαλάσσιες συγκοινωνίες διακρίνονται σε διεθνείς και εσωτερικές, (εντός της επικράτειας). Και οι μεν πρώτες αν επεκτείνονται σε ανοικτές θάλασσες, ωκεανούς χαρακτηρίζονται ποντοπόρες, οι δε δεύτερες εφαρμόζοντας ακτοπλοΐα κατά το μεγαλύτερο μέρος τους ονομάζονται ακτοπλοϊκές συγκοινωνίες.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο : ΜΕΡΗ ΠΛΟΙΟΥ
Το κύριο σώμα του πλοίου (σκάφος) διακρίνεται σε τρία μέρη: Το μπροστινό καλούμενο πλώρη, το μεσαίο και μεγαλύτερο καλούμενο μέσο και το πίσω μέρος καλούμενο πρύμνη.
Η γραμμή περιφερειακά του πλοίου όπου ακριβώς και η επιφάνεια της θάλασσας, όταν αυτό πλέει ασφαλώς, καλείται ίσαλος γραμμή ή ίσαλος. Όλα τα ορατά μέρη του πλοίου δηλ. από την ίσαλο και πάνω λέγονται έξαλα σε αντίθεση με τα υπό την ίσαλο μέρη του πλοίου καλούμενα ύφαλα. Η πλευρική επιφάνεια των εξάλων προς τη πλώρη που καμπυλώνει (εσωκοίλωμα), καλείται παρειά ή μάσκα ενώ η αντίστοιχη στη πρύμνη λέγεται ισχίο ή γοφός.
"Διαμήκης γραμμή" λέγεται η νοητή εκείνη που χωρίζει το πλοίο σε δύο ίσα μέρη από πλώρη μέχρι πρύμνη, το δεξιό και το αριστερό και έτσι νοείται και ο όρος "διαμήκης άξονας". Ναυπηγικά τα δύο αυτά μέρη - πλευρές ενώνονται στο κάτω μέρος την τροπίδα ή καρίνα η οποία στη μεν πλώρη καταλήγει στη "στείρα" ή "κοράκι" εις δε τη πρύμνη στο "ποδόστημα". Ευκολονόητο ότι η "διαμήκης" ενώνει τα άνω ακραία σημεία της στείρας και του ποδοστήματος. Επ΄ αυτής της διαμήκους οριζόμενη επιφάνεια καλείται κατάστρωμα ή κουβέρτα διακρινόμενο σε κατώτατο, μέσο, κύριο, και ανώτατο (όχι απαραίτητα όλα σε ένα πλοίο). Όλες οι κατασκευές από το ανώτατο ή κύριο κατάστρωμα καλούνται "υπερκατασκευές". Η υπερκατασκευή στη πλώρη ονομάζεται πρόστεγο. Η υπερκατασκευή στο μέσον ονομάζεται μεσόστεγο ή γέφυρα και εκείνη της πρύμης επίστεγο.
Το εσωτερικό του πλοίου, ανάλογα με το τύπο του, χωρίζεται σε κύτη ή αμπάρια ή σε δεξαμενές για φορτίο, σε δεξαμενές για εφόδια (πχ καύσιμα, νερό, έρμα κλπ), στο μηχανοστάσιο, στο λεβητοστάσιο, στο αντλιοστάσιο μόνο για δεξαμενόπλοια και στα διαμερίσματα του πληρώματος. Επίσης για λόγους ασφαλείας υπάρχουν οι δεξαμενές "ζυγοστάθμισης" πλώρης και πρύμνης. Το κατώτατο μέρος του πλοίου εσωτερικά ονομάζεται πυθμένας ή γάστρα και για λόγους επίσης ασφαλείας τα περισσότερα πλοία είναι "διπύθμενα" δηλ. με δύο πυθμένες. Στην υπερκατασκευή της "γέφυρας" φέρονται σχεδόν το σύνολο των Ναυτιλιακών οργάνων, το διαμέρισμα του Πλοιάρχου και των Αξιωματικών του πλοίου, οι τραπεζαρίες και η κουζίνα του πλοίου. Τέλος τα πλοία φέρουν διάφορους "μηχανισμούς" όπως πηδαλιουχίας, φορτοεκφορτώσεων, αγκυροβολίας , σωστικούς, ιστιοφορικούς, πτερύγια κ.ά.
1.Πλώρη, 2.Βολβοειδής πλώρη, 3. Άγκυρα, 4. Έξαλα, 5. Έλικας, 6. Πρύμνη, 7. Καπνοδόχος 8. Γέφυρα πλοίου, 9. Κατάστρωμα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο : ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΕΩΡΙΕΣ ΠΟΥ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΕΡΓΟ ΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΕ
- Ασύρματη Μετάδοση δεδομένων
Ως ασύρματο δίκτυο χαρακτηρίζετε το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο, συνήθως τηλεφωνικό η δίκτυο υπολογιστών, το οποίο χρησιμοποιεί ραδιοκύματα ως φορείς πληροφορίας. Τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με συχνότητα φέροντος η οποία εξαρτάται κάθε φορά από τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που απαιτείται να υποστηρίζει το δίκτυο. Η ασύρματη επικοινωνία, σε αντίθεση με την ενσύρματη, δεν χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης κάποιον τύπο καλωδίου. Σε παλαιότερες εποχές τα τηλεφωνικά δίκτυα ήταν αναλογικά, αλλά σήμερα όλα τα ασύρματα δίκτυα βασίζονται σε ψηφιακή τεχνολογία και, επομένως κατά μια έννοια είναι ουσιαστικός δίκτυα υπολογιστών. Στα ασύρματα δίκτυα εντάσσονται τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, οι δορυφορικές επικοινωνίες, τα ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής (WWAN) τα ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα (WMAN), τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) και τα ασύρματα δίκτυα (WPAN).
Ραδιοκύματα ονομάζονται οι χαμηλές συχνότητες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, που εκτείνονται περίπου από τα 3 KHz ως τα 300 GHz. Οι ασύρματες τηλεπικοινωνίες γίνονται συνήθως με ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής (από τα 30 MHz ως το 1 GHz), ή μικροκύματα (από τα 2 GHz ως τα 40 GHz). Τα ραδιοκύματα χαμηλότερων συχνοτήτων γενικά εξασθενούν σχετικά γρήγορα, αφού συγκριτικά μεταφέρουν λίγη ενέργεια, αλλά έχουν την ικανότητα να διαπερνούν τα φυσικά εμπόδια. Τα κύματα υψηλότερων συχνοτήτων διαδίδονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά ανακλώνται ευκολότερα από φυσικά εμπόδια. Επίσης, όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα ενός κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατευθυντικότητα του (μπορεί δηλαδή να εκπεμφθεί σε μία σχετικά στενή δέσμη αντί προς πάσα κατεύθυνση). Έτσι, μιλώντας γενικά, τα μικροκύματα είναι κατευθυντικά ενώ τα ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής όχι.
Κεραία ασύρματης μετάδοσης
Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι διάδοσης κυμάτων για τις ασύρματες τηλεπικοινωνίες:
- Διάδοση εδάφους (Ground-Wave Propagation)
- Ατμοσφαιρική διάδοση (Sky-Wave Propagation)
- Διάδοση Γραμμής Όρασης (Line-Of-Sight Propagation)
- Ανάκλαση εδάφους δύο ακτινών (Two-Ray Ground Reflection)
Η ασύρματη μετάδοση εμπεριέχει διάφορους παράγοντες, που δημιουργούν προβλήματα στην επικοινωνία: η κατάσταση της ατμόσφαιρας και η διάθλαση επηρεάζουν το σήμα, η μεγάλη απόσταση εξασθενεί την ισχύ του σήματος κλπ. Όλοι αυτοί οι παράγοντες (απώλειες ελεύθερου χώρου) επιδρούν διαφορετικά σε σήματα διαφορετικών συχνοτήτων. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται στρέβλωση και πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπ' όψιν όταν μεταδίδονται σήματα που εμπεριέχουν διαφορετικές συχνότητες. Ότι δεν ανήκει στην προς μετάδοση πληροφορία ονομάζεται θόρυβος και είναι είτε θερμικός (προκαλείται από τις κεραίες, εξαρτάται από τη θερμοκρασία και δεν μπορεί να εξαλειφθεί), είτε από εξωτερικές πηγές (εκπομπές που προκαλούνται ακούσια από διάφορες ηλεκτρικές συσκευές λόγω κατασκευαστικών ατελειών), είτε από παρεμβολές άλλων εκπομπών σε επικαλυπτόμενες συχνότητες. Ο θόρυβος είναι εξίσου σημαντική επιβάρυνση στην επικοινωνία, με τις απώλειες ελεύθερου χώρου. Ένα άλλο φαινόμενο που ενυπάρχει στην ασύρματη μετάδοση και επιβαρύνει την επικοινωνία είναι οι πολλαπλές οδεύσεις, που οφείλονται στην ανάκλαση, διάθλαση και σκέδαση του σήματος κατά τη διάδοση του και έχουν ως αποτέλεσμα ένα σήμα να φτάνει στον αποδέκτη πολλές φορές, ή σε δόσεις, με χρονική διαφορά και διαφορετικά σήματα να φτάνουν την ίδια χρονική στιγμή παρεμβαλλόμενα το ένα στο άλλο. Το φαινόμενο όμως που δημιουργεί τα περισσότερα προβλήματα είναι οι διαλείψεις, η απότομη μεταβολή του πλάτους του σήματος, οι οποίες διαχωρίζονται σε υψίσυχνες και αργές, ενώ αντιμετωπίζονται με κάποιες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις πολλαπλές οδεύσεις. Οφείλονται στην ανάκλαση, διάθλαση και σκέδαση του σήματος κατά τη διάδοση του και έχουν ως αποτέλεσμα ένα σήμα να φτάνει στον αποδέκτη πολλές φορές, ή σε δόσεις, με χρονική διαφορά και διαφορετικά σήματα να φτάνουν την ίδια χρονική στιγμή παρεμβαλλόμενα το ένα στο άλλο. Το φαινόμενο όμως που δημιουργεί τα περισσότερα προβλήματα είναι οι διαλείψεις, η απότομη μεταβολή του πλάτους του σήματος, οι οποίες διαχωρίζονται σε υψίσυχνες και αργές, ενώ αντιμετωπίζονται με κάποιες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις πολλαπλές οδεύσεις.
- Μικροκύματα
Τα WLAN με σημείο πρόσβασης ονομάζονται δίκτυα υποδομής ή δομημένα (infrastructure). Το σύνηθες μοντέλο που περιγράφει τέτοια δίκτυα είναι το εξής: υπάρχει ένα ενσύρματο δίκτυο κορμού (σύστημα κατανομής, DS) στο οποίο συνδέονται τα σημεία πρόσβασης (AP). Μία ομάδα κοινών κόμβων (STA) που επικοινωνούν ασύρματα με ένα συγκεκριμένο AP σε συγκεκριμένη συχνότητα ονομάζεται Βασικό Σύνολο Υπηρεσιών (BSS). Τα BSS διασυνδέονται μεταξύ τους μέσω του DS. Ας σημειωθεί ότι μπορεί τα STA ενός BSS να μην είναι όλα στην εμβέλεια όλων των άλλων, αλλά πρέπει οπωσδήποτε όλα να είναι στην εμβέλεια του σημείου πρόσβασης.
- Bluetooth
Στη μικρότερη τάξη μεγέθους ασύρματων δικτύων συναντώνται τα WPAN, τοπικά δίκτυα πολύ μικρής εμβέλειας με σκοπό την ασύρματη και ad hoc δικτύωση ετερογενών φορητών συσκευών. Το σπουδαιότερο πρότυπο στον χώρο αυτόν είναι η οικογένεια πρωτοκόλλων Bluetooth που σχεδιάστηκε από μία ομάδα εταιρειών και υιοθετήθηκε στη συνέχεια από την IEEE ως το πρότυπο 802.15 για WPAN. Οι βασικότερες προδιαγραφές αφορούν το φυσικό επίπεδο και το υποεπίπεδο MAC, όπου έχουν δημιουργηθεί διαφορετικά πρωτόκολλα για διαφορετικές εφαρμογές και τα οποία ονομάζονται προφίλ (π.χ. προφίλ ασύρματου τηλεφώνου, προφίλ πρόσβασης σε LAN κλπ). Κάθε προφίλ περιλαμβάνει πρότυπα για όλα τα επίπεδα και προσφέρει λύσεις για τη διασύνδεση με διαφορετικά δίκτυα μεγαλύτερης κλίμακας.
Από φυσική άποψη το Bluetooth λειτουργεί περίπου στα 2,4 GHz, κάνει χρήση της μεθόδου διασποράς φάσματος FHSS με την τακτική εναλλαγή της συχνότητας να καθορίζεται ψευδοτυχαία από έναν κεντρικό κόμβο, τον κόμβο Master, και προδιαγράφει τρία επίπεδα ισχύος της εκπομπής από τα οποία εξαρτάται και η εμβέλεια επικοινωνίας (πάντα μικρότερη των 10 μέτρων σε PAN). Ένα πρόβλημα των προδιαγραφών του Bluetooth είναι ότι, λόγω της μετάδοσης στην ελεύθερη ζώνη συχνοτήτων των 2,4 GHz, οι συσκευές που το υποστηρίζουν αδυνατούν να χρησιμοποιήσουν ταυτόχρονα τα περισσότερα πρωτόκολλα της οικογένειας IEEE 802.11, καθώς τότε θα εμφανίζονταν σοβαρά προβλήματα παρεμβολών.
- Πλευστότητα
Αν το Βάρος του σώματος είναι ίσο με το Βάρος του εκτοπισμένου νερού τότε το σώμα αιωρείται και μένει σταθερό, οπότε σε αυτή την περίπτωση έχει ουδέτερη πλευστότητα. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν θετική πλευστότητα για αυτό και επιπλέουν, υπάρχουν όμως σε πολύ μικρό ποσοστό βέβαια, οι οποίοι έχουν αρνητική και αυτό γιατί ο μέσος όρος της πυκνότητας του σώματος τους είναι μεγαλύτερος από την πυκνότητα του νερού και επομένως το βάρος τους είναι μεγαλύτερο από το βάρος του νερού που εκτοπίζουν. Οι παράγοντες που συμβάλουν στο να έχει κάποιος θετική ή αρνητική πλευστότητα έχουν σχέση με το σωματότυπο του ατόμου. Το ποσοστό λίπους, ο όγκος των πνευμόνων, καθώς και το βάρος του σκελετού καθορίζουν το ποσοστό άνωσης του ατόμου μέσα στο νερό. Για να μπορούμε να ρυθμίσουμε την πλευστότητα μας κατά την κατάδυση χρησιμοποιούμε την ζώνη με τα βάρη και το ρυθμιστή πλευστότητας.
- Άνωση
Α = ρ*g*V
όπου:
- ρ: πυκνότητα ρευστού
- g: η επιτάχυνση βαρύτητας
- V: όγκος βυθισμένου σώματος
Το σημείο εφαρμογής της άνωσης λέγεται κέντρο άνωσης ή κέντρο άντωσης και βρίσκεται στο κέντρο βάρους του εκτοπιζομένου υγρού, του λεγόμενου στη ναυπηγική εκτοπίσματος.
- Όταν βάρος σώματος είναι μεγαλύτερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε το σώμα βυθίζεται.
- Όταν βάρος σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε το σώμα ανέρχεται.
Συνεπώς όσο μεγαλύτερο το βάρος του εκτοπίσματος από το βάρος του σώματος τόσο μεγαλύτερη και η άνωση που δέχεται το σώμα.
Αν το υγρό παρουσιάζει ελεύθερη επιφάνεια, τότε αν το βάρος του σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, αυτό ανέρχεται στην επιφάνεια και μένει τόσο βυθισμένο όσο το βάρος του εκτοπίσματος καταστεί ίσο με το βάρος του σώματος, σ΄ αυτή τη περίπτωση λέγεται ότι το σώμα "επιπολάζει" για τα υγρά, "αιωρείται" για τα αέρια. Η στατική άνωση του ύδατος επί των σωμάτων είναι αυτή που επιτρέπει τη ναυπήγηση πλοίων. Λόγω δε της στατικής άνωσης τα πλοία αν ζυγιστούν μέσα στο ρευστό που βρίσκονται ή κινούνται παρουσιάζουν μικρότερο βάρος του πραγματικού τους
- Κέντρο βάρους
- Κινητήρες
Η μηχανή εσωτερικής καύσης (ή ΜΕΚ) διαφοροποιείται με την μηχανή εξωτερικής καύσης, όπως με ατμό ή κινητήρα Stirling, στις οποίες η ενέργεια μεταφέρεται από ένα υγρό το οποίο θερμαίνεται σε ένα λέβητα (ο οποίος βρίσκεται εκτός του κινητήρα) από ορυκτά καύσιμα ή καύση ξύλου, πυρηνική ενέργεια, ηλιακή κ.λ.π. Ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών σχεδίων για τις ΜΕΚ έχουν αναπτυχθεί και κατασκευαστεί, με ποικιλία διαφορετικών πλεονεκτημάτων και αδυναμιών. Αν και υπήρξαν και εξακολουθούν να είναι πολλές οι στατικές εφαρμογές, μεγάλη χρήση των κινητήρων εσωτερικής καύσης είναι σε εφαρμογές και κυριαρχούν στα αυτοκίνητα, αεροσκάφη και πλοία , από το μικρότερο ως το μεγαλύτερο.
Βασική διάκριση των θερμικών μηχανών είναι η επί του τρόπου μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε μηχανικό έργο, όπου εξ αυτού και διακρίνονται σε εμβολοφόρες ή παλινδρομικές και σε περιστροφικές ή στροβίλους. Ειδικότερα οι εμβολοφόρες παλινδρομικές ΜΕΚ ανάλογα με τον τρόπο που γίνεται η έναυση μέσα στον κύλινδρο, δηλαδή είτε με σπινθήρα είτε με θέρμανση του καυσίμου (αυτανάφλεξη), διακρίνονται αντίστοιχα σε μηχανές Όττο, και σε μηχανές ντίζελ. Ιδιαίτερη δε κατηγορία αποτελούν οι κινητήρες Βάνκελ (Wankel). Επιμέρους διάκριση των μηχανών Όττο, είναι οι βενζινομηχανές και οι αεριομηχανές. Οι δε περιστροφικές ΜΕΚ, ή στρόβιλοι είναι οι κοινώς λεγόμενες τουρμπίνες.
Κινητήρας βάνκελ (Wankel) Κινητήρας ντίζελ
Αεροστρόβιλος - τουρμπίνα
Αεροπορικοί κινητήρες αεροστρόβιλοι στροβιλοκινητήρες
Ανεξάρτητα όμως των παραπάνω με ένα πλήθος άλλων παραμέτρων οι ΜΕΚ διακρίνονται σε μεγάλο αριθμό επιμέρους τύπων, π.χ.
- Ανάλογα της διάταξης των εμβόλων σε: α) κατακόρυφες, (εν σειρά) β) οριζόντιες, (εν σειρά) γ) τύπου μπόξερ, δ) τύπου V, ε) τύπου W, στ) αντιθέτων εμβόλων, ζ) αστεροειδείς μονές, η) αστεροειδείς διπλές και θ) τετραγωνικής διάταξης.
- Ανάλογα του αριθμού των εμβόλων, ή κυλίνδρων εντός των οποίων παλινδρομούν σε: δικύλινδρες, τετρακύλινδρες κ.λπ.
- Ανάλογα του θερμικού κύκλου τους, (είναι η βασική διάκριση που αναφέρθηκε παραπάνω), σε: μηχανές Όττο, μηχανές Ντήζελ και μηχανές μικτού κύκλου. Παλαιότερα, μέχρι το 1960, οι δύο πρώτες καλούνταν αντίστοιχα μηχανές εκρήξεως και μηχανές καύσεως, που όμως δεν ανταποκρίνονταν πλήρως προς τη πραγματικότητα, παρά ταύτα συνεχίζεται ν΄ αναφέρονται ομοίως σε σχολικά βιβλία.
- Ανάλογα των χρόνων λειτουργίας, σε: δίχρονες, τετράχρονες, συνεχούς λειτουργίας (αεροστρόβιλοι).
- Ανάλογα προς τη φορά περιστροφής, σε: α) δεξιόστροφες, β) αριστερόστροφες γ) αναστρέψιμες και δ) μη-αναστρέψιμες
- Ανάλογα του τρόπου πλήρωσης με αέριο καύσιμο, σε: α) φυσικής εισπνοής και β) υπερπληρούμενες.
- Ανάλογα της ισχύος τους σε: α) απλής ή διπλής ενέργειας και β) σε μικρής, μέσης και μεγάλης ισχύος.
- Ανάλογα της ταχύτητας στροφών, σε: α) βραδύστροφες, β) μέσης ταχύτητας, γ) ταχύστροφες, ή πολύστροφες και δ) υπερταχύστροφες.
- Ανάλογα του είδους του καυσίμου, σε: α) μηχανές μαζούτ, β) ντήζελ, ή ντηζελομηχανές γ) βενζίνης, ή βενζινομηχανές, δ)φυσικών αερίων και ε) μηχανές μικτού καυσίμου.
- Ανάλογα των μέσων βελτίωσης της καύσης, σε: α) με ή χωρίς στροβιλισμό και β) σε μεγάλης ή μικρής περίσσειας αέρος.
- Ανάλογα του τρόπου ψύξης, σε: α) αερόψυκτες και β) υδρόψυκτες.
- Ανάλογα του τρόπου έγχυσης του καυσίμου, σε: α) με εμφύσηση αέρα, β) μηχανικής έγχυσης και γ) εξαέρωσης.
- Ανάλογα της εγκατάστασής τους, σε: α) μόνιμες και β) κινητές.
- Ανάλογα του χαρακτήρα χρήσης, σε: α) κύριες και β) βοηθητικές.
- Ανάλογα του χώρου χρήσης, σε: α) ξηράς, β) θαλάσσης και γ) αέρος.
ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ
Ο τετράχρονος έχει δύο τουλάχιστον βαλβίδες, μία βαλβίδα εισαγωγής και μία εξαγωγής. Αυτές συνήθως βρίσκονται στην κεφαλή του κυλίνδρου. Οι βαλβίδες είναι χρονισμένες μηχανικά με τον στρόφαλο, απ' όπου παίρνουν εντολή να ανοίξουν και να κλείσουν την κατάλληλη στιγμή.
Ο κινητήρας Diesel εκτόπισε την παλινδρομική ατμομηχανή ή οποία σήμερα δεν κατασκευάζεται για καμία απολύτως εφαρμογή.
Ο κινητήρας Otto (βενζινομηχανή) χρησιμοποιείται κατά κανόνα σε μικρά σκάφη αναψυχής με πολύ μικρό συντελεστή λειτουργίας και απαιτήσεις για μικρό όγκο και βάρος.
Στις μεγάλες απαιτήσεις ισχύος στον άξονα (> 25000 kW) χρησιμοποιείται και ο ατμοστρόβιλος με συνθήκες και περιπλοκότητα που δίνουν αρκετά καλό βαθμό απόδοσης, ενώ έχει σαφώς μικρότερο αρχικό κόστος, βάρος, κατανάλωση λαδιού και έξοδα συντήρησης.
Ο Αεροστρόβιλος χρησιμοποιείται κυρίως σε πολεμικά πλοία (σε συνδυασμό με κινητήρα Diesel) ή σε εμπορικά ειδικών απαιτήσεων (μικρού μηχανοστασίου, υψηλής ταχύτητας, όπως κάποια Ro-Ro και επιβατηγά-οχηματαγωγά).
Αυτός είναι ο 109.000 ίππων κινητήρας πετρελαίου. Το βάρος ενός τέτοιου κινητήρα φτάνει τους 170.974 τόνους. Ένας κινητήρας που πρωτοχρησιμοποιήθηκε στο πλοίο Emma Mærsk το 2006.
Ντιζελοκινητήρας πλοίου
8. Μπαταρίες
Η μπαταρία ή ηλεκτρικός συσσωρευτής (ενίοτε και απλά συσσωρευτής) είναι η συσκευή η οποία αποθηκεύει χημική ενέργεια και την αποδεσμεύει με τη μορφή ηλεκτρισμού. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ηλεκτροχημικές διατάξεις όπως η γαλβανική στήλη. Η ανάπτυξη των μπαταριών άρχισε με την κατασκευή της Βολταϊκής στήλης από τον Αλέξανδρο Βόλτα. Εικάζεται όμως ότι κάποια αντικείμενα, που χρονολογούνται γύρω στο έτος 600 και είναι γνωστά σαν μπαταρίες της Βαγδάτης, είχαν χρησιμοποιηθεί τότε για την παραγωγή μικρής ποσότητας ηλεκτρισμού.
Ο συσσωρευτής στην ηλεκτρολογία είναι χημική πηγή ρεύματος, ικανή να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια (αφού τη μετατρέψει σε χημική) και όταν χρειαστεί, να την αποδώσει σε εξωτερικό κύκλωμα. Αποτελείται από δοχείο κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό (εβονίτη, πλαστικό, γυαλί) με ηλεκτρολύτη (οξύ ή αλκάλιο), στο οποίο βυθίζονται τα ηλεκτρόδια. Η σύνδεσή τους σε εξωτερικό κύκλωμα προκαλεί σε αυτό διέλευση ρεύματος (εκφόρτιση του ηλεκτρικού συσσωρευτή). Έτσι, στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται χημικές διεργασίες, που έχουν σχέση με τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Ο εκφορτισμένος ηλεκτρικός συσσωρευτής φορτίζεται όταν περάσει από αυτόν συνεχές ρεύμα από άλλη πηγή, ενώ ταυτόχρονα στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται αντίστροφες χημικές διεργασίες, με τις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. Ο ηλεκτρικός συσσωρευτής χαρακτηρίζεται: από τη χωρητικότητα, δηλ. την ποσότητα του ηλεκτρισμού σε αμπερώρια, που μπορεί ο συσσωρευτής να δώσει στο κύκλωμα που τροφοδοτεί, από τη μέση τάση σε Volt κατά το χρόνο της φόρτισης και εκφόρτισης, από την ειδική ενέργεια κατά βάρος και όγκο, δηλ. την ενέργεια σε βατώρια που παρέχεται κατά την εκφόρτιση από 1 kgr βάρους ή 1 δεκατόμετρο του όγκου του ηλεκτρικού συσσωρευτή, από την απόδοση κατά χωρητικότητα, δηλ. το λόγο της ποσότητας των αμπερωρίων που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ποσότητα των αμπερωρίων που απορροφάται κατά τη φόρτιση, από την απόδοση κατά ενέργεια (ή βαθμό απόδοσης), δηλ. το λόγο της ενέργειας που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ενέργεια που απορροφάται κατά τη φόρτιση. Υπάρχουν ηλεκτρικοί συσσωρευτές σε μόνιμη εγκατάσταση (για τις ανάγκες των ηλεκτρικών σταθμών, των τηλεφωνικών και τηλεγραφικών σταθμών, των ραδιοσταθμών κ.ά.) και φορητοί (για τροφοδότηση κινητών ραδιοσυσκευών και συσκευών ενσύρματης τηλεπικοινωνίας, αυτοκινήτων, αεροπλάνων κ.ά.).
Ευρεία χρήση έχουν (κυρίως σε μόνιμες εγκαταστάσεις) οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές μόλυβδου - οξέος, στους οποίους σαν ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται διάλυμα θειικού οξέος με πυκνότητα 1,18- 1,29 gr/cm3 και σαν ηλεκτρολύτες διοξειδίου του μόλυβδου ΡbΟ2 και σπογγώδης μόλυβδος. Κατά την εκφόρτιση γίνεται η αντίδραση:
PbΟ2 + Pb + 2Η2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O
ενώ η τάση και η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη ελαττώνονται. Οι μέσες τάσεις είναι κατά την εκφόρτιση 1,98 V και κατά τη φόρτιση 2,4 V. Σαν φορητοί ηλεκτρικοί συσσωρευτές, χρησιμοποιούνται συχνά οι αλκαλικοί συσσωρευτές, που έχουν μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Αυτοί δεν έχουν κατά τη λειτουργία επιζήμιες εξατμίσεις και είναι απλούστεροι στη χρησιμοποίησή τους από τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές οξέος.
Μπαταρίες νικελίου, στους οποίους σαν ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται διάλυμα καυστικού καλίου, σαν θετικό ηλεκτρόδιο οξείδια νικελίου σε μείγμα με γραφίτη και σαν αρνητικό ηλεκτρόδιο ρινίσματα σιδήρου ή καδμίου σε μείγμα με σπογγώδη σίδηρο. Οι μέσες τάσεις φόρτισης είναι αντίστοιχα: 1,74 V και 1,65 V. Στα αεροπλάνα χρησιμοποιούνται πολύ οι αλκαλικοί ηλεκτρικοί συσσωρευτές αργύρου - ψευδαργύρου και αργύρου-καδμίου. Τα πλεονεκτήματά τους είναι η μεγάλη ειδική ενέργεια και η ικανότητα να λειτουργούν σε ερμητικά κιβώτια και σε ύψος (με χαμηλή θερμοκρασία και πίεση). Το μειονέκτημά τους είναι ότι έχουν κόστος 4-10 φορές μεγαλύτερο από τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές μόλυβδου-οξέος. Οι αλκαλικοί ηλεκτρικοί συσσωρευτές χρησιμοποιούνται επίσης, σε όργανα βαρηκοΐας κ.α. Για τη λήψη μεγάλων τάσεων και ρευμάτων οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές συνδέονται σε συστοιχίες.
Στα αυτοκίνητα ο συσσωρευτής χρησιμεύει για την εναποθήκευση του ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από τη δυναμομηχανή (δυναμό) και τη διανομή του στη συνέχεια στις διάφορες συσκευές της ηλεκτρικής εγκατάστασης του οχήματος. Μεταξύ του δυναμό και του συσσωρευτή παρεμβάλλεται αυτόματος διακόπτης, ο οποίος παρεμποδίζει την εκφόρτιση του συσσωρευτή προς το δυναμό όταν ο κινητήρας εργάζεται στο ρελαντί ή δεν εργάζεται.
Στην αστροναυτική οι συσσωρευτές τεχνητών δορυφόρων, πρέπει να έχουν μεγάλη χωρητικότητα, μικρό βάρος, αντοχή στις επιταχύνσεις και τους κλυδωνισμούς. Τις καλύτερες προϋποθέσεις προς αυτή την κατεύθυνση συγκεντρώνουν οι αλκαλικοί συσσωρευτές νίκελ-καδμίου ή αργύρου- ψευδάργυρου. Οι πρώτοι έχουν ως θετικό ηλεκτρόδιο πλάκες από νίκελ και αρνητικό πλάκες καδμίου και σιδήρου. Οι δεύτεροι ως θετικό ηλεκτρόδιο έχουν άργυρο σε σκόνη και ως αρνητικό ψευδάργυρο. Η ανάγκη εφοδιασμού των διαστημικών σκαφών με πηγές ενέργειας με μεγαλύτερη διάρκεια και ελαφρότερες λύθηκε με τα ηλιοκύτταρα.
Μπαταρία αυτοκινήτου μπαταρία μόλυβδου
9. Περιγραφή του Lego nxt
Μέρος 1ο: Κατασκευή ρομπότ NXT
Η εκπαιδευτική πλατφόρμα LEGO Mindstorms ΝΧΤ της ομώνυμης εταιρείας Lego (μία ιδιωτική εταιρεία με έδρα τη Δανία) αποτελεί μία βελτιωμένη έκδοση του LEGO Mindstorms RCX. Με το βασικό πακέτο εκπαιδευτικής ρομποτικής LEGO MINDSTORMS NXT μια ομάδα 2-6 μαθητών (από 8 ετών και άνω) έχει τη δυνατότητα να εξομοιώσει σχεδόν όλους τους σύγχρονους αυτοματισμούς και να προσεγγίσει - ικανοποιητικά - συστήματα αυτόματου ελέγχου μέσα από ένα δημιουργικό και ευχάριστο μαθησιακό περιβάλλον.
Το προϊόν αποτελείται από διάφορα υλικά κατασκευής για τη σύνθεση κατασκευών, όπως πλαστικά τουβλάκια (τουβλάκια- σύνδεσμοι), άξονες, γρανάζια, και άλλα πλαστικά εξαρτήματα σε διάφορα μεγέθη και χρώματα. Τα δομικά υλικά κατασκευάζονται με υψηλό βαθμό ακρίβειας και αντοχής, για τη συναρμολόγηση ανθεκτικών κατασκευών.
Επίσης, το βασικό σετ περιλαμβάνει και κάποια ηλεκτρονικά μέρη, τα οποία δίνουν τη δυνατότητα σε ένα ρομπότ MINDSTORMS να ζωντανέψει και να εκτελέσει διάφορες διαδικασίες:
α) το προγραμματιζόμενο τούβλο NXT (programmable NXT) - ο εγκέφαλος του ρομπότ
β) 4 διαφορετικούς αισθητήρες (sensors) - ήχου, φωτός, αφής, και απόστασης - που δίνουν τη δυνατότητα στο ρομπότ να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του
γ) 3 κινητήρες (motors) για κίνηση.
Τα πλαστικά και ηλεκτρονικά κομμάτια μπορούν να συναρμολογηθούν και να συνδεθούν με πολλούς τρόπους για την κατασκευή ποικίλων αντικειμένων όπως ρομποτικά οχήματα, κτήρια, ακόμα και ρομπότ που κάνουν διάφορες εργασίες. Οι κατασκευές στη συνέχεια μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και τα κομμάτια να χρησιμοποιηθούν εκ νέου για την κατασκευή άλλων αντικειμένων.
Για την κατασκευή πιο πολύπλοκων ρομπότ NXT διατίθεται στην αγορά μία ποικιλία με έχτρα δομικά στοιχεία LEGO (ή τρίτων κατασκευαστών) όπως διαφορικό, κανόνι, ερπύστριες, δαγκάνες κ.α. καθώς και αισθητήρες για να επεκτείνετε τις χρήσεις του ρομπότ σας όπως ο αισθητήρας πυξίδας, (μια ψηφιακή πυξίδα που μετρά το γήινο μαγνητικό πεδίο) ο αισθητήρας επιτάχυνσης (μετράει επιταχύνσεις στους άξονες x, y, z και έτσι είναι σε θέση να αναγνωρίσει κίνηση προς τα εμπρός ή πίσω, προς τα δεξιά ή αριστερά, προς τα επάνω ή κάτω και συνδυασμό των παραπάνω), ο αισθητήρας χρώματος κ.α. που μπορούν να συνδυαστούν με το βασικό πακέτο δίνοντας τη δυνατότητα για περισσότερες κατασκευαστικές λύσεις.
Οι δυνατότητες κατασκευής ρομπότ που κάνουν οτιδήποτε θελήσετε είναι απεριόριστες. Αυτό που χρειάζεστε είναι φαντασία, χρόνος και φυσικά ο κατάλληλος εξοπλισμός
Μέρος 2ο: Προγραμματισμός ρομπότ NXT
Το NXT ρομπότ σας προγραμματίζεται με όλες σχεδόν τις γνωστές γλώσσες προγραμματισμού (C, C++, Java, .Net, κ.α) αν και η LEGO έχει φροντίσει να εκδώσει μία εκπαιδευτική γλώσσα οπτικού προγραμματισμού για το ΝΧΤ[LEGO Mindstorms Edu NXT Software] σε συνεργασία με την εταιρεία ανάπτυξης λογισμικού National Instruments (το εκπαιδευτικό λογισμικό που αναπτύχθηκε αποτελεί μια εκπαιδευτική προσαρμογή του LabView και χρησιμοποιούν τον ίδιο compiler -G-).
Ο προγραµµατισµός γίνεται πολύ εύκολα µε την "οπτική" γλώσσα [LEGO Mindstorms Edu NXT Software] που διαθέτει η Lego για τα Mindstorms ΝΧΤ. Ακόμα και αν δεν έχετε καθόλου γνώσεις προγραµµατισµού, µετά από µμερικά λεπτά εξοικείωσης θα είστε σε θέση να γράψετε ακόμα και πολύ σύνθετα προγράµµατα.
Το εκπαιδευτικό λογισμικό LEGO MINDSTORMS Education NXT που δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας προγραμματιζόμενων «συμπεριφορών» για τις μηχανικές κατασκευές, βασίζεται στη χρήση εικονιδίων- εντολών. Πολύ απλά τοποθετήστε τα εικονίδια- εντολές (με σύρσιμο) με τη σειρά που θέλετε να εκτελεστούν από το ρομπότ σας. Όταν ολοκληρώσετε το πρόγραμμα κατεβάστε το (download) στο τούβλο NXT της ρομποτικής σας κατασκευής. Έτσι, φορτώνοντας ένα πρόγραμμα μπορείτε να κάνετε το ρομπότ σας να κινηθεί, να αποφύγει εμπόδια, να παίξει μουσική, να ακούσει, και πολλά άλλα..
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ
τα πλαίσια του μαθήματος της ειδικής θεματικής δραστηριότητας αποφασίσαμε να κατασκευάσουμε ένα ποταμόπλοιο, το οποίο θα το χειριζόμαστε από ένα κινητό τηλέφωνο, μέσω Bluetooth και μιας εφαρμογής Android. Αρχικά συζητήσαμε με τους συμμαθητές αλλά και με τους καθηγητές μας τη μορφή που θα του δώσουμε και κάναμε τα πρώτα σκαριφήματα στον πίνακα. Ο καθένας μας έψαξε στο σπίτι του για υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και τα συγκεντρώσαμε στο χώρο του εργαστηρίου.
Για να φτιάξουμε το κύριο σώμα του ποταμόπλοιου, χρησιμοποιήσαμε φελιζόλ που χρησιμοποιούν για τις μονώσεις τοίχων, το οποίο μας έδωσαν από μια οικοδομή. Το κατάστρωμα και τους ορόφους, τα κατασκευάσαμε από κόντρα πλακέ. Για να φτιάξουμε την κουπαστή και τα τζάμια της γέφυρας βάλαμε πλέξιγκλας. Από το εργαστήριο θερμοϋδραυλικών πήραμε σωλήνες για τις κολώνες και τις καμινάδες. Από φτερωτές αποροφητήρα φτιάξαμε τις προπέλες, στις οποίες βάλαμε καπάκια από ένα παλιό εκτυπωτή για να τις προστατέψουμε. Για το φωτισμό του σκάφους χρησιμοποιήσαμε ταινία λαμπτήρων led την οποία συνδέσαμε σε δυο μπαταρίες μέσω ενός διακόπτη. Για το βάψιμο χρησιμοποιήσαμε σπρέι διαφορών χρωμάτων καθώς και λαδομπογιά. Η κεντρική μονάδα του LEGO τοποθετήθηκε σε ένα πλαστικό κουτάκι από γλυκά για την προστασία της από το νερό.
Αφού είχαμε καταλήξει στην τελική μορφή του ποταμόπλοιου, αρχίσαμε να κόβουμε το φελιζόλ, τα ξύλα κόντρα πλακέ και τις σωλήνες, ώστε να φτιάξουμε το κύριο σώμα του πλοίου και τα καταστρώματα. Για να τα κολλήσουμε χρησιμοποιήσαμε θερμοκόλλα και πιστόλι σιλικόνης, από τα εργαλεία του εργαστηρίου. Από ένα παλιό αποροφητήρα πήραμε τις φτερωτές και τοποθετήσαμε έναν άξονα από τα τουβλάκια LEGO, ώστε να πάρουν κίνηση από τους κινητήρες, έτσι ώστε να έχουμε τις προπέλες (ρόδες) του ποταμόπλοιου. Κόψαμε με σέγα το καπάκι από έναν παλιό εκτυπωτή και τα δυο κομμάτια που βγάλαμε τα βιδώσαμε έτσι ώστε να είναι τα προστατευτικά των προπελών.
Δυσκολία συναντήσαμε στο βάψιμο του καταστρώματος επειδή το κόντρα πλακέ απορροφούσε το χρώμα και χρειάστηκε να περαστεί πολλές φορές μέχρι να πιάσει το χρώμα . Στη συνέχεια κόψαμε ορθογώνια κομμάτια πλέξιγκλας, τα οποία τοποθετήσαμε στην γέφυρα του πλοίου, για τζαμαρία. Επίσης πλαστικό πλέξιγλας χρησιμοποιήσαμε και για την κουπαστή του σκάφους, όπου μέσα από ένα κενό που έχει περάσαμε την ταινία των λαμπτήρων LED. Για το φωτισμό των καταστρωμάτων του ποταμόπλοιου, βάλαμε επίσης ταινία λαμπτήρων LED, την οποία συνδέσαμε με αυτήν της κουπαστής και με δυο μπαταρίες των 9V μέσω ενός διακόπτη. Για να στερεώσουμε τα καταστρώματα χρησιμοποιήσαμε δυο μεντεσέδες, έτσι ώστε να μπορούμε να κάνουμε ανατροπή της υπερκατασκευής και να ελέγχουμε την κεντρική μονάδα LEGO.
Τελικά φτιάξαμε ένα ποταμόπλοιο το οποίο το χειριζόμαστε με ένα tablet με αισθητήρα επιτάχυνσης G - sensor χωρίς καν να πατάμε κουμπιά , κουνώντας απλά το tablet ανάλογα με το πως θέλουμε εμείς να κινήσουμε το ποταμόπλοιο. Οι κινήσεις του tablet μεταφέρονται σαν εντολές στους κινητήρες .
Επίσης δημιουργήσαμε με τη βοήθεια των καθηγητών μας μια ιστοσελίδα, ώστε να ανεβάζουμε φωτογραφίες και βίντεο κατά τη διάρκεια της κατασκευής του ποταμόπλοιου. Η διεύθυνση είναι: http://ethd6epal2012.weebly.com
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7ο : ΣΧΕΔΙΑ - ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ
ΠΛΑΓΙΑ ΟΨΗ
ΚΑΤΟΨΗ
Ηλεκτρικό κύκλωμα φωτισμού πλοίου
Σύνδεση κινητού (TABLET) με την κεντρική μονάδα LEGO NXT
ΕΦΑΛΑΙΟ 8ο : ΥΛΙΚΑ - ΕΡΓΑΛΕΙΑ
Για την κατασκευή του ποταμόπλοιου, χρησιμοποιήσαμε τα παρακάτω υλικά και εργαλεία:
Υλικά
Εργαλεία
Κόντρα πλακέ
Σέγα
Φελιζόλ, πλέξιγκλας
ράσπα
σωλήνες υδραυλικού
τρυπάνια (διάφορες διαστάσεις )
τσέρκι ηλεκτρολόγου
επαναφορτιζόμενο δράπανο
μεντεσέδες
αλφάδι
ταινία λαμπτήρων led
μέτρο
μπαταρίες
κατσαβίδι
διακόπτης
κοπίδι
καλώδιο UTP
χάρακας
θερμοσυστελόμενο μακαρόνι
ξυλόβιδες
Άγκιστρο κρεμάστρας
πιστόλι θερμής σιλικόνης
στικ σιλικόνης
ηλεκτρικό κολλητήρι
καλάι
διάφορα χρώματα σε σπρέι
λαδομπογιά
πινέλο
νέφτι
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9ο :ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΠΗΓΕΣ
http://news24gr.blogspot.gr
http://www.javatech.eu/bluair.html
http://www.tonex.com/training-courses/bluetooth-training/
http://ops.fhwa.dot.gov/publications/telecomm_handbook/chapter7.htm
http://pestanea.blogspot.gr/2011/07/109000.html
http://www.caroto.gr/2009/02/12/multijet-fiat/
http://www.ru.all.biz/el/eksoplisms-plooy-kai-mikhanmata-katastrmatos-bgc1625
http://www.allaboutenergy.gr/Aeriostroviloi.html
http://el.wikipedia.org
http://www.ortsa.gr
http://edurobotics.weebly.com
http://perialos.blogspot.gr/2012/03/blog-post.html
http://www.marketbet.gr/2011/02/suez-canal-trade/
http://mindstorms.lego.com
http://lefobserver.blogspot.gr/2008/09/greek-ancient-trieres.html
http://www.atas.gr
http://www.tallos.gr
http://www.porosnews.gr/
http://www.tanea.gr
http://www.protothema.gr
http://www.dinfo.gr
http://www.karystosicons.gr
http://www.google.gr/imgres
http://my-magazine-gr.blogspot.gr
http://paraktio-psarema.pblogs.gr
http://www.giatimpampa.gr
http://www.hellenica.de