Текст книги "Юный техник, 2008 № 04"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

– Это значит, я действительно… богомол?

– По образу мыслей – на пятьдесят процентов, – серьезно сказал Макс. – Если не учитывать нюансов.

– Каких нюансов? – подался вперед Андрей.

– Ну, ты еще находишься на личиночной стадии, потому что подросток. А во-вторых, ты все-таки человек, и у тебя пока есть возможность выбрать, кем или чем становиться.

Макс выпрямился и направился к двери. Андрей подскочил, торопливо поправляя задранную куртку.

– А где остальные?

– Вышли при первой возможности. – Макс улыбнулся. – Это твой друг, Никола, сказал, что у тебя дома проблема. Вот мы и решили тебя поддержать, скинулись тебе на игру.

Андрей остановился в недоумении:

– И Барабаш решил поддержать? И Дрюня?

– Жужелица большеголовая и мокрица. – Макс ненадолго задумался, потом махнул рукой. – Не люблю мокриц. Но и они ведь люди.

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске мы расскажем о ветродвигателях без винта москвича Сергея Полозкова, бесплотинной гидроэлектростанции Ивана Двиняниноваиз Тулы и водяной аэропосадочной полосе Юсупа Гелазоваиз поселка Чирклей, что в Ульяновской области.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1101

НОВЫЙ ТИП ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ…

…предложил москвич Сергей Полозков. В начале письма Сергей доказывает, что на вращающийся цилиндр, установленный перпендикулярно воздушному потоку, должна действовать сила, стремящаяся сместить его вбок. Вот ход его рассуждений.

Поверхность одной стороны вращающегося цилиндра обязательно движется навстречу потоку, а другая – в ту же сторону, что и поток. При этом на одной стороне поверхности скорость воздуха больше, чем на другой, и по закону Бернулли образуется сила, стремящаяся сдвинуть цилиндр вбок.

Далее Сергей приводит схему ветряка, где вместо лопастей применены цилиндры с установленными внутри, них электромоторами. Под действием набегающего ветра на каждый цилиндр начинает действовать сила, смещающая его вбок, и все ветроколесо вращается и приводит в действие электрогенератор.

Все правильно. Сила, существование которой он доказывает теоретически, существует в действительности. Ее в 1860 г. обнаружил немецкий ученый Ганс Густав Магнус. Явление же получило название эффекта Магнуса. Такой же ветродвигатель, что предлагает Сергей, назывался ветряком с цилиндрическими крыльями и в 1926 г. был построен под Берлином.

Ветродвигатель Сергея Полозкова.

О результатах его работы так ничего и не известно, но сегодня к ветрякам такого типа вернулись. На снимке – сделанная в Белоруссии ветроэнергетическая установка «Аэролла» мощностью 100 кВт и диаметром ротора 36 м. В отличие от ветряков, оснащенных обычными винтами вертолетного типа, она работает как в шторм, так и при самом слабом ветре. В результате «Аэролла» дает за год в 2–3 раза больше электроэнергии, чем ветроустановки иных типов.

Учитывая, что юный изобретатель предположил существование физического эффекта, который изучают лишь в институте, Экспертный совет решил удостоить Сергея авторского свидетельства Патентного бюро.

Ветродвигатель с цилиндрическими лопастями Г. Флетнера, Германия, 1926 г.

«Аэролла», Республика Беларусь, 2008 г.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1102

МАКЕТ БЕСПЛОТИННОЙ ГЭС…

…сделал и испытал Иван Двинянинов, десятиклассник из школы № 24, член кружка Технического конструирования СЮТ г. Тулы.

Давно известно, что самую дешевую и экологически чистую энергию дают нам именно большие гидроэлектростанции (ГЭС) мощностью в сотни тысяч и миллионы кВт. Но строительство их – дело государственное, оно требует привлечения огромных средств, затягивается на долгие годы и ведет к затоплению больших площадей земли.

Если же ограничиться мощностями до 25 кВт, то ГЭС становится совсем небольшим устройством, которое можно поставить как на большой реке, так и на ручейке, порою даже не возводя плотины.

В Китае, например, построили 90 тысяч малых ГЭС, 60 тысяч из которых имеют мощность до 25 кВт. Они предназначены для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, расположенных в труднодоступных районах, где подключиться к линии электропередачи сложнее и дороже, чем установить микроГЭС.

Особенно в этом отношении интересны бесплотинные гидроэлектростанции. Проблема же в том, что бесплотинная ГЭС хороша на быстрой горной речке. Но энергия потока воды пропорциональна квадрату скорости, поэтому взять энергию от тихой равнинной речки, которых в России большинство, очень трудно. Выход – повысить скорость потока воды, бьющего на лопатки турбины, а для этого нужно поставить перед турбиной воронку – конфузор.

Физика происходящих здесь процессов не очень проста. Но в общих чертах выглядит так.

Сколько воды вошло в конфузор, столько должно из него и выйти. Если, к примеру, входная площадь конфузора будет в 2 раза больше, чем выходная, то скорость воды на выходе должна увеличиться вдвое. А что получится, если площади станут отличаться в 10, 100, 1000 раз? Неужели на выходе конфузора, опущенного в ручеек, можно получить космические скорости?

Нет, конечно. Поток начнет завихряться, и его скорость снизится. Для уменьшения этого эффекта конфузорам придают особую форму, иногда их снабжают дополнительными насадками и щелями. Но Иван Двинянинов в качестве устройства, концентрирующего энергию потока на роторе турбины, применил систему из трех вложенных одна в другую воронок (см. рис.).

Площадь входного патрубка первой воронки в 3 раза больше выходного и соответствует площади проточной части ротора турбины. Площади входного сечения второй и третьей воронки также в 3 раза больше площади их выходного сечения. Воронки Иван отформовал из стеклопластика.

«Если учесть, что вода несжимаема, – пишет Иван, – то скорость ее в трубе возрастет в 9 раз, а мощность турбины соответственно в 81 раз». Здесь следует внести некоторое уточнение. Судя по чертежу, так не получится. Отношение площадей первой воронки равно трем. Но входные и выходные сечения второй и третьей воронки имеют форму кольца. Соотношение площадей на входе и выходе у них очень велико – 71 и 26 соответственно. Здесь должно начаться образование вихрей, резко возрасти сопротивление.

Для проверки идеи была сооружена модель наплавной ГЭС, только вместо генератора на платформе установили тахометр, связав его пассиком с винтом, установленным в выходном канале воронок. Устройство было испытано на реке со скоростью течения 1,4 м/с. Испытания показали, что добавление числа воронок повышает скорость потока на выходе из системы. Но во всех случаях это повышение было на 30–40 % меньше ожидаемого. Однако эксперименты наводят изобретателя на мысль о целесообразности дальнейшего увеличения числа воронок.

Учитывая новизну идеи и тщательность проведенной экспериментальной проверки, Экспертный совет решил удостоить Ивана Двинянинова авторским свидетельством Патентного бюро.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1103

ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ ПОЛОСУ…

…для аварийной посадки самолетов предложил Юсуп Гелазов из поселка Чирклей Ульяновской области. Бывают случаи, когда самолет идет на вынужденную посадку с невыпущенными шасси или баками, полными топлива. В таких случаях, если посадка совершается на грунт, то пожар почти неизбежен. Если же сесть на поверхность реки или озера, то самолет может утонуть.

Юсуп Гелазов советует оснастить аэродром длинным неглубоким каналом. Если своевременно наполнить его водой, он превратится в идеальную посадочную полосу. Перед самолетом, садящимся на нее, сразу же возникнет мощная волна, которая резко снизит его скорость, не позволяя ему коснуться брюхом земли. Так даже самолет, не сумевший выпустить шасси, сумеет затормозить.

Учитывая ценность и простоту решения, Экспертный совет присуждает Юсупу Гелазову авторское свидетельство Патентного бюро «Юного техника».

Выпуск подготовил Г. МАЛЬЦЕВ

* * *

НАШ ДОМ
Театр теней

Это сейчас главное развлечение в доме – телевизор. А вот раньше люди умели развлекать друг друга сами. Одни рассказывали смешные или страшные истории, другие иллюстрировали их с помощью теневых фигур.

Простейшие теневые фигуры вы можете сделать самостоятельно, не прибегая ни к каким сложным приспособлениям, с помощью лишь собственных кистей (см. рис.) Как говорится, ловкость рук…

Однако, чтобы руки ваши отбрасывали тени на стену или специальный экран, нужен источник света. Таковым вполне может быть настольная лампа с непрозрачным абажуром, позволяющая направить поток света в нужную сторону, или даже обычный карманный фонарик.

А чтобы зрители не видели, каким образом вы творите тени, лучше спрятаться за экран-ширму, которую несложно сделать, натянув простыню, а лучше кальку на деревянный подрамник.

Источник света устанавливают за «кулисами» на расстоянии 2 м от пола и 1,5 м от экрана. Руки помещают в пространстве между источником света и экраном. Начав с показа тех или иных образов по готовым рецептам, вы, потренировавшись, можете затем переходить к созданию целых мини-спектаклей с сюжетом и декорациями.

Эти декорации – домики, корабли и деревья – вырезают из плотного картона и подвешивают на нитках, которые с другой стороны экрана практически не будут заметны. Причем, чем ближе вырезанные фигурки будут к экрану, тем четче будут отбрасываемые ими тени. Зато удаленные декорации могут быть меньших размеров. То же самое и с размерами теней, отбрасываемых руками. В общем, поэкспериментируйте, как вам будет удобнее всего.

Самое сложное – это придумать комбинации пальцев, которые будут давать интересные тени, а затем отработать движения отдельными пальцами, чтобы персонажи «ожили». Тут уж придется потренироваться.

Вот так «конструируют» простейших персонажей при помощи только кистей рук.

В дальнейшем вы можете использовать в теневом театре и специальные куклы-марионетки, которые вырезают опять-таки из картона с подвижно закрепленными руками, ногами и другими частями тела. Управляют ими обычно с помощью проволочек или тростинок, уходящих вниз. Стало быть, сам актер должен находиться ниже экрана, с таким расчетом, чтобы его голова не отбрасывала тени (если это, конечно, не нужно по ходу спектакля).

А.ПЕТРОВ

Подробности для любознательных

ТЕНЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО

Театр теней очень распространен в Китае, Индии и Турции. Эти страны и претендуют на звание родины данного вида искусства. Однако самые древние упоминания о нем были обнаружены в древнеегипетских папирусах XVI века до н. э. Оказывается, дети фараонов и их приближенных обожали черно-белые «мультики» ручной работы.

Впрочем, специально обученные артисты, изображавшие военные баталии и картины жизни богов, выступали время от времени и на городских площадях, и на сельских базарах. В общем, повсюду, где у них находились зрители.

В настоящее время различаются три вида театра теней. В одном, самом простом, «работают» только руки, в другом – в действии участвуют и сами актеры, используя тени, отбрасываемые их фигурами, и в третьем – специально изготовленные марионетки.

Театры «во весь рост» популярны в США, Германии и Греции. В Китае и Индонезии больше любят театр марионеток.

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Этот истребитель пятого поколения, разработанный фирмой Lockheed Martin, планируется принять на вооружение в 3 вариантах. ВВС США получат самую простую версию – F-35A; для корпуса морской пехоты США предназначен F-35B с укороченным взлетом и вертикальной посадкой (это единственный вариант, не имеющий встроенной пушки), а ВМС США будут оснащены самолетом F-35C с увеличенной площадью крыльев и хвостового оперения, позволяющего маневрировать на небольших скоростях при полетах с авианосцев.

Вместо обычного дисплея на приборной панели синтезированное компьютером изображение будет подаваться прямо на визоры пилота, снабжая его также подсказками для полета, навигации и ведения боя. Принципиально новой технологией стала реализация возможности видения в инфракрасном диапазоне, то есть с помощью шлема пилот сможет видеть сквозь фюзеляж самолета даже ночью.

Технические характеристики:

Длина… 15,50 м

Высота… 5,28 м

Размах крыльев… 10,00 м

Площадь крыльев… 50,20 м ²

Масса пустого самолета… 11 000 кг

Снаряженная масса… 19 000 кг

Максимальная взлетная… 28 000 кг

Максимальная скорость… 1930 км/ч

Тяга на форсаже… 15 500 кгс

Дальность полета… 2200 км

Практический потолок… 19 200 м

Скороподъемность… 12 000 м/мин

Количество точек подвески вооружения… 8

Экипаж… 1 чел.

Впервые этот вездеход, разработанный на базе шасси БТР-80 и предназначенный для перевозки пассажиров и грузов, был представлен на выставке вооружений в Омске в 1999 г. Для того чтобы превратить военную машину в гражданскую, на нее установили джойстик переключения передач, полностью изменили салон, установили шумоизоляцию, поставили новые стекла и боковые зеркала, камеру заднего вида и монитор на панели управления, преобразователь напряжения 24-12-220 В, обогреватель, раскладывающиеся сиденья и многое другое. Зато, как говорят сейчас иностранцы, старый «ГАЗ» лучше нового «Хаммера».

Машина и в самом деле получилась удачной, она может преодолевать водные преграды и подъемы до 30°.

Технические характеристики:

Длина автомобиля… 7,50 м

Ширина… 2,95 м

Высота… 2,55 м

База… 4,40 м

Колея… 2,41 м

Дорожный просвет… 47,5 см

Двигатель… дизельный

Мощность… 260 л.с.

Полная масса… 14 000 кг

Скорость движения по шоссе… 90 км/ч

Скорость на воде… 9 км/ч

Максимальный угол подъема… 30°

Запас хода по топливу… 700 км

Расход топлива на 100 км:

на шоссе… 48 л

на грунтовых дорогах до… 130 л

Количество мест… 14

Экипаж… 2 чел.

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Ошибка Томаса Брауна привела к удивительному изобретению

Уважаемая редакция! В «ЮТ» № 11 за 2006 год мое внимание привлекла статья «Как построить летающий остров?» об эффекте Брауна и самоделка М. Лавриненко, использующая этот же эффект. Я сделал описанный в статье «летающий объект» и высоковольтный источник к нему, включил ток, но объект даже не шелохнулся. Учитель физики сказал, что он в принципе не может летать, так как противоречит III закону Ньютона…»

Ученик 9-го класса Иван Бологов,

Вологодская область, село Усть-Алексеево

Да, в «ЮТ» № 11 за 2006 г. мы рассказали вам об изобретателе Т. Брауне и открытом им эффекте. Сегодня у нас есть повод вернуться к теме.

Напомним, в 1928 году американский физик-любитель Томас Таунсенд Браун провел серию странных опытов. Подвесил к потолку два одинаковых свинцовых шара и подал на них плюс и минус напряжения в 125 кВ. Шары стали притягиваться. При этом отрицательно заряженная сфера почему-то притягивалась почти вдвое сильнее, чем заряженная положительно. Почему? Ведь по закону Кулона на каждый шар действуют равные силы…

Две разноименно заряженные сферы притягиваются, но отрицательно заряженная смещается вдвое сильнее. (Рисунок Т. Брауна.)

Далее Т. Браун скрепил эти сферы стеклянным стержнем. В сторону положительно заряженной сферы отклонилась вся конструкция. Пытаясь объяснить увиденное, Браун перебрал несколько вариантов и пришел к выводу, что во всем виновата гравитация. Именно ее сила и вызывает смещение шаров. Но почему тогда тяготение проявляет себя столь странно?

Браун все-таки ошибся в своих объяснениях; два разноименно заряженных шара образуют подобие конденсатора, к такому же выводу пришел несколько лет назад украинский ученый Валерий Павлович Делямуре.

Он вывел эффект Брауна из чисто теоретических положений и проверил на эксперименте. Укрепив два небольших плоских конденсатора на крутильных весах, он подал на них напряжение около 20 кВ. Крутильные весы повернулись, силу Брауна удалось точно измерить и сопоставить с емкостью конденсаторов. Это позволило В.П. Делямуре получить простую формулу для ее точного расчета:

F = q∙S∙U/e,

где F– сила Брауна, выраженная в Н; q– константа, полученная из эксперимента (она равна 6,44–10 ^-7Кл/м ³); S– площадь пластин конденсатора (м ²); U– разность потенциалов на пластинах конденсатора (В); е– относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора.

Теперь, глядя на формулу, мы можем подумать о техническом применении эффекта. Если выполнить конденсатор из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2,5 мм, то при приложении к нему напряжения 40 кВ он нам даст силу в 2,63 г/м ². Много это или мало? Смотря для чего.

Например, для разгона космических аппаратов считается вполне допустимым солнечный парус. Это легчайшее зеркало, на которое солнечный свет давит с силой 0,001 г/м ². Так не лучше ли здесь применить силу Брауна, которая в 2630 раз больше?!

И все же эта сила пока у нас слишком мала. Как увеличить ее? Можно увеличить площадь одиночной пластины конденсатора, но это плохой путь. Ведь она должна оставаться плоской. (Если мы выполним конденсатор в форме рулона или цилиндра, как это часто делается, то силы Брауна, хоть и возникнут в каждой точке цилиндра или рулона, будут направлены навстречу друг другу и взаимно уравновесятся.)

Следующий шаг к повышению силы – этр увеличение напряжения U. Оно ограничено прежде всего опасностью электрического пробоя диэлектрика. Но можно увеличить толщину диэлектрика и тем самым пробоя избежать. При этом емкость конденсатора уменьшится, а сила Брауна останется неизменна; от расстояния между пластинами она не зависит.

Быть может, для космических целей эта сила и пригодна, а для земных слишком мала? Но и здесь все относительно.

Действительно, 1 м ²листа стеклотекстолита весит 3 кг, что в 1100 раз больше, чем сила, создаваемая сделанным из него конденсатором. Но не все потеряно!

Посмотрим на расчетную формулу еще раз. Обратите внимание на «е» – относительную проницаемость диэлектрика конденсатора. Обычно, когда делают конденсатор для хранения электрических зарядов, ее стараются выбрать побольше, емкость от этого возрастет.

Но в нашем случае все наоборот. Диэлектрическая проницаемость стоит в знаменателе. И это не удивительно: физический смысл этой величины – ослабление диэлектриком напряженности поля между пластинами. Поэтому для увеличения силы Брауна необходимо заполнять промежуток между обкладками конденсатора веществом с минимальным значением «е», например, пенопластом или воздухом, у которых она близка к единице. Уже одно это увеличит силу Брауна до 14 г. А вес конденсатора уменьшится в сотни раз. Если в качестве пластин использовать алюминиевую фольгу (вес 27 г/м ²) и очень легкий сотовый заполнитель (вес 300 г/м ²) в качестве диэлектрика, то сила Брауна будет всего лишь в 25 раз меньше его веса.

Так мы приближаемся к возможности создания… летающего конденсатора. Его можно получить, например, выполнив диэлектрик в виде легкой пространственной фермы, вантовой или надувной конструкции.

Браун пытался создать движитель из целого пакета, состоящего из множества металлических пластин со слоями диэлектрика. Пластины присоединялись к источнику напряжения и попарно соединялись впараллель. Ожидалось, что получится силовой конденсатор, создающий высокую силу тяги при малом напряжении. Но в каждой паре пластин диэлектрика силы действовали в противоположном направлении и взаимно уничтожались.

Положение можно исправить, чередуя виды диэлектрика. Например, каждый четный слой должен иметь минимальную «е», а нечетный – максимальную. Так что учитель Ивана Болотова прав. Если странный летающий объект (СЛО) рассматривать как замкнутую систему, в которой действуют только электростатические силы и реакции связей, то система действительно летать не может. Но она летает, и не только в лаборатории М.М. Лавриненко, а еще у любителей из 56 стран.

Это говорит не о том, что в ней нарушаются законы природы, а лишь о том, что СЛО не является замкнутой системой.

Ну а что касается конструкции, которая не поднялась в воздух у Ивана в его первом опыте с СЛО, то о том, как добиться успеха, подробно расскажет М.М. Лавриненко в одном из последующих номеров журнала.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

Подробности для любознательных

ОПИСАНИЕ ОПЫТА В.П. ДЕЛЯМУРЕ

На кронштейне 1из полистирола, укрепленном на стойке штатива медным проводом d= 0,09 мм и длиной 140 мм, подвешен чувствительный элемент 2. Он представляет собой два конденсатора, которые в заряженном состоянии создают вращающий момент. Они получены путем травления на двух сторонах пластины фольгированного текстолита.

К электродам конденсаторов припаяно две скобы 3и 4. К верхней скобе припаян медный провод подвески. К нижней скобе – электрод из нержавеющей стали 5. Этот электрод опущен в сосуд с концентрированным раствором хлористого натрия 6.

Через провод подвески и верхнюю скобу пластины конденсатора подается положительное напряжение около 20 кВ от источника постоянного тока 7. Через раствор хлористого натрия, электрод и нижнюю скобу подается отрицательное напряжение. Сразу после подачи напряжения конденсаторы поворачиваются на угол 50–55°, затем переходят в режим затухающих колебаний (напряжение при этом не снимается). Установившееся значение углового отклонения от начального положения составляет 20°. Так мы получаем явно выраженный эффект Брауна.

Для замера углов на штативе укреплена плата, к которой приклеена картушка – картонное кольцо с градусной шкалой, его можно получить на компьютере либо заменить круговой шкалой универсального транспортира.

Опыт В.П. Делямуре

Схема металлизации чувствительного элемента. На каждой стороне пластины оставлены участки, покрытые медью, служащие обкладками конденсаторов и их проводниками. Излишки медного покрытии могут быть удалены по любой технологии, применяемой при изготовлении печатных плат.