Текст книги "Открытия и гипотезы, 2015 №03"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 7 страниц)

НАУКА И ТЕХНИКА
Как делают зеркала для телескопов

Пустыня Атакама в Чили – райское место для астрономов. Уникальная чистота воздуха, благоприятные атмосферные условия в течение года и крайне низкий уровень светового загрязнения делают этот негостеприимный район идеальным местом для строительства телескопов. К 2020 году здесь планируется построить ещё один впечатляющий астрономический инструмент – Гигантский Магелланов Телескоп (GMT).

В основе его оптической системы лежит отражающая поверхность из 7 огромных зеркал. Каждое диаметром 8,4 м и весом 20 т.

Само по себе изготовление таких зеркала, да ещё и с требуемой точностью, представляет настоящий инженерный шедевр. Как же создаются подобные изделия?

Производственный процесс разработан специалистами Лаборатории зеркал обсерватории Стюарда Университета Аризоны. Каждое зеркало составляется из большого количества шестиугольных сегментов, что позволяет в 5 раз снизить массу изделия по сравнению с цельнолитым зеркалом такого же размера.

Заготовки из высококачественного боросиликатного стекла изготавливаются в Японии. Толщина сегментов не превышает 28 мм, что положительно влияет на условия эксплуатации – такое зеркало будет быстро принимать температуру окружающей среды, что предотвратит возникновение колебаний воздуха у поверхности и искажение изображения.

После укладки стеклянных заготовок на подложки (1681 шт.), сверху вся площадь будущего зеркала накрывается огромной вращающейся печью. Температура достигает 1178 градусов Цельсия, скорость вращения печи – 5 оборотов в минуту. В результате сегменты сплавляются и образуют единый стеклянный массив. Вращение печи за счёт центробежной силы позволяет грубо сформировать параболическую поверхность.

После этого начинается долгий процесс контролируемого равномерного охлаждения, в той же самой вращающейся печи. Он занимает три месяца, чтобы предотвратить появление трещин из-за слишком быстрого охлаждения. По окончании охлаждения, будущее зеркало аккуратно снимается с термостойкой подложки и переносится на полировочный стенд.

Каждое зеркало состоит из множества шестиугольных заготовок.

Накрытые огромной печью-колпаком заготовки сплавляются в единое целое.

Полировка одного зеркала занимает около года.

Так должен выглядеть Гигантский Магелланов Телескоп в конце сборки.

Далее начинается ещё более длительный и кропотливый процесс полировки зеркала. В отличие от зеркал сферических, кривизна поверхности которых постоянна, полировка гигантского параболического зеркала высочайшей точности представляет собой очень непростую задачу.

Вообще, параболические линии и поверхности являются, так сказать, неестественными. Почти весь доступный и создаваемый инструментарий так или иначе связан с окружностями и сферами, поэтому учёным и технологам пришлось поломать голову над полировкой зеркала.

Один из основных инструментов для полировки представляет собой вращающийся диск диаметром около 1 метра, с дозаторами полировальных веществ. Диск может перемещаться вдоль направляющей рельсы, в то время как само зеркало вращается вокруг оси на полировальном стенде.

Для получения седловидной параболической поверхности осуществляется управляемое компьютером шлифование, в ходе которого снимается 6–8 мм стекла. Точность обработки поверхности на данном этапе достигает 100 микрон. Далее начинается полирование. После каждого цикла полировки с помощью интерферометра проводится измерение поверхности зеркала.

Лазерным лучом сканируется вся площадь зеркала, а различные отклонения отражённого луча на выпуклостях и впадинах фиксируются и составляется карта дефектов.

Разрешение интерферометра составляет около 5 нанометров.

На основании составленной карты дефектов компьютер управляет инструментами в ходе последующего цикла полировки, тратя больше времени или применяя большее давление при обработке конкретных участков.

Для задач, которые будет выполнять телескоп, допускается наличие дефектов поверхности не более 25 нанометров. И добиться этого очень непросто. Полировка первого зеркала заняла около года. После того как цикл полировки закончен, на стекло наносится специальное напыление, которое и делает стекло зеркалом.

Подготовил Л. Кольцов

ТЕХНИКА В ВАШЕМ ДОМЕ
История стиралок

Родословная современных стиральных машин начиналась с простого деревянного корыта, в котором женщины полоскали бельё. Нельзя отрицать очевидный факт: веками вся тяжесть стирки ложилась в основном на плечи слабого пола. И тогда мужчины придумали заменить их труд машинным.

История «стиралок»

Кто и когда изобрёл нехитрые стиральные приспособления в виде валиков и гофрированных досок, неизвестно, поэтому первым действительно техническим приспособлением считаются два деревянных цилиндра, один из которых был гофрированным. Вкладываешь простыню между ними и крутишь ручку – вот и вся стирка! В 1861 году это устройство, но уже с гладкими подпружиненными валиками, превратили в нехитрый, но эффективный механизм отжима.

Ещё одна удачная конструкция, представляет собою жестяной барабан с отверстиями, вращающийся в деревянной кадке с мыльным раствором.

Так появилась самая первая в мире, пока ёщё ручная, барабанная стиральная «машина», которую придумал в 1851 году американец Джеймс Кинг.

Интересно, что именно американцам принадлежит честь изобретения практически всех видов стиральной техники – уже к 1875 году они запатентовали около двух тысяч различных агрегатов и приспособлений для стирки. Может быть потому, что американские женщины оказались самыми ленивыми или их мужчины самыми заботливыми?

Одни изобретения канули в Лету, другие оказались более удачными и дожили в том или ином виде до наших дней.

Периодически демонстрировали находчивость и европейцы. Так, в 1900-м тогда ещё малоизвестная немецкая фирма «Miele», выпускающая молочные сепараторы, решила приспособить их к новой функции и создала стиральную машину активаторного типа: в дубовой кадке специальный пропеллер-активатор (от ручного привода) перемешивал мыльную воду и бельё. Новинка была так похожа на своего предшественника, что в начале XX века в некоторых странах эти стиральные машины покупали именно для взбивания сливок, а не для стирки.

Однако все эти агрегаты было трудно назвать стиральными машинами, поскольку работали они от мускульной силы. Например, в изобретённую в XIX веке первую передвижную механическую прачечную, которая обстирывала калифорнийских золотоискателей – впрягали лошадей.

С появлением у фермеров паровых машин им пришло в голову перебросить на стиральную машину приводной ремень. Таким образом, мужчины стали принимать в стирке самое непосредственное участие – подбрасывая дрова в топку, – а стиральные агрегаты получили право именоваться полноценными машинами. Некоторые даже приспосабливали к ним двигатели внутреннего сгорания.

Но уже в 1906 году американец Алва Фишер собрал барабанную стиральную машину «Thor», которая работала от электродвигателя и управлялась специальным рычагом сцепления. Присутствие мужчины более не требовалось. Зато довольно часто появлялась необходимость во враче, поскольку эти «монстры» из дерева и жести часто калечили своих владельцев. Ведь все движущиеся части были открыты, и в них часто попадали то пальцы, то рукава, то волосы. Не говоря уже о том, что залитый водою электродвигатель грозил ударом тока.

Все эти первые стиральные машины были несовершенны и представляли собою не более чем деревянные кадушки с приводом. От воды дерево быстро гнило, и попытки оббить их листовой медью или оцинкованным железом лишь ненадолго увеличивали срок службы. Поэтому в 20-х годах на смену им пришли эмалированные баки, похожие на огромные кастрюли. Тогда же на вечный покой ушли и деревянные барабаны. Это позволило нагревать воду прямо в машине – сначала при помощи небольшой топки, потом – газовой горелкой, а в 1932 году газовая компания «Riby» впервые применило для этого электричество.

Впоследствии материалами для изготовления стиральных машин стали алюминий и нержавеющая сталь, а также пластик – из которого делают сегодня почти все, кроме вращающихся барабанов.

Тем не менее, женщины продолжали свои попытки как-то привлечь мужчин к процессу стирки – хотя бы для того, чтобы помочь вылить грязную воду. В ответ на стиральных машинах появился насос для слива. Также разрешился и вопрос отжима.

Изобретатели пошли двумя путями: сначала добавили привод двигателя на валковый механизм – и такая конструкция служила на активаторных машинах ещё много десятилетий. А а 1924 году американская фирма «Savage Arms Company» выпустила стиральную машину с двумя вертикальными барабанами. В первом белье стиралось, а во втором – отжималось методом центрифугирования. Так двухвалковый механизм отжима белья постепенно начал оттесняться в небытие. Правда, прошло ещё 70 лет, прежде чем барабан стиральной машины смог отжать бельё до почти сухого состояния – как говорят, «под утюг». Для этого потребовалось увеличить скорость его вращения до тысячи и более оборотов в минуту, что было отнюдь не просто. При таких скоростях вращения необходима точная балансировка загруженного барабана, иначе его вибрация заставит стиральную машину «танцевать» вприсядку и приведёт к поломке.

Эту проблему решили несколькими способами. Во-первых, в нижней части корпуса разместили балластную плиту (чтоб машина не подпрыгивала). Во-вторых, в ряде конструкций барабан и бак подпружинили для гашения колебаний. Наконец, в современных машинах есть специальные функции равномерного распределения отжимаемого белья по поверхности барабана.

В 30-е годы у стиральных машин появились механические таймеры выключения, регламентирующие время стирки и отжима – чтобы женщины, заболтавшись по телефону, не забыли о надрывающейся «стиралке». Но всё же возле этих переключателей приходилось дежурить. И только в 1949 в США и в 1951 году в Европе появляются первые автоматические стиральные машины, способные без участия человека выполнить забор воды, подогрев, стирку, слив, полоскание и отжим. А плюс к этому в некоторых стиральных машинах появилась функция сушки белья горячим воздухом. Вот теперь, когда стирка свелась к открыванию и закрыванию загрузочного люка, ею с радостью соглашаются заняться и мужчины. А главное, это позволило создать многочисленные общественные прачечные, очень популярные на Западе. Это просто помещение, где в ряд стоят автоматические стиральные машины. Бросай монетку – и пользуйся.

Водоём для стирки в Этыре в г. Габрово.

Приспособление для стирки образца 1860-х годов. Иллюстрация из архива Библиотеки Конгресса США.

Механическая стиральная машина 1910 года.

Активаторная машина «Miele 100», сверху видны валики отжима, внизу электродвигатель.

От активатора до автомата

Основа конструкции стиральной машины активаторного типа – ёмкость из нержавеющей стали или пластмассы. Верхняя часть (для загрузки белья) – съёмная или откидная крышка. На дне или в нижней части одной из стенок находится активатор – пластмассовый плоский круг или вал с выступами – лопастями. Ось активатора выходит из бака, приводится в движение электродвигателем.

Активаторные машины советского периода, как правило, имели вертикальный бак из алюминия или нержавеющей стали ёмкостью до 30 литров размерами примерно до 400x400x600 (высота) мм, с дном в форме полуокружности. На одной из плоских стенок по оси полуокружности дна располагался активатор (чаще всего выполненный из бакелита) диаметром около 200 мм, приводимый в движение через ременную передачу конденсаторным электродвигателем, расположенным под баком. Управление включало в себя механическое реле времени на 15 минут (с задаваемой точностью до 1 минуты), автоматически включающее электродвигатель попеременно в разных направлениях через паузы. Также (на более поздних моделях) отдельно могла регулироваться мощность двигателя (2 или 3 «режима» стирки).

Верхняя часть (с задней стороны), как правило, оснащалась устройством ручного отжима (два прорезиненных валика, нижний из которых вращался ручкой аналогично мясорубке, а прижим верхнего валика к нижнему регулировался винтом, расположенным сверху). После стирки (или полоскания) бельё подавалось между валиков отжима, при вращении ручки вода стекала в бак, а отжатое бельё выходило из валиков в задней части машины. Слив воды, как правило, был ручным (конец шланга слива закреплялся в верхней части бака, чтобы не применять клапан).

Достоинством активаторных машин является относительная простота конструкции, позволяющая их эксплуатировать даже в местности, где нет водопровода. К недостаткам следует отнести невозможность автоматизации стирки, отсутствие отжима и подогрева воды в баке.

Советская машина активаторного типа.

Современная автоматическая стиральная машина, установленная почти в каждой городской квартире, отличается от активаторной как мотоцикл от мопеда. Обычно она имеет постоянное подключение к электросети, водопроводу и канализации, поэтому для стирки необходимо только загрузить вещи, засыпать моющее средство и выбрать программу стирки.

Большую часть объёма машины занимает бак. Бак препятствует неконтролируемому растеканию воды или моющего раствора в процессе работы машины. Вода подаётся в бак через наливное отверстие и откачивается из бака при помощи насоса. Бак с помощью пружин и амортизаторов закреплён в корпусе машины. Внутри бака на подшипниках вращается барабан.

Стирка обеспечивается вращением барабана и взаимным соударением загруженных вещей. Отжим делается также при вращении, снижением давления и присасыванием вещей к пористым стенкам. Ось барабана чаще всего горизонтальна.

Двигатель вращает барабан либо непосредственно, либо через ременную передачу. Боковая поверхность барабана содержит большое число отверстий для свободного втекания и вытекания воды и рёбра для увеличения интенсивности стирки.

Барабаны машин с фронтальной загрузкой осесимметричны, поэтому у них меньше вибрации при отжиме. Барабаны машин с вертикальной загрузкой тяжелее, что иногда приводит к преждевременному износу подшипников барабана.

Для загрузки и выгрузки вещей в барабане имеется отверстие диаметром около 30 см. У машин с вертикальной загрузкой отверстие находится на цилиндрической поверхности барабана и закрывается крышкой с запирающим устройством. У машин с фронтальной загрузкой отверстие находится в основании цилиндра, а напротив него находится сложной формы резиновая манжета, не позволяющая воде вытекать из бака. У машин обоих типов присутствует дверца, которая закрывает доступ в бак во время работы машины. В целях безопасности эта дверца блокируется специальным блокировочным устройством.

Для автоматической работы машина также содержит ТЭН, датчик температуры (основной и аварийные), датчик уровня воды, насос слива воды, клапан подачи воды и модуль управления.

Одна из первых автоматических стиральных машин «Constructa».

Серебро и прочие уловки

Разнообразные отбеливатели, специальные порошки, в том числе не содержащие фосфатов «экологически чистые», особые режимы стирки – что ещё нужно для удаления пятен с вашей любимой рубашки. Но многие производители стиральных машин на этом не остановились.

Например, запатентован барабан с рельефом в виде пчелиных сот, который позволяет до минимума сократить контакт белья с металлом и, соответственно, износ ткани.

Другие производители выпустили в свет стиральные машины с вертикально вращающимся барабаном, конструкция которых предусматривает систему захвата воздуха и пропускания его через бельё в виде мелких пузырьков. Смысл этой мыльной джакузи в том, чтобы сделать процесс стирки ещё более эффективным.

Несколько лет назад производители бытовой техники внезапно увлеклись чудодейственными свойствами серебра – разрекламированного как универсальный антибактериальный материал. Вскоре серебро было мобилизовано и на прачечную службу. Так, одна из компаний выпустила серию стиральных машин с технологией Silver Nano, которые «серебрили» воду и при стирке, и при полоскании. Эффективность этого новшества многими экспертами так и оказалась неоценённой.

Но самой оригинальной оказалась так называемая ультразвуковая стиральная машина (типа «Ретоны»). Собственно, вся эта «машина» помещается в ладони и представляет собой генератор ультразвуковых волн, соединённый проводом с сетевым адаптером. Набираете в таз мыльную воду, замачиваете бельё, опускаете туда генератор, включаете и оставляете на несколько часов.

За это время производимые генератором колебания должны отделить грязь от волокон ткани, после чего бельё останется лишь прополоскать. На первый взгляд – всё просто. Однако такая техника не лишена некоторых недостатков, уже не раз описанных в СМИ.

Она плохо справляется с сильными загрязнениями, издаёт неприятный шум, а продолжительность её работы составляет до восьми часов! Учитывая, что такая стирка происходит в обыкновенном тазу, очень трудно поддерживать в нём необходимую температуру. К тому же приходится вручную греть и таскать воду, полоскать и отжимать белье – словом, производить все те функции, от которых людей избавили классические стиральные машины.

Современная стиральная машина умеет не только стирать разные типы тканей, но и подогревать для стирки воду, полоскать, сливать воду, сушить. Если бы пушкинская старуха хотя бы подозревала о таких аппаратах, то вместо желания стать владычицей морскою, наверняка соблазнилась бы каким-нибудь Индезитом.

Георгий Лятошинский

НА ДОСУГЕ

“В ЧЕТЫРЕ СТОРОНЫ”

Заполните пустые клетки цифрами от 1 до 6 так, чтобы в каждой строке и в каждом столбце все они были различны. Цифра в треугольнике указывает, что она обязательно присутствует в соответствующем направлении.

МУЖЧИНА И ЖЕНЩИНА

Настоящие женщины не выходят замуж за настоящих мужчин, потому что настоящая женщина с первого раза не соглашается, а настоящий мужчина два раза не предлагает.

* * *

– Мадам, что я должен дать Вам, чтобы добиться Вашей любви?

– Наркоз.

* * *

Женщина на исповеди:

– Батюшка! Дайте мне разрешение на развод с мужем! Пьет! Не работает! Меня бьет!

– А что ж ты за такого замуж пошла?

– Дура была!

– Вот видишь, а он тебя, дуру, замуж взял.

* * *

– Почему ты мне изменила?

– Я должна была убедиться, что ты лучший.

– Зачем же столько раз?

– Погрешность уменьшала.

МЫСЛИ ВСЛУХ

• Забота правительства – это народ. Не будет народа – не будет забот.

• По-настоящему тяжело в жизни – это когда ты садишься в тюрьму, чтобы передохнуть.

• Многое ещё не сделано. Но лени у нас хватит на всё!

• Шутки должны быть неожиданными, как лосось, затаившийся в кустах черники.

• Открыв окно в будущее, необходимо закрыть дверь в прошлое, чтобы сквозняком не выдуло настоящее.

• Как расходовать зарплату? Не ломаю я мозги! Половину – на квартплату, половину – на долги!

• Недостающую глубину мысли обычно компенсируют её длиной.

• Один видит в луже только лужу, а другой, глядя в лужу, видит звезды..

• Из лабиринта еще можно как-то выбраться, а вот из-за оградки – уже нет.

• Если бы в случае войны руководство стран должно было бы воевать на поле боя в первых рядах, то вряд пи кого удалось бы заставить развязать такую войну.

• Дорога возникает под шагами идущего.

• Будь проще и люди к тебе потянутся. Лучше я буду сложнее, и пусть от меня отстанут те, кто проще.

• Особенно трудно искать работу, когда работать не хочется!

• Мне нужен шестимесячный отпуск. Дважды в год.

• Если желаете знать правду, научитесь появляться неожиданно.

• Бойся козла спереди, коня – сзади, дурака – со всех сторон.

АНОНС № 4

ГИБЕЛЬ ИМПЕРИЙ

Во все времена существовали цивилизаторы, которые несли свет цивилизации во тьму варварства. Тяжел и неблагодарен их труд, тернист их путь, трагична их судьба. Так кто же они, цивилизаторы? Почему расцвет великих империй заканчивается закатом и гибелью?

ИСТОРИЯ АРИФМЕТИКИ

Арифметика – наука о числах, их свойствах и отношениях является одной из основных математических наук. История арифметики охватывает период от возникновения счёта до формального определения чисел и арифметических операций над ними с помощью системы аксиом.

КОНРАД ЛОРЕНЦ О ЖИВОТНЫХ И ЛЮДЯХ

Зоопсихология исторически рассматривала поведение животных с учетом того, что было известно о психологии человека. Морган сформулировал правило, – не объяснять действия животных с привлечением высших психологических функций в тех случаях, когда достаточно низших.

ЧЕМ ПАХНЕТ КРОВЬ

Кровь! Её запах возбуждает и ведет по следу хищника, а жертву приводит в трепет и обращает в бегство. В некоторых случаях этот запах позволяет установить репродуктивный статус самки. Естественно предположить, что в крови млекопитающих разных видов присутствует какой-то общий пахучий компонент, узнаваемый всеми.

О ПОЛЬЗЕ КАПРИЗОВ

Капризы – то есть стремление добиться чего-то запрещенного, или невозможного, или бессмысленного – принято считать формой детского поведения, причем такой, которую надо подавлять и ни в коем случае не поощрять. Между тем капризы имеют большой биологический смысл.