Текст книги "Юный техник, 2007 № 05"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске мы расскажем о марсианском лазере Светланы Урмацкихиз Магнитогорска, реактивном двигателе Александра Николаеваиз села Ильинского Орловской области и о бестопливном двигателе А.Убайдинаиз г. Рубцовска Алтайского края.

Экспертный совет удостоил Авторского свидетельства Светлану УРМАЦКИХ из Магнитогорска. Почетным дипломом отмечена идея Александра НИКОЛАЕВА из села Ильинского Орловской области.

Авторское свидетельство № 1091

УСТАНОВИТЬ ЛАЗЕР НА ОРБИТЕ МАРСА…

…предлагает Светлана Урмацких из Магнитогорска. Он даст энергию для разгона и торможения космических кораблей, тепло и свет поселкам исследователей. Энергию для его работы даст солнце. Вот как возникла идея такого лазера.

Иногда, раз в 20–30 лет, мы наблюдаем на Марсе ослепительные вспышки, имеющие яркость атомного взрыва и длительность в десятки минут. Это вспышки-импульсы естественного лазера, самопроизвольно образующегося в атмосфере планеты. Его мощность, как считают ученые, достигает многих миллионов киловатт.

Светлана предложила создать в атмосфере Марса подобный лазер искусственно. Прежде чем объяснить, как он работает, вспомним, как устроен обычный газовый лазер. Он состоит из стеклянной трубки, наполненной активным газом, в торцах которой строго параллельно друг другу установлены два плоских зеркала. Одно из них отражает свет полностью, другое – лишь частично.

Излучение в таком лазере возникает под действием внешнего светового импульса. Он возбуждает молекулы активного газа, и некоторые из них начинают отдавать свою энергию в виде квантов излучения. Эти кванты попадают на зеркала и начинают отражаться то от одного, то от другого. Процесс продолжается многократно. Всякий раз, когда луч проходит сквозь газ, растет число молекул, отдающих свою энергию, и это увеличивает мощность луча. Избыток его энергии выходит через полупрозрачное зеркало.

А теперь вернемся к лазеру Светланы. Активной средой в нем послужит сама атмосфера Марса, состоящая, в основном, из углекислого газа. Его молекулы, возбужденные ультрафиолетовым излучением солнца, готовы отдавать кванты инфракрасного излучения. Для того чтобы этот процесс сделать достаточно интенсивным, необходимо установить два параллельных зеркала, как в обычном лазере. Но зеркала должны быть выставлены строго параллельно с точностью до десятой доли длины волны. Даже в обычном лазере длиною около 1 метра сделать это нелегко. Светлана же предлагает создать лазер длиной в… 1000 км.

При таких размерах, казалось бы, правильно настроить зеркала невозможно. Но Светлана нашла остроумное решение. Она предлагает заменить зеркала уголковыми отражателями.

Уголковый отражатель – это система из двух или четырех зеркал, расположенных под углом 45°. Любой луч, вошедший в отражатель, возвращается обратно параллельно самому себе. Лучи уголковых отражателей, установленных напротив друг друга, как бы их ни расположили, будут многократно пробегать между ними, оставаясь параллельными.

Таким образом, для создания лазерного процесса в атмосфере Марса достаточно расположить в ней на нужном расстоянии два уголковых отражателя. Установка же их на стационарной орбите, на высоте многих тысяч километров над поверхностью планеты, как предлагает Светлана, вряд ли целесообразна. Плотность атмосферы здесь в миллионы раз меньше, чем у поверхности, и мощность лазера будет ничтожна. Отражатели лучше установить на двух башнях высотою 1,5–2 км. При диаметре отражателей 100 м можно получить лазер с мощностью излучения 2500 киловатт.

Добавим, что идея Светланы с большим успехом могла бы осуществиться и на земле. Наш воздух в качестве активной среды для лазера не годится, но можно наполнить газом длинную прозрачную оболочку, а по торцам установить уголковые отражатели. Мощность таких лазеров, работающих от энергии солнца, может достигать тысяч киловатт на километр длины! Патентное бюро журнала «Юный техник» присуждает Светлане Урмацких Авторское свидетельство за новизну и остроумие идеи.

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ…

…способный повысить скорость ракеты в десятки раз, предлагает Александр Николаев из села Ильинского Орловской области.

Чем больше скорость струи, вытекающей из диздвигателя, тем больше скорость ракеты. У современных реактивных двигателей скорость истечения не превышает 4–5 км/с. Но существует явление, при котором получается струя со скоростью 40–50 км/с. Это – взрыв кумулятивного бронебойного снаряда. Если на его основе сделать реактивный двигатель, то удастся увеличить скорость ракет и во много раз уменьшить их массу, пишет Александр. И далее описывает устройство реактивного двигателя, использующего взрывы кумулятивных снарядов, – автоматическую пушку с очень прочным стволом (рис. 1).

В него подаются специальные облегченные кумулятивные снаряды, которые тут же и взрываются, а из ствола с огромной скоростью вытекают продукты их взрыва. Возникающая при этом сила реакции толкает ракету. Для того чтобы космонавты не ощущали тряски от периодически повторяющихся взрывов, ствол пушки установлен на гидравлическом амортизаторе.

Создать такой реактивный двигатель относительно несложно, но будет ли он настолько эффективен, как это полагает Александр?

Вспомним, как устроен кумулятивный снаряд (см. рис. 2).

В его взрывчатом веществе устроена выемка, покрытая слоем металла. При взрыве газы устремляются перпендикулярно поверхности выемки, частицы металла соударяются друг с другом и образуют мощную струю, направленную вдоль оси. Скорость ее, как сказано, огромна, в экспериментах она превышает 100 км/с.

Не только Александру, но и другим изобретателям приходила мысль создать на этой основе сверхэффективный реактивный двигатель, ведь если бы это удалось, стартовая масса ракеты для доставки на Луну груза в 1 т составляла бы всего 1200 кг. (Вспомним, масса современных ракет, доставляющих на Луну такой груз, превышает 300 т.) Не удивительно, что в 1956 году, когда один советский изобретатель предложил проект кумулятивного реактивного двигателя, его обсуждали в присутствии академиков на специальном заседании ЦК КПСС.

К сожалению, кумулятивный реактивный двигатель хоть и возможен, но реальная эффективность его очень мала. Высокие скорости при кумулятивном взрыве получаются только в результате перераспределения энергии между металлической облицовкой и взрывными газами. Газы большую часть своей энергии отдают частицам металла, а сами при этом получают совсем небольшую скорость. В результате, например, на несколько граммов металла, мчащихся со скоростью десятки км/с приходятся сотни граммов взрывных газов, имеющих скорость 200–300 м/с. Средняя скорость всех продуктов кумулятивного взрыва оказывается мала.

Общий импульс, толчок, создаваемый двигателем на основе кумулятивного взрыва, оказывается даже меньше, чем у реактивного двигателя обычной конструкции.

Таким образом, предложенная Александром пушка с кумулятивными боеприпасами, не сможет заменить классический реактивный двигатель. Однако жюри Патентного бюро присуждает ему почетный диплом за смелость идеи.

Разберемся не торопясь

АВТОМОБИЛЬ, НЕ НУЖДАЮЩИЙСЯ В БЕНЗИНЕ…

…предлагает А.Убайдин из г. Рубцовска Алтайского края (к сожалению, автор письма не указал своего имени). Цены на бензин резко возросли, поэтому многие начинают размышлять над альтернативными источниками энергии. Так, юный изобретатель предлагает использовать ветер. Но не то движение воздуха, которое подгоняет яхты и буера. Нет, А.Убайдин предложил использовать ветер, возникающий при движении самого автомобиля.

Представьте, впереди машины стоит электрогенератор с крыльчаткой, а создаваемый им электрический ток направляется к моторам, вращающим колеса. Такой автомобиль после небольшого толчка должен был бы двигаться даже при полном отсутствии ветра и, разумеется, без затрат топлива.

К сожалению, мощность воздушного потока, обтекающего крыльчатку, всегда будет меньше, чем мощность, затраченная автомобилем на преодоление сопротивления воздуха и трение качения колес. Самая же совершенная крыльчатка может снять не больше половины мощности протекающего через нее воздуха. Таким образом, она никак не восполнит затрат энергии на его движение.

А вообще силовая установка, работающая от ветра, который она сама же для себя создает, – это один из вариантов вечного двигателя, который, как это ни жаль, работать не может.

НАШ ДОМ
Наука на кухне

«Да какая здесь может быть наука? – возможно, спросите вы. – Чтобы сварить кашу, особого умения не надо…» И все-таки на кухне тоже есть свои хитрости…

Знаете ли вы, например, почему молоко в холодильнике не скисает дольше, чем вне его, а в открытой посуде – быстрее, чем в закрытой? Правильно, при пониженной температуре все реакции, в том числе и окисления, идут медленнее. А закрытая посуда препятствует проникновению в молоко разных бактерий из окружающей среды.

А почему в кастрюле с плотно закрытой крышкой любая еда варится быстрее?.. Существуют даже специальные кастрюли-скороварки, крышки которых герметично крепятся к кастрюле специальным запором, а пар может выходить из кастрюли лишь через специальный клапан…

Верно, дело в повышенном давлении, которое при кипении воды образуется под крышкой такой кастрюли. Увеличенное давление, в свою очередь, приводит к тому, что вода кипит при температуре выше 100 °C, а это ускоряет протекание физико-химических реакций приготовления пищи.

Кстати, чтобы, скажем, картошка сварилась быстрее, ее нужно порезать помельче, а вермишель при прочих равных условиях сварится быстрее макарон. Почему?..

А все потому, что чем мельче частицы продукта, тем больше площадь его соприкосновения с кипящей водой.

Еще одна кухонная тонкость. Хорошие хозяйки знают, что те же макароны надо варить в большой кастрюле со значительным количеством воды. Почему? При варке макароны выделяют некоторое количество крахмала. В горячей воде он превращается… правильно, в клейстер, который и начинает в тесной кастрюле склеивать макароны в единую, малоаппетитную массу. Учтите это на будущее.

А вот вам еще более трудный вопрос. Многие сейчас пекут картошку в микроволновой печи. Так почему она получается вкуснее, с хрустящей корочкой, если предварительно клубни натереть солью? А дело в том, что соль хорошо впитывает влагу. Она вбирает ее в себя из наружных слоев картофельного клубня, и он как бы слегка поджаривается, образуя корочку.

Иногда говорят, что приготовить яичницу способен даже круглый дурак. И все-таки: что будет, если на сковороду, перед тем как разбить яйца, не налить масла? Правильно, яичница намертво прилипнет к сковороде. Потому как в смазке нуждаются не только механизмы…

И наконец, еще один совет-наблюдение. Чтобы яйцо не лопнуло при варке, опытные хозяйки прокалывают скорлупу с тупого конца. Зачем? Оказывается, у тупого конца яичной скорлупы обычно располагается воздушная камера. Когда яйцо попадает в горячую воду, воздух при нагревании расширяется, и скорлупа может лопнуть. Отверстие же позволяет воздуху при повышении давления беспрепятственно выходить наружу; скорлупа остается целой.

Такая вот физика. Что же касается химии, то попробуйте сами ответить на вопрос, почему в сыром яйце белок и желток жидкие, а в вареном – твердые.

М. ДАРЧИЕВА

Кстати…

…Содержимое яйца с треснувшей скорлупой останется внутри, если такое яйцо варить в соленой воде. Почему?

Жареная, вареная и пареная пища усваивается желудком лучше, чем сырая. Почему? Что происходит с едой при тепловой обработке?..

Пища на пару практически никогда не подгорает. В чем тут дело?

Если на горячую сковороду с маслом попадут капли воды, сковорода начинает «плеваться». Почему?

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

В феврале 2007 г. реактивный самолет нового поколения Ан-148, созданный усилиями специалистов из 12 стран мира, доказал свое соответствие Авиационным правилам стран СНГ и Европы. В семейство АН-148 входят модели Ан-148-100А (пассажирский самолет малой дальности, рассчитанный на перевозку 70–80 пассажиров на дальность 2000–3000 км),

Ан-148-100В (70–80 пассажиров, дальность полета до 3600 км) и Ан-148-100Е (70–80 человек, дальность полета до 5000 км).

Самолет выполнен по схеме высокоплана с двигателями, размещенными на пилонах под крылом. Это позволяет повысить уровень защищенности двигателей и конструкции крыла от повреждений. Наличие вспомогательной силовой установки, бортовой системы регистрации состояния самолета, а также высокий уровень надежности систем позволяют использовать Ан-148-100 на слабо оснащенных технически аэродромах.

Техническая характеристика

( АН-148-100):

Размах крыльев… 28,91 м

Длина самолета… 29,13 м

Высота… 8,19 м

Мощность двигателя… 120 л.с.

Масса пустого самолета… 22,49 т

Максимальная взлетная… 37,78 т

Практический потолок… 12 500 м

Практическая дальность полета… 1070 км

Крейсерская скорость… 870 км/ч

Полезная нагрузка… до 9 т груза

Экипаж… 5 чел.

Фирма Hyundai Motor Company(название « Hyundai» переводится как «современность») была основана в декабре 1967 года. Ее первый партнер – британский Ford– передал корейцам технологии производства легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков. Плодотворное сотрудничество привело к образованию прочных связей между корейскими и британскими производителями.

Однако компания, не полагаясь на производство только иностранных моделей по лицензии, в начале 70-х годов начала разработку собственного легкового автомобиля. Это была модель Pony, немедленно завоевавшая популярность в Корее и сделавшая Hyundai Motor Companyлидером корейской автомобильной индустрии.

В России автобусы и грузовики Hyundaiизвестны менее, чем легковушки, но и в этом направлении ей тоже есть чем гордиться. В перечне моделей грузовиков значится более 40 модификаций, а в 2010 году фирма планирует выпустить первые модели грузовиков, работающие на водородном топливе.

Техническая характеристика:

Длина… 9, 025 м

Ширина… 2,495 м

Высота… 3,100 м

Снаряженная масса… 14,47 т

Максимальная масса… 41,6 т

Объем двигателя… 12 920 см ³

Мощность… 380 л.с.

Минимальный радиус поворота… 9,5 м

Объем топливного бака… 350 л

ПОЛИГОН
Как построить… птерозавра

Смотреть в палеонтологическом музее на скелеты и отпечатки древнейших животных очень интересно. Жаль только, что эти удивительные существа давно вымерли.

Впрочем, всего полвека назад у берегов Африки удалось поймать латимерию – рыбу, которая, как полагали, исчезла 300 миллионов лет назад. А в Египте найдены древние глиняные таблички со сценами охоты на плезиозавров. Получается, что они были живы еще совсем недавно, по историческим меркам – 3–4 тысячи лет назад. Так неужели не дожили до наших дней?

Когда первые европейские колонисты в конце XIX века занялись освоением Центральной Африки, им пришлось столкнуться с рассказами местного населения о встречах с загадочными существами. Первоначально эти истории относили к сказкам. Но когда местным жителям показали книги с изображениями вымерших животных, они, оставшись равнодушными ко многим созданиям, уверенно опознали стегозавров, плезиозавров, а также летающих ящеров – птерозавров.

Любопытно, что птерозавров видели в наши дни в небе Техаса, куда они залетали с территории Мексики. Отмечены даже случаи их нападения на людей. Правда, жертв не было.

А в начале 1980 года в окрестностях одного из техасских музеев пролетел огромный птерозавр с размахом крыльев около 7 метров. Он медленно помахивал крыльями, широко открывал пасть и издавал жуткие крики. Среди местных жителей началась паника. Но и здесь обошлось без жертв. А вечером газеты пояснили, что это было изделие знаменитого авиаконструктора П. Мак-Криди.

Модель птерозавра, сделанная в аэроклубе Сан-Франциско.

Вообще-то у всех летающих животных и у большинства самолетов есть хвост. Но хвосты бывают разные. Сделайте две простейшие бумажные модели и запустите их. Модель а порадует вас устойчивым прямолинейным полетом. Модель б, как ее ни регулируй, прямо летать не будет.

В сильно упрощенном виде это объясняется так.

В самолетах классической схемы (модель а) есть вертикальное хвостовое оперение, отнесенное далеко назад от крыла. При малейшем отклонении в направлении полета на нем возникают силы, стремящиеся вернуть модель в прежнее положение. Отклоняющие силы, как правило, значительны и возникают на крыле. Восстанавливающие силы, возникающие на вертикальном хвостовом оперении, напротив, малы. Но в самолетах классической схемы они приложены к длинному фюзеляжу, который работает как рычаг и с большой силой разворачивает крыло, «автоматически» устраняя отклонение в горизонтальной плоскости. Так обеспечивается путевая устойчивость.

Благодаря такому автоматизму многие самолеты классической схемы способны летать, даже если летчик бросит управление.

Сделаем из бумаги две простейших модели..

Те птицы, которым посчастливилось иметь длинные хвосты, например павлины, также пользуются этим эффектом. Но летают они плохо: длинный хвост создает дополнительное сопротивление. Вообще-то у всех птиц есть хвосты. Но чаще всего они у птиц короткие и служат в основном для управления при взлете и посадке.

Модель Мак-Криди имела каркас из углепластика, напоминающий формой скелет ящера. Он был обтянут синтетическими пленками на основе винила, фактура которых максимально имитирует внешний вид поверхности живых тканей. На этом сходство с птерозавром заканчивалось.

Модель, в отличие ящера, крыльями не махала, а совершала планирующий полет. Правда, ее крылья благодаря электромоторам могли поворачиваться в многочисленных суставах, но этим достигалось лишь управление полетом. Для того чтобы модель полетела, ее сбрасывали с самолета.

Аналогичную модель построили энтузиасты из аэроклуба в Сан-Франциско. Внешний вид ее выполнен с максимально возможной точностью. Но автопилота в распоряжении команды не оказалось, поэтому устойчивость модели обеспечивается при помощи обычного самолетного хвоста.

Однако все трудности, связанные с устойчивостью полета копии летающего ящера отпадут, если за прототип взять рамфоринха – ящера, имевшего хвост.

Рамфоринх– ящер с длинным хвостом.

Скелет этого ящера лучше сделать из бамбука. Но для этого нужны определенные навыки, да и материал высокого качества и без узелков. Поэтому используйте обычный шпон. На большой доске или плите ДСП начертите каркас в натуральную величину и набейте по линиям первый ряд тонких гвоздей. Затем расположите вдоль них полоски шпона, смазывая их клеем ПВА и скрепляя по ходу дела вторым рядом гвоздей. Так можно делать каркас переменной толщины. В отдельных, наиболее нагруженных, местах он может состоять из 5–6 слоев шпона. Однако для получения точной формы необходимо, чтобы нигде не было менее 2 слоев. После полного высыхания клея (6–8 часов) выньте гвозди и снимите готовый каркас.

Голову и тело ящера на этом каркасе можно сделать из ваты. Для этого обмотайте ею каркас в нужных местах, затем смажьте мучным клейстером и путем лепки придайте им форму. Когда клейстер высохнет, эти места следует покрасить нитроэмалью.

Самая сложная процедура изготовления рамфоринха – это обтяжка крыльев. Легкий материал с фактурой кожи ящера стоит дорого. На первых порах крылья можно обтянуть переливающейся пленкой для упаковки подарков. Ее наклейте при помощи клея «Момент». (Работать и сушить клей нужно на свежем воздухе!) Если на обтяжке получатся складки – не беда. Их можно разгладить и натянуть, подержав возле крыла электрический утюг или фен.

Регулировка модели сводится к подбору оптимального веса положения центра тяжести при помощи небольших грузов. Аэродинамическое качество ее, как и у американских моделей, будет невысоким – около 7. Это в 4–5 раз меньше, чем у модели планера. Но зато все увидят парящего в небе птерозавра. Вполне можете прославиться.

По такой технологии делаем ящеров.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Пусть микробы работают на нас

В «Юном технике» № 3 за 2003 год была опубликована статья «Зачем роботу мясо». Напомним вкратце.

Кусочки сахара или мяса закладывают в реактор, где особые микроорганизмы превращают их в метан и водород. Полученные газы служат источником энергии для топливного элемента, а уж он дает необходимое моторам робота электричество. Между тем, микробы могут давать электроэнергию, что называется, напрямую.

Вот описание гальванического элемента, в котором работают микроорганизмы, пищей для которых могут служить отруби или, если их нет, хлопья «Геркулес».

Насыпьте в баночку от сыра столовую ложку «Геркулеса» и залейте водой. Затем опустите в нее пластину из оцинкованного железа и пластину из меди. Площадь пластин должна быть не менее 3—10 см ².

Через некоторое время содержимое банки начнет бродить под действием случайно попавших микроорганизмов. (Если процесс затянется, добавьте в смесь кислого молока.) Рано или поздно среда в сосуде станет кислой. Кислота начнет действовать на цинк, и ваше устройство превратится в гальванический элемент с ЭДС 1,3–1,5 В.

Элемент маломощен, его внутреннее сопротивление достаточно велико, поэтому удобнее измерять его напряжение при помощи высокоомного вольтметра, например, цифрового.

Другое дело – если собрать несколько таких элементов в батарею. Электроды при помощи винтов закрепите в их крышках. Крышки при этом должны прочно держаться на закраинах баночки, но в них обязательно должно быть несколько отверстий общей площадью не менее 3–5 см ², через них будет проходить воздух, необходимый для дыхания микроорганизмов.

У обычных гальванических элементов электролитом служат растворы солей. Они разъедают цинковые пластины как при работе, так и в паузах.

Наш элемент в некотором смысле живой, он регулируется автоматически. В паузах, когда тока нет, микроорганизмы как бы спят. Но лишь замкнется внешняя цепь и появится ток, у микробов усилится «аппетит», они начнут питаться и вырабатывать кислоту.

Работу элемента можно значительно улучшить, если ухаживать за вашими работниками – вводить в их рацион дополнительно соль, сахар, витамины. Добавим к этому, что применяемые в батарее микроорганизмы и все продукты их жизнедеятельности абсолютно безвредны.

А. ИЛЬИН,  Ю. ПРОКОПЦЕВ