Текст книги "Юный техник, 2000 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 7 страниц)

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Реактивное движение

Не каждая тема позволяет показать нечто достойное, чтобы запомнилось на всю жизнь. Но если уж такая возможность появляется – упускать ее грех! Одна из них – законы Ньютона. Их технические применением нет числа. Но одно из них изменило весь ход истории. Речь идет о реактивном движении.

Учащиеся наверняка слышали про космические достижения. Многие сами пускали пороховые ракеты. В школе заниматься этим опасным делом не стоит. Удивить же ребят можно совсем иначе,

На рисунке 1 реактивный маятник Цельнера.

В классическом варианте этот эксперимент ставился с помощью реторты с отогнутым горлом, которую применяли алхимики.

Сегодня подобие реторты придется сделать самим из небольшой колбы из жаропрочного стекла. И при помощи резиновой пробки вставить в нее Г-образную стеклянную трубку. Система подвешивается на обычном штативе на двух параллельных нитях. Прибор готовят к демонстрации заранее. В колбу наливают немного воды. Пробку плотно вставляют в горловину и дополнительно подвязывают проволокой.

Зажгите под колбой газовую горелку или таблетку сухого горючего. Вскоре вода закипит, из трубки с легким шипением вырвется струйка пара, и прибор начнет раскачиваться со все возрастающей амплитудой.

Вообще-то задолго до нас принцип прямой реакции освоили животные, например, кальмары. Выбрасывая порцию воды при движении, они преодолевают за раз до сорока метров. Хорошей моделью кальмара может быть обычный резиновый воздушный шарик с трубочкой (рис. 2).

С таким реактивным двигателем нетрудно сделать множество интересных моделей.

Однако заметим, куда бы ракета ни улетела (хоть в другую галактику!), центр масс системы «ракета плюс продукты сгорания» остается в точке старта. Сей факт, который можно доказать на основе закона сохранения импульса, удивляет не только школьников, но порою и седых инженеров.

В учебниках часто приводится опыт, изображенный на рисунке 3.

Два шарика, различные по массе, связываются нитью со сжатой пружинкою между ними. Их кладут на линейку, которая в свою очередь водружена на ребро призмы, и все уравновешено. Нитку пережигают, шарики разбегаются в стороны, но вся система (пока с линейки не скатится один из шариков) остается в равновесии.

Продемонстрировать такой опыт нелегко, поскольку трудно одеть нитку на шарики. Но если шарики заменить цилиндрами, задача упрощается.

… Итак, парадоксальное утверждение о неизменности положения центра масс доказано. Означает ли это, что всякий раз, придя на стартовую площадку уже улетевшей в космос ракеты, мы оказываемся вблизи ее центра масс? Это наш вопрос на приз номера.

Одна из проблем космонавтики – огромный стартовый вес современных ракет, из которого на долю полезной нагрузки приходится около 5 %. Это если речь идет о выводе спутника на круговую орбиту. В случае же полета к Луне полезная нагрузка, возвращаемая на Землю, составляет лишь 0,1 % стартовой массы. Для полета на Марс с возвращением этот показатель еще в десятки раз хуже. Но выход из положения есть. Его подсказал еще Циолковский. Нужно резко увеличить скорость вещества, вытекающего из реактивных двигателей.

Сегодня в них используется химическая энергия. И скорость истечения не превышает 4,5 км/с.

Применение электрической энергии позволяет повысить ее до 100 км/с. Доля полезной нагрузки в массе ракеты может подняться до 80 %! Электрические реактивные двигатели работают на принципе ускорения заряженных частиц – ионизированных атомов вещества – электрическим полем. В простейшем случае этот процесс можно получить, подсоединив обычную иголку к «минусу» источника тока высокого напряжения.

На острие ее произойдет ионизация воздуха, ионы подхватятся электрическим полем – в результате возникнет ощутимый поток воздуха, способный, например, задуть пламя свечи. А кроме того, на иголку в этом случае действует сила реакции. Насаженный на ось проводник в форме латинской буквы S сможет вращаться за счет реактивной тяги ионных потоков, сбегающих с его концов. Эти силы невелики, и для наблюдения эффекта потребуется уменьшать трение на оси. Можно воспользоваться готовым подшипником от демонстрационной магнитной стрелки. К ней следует лишь припаять пару проводников и насадить на стандартную ось, закрепленную на подставке (рис. 4).

Ось соединяется проводником с источником высокого напряжения (преобразователь «Разряд» или электростатическая машина). Имея катушку Румкорфа, дающую напряжение более 100 кВ, можно сделать тележку с ионным реактивным двигателем. Такая тележка в 1961 году была сделана в Политехническом музее по чертежам инженера Л. М. Евневича. В годы Первой мировой войны ему приходилось налаживать завод по производству азотной кислоты из воздуха. Там применялись электродуговые установки, через которые пропускали воздух и получали окислы азота.

В ту пору Евневич наблюдал случай, когда при подаче повышенного напряжения прогнулась стенка аппарата из стали толщиной 50 мм, на которой были закреплены электроды. Это свидетельствовало о возникновении значительных сил.

В эксперименте Евневича эффект получался при сбегании электрических искр с дугообразных проволочных электродов, расположенных на тележке (рис. 5). Ток к ним подводился через колеса.

Сама тележка была сделана из оргстекла. Легкие колеса с желобками были выточены из магния Ток к тележке шел по проволочным рельсам, проложенным по доске, тщательно пропитанной лаком.

Странным образом идеи носятся в воздухе и приходят на ум одновременно многим. Евневич вскоре скончался, а вполне аналогичные ионные реактивные двигатели рельсового типа стали изучаться во многих странах.

Правда, тяга их и сегодня измеряется всего лишь сотнями граммов. Какие же эффекты вызвали те огромные силы, что наблюдал Евневич?

Вот на этой загадке мы и заканчиваем статью. Надеемся, среди наших читателей найдутся те, кто ее разгадает.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Встряхни и слушай дальше

Электропитание переносных радиоустройств заботит многих. Однако стоимость одноразовых элементов достаточно высока. Как тут не вспомнить об опыте радиолюбителей 30-х годов, которым приходилось самим изготавливать баночные наливные элементы. Использование их принципа в «карманных» транзисторных конструкциях вполне реально и сейчас.

Конструкция элементов весьма проста: содержит положительный угольный или медный и отрицательный цинковый электроды, погруженные в жидкий электролит. В его качестве могут применяться водные растворы кислот, щелочей, солей. Но соли предпочтительнее, поскольку не опасны. Подкупающая простотой конструкция имеет и недостаток – поляризацию положительного электрода. Это как осаждение на нем пузырьков водорода во время химической реакции. Слой пузырьков ограничивает протекание тока, нарушая работу радиоустройства. Обычно их удаляют химическим путем, окружая угольный электрод. Но удалить пузырьки можно и механически, например, встряхивая. Заметив падение громкости передачи, достаточно слегка встряхнуть радиоаппарат.

Для приемчика, работающего при напряжении порядка 1,5 В, достаточно иметь батарею из двух последовательно соединенных жидкостных элементов; ее конструктивная схема изображена на рисунке 1.

Блочный корпус можно изготовить из бруска органического стекла, в котором сверлятся два канала. Вместе с донцами они образуют два изолированных сосуда. В одном донце сверлятся отверстия под резиновые пробочки (от лекарств), в другом крепятся угольный электрод (от старого элемента типа 316) и также соосно с ним цилиндрик из цинковой пластинки.

Электролит наливается не полностью, с зазором, достаточным для взбалтывания. Воду для разведения электролита следует брать дистиллированную или из снежной «шубы» холодильника. Вид соли подберите экспериментально. Начинайте с поваренной.

Приемник, рассчитанный на работу с данной батарейкой, можно собрать по известной схеме, изображенной на рисунке 2.

Он имеет трехкаскадный усилитель на транзисторах VT1…VT3, используемый дважды одновременно. Во-первых, для усиления радиосигналов, воспринятых магнитной антенной WA1 и выбранных контуром LI, С1; во-вторых, для усиления сигналов звуковых частот, снятых с детектора VD1, СЗ. Этот сигнал вместе с постоянной составляющей продетектированного радиосигнала подается через резистор R3 на базу первого транзистора, создавая необходимое смещение и тем определяя режимы последующих транзисторов, связанных гальванически по постоянному току. Штекер микронаушника BF1 вставляется в гнездо X1, одновременно замыкая цели питания от батареи GB1.

Для сборки приемничка подойдут резисторы МЛТ-0,125, постоянные конденсаторы КЛС и переменный КП-180. Если решено ограничиться одной фиксированной настройкой, «переменник» заменяют постоянным конденсатором, емкость которого подбирается, и подстроечным керамическим типа КТ4-21 для точной настройки. Его максимальная емкость берется порядка 30 пкФ. Катушки магнитной антенны располагаются на стержне из феррита 400НН длиной порядка 60 мм и диаметром 8 мм. Намотка ведется проводом ПЭЛШО 0,12. У катушки L1 – 90 витков, у L2 – порядка 10 витков.

Нормальная работа приемника обеспечивается подбором сопротивления резистора R3. А вот с источником питания лучше поэкспериментировать на макете. Самодельный батарейный блок неплохо выполнить съемным – это позволит при благоприятных условиях использовать готовый «сухой» гальванический элемент LR6 или LR03. В свободном пространстве футляра можно расположить микронаушник ТМ-2, когда приемником не пользуются.

П.ЮРЬЕВ

Равнение на Солнце

Немалую пользу в сельской местности может принести даровая солнечная энергия. С ее участием легко нагревать воду для бытовых нужд, вырабатывать электроэнергию для питания радиоаппаратуры. Эффективность солнечных энергетических установок зависит от их ориентации относительно солнца.

Поскольку оно непрерывно совершает круговое движение, солнечные панели следует вращать синхронно с перемещением светила. Обычно солнцеприемник на вращающейся опоре поворачивают вслед за солнцем посредством маломощного электропривода, управляемого электронным автоматом слежения. Такая система может быть построена по схеме, изображенной на рисунке.

При этом автоматика должна приостанавливать «равнение на солнце», пока оно временно скрывается за облаками. Это предотвратит напрасное вращение, а затем долгий поиск появившегося светила.

С этой целью устройство слежения имеет два датчика солнечного света – фоторезисторы R3 и R7. Первый из них снабжается блендой с вертикальной щелью, что позволяет улавливать солнечный свет при нацеливании на светило, независимо от высоты его расположения. Второй датчик имеет круговой доступ солнечной радиации – он призван улавливать моменты ее значительного ослабления. Фоторезисторы включены в базовый делитель на транзисторах VT1, VT2; когда датчик освещен, его сопротивление мало – транзистор заперт. В это время с коллектора поступает сигнал высокого уровня на логический узел. Последний собран на микросхеме DD1, каждая из четырех ячеек выполняет логическую функцию типа 2И-НЕ.

Когда датчик R7 освещен, на вход 5 ячейки DD1.2 поступает сигнал высокого уровня. Если при этом датчик R3 затемнен, на вход 6 DD1.2 также поступает сигнал высокого уровня благодаря посредничеству ячейки DD1.1. В результате на выходах 10 и 11 ячеек DD1.3, DD1.4 появится сигнал высокого уровня, отпирающий составной транзистор VT3, VT4. Протекающий через обмотку реле К1 ток замкнет контакт реле и включит питание электропривода M1. Солнечная установка придет в движение, пока на фотодатчик R3 не попадет прямой солнечный свет. В результате все логические ячейки переключатся, заперев транзисторы VT3, VT4 и отключив питание привода M1.

Через некоторое время, когда солнце выйдет из контролируемого датчиком R3 сектора, привод будет включен снова, чтобы «догнать» солнечный диск. Первоначальная установка датчика R3 может производиться нажатием кнопки SB1 – ее замыкающий контакт имитирует отпирание транзистора VT4. Ну, а если солнышко спряталось за тучу, «затмившийся» датчик R7 создаст на входе 5 DD1.2 сигнал низкого уровня, что приведет к остановке привода до следующего просветления.

Таким образом, владелец солнечной установки может не отвлекаться от нужных дел – автоматика обеспечит эффективную работу солнечной установки без его участия.

В схеме нашего устройства имеются вспомогательные элементы, роль которых стоит пояснить. Так, диод VD1 предназначен для защиты транзисторов VT3 и VT4. Что же им может угрожать? Когда транзисторы запираются, происходит быстрый обрыв тока через обмотку реле К1. Эта обмотка имеет значительную индуктивность, которая накапливает электромагнитную энергию протекающего тока. Его отсечка приводит к многократному увеличению напряжения в цепи запертых транзисторов. Их переход коллектор-эмиттер может быть пробит. Перенапряжения не произойдет, если в момент запирания обеспечить беспрепятственное протекание остаточного тока через обмотку. Путь для него и создает обратно включенный диод. Таким образом, запасенная энергия плавно расходуется на создание тепловых потерь на сопротивлении обмотки, не приводя к опасным всплескам напряжения.

Роль переменных резисторов R2, R6 – установка чувствительности фотодатчиков. Ведь необходимо, чтобы датчик R7 четко различал уровни солнечного света при ясном небе и туче, скрывшей солнце. Датчику R3 полагается отличать попадающий на него прямой солнечный свет от общего светового фона.

Для сборки автомата подойдут резисторы МЛТ-0Д25..Д5 и СП-0,4. Электромагнитное реле должно надежно срабатывать при напряжении порядка 7–8 В, а возможности контакта должны отвечать напряжению и роду тока источника, питающего привод.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос-ответ

«Как обнаружить место повреждения электрошнура, не разрезая его?»

Костя Несмелов, 12 лет,

Мытищи

Советуем поступить таким образом: подключите шнур к исправному электроприбору – утюгу или чаи нику, а рядом поставьте включенный радиоприемник, настроенный на средневолновый диапазон. Взяв шнур в руки, постепенно перебирайте его от начала до конца. При прикосновении к месту разрыва в приемнике послышится треск. Здесь и режьте провод.

«Мы с подругой хотели бы сделать модные сегодня афрокосички. Но беспокоимся: не слишком ли трудно за ними ухаживать и какой длины должны быть волосы, чтобы прическа не выглядела кургузой».

Света Калашова, 15 лет,

г. Кострома

Проконсультировавшись у московского дизайнера, мы выяснили: прядей волос длиной 15–20 см вполне достаточно, чтобы вплести в них ленты, для которых очень популярны яркие цвета – синий, зеленый, песочный, красный…

Держаться такая прическа способна полгода. Но раз в месяц надо обязательно заходить в парикмахерскую доплетать или докрашивать искусственные пряди. Ухаживать за косичками очень просто. Можно мыть, не расплетая, шампунем, а потом аккуратно выжимать полотенцем.

Если косички надоедят, советуем сделать из них хвост или скрепить часть на макушке закаткой. И еще совет: когда соберетесь заплетать афрокосички, захватите с собой в парикмахерскую бутерброд, плейер и книжку. Процесс их создания весьма длительный.

Спешу поделиться

Что собаки выручают своих хозяев в беде – таких историй много. Читал я и о кошке, которая, почуяв ночью дым, разбудила мяуканьем хозяйку и тем ее спасла.

Но лягушка… Недавно я вычитал в зарубежной печати такую историю.

Одна семья из штата Миннесота однажды услышала у дверей дома кваканье. Хозяин открыл дверь, и в дом прыгнула окоченевшая от холода лягушка. Она прижилась и обрела имя Фрости-ледышка. Амфибия оказалась на удивление смышленой. Хорошо знала свое имя, прыгала на колени.

Хозяин часто брат Фрости на рыбалку на берег Миссисипи. И однажды там у хозяина неожиданно случился сердечный приступ. Фрости встревожилась и запрыгала к дому за подмогой.

…Через некоторое время хозяин вернулся из госпиталя, и первое, что он сделал, придя домой, наловил больших мух – любимое лакомство Фрости – и угостил свою любимицу.

«Я бывалый огородник и хочу поделиться опытом. При хранении моркови в погребе надо на полсантиметра срезать верхушку у каждого корнеплода. Тогда морковь не завянет, не прорастет и не пустит корешков. Еще лучше пересыпать ее сухой луковой шелухой.

Большая морока с хранением кочанов капусты. Перекормленная азотными удобрениями, она быстро покрывается черными точками, сильно плесневеет. Лучше сохраняются крупные кочаны. Температура в погребе не должна превышать плюс двух – минус четырех градусов. Уложите ее в пирамидки, кочерыжками вниз. А еще лучше подвесьте кочаны за кочерыжки. В подвалах капуста очень хорошо хранится в чистом и просушенном речном песке».

Степан Лукин Паромонов, агроном-пенсионер„

г. Переславль-Залесский

Подскажите

«Пишущую машинку трудно чистить изнутри – приходится орудовать практически на ощупь и вслепую. Фонарик просто не пролезает между рычагами. Подскажите, не придумано ли какое-нибудь приспособление для этих целей».

Паша Старостин, 14 лет,

г. Нижний Новгород

Да, придумано и, возможно, скоро появится в продаже. Это щеточное устройство светолучевого действия, а попросту говоря – светящаяся кисть.

Предназначена она не только для чистки пишущих машинок, но и настенных часов, швейных машин и других сложных механизмов. Внешне кисть ничем не отличается от традиционных, вот только волоски ее излучают свет, поскольку представляют собой синтетические световоды, подключенные к источнику света. Во время работы они не только выполняют роль ворсинок, но и создают осветительный венчик.

Кистью можно обрабатывать разные поверхности, светоиспускающие торцы волосков легко принимают любое положение даже на самом сложном рельефе. Светящаяся кисть, кстати, обещает стать незаменимым инструментом для археологов, геологов, антропологов…

* * *

Итоги конкурса «Лего» в журнале «Юный техник»

№ 11 за 1999 год

Правильный ответ: «В морское чудовище попадет ракета № 1».

Дорогие друзья, мы благодарим всех, кто принял участие в этом конкурсе «Лето».

Главный приз – конструктор «Лего-техник» – получает Станция юных техников со ст. Решоты Красноярского края.

Памятными сувенирами от фирмы «Лего» награждаются:

1. Волошенко Михаил из с. Утевка Самарской области.

2. Харитонов Анатолий из г. Тверь.

3. Левченко Евгений из г. Миасс Челябинской области.

4. Колдырин Сергей из п. Тоншаево Нижегородской области.

5. Яковлев Аркадий из г. Владивосток.

Поздравляем ребят и высылаем им призы.

* * *

ДАВНЫМ-ДАВНО

Многие современные дома похожи на огромные кристаллы горного хрусталя. В основе их прочный железобетонный каркас, несущий «начинку» дома – лестницы, перегородки, междуэтажные перекрытия. От внешнего же мира их отгораживают стены с огромными окнами. Со стороны кажется, что дом сплошь состоит из стекла.

Первым сооружением подобного типа был павильон на Всемирной выставке 1852 года в Лондоне (рис. 1).

Рис. 1

Автор проекта архитектор Пэкстон занимался строительством оранжерей, оттого и дом получился на них похожим (рис. 2).

Рис. 2

Павильон сразу же понравился всем. Здесь было много воздуха и света. Под огромным прозрачным куполом росли высокие деревья. Посетители называли его «хрустальным дворцом». Так Пакстон опередил время. Лишь в двадцатом столетии подобный стиль, названный «архитектурой свободы», распространился в США и Европе.

В это время появляется проект другого, полностью стеклянного, дома (рис. 3).

В нем все должно было бы быть из стекла. Наши привычные представления об этом материале – непрочном и хрупком – основаны на том, что в быту мы встречаемся с самыми дешевыми его сортами.

Между тем уже тогда умели делать стекло, впятеро превышающее по прочности бетон, вдвое – чугун. Несущие элементы и стены такого дома предполагалось сделать из пустотелых стеклянных блоков и кирпичей. Они прекрасно пропускают свет и отлично держат тепло. В сильный мороз стеклянные полы, покрытые слоем алюминия, согревает пропускаемый по ним электрический ток. Такой дом не боится огня. Даже мебель в нем могла бы быть стеклянной. Энтузиасты этого материала в те годы не исключали, что и ткань для одежды удастся делать из стекла.

Во многом они были правы. Однако производство стекла и любых изделий из него процесс дорогой, требующий высочайшей культуры труда. Потому и дом остался только на бумаге. Впрочем, дороговизна – категория отнюдь не вечная. Ведь в свою пору не каждый Цезарь мог позволить себе иметь графин, подобный тому, что стоит у нас на столе.