admin / 27.09.2018

Ударостойкость при работе

Расчёт перегрузки

В данной статье репетитор по физике и математике рассказывает о том, как рассчитать перегрузку, которую испытывает тело в момент разгона или торможения. Данный материал очень плохо рассматривается в школе, поэтому школьники очень часто не знают, как осуществлять расчёт перегрузки, а ведь соответствующие задания встречаются на ЕГЭ и ОГЭ по физике. Так что дочитайте эту статью до конца или посмотрите прилагающийся видеоурок. Знания, которые вы получите, пригодятся вам на экзамене.

Начнём с определений. Перегрузкой называется отношение веса тела к величине силы тяжести, действующей на это тело у поверхности земли. Вес тела — это сила, которая действует со стороны тела на опору или подвес. Обратите внимание, вес — это именно сила! Поэтому измеряется вес в ньютонах, а не в килограммах, как некоторые считают.

Таком образом, перегрузка — это безразмерная величина (ньютоны делятся на ньютоны, в результате ничего не остаётся). Однако, иногда эту величину выражают в ускорениях свободного падения. Говорят, к примеру, что перегрузка равна , имея ввиду, что вес тела вдвое больше силы тяжести.

Примеры расчёта перегрузки

Покажем, как осуществлять расчёт перегрузки на конкретных примерах. Начнём с самых простых примеров и перейдём далее к более сложным.

Пример 1. Чему равна перегрузка человека, стоящего на земле? Чему равна перегрузка человека, свободно падающего с некоторой высоты?

Очевидно, что человек, стоящий на земле, не испытывает никаких перегрузок. Поэтому хочется сказать, что его перегрузка равна нулю. Но не будем делать поспешных выводов. Нарисуем силы, действующие на этого человека:

К человеку приложены две силы: сила тяжести , притягивающая тело к земле, и противодействующая ей со стороны земной поверхности сила реакции , направленная вверх. На самом деле, если быть точным, то эта сила приложена к подошвам ног человека. Но в данном конкретном случае, это не имеет значения, поэтому её можно отложить от любой точки тела. На рисунке она отложена от центра масс человека.

Вес человека приложен к опоре (к поверхности земли), в ответ в соответствии с 3-м законом Ньютона со стороны опоры на человека действует равная по величине и противоположно направленная сила . Значит для нахождения веса тела, нам нужно найти величину силы реакции опоры.

Поскольку человек стоит на месте и не проваливается сквозь землю, то силы, которые на него действуют скомпенсированы. То есть , и, соответственно, . То есть расчёт перегрузки в этом случае даёт следующий результат:

Запомните это! При отсутствии перегрузок перегрузка равна 1, а не 0. Как бы странно это не звучало.

Определим теперь, чему равна перегрузка человека, который находится в свободном падении.

Если человек пребывает в состоянии свободного падения, то на него действует только сила тяжести, которая ничем не уравновешивается. Силы реакции опоры нет, как нет и веса тела. Человек находится в так называемом состоянии невесомости. В этом случае перегрузка равна 0.

Пример 2. Определите перегрузку космонавтов, находящихся в ракете, движущейся на небольшой высоте вверх с ускорением 40 м/с2.

Космонавты находятся в горизонтальном положении в ракете во время её старта. Только так они могут выдержать перегрузки, которые они испытывают, не потеряв при этом сознания. Изобразим это на рисунке:

В этом состоянии на них действует две силы: сила реакции опоры и сила тяжести . Как и в прошлом примере, модуль веса космонавтов равен величине силы реакции опоры: . Отличие будет состоять в том, что сила реакции опоры уже не равна силе тяжести, как в прошлый раз, поскольку ракета движется вверх с ускорением . С этим же ускорением синхронно с ракетой ускоряются и космонавты.

Тогда в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось Y (см. рисунок), получаем следующее выражение: , откуда . То есть искомая перегрузка равна:

Надо сказать, что это не самая большая перегрузка, которую приходится испытывать космонавтам во время старта ракеты. Перегрузка может доходить до 7. Длительное воздействие таких перегрузок на тело человека неминуемо приводит к летальному исходу.

Пример 3. Рассчитайте перегрузку, которую испытывает пилот самолёта, выполняющего «мёртвую петлю» в нижней точке траектории. Скорость самолёта в этой точке составляет 360 км/ч. Радиус «мёртвой петли» составляет 200 м.

В нижней точке «мёртвой петли» на пилота будут действовать две силы: вниз — сила , вверх, к центру «мёртвой петли», — сила (со стороны кресла, в котором сидит пилот):

Туда же будет направлено центростремительное ускорение пилота , где км/ч м/с — скорость самолёта, — радиус «мёртвой петли». Тогда вновь в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось, направленную вертикально вверх, получаем следующее уравнение:

Тогда вес равен . Итак, расчёт перегрузки даёт следующий результат:

Весьма существенная перегрузка. Спасает жизнь пилота только то, что действует она не очень длительно.

Ну и напоследок, рассчитаем перегрузку, которую испытывает водитель автомобиля при разгоне.

Пример 4. Рассчитайте перегрузку, которую испытывает водитель автомобиля, разгоняющегося с места до скорости 180 км/ч за 10 с.

Итак, конечная скорость автомобиля равна км/ч м/с. Если автомобиль ускоряется до этой скорости из состояния покоя за c, то его ускорение равно м/с2.

На водителя в процессе ускорения действуют две составляющие силы реакции опоры: со стороны седушки кресла (вертикальная составляющая) и со стороны спинки кресла (горизонатльная составляющая) :

Автомобиль движется горизонтально, следовательно, вертикальная составляющая силы реакции опоры уравновешена силой тяжести, то есть . В горизонтальном направлении водитель ускоряется вместе с автомобилем. Следовательно, по 2-закону Ньютона в проекции на ось, сонаправленную с ускорением, горизонтальная составляющая силы реакции опоры равна .

Величину общей силы реакции опоры найдём по теореме Пифагора: . Она будет равна модулю веса. То есть искомая перегрузка будет равна:

Как выбрать внутренний жесткий диск

Жесткий диск (Hard Disk Drive) – это одна из важных составляющих компьютера. Именно он хранит все данные, поэтому к выбору нужно подойти серьезно, с учетом конкретных потребностей.

Остановимся на некоторых моментах подробнее:

  1. тип жесткого диска
  2. емкость жесткого диска
  3. скорость вращения
  4. скорость передачи данных и интерфейс подключения
  5. уровень шума
  6. ударостойкость
  7. срок службы
  8. вес
  9. торговая марка
  1. Тип жесткого диска
    Сначала необходимо определиться с тем, какой жесткий диск нужен: обычный жесткий диск (HDD) или твердотельный накопитель SSD, построенный по принципу Flash-накопителей без каких-либо движущихся механизмов.
    • Обычный жесткий диск. В основе его работы металлические пластины, на которые перезаписывается информация. Скорость доступа к информации на таком жестком диске зависит напрямую от скорости вращения этих пластин. Если его уронить с небольшой высоты или ударить, высока вероятность как потери хранящейся на нем информации, так и выхода из строя всего диска. Достоинством обычных жестких дисков является низкая стоимость и большие объемы накопителей. На сегодня практически в каждом магазине компьютерной техники можно найти жесткие диски по 1, 1.5, 2 и даже 3 Терабайта.
    • Твердотельный накопитель SSD Принцип его работы основан на флеш памяти. В конструкции такого жесткого диска напрочь отсутствуют всякие движущиеся элементы, что дает ему непревзойденное преимущество перед обычными жесткими дисками — он не боится ударов и падения с высоты. Также самым главным его преимуществом является очень высокая скорость доступа к данным. К недостаткам таких накопителей можно отнести высокую стоимость и низкую вместимость. Так, например, за одни и те же деньги можно купить обычный жесткий диск вместимостью на 500 Гигабайт или твердотельный SSD всего на 60 Гигабайт.
  2. Емкость жесткого диска
    Также важно определить объем жесткого диска. Он зависит от потребностей пользователя. Если Вы обычный пользователь, работающий с текстовыми файлами, например с книгами, то Вам подойдет диск объемом 80 Гигабайт и выше. Если Вы увлекаетесь играми или графическим дизайном, Вам, скорее всего, потребуется жесткий диск емкостью от 160 Гигабайт и выше.
    Для хранения мультимедиа файлов (фильмы, музыка и т.д.) в больших количествах требуется еще больше свободного места, таким пользователям подойдут диски от 320 Гигабайт и более. СОВЕТ №1 от РОС-ПОТРЕБ Необходимо также учесть тот факт, что вам может понадобиться больше места в будущем, конечно же, жестких дисков в системный блок можно устанавливать несколько штук (зависит от конфигурации оборудования: свободного места в системном блоке, интерфейсов подключения на материнской плате и блоке питания, а также от его мощности).
    Поэтому рекомендуем брать жесткие диски с запасом на будущее.
    Но при выборе жесткого диска очень больших объемов (1, 1,5, 2, 3 Терабайт) — стоит учесть конфигурацию системного блока. Может случиться так, что система просто не загрузится из-за таких объемов жесткого диска. Поэтому, при покупке, лучше посоветоваться с консультантом в магазине, чтобы в случае, если система не загрузится, Вы могли его обменять на жесткий диск меньшего объема.
    На сегодня существуют жесткие диски следующих объемов:
    • Обычные жесткие диски: 80, 120, 160, 250, 320, 500, 640, 750, 1000, 1500, 2000, 3000 Гигабайт и др.
    • Твердотельные накопители SSD: 30, 40, 60, 64, 90, 120, 240, 256 Гигабайт и др.

    СОВЕТ №2 от РОС-ПОТРЕБ Имейте в виду, что при использовании жесткого диска, его объем окажется несколько меньше, чем заявленный производителем.
    Все дело в том, что производители дисков используют систему счисления, в которой 1 Килобайт = 1000 Байт, а не как принято: 1 Килобайт = 1024 Байт.
    Отсюда и получается разница. Например жесткий диск объемом 320 Гигабайт на деле будет иметь свободного места всего лишь 279 Гигабайт.

  3. Скорость вращения
    Скорость вращения (для обычных жестких дисков) — является неотъемлемой составляющей при выборе жесткого диска. Все зависит, опять же, от потребностей пользователя.
    Если Вы редко копируете данные на жесткий диск и с него, если жесткий диск Вам нужен только для закачки данных через Интернет, то вполне подойдет жесткий диск со скоростью вращения 5400 или же 5900 оборотов в минуту (rpm), такие диски менее шумные и дешевле, чем их более скоростные аналоги.
    Если в работе Вам необходимо быстродействие доступа к данным, а также высокая скорость копирования информации — Вам лучше остановить свой выбор на жестких дисках со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту (rpm) и выше.
    На сегодня доступны жесткие диски со скоростью вращения 10000 и 15000 оборотов в минуту, однако следует учесть, что стоимость таких дисков выше в 2-3 раза.
  4. Скорость передачи данных и интерфейс подключения
    скорость передачи данных зависит от интерфейса подключения жесткого диска к компьютеру. На сегодня используются следующие интерфейсы подключения:
    • Обычные жесткие диски:
      • Старый IDE (ATA), и его четыре разновидности: ATA33, ATA66, ATA100 и ATA133, где числа 33, 66, 100, 133 — соответствуют скорости передачи данных в Мегабит/сек
      • Более новый способ передачи данных — SATA, он использует другой вид кабелей для подключения, и скорость при таком способе передачи данных гораздо выше.
        Для IDE — скорость составляет 100 Мегабит/сек, для SATA II — уже до 300 Мегабит/сек, для SATA III — 600 Мегабит/сек
    • Твердотельные накопители SSD:
      • также используется интерфейс SATA II и SATA III
        отсюда скорость: для SATA II — до 300 Мегабит/сек, для SATA III — 600 Мегабит/сек

    СОВЕТ №3 от РОС-ПОТРЕБ Имейте в виду, что SATA III используется на новых материнских платах, и его пропускная способность 6 Гигабит/сек будет работать в полную силу только на новых материнских платах.
    В то время как IDE (ATA) используется на старых материнских платах, и на новых, скорее всего, таких интерфейсов подключения уже нет.

  5. Уровень шума:
    • Обычные жесткие диски: в среднем от 23 до 34 Децибел (в зависимости от скорости вращения).
    • Твердотельные накопители SSD: так как в них нет подвижных частей, такие жесткие диски бесшумны.
  6. Ударостойкость:
    • Обычные жесткие диски: при работе ударостойкость до 65G, при хранении данных — до 350G, это означает, что если уронить жесткий диск в работающем состоянии, вероятность выхода его из строя выше, чем ежели ронять его в выключенном состоянии, разница практически в 6 раз. Соответственно, чем выше показатели, тем лучше.
    • Твердотельные накопители SSD: для таких накопителей ударостойкость и при работе и при хранении информации составляет до 1500G. Разница видна невооруженным глазом. Ударостойкость SSD накопителей выше в 25 раз чем у обычного жесткого диска.
  7. Срок службы (измеряется в часах наработки на отказ):
    • Обычные жесткие диски: до 1200000 ч
    • Твердотельные накопители SSD: до 2000000 ч
  8. Вес:
    • Обычные жесткие диски: около 700 гр
    • Твердотельные накопители SSD: около 80 гр
  9. Торговая марка:
    • Обычные жесткие диски: наиболее популярные: Hitachi, Seagate, Western Digital (WD), Samsung, Fujitsu и др.
    • Твердотельные накопители SSD: Corsair, Transcend, Crucial, OCZ, RunCore и др.

    СОВЕТ №4 от РОС-ПОТРЕБ По отзывам пользователей, наиболее качественные фирмы:

    • Обычные жесткие диски: Seagate и Western Digital
    • Твердотельные накопители SSD: Corsair, Transcend

КАК ВЫБРАТЬ ВНУТРЕННИЙ ЖЕСТКИЙ ДИСК, советы по выбору

Scutum ›
Блог ›
Немного о смерти жестких дисков и их кишочках.

Бывает интересно, что внутри всяких технологически продвинутых устройств. Практически у всех в компьютерах и ноутбуках стоят или стояли накопители на основе жестких дисков HDD они же в простонародье винчестеры или винты, вот их я сейчас и препарирую в этот обзоре, и немного прокомментирую их устройство, так сказать для общего развития.
Все жесткие диски, в этом обзоре, умерли своей смертью :), рабочая поверхность покрылись сбойными секторами, что привело к возможной потере данных. У серверных, возможно, сработала предварительная диагностика, порекомендовавшая заменить их до возможного выхода из строя.
Хотя сейчас уже используются и более дорогие твердотельные SDD, но речь не о них, так как их «кишочки» не так красивы и интересны 🙂

Я препарирую 3 жестких диска, обычный для домашнего или офисного компьютера размера 3,5 дюйма, серверный размера 2,5 дюйма и серверный 3,5 дюйма.
Еще на заре персональных компьютеров x86, были диски 5,25 дюймов, но мне таких не удалось подержать в руках, это были жутко редкие монстры. Так же в некоторых особо компактных ноутбуках были диски размером 1,8 дюйма, а для профессиональных фотоаппаратов были жесткие диски в формате карт памяти Campact Flash. Эти атавизмы тоже как то прошли мимо моих рук.

Первый имеет старый интерфейс подключения IDE, второй имеет современный скоростной SAS, третий скоростной но старый SCSI. По этикеткам видно что их объемы 40, 146 и 70 Гигабайт, а скорости вращения у обычного 7200, а у серверных по 15000 оборотов в минуту. Высокая скорость вращения позволяет записывать и читать данные с более высокой скоростью, но и накладывает значительно большие требования к аппаратной составляющей дисков, подшипникам, качеству «блинов», свойствам головок, геометрии гермоблоков.
Емкость серверных жестких дисков всегда ниже чем у домашних и офисных. И далее мы поймем почему.

Далее вскрываем крышки гермоблоков:

Сразу скажу что жесткие диски не герметичны! Более того в них тот же воздух и под тем же давлением что и снаружи. Они «дышат», т.е. при нагревании часть воздуха расширяясь выходит их корпуса, при охлаждении обратно засасывается! Единственно что отделят внутренний воздух от внешнего это фильтры тончайшей очистки.
Видно, что внутренности у всех примерно одинаковы. Круглое, это и есть «блин» с данными. Он бывает из алюминия или из стекла. На него нанесено магнитное покрытие которое хранит все ваши данные, диск С, возможно D, E, операционную систему, всякие фотки, документы, фильмы, музыку и тд и тп. Далее видим коромысло с магнитными головками, которые эти данные читают и пишут. В левом нижнем углу магнитную систему для приведения этого коромысла в движение. Далее на первом диске в левом верхнем, на втором там же и чуть правее середины, на третьем справа от блина видим белые подушки, это внутренние фильтры через которые проходят потоки воздух при вращении блинов. Они предназначены для очистки внутреннего воздуха о возможного мусора образующегося при работе внутренних механизмов. Так же видно, что на серверных винтах есть абсорбционные подушки для поглощения влаги, на втором диске внизу справа на третьем внизу по середине.
Так же есть некоторые конструктивные особенности.
1) Различные размеры «блинов», т.к. скорость вращения на серверных винчестерах выше, то и центростремительная сила у них выше. Т.е. чем больше скорость и больше радиус диска тем больше возникает усилий на разрыв на его краях. Технологически дешевле сделать диски меньше, чем придумывать новые материалы и технологии, способные выдержать такие перегрузки. На меньший диск помещается соответственно и меньше данных.
2) В выключенном состоянии магнитные головки запаркованы по разному. В первом и втором диске они паркуются на «нулевой» дорожке которая ближе к центру, на третьем они паркуются за пределами блинов на специальной «парковке», где сами головки не соприкасаются ни с чем.
3) Вы этого не по фоткам не почувствуете, но третий серверный диск значительно тяжелее бытового. Это видно по более толстым стенкам корпуса, а его крышка толще и снабжена дополнительной стальной пластиной. Более толстый и тяжелый корпус лучше отводит тепло, образующееся во время работы двигателя, трения блинов об воздух, трения воздуха об стенки корпуса, и лучше поглощает вибрацию как самого диска так и передающуюся с корпуса сервера или дискового массива где может находится этот винчестер.
Кстати, скорость чтения и записи по всей поверхности блина различна, ближе к центру она ниже, а к внешней стороне выше. Это связано с тем что длинна окружности в центре меньше чем на краю, а значит и данных в ней помещается меньше.

Далее диски поближе:

Бытовой диск
Тут всего один блин и одна головка сверху него. Соответственно одна сторона и есть 40 Гб.

серверный диск SAS
Тут два блина и четыре головки, по две на каждый блин с обоих сторон, значит одна сторона 36,5 Гб а в сумме весь диск на 146

Старый серверный диск SCSI
Тут аж три блина, по 11,5 Гб на сторону, в сумме 70 Гб.

Так же видно что блины серверных жестких дисков значительно толще бытового.

В рабочем состоянии головки не касаются вращающихся блинов. Они парят над его поверхностью на воздушной подушке, образующейся за счет движения воздуха во время вращения блинов.

Далее вынимаем магнитные системы и сравниваем их. В качестве магнитов в жестких дисках используются искусственные неодимовые магниты. Это очень сильные магниты! Например, сейчас из этого материала делают модный магнитный конструктор НЕОКУБ, состоящий из большого числа магнитных шариков.
Пара таких магнитов могут запросто сильно прищемить пальцы неосторожному «потрошителю» жестких дисков.

Магниты

Как правило в бытовых жестких дисках используются небольшие, тонкие магниты, иногда только один. В серверных толстые и очень сильные. Если посмотреть на коромысло магнитных головок, можно увидеть в левом нижнем углу рамку-катушку из провода. Вся система в сборе с коромыслом работает примерно как пример из уроков школьной физики, при прохождении через рамку электрического тока вокруг нее возникает магнитное поле которое отталкивает коромысло от магнитов. В итоге в зависимости от приложенной силы тока меняется и угол поворота коромысла с магнитными головками.

Далее фотки из моей коллекции блинов. Видно что они бывают разных типоразмеров.

В моей коллекции 5 различный типов. Два верхних отличаются и внутренним диаметром оси двигателя.

Возможно это серверные блины, точно не помню.

На этом пожалуй все! Если есть что добавить или есть замечания, пишите.
И пусть вашего жесткого диска не коснется участь этих, и все же всем своевременных бэкапов!

доп инфа:
Про восстановление данных 1
Про восстановление данных 2

FILED UNDER : Железо

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*