2.关于雨伞下面站更多人的研究.doc

关于雨伞下面站更多人的研究 温州二中 姜周慧婷、胡杰尼指导师：徐丹阳摘要：关于雨伞下面站更多人的研究，是从平时的点滴发现开始，先进行目测，再从普通的计算入手，以我们这个年龄段为主要服务对象，在不断的数据测量，一步步的开发研究中，对雨伞结构的创新与实验，发明出了曾法雨伞、徐法雨伞、胡法雨伞这三种雨伞，解决了许多关于雨伞的下面站更多人的问题，使雨伞下成功站了更多的人，更是使雨伞多了许多普通雨伞所没有的功能，最终，使我们发现了雨伞的妙处，我们也从中收获了了许多课外知识。一、雨伞下面站更多人的问题研究起因夏秋交接的时期，天总会不时的下着阵雨，常常早上出来是天还晴空万里，到了放学回家时却阴云密布，下起了大雨。于是，就有很多同学因为没有带雨伞而与其他同学同撑一把伞回家。我在校门口总能看见好几个人挨得紧紧的，躲在一把伞下。看着他们抱团而行，浑身湿透的样子，着实滑稽，但他们被雨淋的样子深刻在我的脑海，于是，我开始有了“想改变雨伞结构，为大家服务的念头”，但一些困难问题也同时出现在我的脑海中。一把伞下到底能站下多少人呢？如何改变雨伞结构让伞下站更多的人？需要哪些知识？那些工具？对于这个问题，我俩做了以下系列的不断思考、修改、考察、研究，现把过程结果用心抒发，它们是我俩还有徐老师真心爱心和慧心的结晶，希望它给大家带来温暖。二、关于伞下所站人数的粗略估计计算根据目测，我认为小伞下可站下5人，大伞可站下7人，但这只是猜测，接下来才是真正的计算。图1？1、根据伞的直径计算：要研究能站下多少人，雨伞的直径大小至关重要，雨伞直径越大，站的人必然也多。如图1表示，所以我测量了通常家中常用雨伞的直径：如家中长柄大伞直径约142cm、我的单人三折伞直径约为80cm、106cm的双折伞，还有直径仅有36cm的孩子伞而接下来的研究都以直径为106cm的双折伞和80cm的三折伞为标准。2、根据伞下可站立空间体积计算既然算出了伞的直径，那么要算出伞下能容多少人，还缺少人所占空间大小这个条件。所以，我以我这个年龄段为标准，上网查到了14岁男女生身高与体重分别处为165cm、55kg和160cm、50kg左右。雨伞下可以站立且不被雨淋的空间为一个圆柱体，以身高165cm的标准，圆柱体高为165cm，对于直径106cm的双折伞，半径为53cm。（约为3.14）V柱=SH=3.1453165=1455342.9cm。对于直径80cm的单人三折伞来说，半径为40cm，那么:V柱=SH=3.1440165=828960cm3、根据伞下容纳人数来计算：我们已知，1个人的密度和水的密度差不多，所以可以利用水的密度来计算人的体积。约为1.010kg/m那么,对于55kg的人来说 v人=m=55kg/（1.010kg/m）=0.055 m=55000 cm那么双折伞下便可容纳1455342.955000=26.4607826（人）三折单人伞可容纳82896055000=15.07215（人）三、伞下所占人数的改进计算方法（方法二）通过以上计算，发现结果算出的数据与现实大相庭径。所以我们寻找原因如下：虽然人的密与水差不多,但毕竟和水完全不同。我们不能像水倒在容器里那样，没有空隙。所以不能拿水的密度直接计算,这样肯定会出现很大的误差。1、要测出一般14岁男女生（如图2所示）的A与B的长度。我测出几个女生的A与B分别36；19；40；21；40；20；几个男生的A与B分别为43；20；40；20；（单位为厘米）。2、以A为40，B为21。若一个人所占的空间是长为A宽为B的长方体，双折伞所占的空间为r1h，三折伞所占空间为r2h。双折伞可占人数：（r1h）（ABh）10（人）三折单人伞可占人数：（r2h）（ABh）6（人）40cm图三若所占空间为半径a/2，高为h的圆柱体，那么：双折伞人数【（r1h）（(A/2) h）】7(人)三折伞人数（r2h）【(A/2) h】4（人），哇合理多了。四、伞下所占人数以绘图数学计算进行验证：因上文中的计算结果无论如何都与现实不同，因为其中我们还忽略了伞柄所占的空间大小。于是，我测出伞柄约为40cm（如图3），可以忽略不计，但所有人都站在伞柄四周，没人能穿过伞柄。怎样可以站人数最多，这是一个揪心的问题，于是我以伞底面半径53cm，人底面长40cm宽20cm与伞底面半径40cm和人底面长为40cm宽为20cm。按相同的比例画了几幅图（在此放了40cm三折伞，与53cm三折伞的绘图各二）发现三折单人伞最多可站三人，二折伞最多可站六人。比例尺1：10三折伞双折伞五、为了使雨伞下面站更多人而开发的三种新式雨伞发明：为了让各种场合下，雨伞下可站立更多的人，我们还有徐老师想出了各种可以使伞下站更多人的雨伞。1、曾法雨伞在研究时我一直在思考，为什么计算出来的与画图相差那么大？就是因为有伞柄的关系，我觉得要让伞柄不占太多位置，应该把手举起来撑伞，可那样撑伞久了又会使手臂变得酸痛。我原本想到，可以加大伞柄的长度，但又想到，这样会使撑伞走路、登山等变得麻烦，且容易使伞折断，究竟怎样才是最好的呢？我们为此想了很久最终，一个姓曾的同学的一句话使我有了想法。书包伞图4我想起有种书包叫拉杆书包，而我们可以做“家庭郊游包”，将雨伞如拉杆书包中的拉杆改作雨伞，是一家人出游时突遇下雨可以，将伞打开，一家人一起撑一把伞。（如图4）当然，这种包，在我们平日的学校生活中也有运用。一些同学在下雨天，撑着雨伞，书包却会被淋湿，那些本子也跟着一起遭殃了。当一个人撑伞时，总是前面的空间用不着，后面的却又不够用，所以，将伞固定在书包上，这样即可以腾出手做别的事、又可以充分利用空间。由于这个方案源于那个姓曾的同学，我简称它为曾法雨伞。2、徐法雨伞图5双伞开 单伞开前面研究雨伞下站几个人的过程中，我想到了今年的教师节。那天，学校中有演出活动，而在演出演到一半时，忽然下起了雨。有带伞的同学慌忙拿出自己的伞撑起来。而当大片大片的同学撑起伞后，惊讶的发现，自己看不到演出了。于是，有些同学合上了伞，与他人共撑一把伞。那么，比较大的拴着伞和较小的三折伞应该有哪一种呢？ 在之前的计算中，双折伞下，可以站下6人，三折伞下可以站下3人，同样是6人，双折伞所站的面积为：（取3.14）=23.14=9847.04（cm）三折伞所占面积：2=23.14=10048（cm）由此可知，同样可站6人，双折伞所需面积与把数均小于三折伞，所以撑双折伞较为好一些。这时周围全是熟悉的同学，之间可以有共撑伞的情况，而对于陌生人，就不可能了。所以，在这种情况下，应用三折伞，所占的面积会小一些，该如何是好呢？于是徐老师想到了一种方法，使得只用一把伞，却可以使在不同的环境下，都可以站立更多的人。她认为，可以将大伞与小伞并在一起用（如图5），这样，在遇到第一种情况，或者大雨时可以把两把伞都打开，在遇到第二种情况，或者小雨时，可以只撑开小伞。并且在伞上画上花纹，这样，可以在两把伞均撑开时，显的更加美观。由于，这是徐老师想到的雨伞，我简称它为徐法雨伞。3胡法雨伞 一日，天空下着小雨，而我们正在一边走路，一边思考着论文，这时我看到两位老师带着一群小朋友去上学。虽然老师前后站着，但是这样既占用了非常多的空间，也显得很混乱。站在中间的小朋友每个人都撑着伞。这时路上的人来来往往很拥挤，老师就不能看见所有小朋友并且很好的照应他们了。 于是，我们想到，制作一把长而窄的雨伞。伞两端各有一伞柄，可供两边的大人拿着，中间站着的孩子只要排好队跟这领头老师一起走即可。而且这样，中间的孩子可以不用撑伞，腾出手做别的事，老师可以清楚的看见每一为小朋友的情况，因为没有伞遮挡，方便管理。那究竟可以减小多少面积呢？老师老师小朋友小朋友AB假设有20个小朋友和2个老师，每个人撑一把三折伞，则需占面积：2210048=221056（cm）=22.1056m若使用这把我们的伞则需占面积是多少呢？（如下图所示）经过对于各个数据的综合估计，我们将小朋友需移动的间距为25 cm，A为45 cm(老师肩宽)。则B=2025=500cm=5m则说占面积为：+50045=23006.25（cm）=2.300625m 我们发现只用2.300625m，相比之前减少了22.1056m-2.300625m=19.804975 m但是，下面小朋友站得多伞就要加长，那老师可就要承担更多的重量了。怎样才可以减轻老师的负担呢？我们想到，把伞下面用橡胶（制作雨衣的材料）制成一个平面，与伞上面的弧面形成一个中间镂空的空间，这样，当风吹过制，风经过上方的弧面时，流速加快，压强减小；下方流速慢，压强大。这样就可以给雨伞一个向上的推力，并且可以减轻老师手中所要承担的重量。（如图6）这时，我又想到，伞大了，用的时候虽然方便，但不用的时候，可真是要站地方了。所以，怎样才可以在不用伞的时，减小他的体积呢？于是，我想到，因为伞上弧面和伞下平面都是用橡胶材料制成的，而且中间有一个镂空的空间。所以使用时，往这个空间充气，使它形成伞的形状，不用时将伞内的气放了。并且在伞柄上安上旋钮，将旋钮按如图所示方法将伞柄扭转，再装进专用雨伞袋，这样就可以将体积压缩，方便携带了。总结：一把伞通过不同的改装，原来可以有这么大的用处，通过这些研究，我们想到了各种在不同场合下可以站更多人的伞并且更方便人么的伞。原来，这么多雨伞上的闪光点是这么值得我们去探索和发现的。六、雨伞下面站更多人的问题研究的收获感受这一次的发现研究制造告了一个段落，研究还很简单稚嫩，但通过这次研究发明，