用廢棄塑料瓶攔截滇池水面垃圾

輔導老師 康實

一、選題目的

（圖1）發(fā)明原理簡圖

高一上學期物理課，老師在講授浮力與重力的關系時，我想到能否基于這樣的原理來利用廢棄的礦泉水瓶對景區(qū)水面垃圾進行攔儲，這樣就能以很低的成本來改善河流的水質(zhì)，也不會傷害原有的生物。根據(jù)老師講述的物理學原理，我構(gòu)思出一種簡單的對景區(qū)水面垃圾進行攔儲的方法，我請教了老師，他們都認為這在物理學原理上是可行的，在實際生活中具有重要的實用價值，于是我開始進行計算并制作模型，并進行了相關實驗。

二、設計目的和基本思路

設計目的：在日常生活中，我們經(jīng)常會看到許多景區(qū)和城市河道被垃圾污染，導致城市環(huán)境污染。假如有一種成本低、不破壞環(huán)境、效果好且能治理河道白色垃圾的方法那真的是太好了。

基本思路：本發(fā)明所采用的技術方案是：用尼龍繩連接若干個大礦泉水瓶子組成浮力來源，大礦泉水瓶子中裝有適當?shù)纳常ǜ鶕?jù)實際來測量沙的質(zhì)量）以保持瓶子穩(wěn)定性，將大礦泉水瓶子用細尼龍繩“一”字連接，以進一步保證整體的穩(wěn)定性，從而形成對河道表面白色垃圾的攔儲。

調(diào)查顯示：河道中的白色垃圾不僅僅漂浮在河道的表面，由于太陽的暴曬以及泥水的沖刷等原因?qū)е吕嬖谟谒娴剿?.3米水流較急的河道。為了清理這部分垃圾，本發(fā)明采用水下攔截網(wǎng)和攔截網(wǎng)固定錨石的結(jié)構(gòu)。將大礦泉水瓶連接水下攔截網(wǎng)，使水下攔截網(wǎng)能夠均勻地在水下張開，同時把小礦泉水瓶（裝沙）綁扎在水下攔截網(wǎng)的下方，在重力的作用下使水下攔截網(wǎng)在河道中能夠垂直地張開。本發(fā)明采用礦泉水瓶中裝沙的辦法，可以根據(jù)水流速度來平衡浮力、重力以及水流沖擊力之間的關系，制造了一種成本極低、不破壞生態(tài)環(huán)境、清理方便且能治理河道白色垃圾的簡易裝置。

三、研究計劃

第一階段：考察昆明主要景點水域的白色垃圾污染情況；

第二階段：進行理論計算和模型設計；

第三階段：選擇材料，制作實物模型，進行試驗，測試效果，再改進及再設計，最終完成實物模型；

第四階段：實際測試階段，到某景點進行水體浮游垃圾隔離。

（圖2）昆明城區(qū)某河段

（圖3）昆明城區(qū)人們在清理河道垃圾

四、研究過程

1．對該項目進行查新，沒有發(fā)現(xiàn)同類研究發(fā)明。

2．為了發(fā)揮廢棄塑料瓶的可循環(huán)再利用價值，同時對景區(qū)河道里的垃圾攔儲，運用簡單的物理知識和成本極低的材料，對景區(qū)的河道垃圾進行攔儲。

3．根據(jù)水流的大小來調(diào)節(jié)大礦泉水瓶的浮力和小礦泉水瓶的重力使水下攔截網(wǎng)均勻張開，使大礦泉水瓶攔儲漂浮的垃圾，小礦泉水瓶攔儲懸浮的垃圾。

4．利用廢棄的礦泉水瓶、尼龍繩以及隔離網(wǎng)，進行模型的初步加工和實驗。

1）加工材料：礦泉水瓶、尼龍繩和隔離網(wǎng)；

2）加工工具：鋸子、剪刀等；

3）制作過程：在家中，先將材料進行收集，制作水下攔截網(wǎng)，然后再將制作好的模型在河道內(nèi)實驗。

（圖4）連接礦泉水瓶

（圖5）水下攔截網(wǎng)的制作

（圖6）廢棄塑料瓶攔截水中垃圾的模型

五、改進項目的加工和實施過程

模型改進：在模型制作中，首先利用一個獨立的模型來進行初步實驗，根據(jù)結(jié)果再來完善模型。為了增強實驗效果，本實驗采用將大礦泉水瓶橫向捆綁的改進方案，將原有的方案改進，最終完成了模型。

（圖8）河道實驗

六、實驗報告

1）實驗目的：測定利用廢棄塑料瓶攔截水中垃圾。

2）實驗儀器：利用廢棄塑料瓶攔截水中垃圾的模型。

3）實驗步驟：將模型放入河道進行實驗。

4）實驗原理：根據(jù)水流的大小來調(diào)節(jié)大礦泉水瓶的浮力和小礦泉水瓶的重力使水下攔截網(wǎng)均勻張開，使大礦泉水瓶攔儲漂浮的垃圾，小礦泉水瓶攔儲懸浮的垃圾。

5）實驗方法：將實驗模型放入實際河道觀察實際效果，并記錄攔儲垃圾的數(shù)量和未被攔截的數(shù)量。

（圖9）改進后的模型

（圖10）實際的垃圾攔儲

（圖11）垃圾攔儲模型應用前后，河道清潔度對比。

七、結(jié)論

測試結(jié)果較為理想，能夠?qū)崿F(xiàn)利用廢棄塑料瓶攔截水面垃圾及水下0.3米的垃圾，同時成本極低，無需外在設備支持，可以自制，簡單方便。與大型設備相比，不會傷害及破壞生態(tài)環(huán)境，簡單可行，使用范圍更加廣泛，可以用在大型設備無法操作的河道。在城市中使用，攔儲的垃圾給人們以警示，提醒人們愛護河道。

八、改進

模型的可靠性與產(chǎn)品還存在差異，城市河道的流速和實際景區(qū)的河道也存在差異，還需進一步實驗改進。