Текст книги "Юный техник, 2002 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ПОЛИГОН
Куда дует эфирный ветер?

В VI–VII веках до нашей эры философы Древней Греции (Фалес Милетский, Анаксимандр, Анаксимен, Левкип, Демокрит) высказали идею о том, что весь мйратомы и молекулы, звезды и планеты – создан из единого строительного материала – мирового эфира.

Долгое время эфир был лишь логической конструкцией, помогавшей философам в рассуждениях о единстве мира. Но в XIX веке в нашу жизнь ворвалось электричество. Его неведомая, долгое время необъяснимая мощь распространялась по проводам и зажигала электрические лампы, вращала моторы, выделяла из солей редчайшие элементы, плавила сталь и даже передавала по кабелю через океан звук человеческого голоса.

Человечество, ранее имевшее дело лишь с грубыми материальными силами, нуждалось в объяснении свойств этой тонкой материи. Еще ранее, когда опыты с электричеством были прежде всего придворным развлечением, ученые рассматривали его как особый «флюид» – невесомую всепроникающую жидкость. При попытке объяснить более сложные явления логика неумолимо возвращала ученых к идее эфира.

Одним из первых здесь был М.Фарадей. Хорошо знакомые по школьным опытам силовые линии магнитного поля он представлял как замкнутые сгущения эфира. Но его рассуждения объясняли электромагнитные процессы лишь качественно.

Между тем появлялись все новые области применения электричества, росла потребность в теории для точных расчетов. Ее создал в середине XIX века английский ученый Д.Максвелл, обобщив и переведя на язык математики все, что было известно об электричестве и магнетизме, и создал электродинамику. Его теория вобрала в себя труд более тридцати ученых с мировыми именами, таких, например, как Фарадей, Кирхгоф, Лагранж…

Уравнения электродинамики описывают жизнь атомного ядра и строение молекул, движение электронов в элементах компьютера и в обмотках генератора электростанции. С ее помощью уже начали описывать даже человеческие гены!

А в основе теории лежит представление о существовании эфира и его движении. При прохождении тока, считал Максвелл, вокруг проводника возникает эфирный вихрь, это и есть его магнитное поле. При любом изменении магнитного поля в эфире возникает вихрь электрический. Радиоволны и свет, опять же по теории Максвелла, это лишь волновой процесс, распространяющийся в эфире. Но существует ли эфир в действительности или это лишь удобная логическая конструкция, помогающая свести все явления в стройную систему?

Еще в 1877 году, когда теория только начинала свое шествие, сам Максвелл считал не лишним это проверить и предложил измерить скорость движения Земли относительно эфира, наполняющего мировое пространство. Поскольку, как предполагали, эфир неподвижен, при движении по орбите со скоростью 30 км/с нашу планету должен обдувать эфирный ветер, имеющий точно ту же скорость.

В 1887 году американские исследователи А. Майкельсон и Э. Морли поставили первый эксперимент по ее измерению. Однако из-за несовершенства приборов эфирный ветер обнаружить им не удалось.

В 1901–1905 годах сотрудники Майкельсона, Морли и Миллер, применив более совершенную аппаратуру, обнаружили эфирный ветер. Но скорость его оказалась не 30, а только 3,5 км/с. Это озадачило ученых. Получалось, что мировой эфир есть, но это несколько иной эфир, чем тот идеальный, существование которого предполагал Максвелл.

Малую скорость объяснили тем, что эфирный ветер частично задерживается атмосферой, и в 20-х годах прошлого века Миллер построил дом на горе Маунт Вильсон (США) и провел измерения на высоте 1800 м. Выяснилось, что здесь скорость эфирного ветра выше и достигает 10 км/с. Существование эфира было доказано.

Сегодня обнаружить эфирный ветер значительно проще. В НИИ авиационного оборудования, в лаборатории профессора В. А. Ацюковского, был предложен для этой цели оригинальный способ.

Луч лазера, обдуваемый эфирным ветром, изгибается словно стебель растения на ветру. Только изгиб этот очень мал. Поэтому лучше сравнивать это явление с прогибающейся на ветру балкой, один конец которой жестко заделан в стену. Луч лазера длиною семь метров периодически смещается на 0,2–0,3 мм. Это связано с тем, что в течение суток эфирный ветер меняет скорость и направление.

Установка для таких измерений состоит из жестко закрепленного лазера (школьный ЛГ-56 или лазерная указка) и расположенного напротив мостового фотометрического детектора смещения луча (рис. 1).

Он, в свою очередь, состоит из четырех фотосопротивлений типа ФСК-2, попарно включенных в мостовые схемы (см. рис. 2).

Рис. 2

Питаются мосты напряжением 9 В от батареи «Крона». Каждый мост содержит два резистора (один из них переменный) и два фотосопротивления типа ФСК-2. Балансировку моста производят при равномерном освещении фотосопротивлений лазером. Сигналы с диагоналей моста хорошо бы подать на самописец или компьютер, что позволило бы сразу извлечь из эксперимента максимум информации. Но такая установка требует немалых денег. Потому в опыте можно использовать микроамперметр и его показания записывать в тетрадь, отмечая дату и время замера.

По этим данным можно построить смещение луча относительно первоначального положения, а также вычислить отношения скоростей эфирного ветра в различные моменты измерения по формуле: V1/V2 = D1/D2, где V1/V2 – скорости эфирного ветра в разные моменты времени, a D1/D2 – соответствующие им смещения луча.

Возможны два варианта конструкции. Первый (рис. 1) предусматривает установку лазера и фотоприемника на большом расстоянии. Для этого нужно помещение с надежным бетонным полом, расположенное вдали от дорог, шумных улиц, работающих станков и других источников вибрации. Но не советуем ставить опыт в подвале. Толстые каменные стены сильно снижают скорость эфирного ветра и смещение луча. Помните также, что эфирный ветер совсем не проходит через металлы. Лучше всего располагать установку на открытом воздухе, на камнях или на скале.

Второй вариант установки (рис. З) основан на удлинении луча путем его многократного отражения в зеркалах.

Нащупав эфирный ветер, вы откроете путь к новой физической реальности, где вселенная вечна и бесконечна, где есть неисчерпаемые источники энергии и возможно движение со скоростью, значительно превышающей скорость света… Об этом вы узнаете из статей о работах профессора В.А. Ацюковского в ближайших номерах нашего журнала. На возникшие вопросы москвичи могут получить ответы на лекциях профессора В.А.Ацюковского в лектории Политехнического музея каждое воскресенье в 12 часов, начиная с 15 сентября.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Можно ли видеть в темноте?

Приборы ночного видения на основе усилителей яркости были созданы для военных целей еще в 30-е годы XX века. В битве на Курской дуге Красная Армия впервые применила танки, оснащенные такими приборами.

Сегодня вы можете купить бинокль, оснащенный усилителем яркости. Он позволяет видеть интересные вещи.

Многим приходилось слышать в саду крик совы, но кто ее ночью видел? В городе, это мало кто знает, тоже живут совы, филины и летучие мыши. В общем, бинокль с усилителем яркости – вещь любопытная, но стоит он дорого. Гораздо дешевле собрать из покупных деталей подзорную трубу ночного видения.

Сердцем прибора ночного видения является электронно-оптический преобразователь (ЭОП). В простейшем случае это – стеклянный цилиндр, из которого откачан воздух. На одном из его донышек нанесен светочувствительный слой, служащий катодом, на другой анод – люминофор.

Если создать на светочувствительном слое при помощи линзы действительное изображение, то каждая его точка начнет испускать электроны. Их подхватит напряжение, приложенное к аноду, и они, разогнавшись с большой скоростью, вызовут свечение люминофора и создадут на нем такую же картину, что на катоде, только более яркую.

Сегодня ЭОПы имеют встроенные фотоэлектрические усилители, позволяющие получать четкое изображение, усиленное по яркости в сотни раз.

Современный ЭОП отечественного производства – модель «МИНИ-1» – показан на рис. 1.

Рис. 1

Он имеет металлостеклянный корпус диаметром 18 мм и длиной 32 мм. Со стороны оптического входа находится стеклянная пластинка с напыленным электродом-фотокатодом. Со стороны зрителя расположен анод – стеклянная пластинка с нанесенным на нее слоем люминофора. На электроды подается постоянное напряжение 10…12 кВ, минусом к фотокатоду. ЭОП может комплектоваться источником питания и преобразователем напряжения. Блок-схема такого прибора изображена на рис. 2.

Прибор марки «МИНИ-1» имеет коэффициент усиления по яркости, равный 500, и разрешающую способность, сравнимую с лучшими фотообъективами. Изображение окрашено в желто-зеленые тона.

Для того чтобы взять от прибора максимум возможного, изображение на фотокатоде следует создавать при помощи объектива с высокой светосилой, например, «Гелиос-44».

Рассматривать изображение лучше с помощью окуляра от бинокля. Если вам станет доступным ЭОП в комплекте, останется лишь добавить к нему оптическую систему. К одиночному же прибору нужно изготовить еще блок питания (рис. 3).

В нем постоянный ток батареи превращается в переменный, с частотой около 1000 Гц, при помощи однотактного автогенератора на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Повышенное напряжение, возникающее в выходной обмотке L1, может регулироваться подбором сопротивления резистора R2. К этой обмотке присоединен каскадный диодно-емкостный умножитель напряжения на элементах VD1…VDN, C1…CN; ориентировочное число ступеней умножения – 20.

Трансформатор выполнен на Ш-образном ферритовом сердечнике марки М2000НП сечением около 30 мм ². Обмотки L2 и L3 можно намотать проводом ПЭЛШ0-0,15 по 30 и 35 витков соответственно.

Обмотка L1 содержит 2300 витков провода ПЭЛШО-0,07. Резисторы – типа МЛТ-0.5, конденсаторы умножителя – МБМ, конденсатор С6 типа К50-16. В батарее питания могут работать четыре последовательно соединенных гальванических элемента LR14 или пять дисковых аккумуляторов Д-01 или Д-02.

Если узел питания будет изготовлен заблаговременно, до получения ЭОП, для проверки развиваемого им напряжения следует воспользоваться киловольтметром электростатической системы, который практически не потребляет мощности от испытуемой цепи.

Нужна ли в контуре катушка?

Мы привыкли к тому, что у всякого радиоприемника есть колебательный контур, состоящий из катушки и конденсатора. Изменение параметров одного из этих элементов позволяет настраивать контур в резонанс с частотой принимаемого сигнала.

Сегодня функции катушки индуктивности в резонансном контуре способны взять на себя активные фильтры на операционном усилителе и RC-цепочке, собираемые из нескольких готовых элементов. Схема такого радиочастотного тракта приведена на рисунке 1.

Усилительный каскад на операционном усилителе DA1 охвачен обратными связями – отрицательной с делителем напряжения на резисторах R1, R2, R5 и положительной, в которой использован так называемый «мост Вина», куда входят резисторы R6, R7 и блок конденсаторов переменной емкости (КПЕ) С4.

Если глубина обратной связи через делитель «перевешивает» связь через мост Вина, каскад работает как селективный усилитель, обеспечивая максимальное усиление на принимаемой частоте, которая определяется емкостью блока КПЕ С4 в мосте Вина. Увеличивая положительную обратную связь, можно повышать чувствительность, одновременно сужая полосу пропускания приемного тракта. С усиленным в каскаде сигналом, снимаемым с вывода 6 микросхемы DA1, далее происходит то же, что и в любом приемнике AM сигналов – с детектора, куда входят диоды VD1, VD2, звуковая составляющая сигнала направляется в усилитель звуковой частоты (3Ч).

Но прежде, чем говорить о последнем, обратим внимание, что «бескатушечный» вход улавливает радиосигналы с помощью штыревой антенны WA1 длиной около 0,7 м (или проволочной длиной до 1,5 м). Частотные свойства операционнного усилителя позволяют принимать отдаленные мощные и местные радиостанции, работающие в диапазоне длинных волн, где уровень приема почти не зависит от времени суток. Чувствительность приема регулируется переменным резистором R1, резистор R2 управляет полосой пропускания радиотракта.

Показанный на рисунке 1 простейший усилитель 3Ч, нагруженный электромагнитным телефоном BF1, удобен для индивидуального прослушивания радиопередач. Усилительный каскад на транзисторе VT1 собран по схеме эмиттерного повторителя, что обеспечивает согласование довольно высокого выходного сопротивления детектора с низкоомным «наушником». После сборки конструкции может оказаться, что при максимальной емкости блока КПЕ приемник возбуждается при любой величине сопротивления резистора R2 с указанным на схеме номиналом; в этом случае его сопротивление нужно увеличить вдвое, а также подобрать емкость конденсатора С5 в пределах 10…30 пкФ.

Если не терпится скорее воспроизвести принимаемые вашим «бескатушечным» приемником передачи, можно воспользоваться, например, аудиомагнитофоном, включив его в режиме воспроизведения (при этом лентопротяжный механизм лучше выключить). Переносчиком сигнала между ними послужит электромагнитное поле ушного телефона BF1, который достаточно поместить в кассетный отсек, вплотную к воспроизводящей магнитной головке. Вместо такой времянки можно собрать малогабаритный и довольно мощный усилитель на специальной микросхеме серии К174, как показано на рисунке 2.

Если приемник с «тихим» усилителем 3Ч вполне достаточно питать от миниатюрной гальванической батарейки типа «Кроны», то в варианте с более мощным усилителем 3Ч желательно использовать сетевой 9-вольтовый адаптер либо шесть элементов LR14, соединив их последовательно. Для громкого воспроизведения подойдет динамическая головка типа ЗГДШ-14-8. Здесь можно использовать и высококачественные низкоомные наушники. Для конструкции приемника и усилителей можно взять постоянные резисторы типа МЯТ, переменые R1, R2 – СПЗ-З, СПО, R10 – СПО. Постоянные конденсаторы – КЛС и К50-6. На рисунке 3 показано, как располагаются выводы используемых микросхем.

Ю.ПРОКОПЦЕВ

Рисунки автора

ДАВНЫМ-ДАВНО

Есть материалы попрочнее стали. Но мало какой из них так удобен технологам. Нагрев ее, сталь можно сделать мягкой, как воск. Если нагреть и медленно охладить – отпустить, – становится пригодна для обработки резцом. А когда работа закончена, изделие можно закалить: очень медленный нагрев и быстрое охлаждение придадут ему несокрушимую прочность. Правда, для этого стальные детали порою приходится нагревать часами. Поверхность их покрывается окалиной, часть металла теряется, сгорает, а в глубь изделия просачивается кислород, отчего прочность стали резко снижается.

В 1897 году немецкая фирма Bechem & Postнашла интересное решение проблемы. В топку обычного кузнечного горна подали тончайшую водяную пыль. Решение парадоксальное, ведь огонь и вода – злейшие враги. Но от контакта с горящим углем вода разлагается на водород и кислород. Эта смесь тотчас сгорает, охватывая деталь жарким пламенем. Избытка кислорода при этом нет, а потому образуется окалина.

Казалось бы, способ прекрасный, но со временем уголь заменили газом, и водяная пыль стала не нужна. Между тем электричество дешевело. Примерно с 1896 г. фирма Lagrangeи Hohoсоздала электрический кузнечный горн – каменный ящик с раствором поташа все в той же воде. На дне его лежала свинцовая пластина, подсоединенная к положительному полюсу генератора. Кузнец брал деталь клещами, соединенными с отрицательным полюсом генератора, и опускал ее в воду. Между водою и деталью вспыхивала электрическая дуга и мгновенно разогревала ее докрасна.

Выделяющийся водород защищал поверхность металла от окисления. Способ давал многократную экономию топлива, был экологически чист, но требовал опасного для человека напряжения в 150 В. Это и решило его судьбу. Но сегодня у такого горна мог бы стоять робот, которому электричество не страшно. Так почему бы не вспомнить простой и красивый старинный способ?

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Можно ли что-нибудь разглядеть через прибор ночного видения в полной темноте?

2. Почему с закрытыми глазами равновесие удерживать труднее, чем с открытыми?

3. Где можно спрятаться от эфирного ветра?

Правильные ответы на вопросы

№ 3 – 2002 г.

1. В недрах Земли теплее, чем на поверхности, за счет экзотермических реакций, происходящих в мантии планеты.

2. Принципиальная разница в технологии игры в шахматы компьютера и человека заключается в том, что машина лишь механически перебирает все варианты, а человек интуитивно отсекает бесперспективные и анализирует лучшие.

3. При уменьшении скорости вращения маховика вдвое от его первоначальной кинетической энергии останется одна четверть, так как кинетическая энергия пропорциональна квадрату линейной скорости.

* * *

К сожалению, назвать имя очередного победителя нашего традиционного конкурса «ЮТ» № 3 – 2002 года не можем. Все ответы, присланные в редакцию, оказались неверны.

* * *

_{Подписаться на наши издания вы можете с любого месяца в любом почтовом отделении.}

_{Подписные индексы по каталогу агентства «Роспечать»:}

_{«Юный техник» – 71122,}

_{45963 (годовая);}

_{«Левша» – 71123,}

_{45964 (годовая);}

_{«А почему?» – 70310,}

_{45965 (годовая).}

_{По Объединенному каталогу ФСПС:}

_{«Юный техник» – 43133;}

_{«Левша» – 43135;}

_{«А почему?» – 43134.}

_{Дорогие друзья!}

_{Подписаться на наш журнал можно теперь в Интернете по адресу: www.apr.ru/pressa .}

_{Наиболее интересные публикации журнала «Юный техник» и его приложений «Левша» и «А почему?» вы найдете в дайджесте «Спутник «ЮТ» на сайте http: \junetech.chat.ruили http: \jteh.da.ru}

* * *