SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT TRẦN NHÂN TÔNG ******o0o******* ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ ( NĂM HỌC 2014 – 2015) Tên đề tài: MÁY BẮN NƯỚC DÙNG CHO CỨU HỎA Lĩnh vực: KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN Thạc sỹ. Nguyễn Tấn Cường Đơn vị công tác: Trường THPT Trần Nhân Tông- Quận Hai Bà Trưng TÁC GIẢ: 1.Nguyễn Long Lớp 10a4 Trường THPT Trần Nhân Tông 2.Nguyễn Tuấn Thành Lớp 10a4 Trường THPT Trần Nhân Tông 3.Nguyễn Thế Toàn Lớp 10a9 Trường THPT Trần Nhân Tông Hà nội, tháng 12 năm 2014 Mục lục Phần I: Lý do chọn đề tài trang 1 Phần II: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo của đề tài trang 2 Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả trang 3 Phần IV: Kết luận trang 6 PHẦN I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Qua theo dõi bản tin các vụ cháy hiện nay trên các phương tiện truyền thông như: VTV, ANTV, các video do những người dân tự quay, các báo mạng như dân trí, aninhthudo, 24h v.v Qua lời kể của các nhân chứng và quan sát nơi xẩy ra các vụ cháy tại Hà Nội nhóm nghiên cứu nhận thấy một số vấn đề sau: -Các vụ cháy xẩy ra ở khu công nghiệp trong giờ làm việc số lượng công nhân đông nhưng không có đủ các trang thiết bị chữa cháy, tốc độ lan truyền ngọn lửa nhanh, vật liệu bắt lửa nhiều, công nhân không thể tiếp cận gần khu vực cháy vì các vật liệu cháy tạo ra khói độc nhiều nên khi các xe cứu hỏa tới đám cháy đã lan rộng mất nhiều thời gian đám cháy mới được khống chế. - Các vụ cháy xẩy ra ở các khu dân cư, xẩy ra trong các khu phố hẹp, ngõ nhỏ thường được phát hiện sớm số lượng người biết nhiều nhưng không có các dụng cụ, thiết bị chữa cháy, các nhà dân xung quanh chỉ có xô chậu đựng nước để dập lửa nên không thể tiếp cận đám cháy, số lượng người đúng đông nhưng không thể tham gia vào việc chữa cháy mà chủ yếu giúp đỡ đưa người đi cấp cứu và chuyển một số tài sản xung quanh ra xa đám cháy. Đặc biết các đám cháy xẩy ra trong ngõ nhỏ hẹp xe chữa cháy không thể tiếp cận được. - Các vụ cháy ở các nhà cao từ 2 đến 4 tầng như có cửa kính trong các khu dân cư, trong các ngõ nhỏ ngõ hep, sâu các ôtô chữa cháy không thể tiếp cận được. Các phương tiện chữa cháy thông thường như bình cứu hỏa không phát huy tác dụng đặc biệt ở các tầng cao có cửa kính việc thì việc phun nước không thể tiếp cận tới các đám cháy xẩy ra trong nhà. Từ những vấn đề thực tế trên nhóm nghiên cứu đưa ra giải pháp đó là sử dụng túi nước và máy bắn nước dùng cho cứu hỏa nhằm cung cấp thêm một phương tiện hỗ trợ giúp cho việc chữa cháy trong các khu dân cư trên các tầng cao (tầng 2,3,4,5) có ngõ nhỏ hẹp mà xe chữa cháy không thể tiếp cận được như của Hà Nội hiện nay. PHẦN II TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI VÀ SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Các phương tiện chữa cháy hiện nay: - Xe thang chữa cháy hiện nay có thể đạt đến độ cao 52m để chữa cháy và cứu người bị nạn nhưng ngược điểm là xe to không thể tiếp cận các đám cháy trong các phố nhỏ, ngõ nhỏ của Hà Nội hiện nay. - Xe ô tô cứu hỏa ưu điểm có thể phun một lượng nước lớn để dập lửa, và có thể phun nước xa vài chục mét nhưng không thể đưa vòi phun nước vào ngõ nhỏ và sâu và đông đúc như ở Hà Nội hiện nay. - Bình chữa cháy cá nhân bình CO 2 , bình bột có tác dụng chữa cháy trong các đám cháy nhỏ bán kính tác dụng khoảng 5m, các phương tiện gia dụng dùng nước chữa cháy như xô chậu dùng nước chữa cháy phải cách đám cháy khoảng 10 m. Điểm mới, sáng tạo của đề tài: 1. Cung cấp một giải pháp chữa cháy đơn giản để mọi người dân đều có thể tham gia chữa cháy kịp thời, tại chỗ tránh đám cháy lan rộng đủ thời gian khống chế các đám cháy lớn để các xe chữa cháy chuyên nghiệp hiện đại tới hiện trường là: Sử dụng các túi nylon đựng nước (khoảng 0,5 lít ) để mọi người có thể ném vào đám cháy góp phần dập lửa ngăn đám cháy lan rộng. ( giải pháp này đơn giản, rẻ tiền chỉ cần đóng gói và hàn kín như các túi bán nước đậu, sữa tươi dùng được để trong hộp cứng nhỏ gọn, dễ vận chuyển có thể đưa vào các ngõ nhỏ hẹp của Hà Nội, có thể để được nhiều năm không hỏng ) 2.Chế tạo một phương tiện chữa cháy nhỏ gọn, đơn giản đó là máy bắn nước cứu hỏa có thể phá các cửa kính và bắn nước tiếp cận các đám các đám cháy ở các tầng cao, tầm bắn xa, tương đối phù hợp với địa bàn Hà Nội với mật độ giao thông cao, các ngõ sâu, nhỏ hẹp mà các phương tiện chữa cháy hiện đại không tiếp cận được. Ngoài ra súng bắn nước cònn được sử dụng để chuyển dây cứu hỏa lên các tầng cao nhằm cứu người bị mắc kệt trên các tầng cao ra khỏi đám cháy bằng dây cứu hỏa. Với giải pháp và phương tiện chữa cháy trên chữa cháy trên góp phần ngăn đám cháy lan rộng, dập tắt các đám cháy nhỏ ở khu dân cư nhằn giản thiệt hại vật chất và con người do các vụ cháy gây. PHẦN III QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Đưa ra các tình huống giả định: -Với các đám cháy ở thấp tầng 1, tầng 2, khu công nghiệp có nhiều công nhân. Các túi nước cứu hỏa là các túi nylon đựng nước nhỏ khoảng 0,5 lít nước (nặng 0,5 kg được hàn kín ) đặt tại bể nước cứu hỏa của công ty, nhà máy khi có cháy xẩy ra mọi người đều có thể tham gia chữa cháy tầm ném của các túi nước trên khoảng 25->35m tới các đám cháy giải túi nước vỡ ra có tác dụng dập lửa. Với khoảng cách trên cũng là khoảng cách tương đối an toàn với khói bụi và các vật khi bị cháy vỡ bắn ra. Một số lượng người lớn trong nhà máy, các khu dân cư (theo quan sát khi các đám cháy có khoảng vài chục người đứng nhìn một đám cháy vì trong tay họ không có phương tiện để chữa cháy, với các vật dụng như xô chậu đựng nước thì họ không thể tiếp cận quá gần khoảng 5->10m vì khói thoát ra là rất lớn nên họ không thể tham gia đập lửa chữa cháy) thì lượng nước tới các đám cháy là đáng kể. Người ra với cách như trên thì có thể ném cao khoảng 8-11m đủ lên tới mặt sàn tầng 3 của các nhà ở khu dân cư. Nghiên cứu tìm hiểu các loại túi trên thị trường có thể đựng nước được có độ bền cơ học cao mà không bị cháy như các loại vỏ nhôm như lon bia thì lại có độ bền có học cao khó vỡ, các loại chai thủy tinh dễ vỡ nhưng khi vỡ lại tạo ra các mảnh sắc nhọn, do vậy nhóm nghiên cứu vẫn phải dùng túi nylon. Nhóm nghiên cứu đưa ra các tình huống giả định, thực hiện diễn tập các tính huống giả định trên dùng máy quay ghi lại và phân tích hình ảnh, khắc phục thiếu sót các sự cố tiếp tục hoàn thiện sản phẩm của nhóm và đã thực hiện được các yêu cầu đặt ra. - Thử nghiệm ném với túi đựng nước (0,5lít )thì tầm ném xa khoảng từ 25 đến 35m (nhỏ hơn so với vật rắn là lựu đạn 450g trong bộ môn quốc phòng). Tầm ném cao từ 7 đến 11m lên tới mặt sàn tầng 4 (3tầng x 3,5m/tầng =10,5m). Vấn đề thứ 2: - Trong các đám cháy xẩy ra trong các nhà 2,3,4 tầng có cửa sổ là cửa kính có độ dày phổ biến hiện nay là 4mm -> 5mm. Phân tích nghiên cứu các công cụ chữa cháy như cô, chậu, cát, bình cứu hỏa loại nhỏ, bình bột, bình khí CO 2 thì không có hiệu quả, phát huy tác dụng trong tình hướng giả định trên. Túi nylon nước có thể tiếp cận các đám cháy trong nhà nhưng không thể phá vỡ được của kính của tòa nhà. Cách phá vỡ cửa kinh khi không thể tiếp cận được như gạch, đá có khối lượng khoảng 300g khi lên tới tầng 3 ,tầng 4 thì động năng không đủ lớn, không tới chính xác vị trí của ô kính đặc biệt các của sổ có ô kính nhỏ, kính mài góc ( ô kính mài góc phổ biến hiện nay có kích thước 25x25cm). Để đạt được độ cao của tầng 4 thì có độ cao khoảng 14m (chiều cao trung bình của một tầng là 3,5mx4 = 14m)thì vận tốc của vật nặng khi ném từ mặt đất tối thiếu là 16,7m/s (tương đương với 60km/h) thì lên tới độ cao trên vận tốc của vật nặng bằng không. Do vậy để có thể thực hiện được các yêu cầu trên thì vật nặng phải có động năng đủ lớn thì vật nặng khi ném từ mặt đất phải đạt vận tốc khoảng 20m/s (72km/h) thì cần phải có dụng cụ hỗ trợ đạt được vận tốc trên và phải có hướng đi chính xác tới mục tiêu. - Từ những tình huống giả định trên nhóm nghiên cứu đặt ra nhiệm vụ tìm ra một phương tiện hỗ trợ có tác dụng làm vỡ các cửa kính của tòa nhà và bắn các túi nylon nước qua các cửa sổ để có khả năng tiếp cận các đám cháy xẩy ra bên trong tòa nhà. Yêu cầu của dụng cụ phải nhỏ gọn dẽ vận chuyển, dễ sử dụng để có thể tới các khu vực nhỏ, hẹp. - Nghiên cứu tìm hiểu về kỹ thuật cơ khí tìm giải pháp tối ưu đối vơi máy bắn nước dùng cho cứu hỏa đó là tính dẫn hướng sao cho vật phải chuyển động thẳng, cơ cấu bắn với lực kéo tương đối lớn đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong trường hợp lò xo bị đứt, bị tuột. Để thực hiện được các yêu cầu trên nhóm nghiên cứu tìm các vật liệu có trên thị trường và thống nhất sử dụng cơ năng của lò xo làm lực đẩy để bắn các vật nặng chuyển động thẳng có hướng. Để đạt được các yêu cầu trên thì lò xo phải có độ cứng khoảng k=1000N/m và độ biến dạng phải khoảng Δl =60cm= 0,6m thì chiều của máy khoảng 1,3m. Nhóm nghiên của phải dùng 4 lò xo có độ cứng khoảng 250N/m. Theo tính toán vật nặng có khối lượng m 1 =300g, đế đỡ vật nặng gắn với lò xo có khối lượng m 2 = 200g thì có thể làm vật nặng bắn ra với vận tốc ban đầu v = 6,0 2,03,0 1000 21 xlx mm k + =∆ + m = 26,8 m/s thì đạt được các yêu cầu đặt ra ở trên. Sau khi thực hiện được nhiệm vụ phá vỡ các của kính thì có thể tiếp tục làm nhiện vụ bắn các túi nylon đựng nước qua cửa sổ tiếp cận các đám cháy bên trong tòa nhà và ngăn đám cháy lan rộng. Để đạt được các yêu cầu trên độ cứng của lò xo phải ổn định, khối lượng nước trong các túi nylon đựng nước phải được cho vào phải bằng nhau. Xác định như công thức trên có thể làm các túi nylon có lương nước 0,5 lít bắn ra với vận tốc . v = 6,0 2,05,0 1000 21 xlx mm k + =∆ + m = 22,6 m/s với vận tốc trên độ cao có thể đạt được là h = 10.2 22 .2 22 = g v =24,2m tương đương với độ cao của tầng 7 của tòa nhà. -Nhóm nghiên cứu lập kế hoạch thực hiện tạo ra mô hình nhỏ với 4 lò xo lòng vào các ống sắt nhỏ nột đầu cố định một đầu gắn với đĩa đỡ vật nặng lò xo được lồng vào ống sắt làm vật chuyển động có hướng đạt được các yêu cầu đề ra. Để chế tạo ra dụng cụ thực nhóm nghiên cứu còn gặp một số khó khăn sau: Các của hàng cơ khí không sãn sàng giúp đỡ, không nhận làm, không cho mượn các dụng cụ và là sản phẩm mới mmất nhiều thời gian mới hoàn thiện và họ nghĩ là số tiền mà họ thu được không nhiều hơn so với các việc làm quen thuộc của họ. Trong thời gian ngắn nên nhóm chưa có thể hoàn thiện được công cụ trên. Tuy nhiên nhóm nghiên cứu sẽ quyết tâm hoàn thiện được dụng cụ trên vì khi nhóm đã làm được mô hình nhỏ thì sẽ làm được với dụng cụ thực lớn hơn. Sau khi thực hiện mhón nghiên cứu tiếp tục kết hợp nhiều hệ thống bắn nhằm làm tăng tốc độ và lượng nước bắn ra, kết hợp với hệ thống chuyển dây cứu hỏa lên các tầng cao để cứu người bị nạn thoát ra khỏi đám cháy. Phần IV KẾT LUẬN - Nhóm nghiên cứu đã đưa ra một giải pháp chữa cháy tại chỗ, tiến hành thực nghiệm để so sánh là việc sử dụng các túi đựng nước cứu hỏa đã làm tăng khoảng cách chữa cháy, nước tới các vị trí cháy trên các tầng cao và chính xác hơn mà các dụng cụ chữa cháy thông thường như xô, chậu cứu hỏa không thể tới được. - Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một loại phương tiện chữa cháy nhỏ gọn là máy bắn nước cứu hỏa có tầm bắn cao, khoảng cách bắn xa, khả năng chính xác cao, có thể chuyển dây cứu hỏa lên các tầng cao phù hợp với mật độ giao thông đông đúc và ngõ nhỏ, phố hẹp của Hà Nội. - Nhóm nghiên cứu đề nghị công an phòng cháy chữa cháy thẩm định để các kết quả của nhóm nghiên cứu vào đời sống góp phần làm giản thiệt hại về vật chất, con người do các đám cháy gây ra. - Qua thực nghiệm giải pháp chữa cháy và phương tiện của nhóm nghiên cứu đà phát huy tác dụng, giải quyết được các vấn đề mà nhóm nghiên cứu đặt ra và phát huy tác dụng tốt trong việc chữa cháy. Đề nghị các cơ quan, đơn vị, trường học, nhà máy các khu công nghiệp, UBND xã phường bổ xung túi đựng nước cứu hỏa cùng với bể nước cứu hỏa như một biện pháp chữa cháy tại chỗ kịp thời để ngăn đám cháy lan rộng nhằm giảm thiệt hại do cháy gây ra. Tài liệu tham khảo Trước và trong quá trình làm đề tài nhóm có tra cứu tìm hiểu các tài liệu sau: -SGK Vật lý lớp 10 (chương trình nâng cao) Nhà xuất bản giáo dục. - Thongtinkhcn.com.vn tháng 7,8,9 năm 2014 -Tailieu.vn năm 2014 - anninhthudo.com.vn năm2013, 2014 - dantri.com.vn năm 2014 -khoahoc.com.vn năm 2014 - 24h.com năm 2014 Người hướng dẫn đề tài Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Tấn Cường học vị : Thạc sỹ E-mail:cuongntc68@gmail.com ĐT: 0902133584 Nơi công tác: trường THPT Trần Nhân Tông . TÔNG ******o0o******* ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ ( NĂM HỌC 2014 – 2015) Tên đề tài: MÁY BẮN NƯỚC DÙNG CHO CỨU HỎA Lĩnh vực: KỸ THUẬT. nhỏ, hẹp. - Nghiên cứu tìm hiểu về kỹ thuật cơ khí tìm giải pháp tối ưu đối vơi máy bắn nước dùng cho cứu hỏa đó là tính dẫn hướng sao cho vật phải chuyển động thẳng, cơ cấu bắn với lực kéo tương. được. - Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một loại phương tiện chữa cháy nhỏ gọn là máy bắn nước cứu hỏa có tầm bắn cao, khoảng cách bắn xa, khả năng chính xác cao, có thể chuyển dây cứu hỏa lên các tầng