Текст книги "Юный техник, 2004 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ПОЛИГОН
Насос и солнце

Поливать сад или огород, таская воду ведрами из ближайшего водоема, – работа нелегкая. Но ее можно избежать, сделав насос, настолько простой по конструкции, что практически все его детали можно найти, как говорится, в хозяйстве. А чтобы лучше разобраться в его работе, предлагаем поставить простой эксперимент.

Возьмите прозрачную трубку, приладьте к ней тонкий шланг (рис. 1) и опустите в ведро с водой.

Если подуть в шланг, то видно, как по трубке побегут воздушные пузырьки и уровень воды в ней начнет повышаться. Немного старания, и пенящаяся вода потечет через край трубки.

Вот чем это объясняется. Давление жидкости на дне сосуда зависит от высоты ее столба и плотности. В трубке находится смесь воды и воздуха. Плотность ее меньше, чем у воды. Поэтому давление, которое она создает своим весом у нижнего конца трубки, меньше, чем давление, создаваемое в том же месте водой, находящейся в ведре. Разность этих давлений и поднимает воду.

На этом принципе работает простейшее водоподъемное устройство, названное эрлифт – воздушный лифт. Это труба, опущенная в пруд или в колодец, к нижнему отверстию которой подведен воздух. Наполненная воздушными пузырьками вода течет по трубе непрерывным потоком, не боясь даже засоров. Поэтому эрлифты применяют для очистки водоемов или добычи глины со дна.

Применяют эрлифты и химики. Ими перекачивают агрессивные жидкости, которые мгновенно разъедают детали любых насосов. Или, наоборот, жидкости столь чистые, что даже ничтожные химические примеси от материала самого насоса могут ее полностью испортить. В таких случаях трубки эрлифта делают иногда даже из кварца, подают в него не воздух, а гелий.

Используют эрлифты и в аквариумах. Специалисты обнаружили, что, если воду в них очищать от постоянно возникающих в ней вредных примесей, численность живности в них быстро растет.

Раньше воду прокачивали через специальный фильтр при помощи небольшого центробежного насоса. Но вода в аквариуме в некотором смысле «живая». В ней плавают нужные рыбам микроорганизмы, содержатся полезные вещества, и, главное, в ней не должно появляться ничего вредного для его обитателей. Поэтому лопастям насоса придают особо плавную форму, чтобы не повредить даже амебу, и делают их из особых, химически инертных материалов. Не удивительно, что такие насосы весьма дороги.

С эрлифтом все проще. Его делают из стеклянной трубки. Воздух подают в ее нижнюю часть обычным компрессором АК-1 через стандартный керамический распылитель. Давление регулируется до получения пузырьков диаметром около 1 мм, что обеспечивает максимальную производительность эрлифта.

Велика ли она? Компрессор АК-1, развивающий давление не более 0,08 атм, способен перекачать на высоту 120 мм 40 л воды в час. Для аквариума этого более чем достаточно. Да и для полива большого огорода полутонны воды в сутки, как говорится, хватит за глаза. Только воду для полива нужно поднимать не на сантиметры, а на метры. И это эрлифту по силам.

Высота подъема воды над поверхностью водоема составляет у эрлифта не более пятой части длины погруженной части трубы. Это означает, что для подъема, например, на высоту 2 м нужно иметь водоем, позволяющий опустить нижний конец трубы на 10 м.

Давление воды на этой глубине равно 1 атм. Поэтому, чтобы воздух попал в трубу эрлифта, его давление должно быть примерно на 0,1 атм выше. А чтобы еще преодолеть давление поднятого на 2 м над поверхностью пруда столба воды, нам нужно давление 1,3–1,5 атм. Получить его можно от компрессора старого холодильника.

И опять начните с эксперимента. Возьмите трубу (лучше всего пластиковую) диаметром 40–60 мм и длиною 2–3 м. На конце ее при помощи скотча закрепите шланг и проволочные упоры для установки трубы на дне пруда (рис. 2).

Подайте в нее воздух от педального автомобильного насоса – и немного поработайте им. Если эрлифт начнет засасывать со дна грязь, выберите для его установки другое место.

Компрессор следует установить на берегу поближе к эрлифту, чтобы шланг для подачи воздуха получился как можно короче. К трубе эрлифта присоедините обычный шланг для поливки огорода.

Но особенно интересна идея эрлифта, работающего на солнечной энергии. Изобретатели предложили немало таких конструкций.

Вот одна из них, самая простая, предназначенная для поливки сада (рис. 3).

Зачерненный металлический бак соединен трубкой со входом эрлифта. Под действием солнца воздух в баке нагревается, расширяется и пузырьки его, попадая в эрлифт, заставляют его работать. Казалось бы, все очень просто. Однако, как только весь воздух выйдет из бака, работа устройства сама собою прекратится. Чтобы ее возобновить, нужно наполнить бак свежим воздухом. Это делается при помощи дополнительных приспособлений. Когда эрлифт начинает свою работу, доставляемая им вода вначале собирается в специальной емкости с установленным в ней сифоном. Комбинация емкости и сифона – обычной изогнутой трубки – хоть и очень простое устройство, но прекрасно справляется.

Едва уровень воды в баке достигнет определенной отметки, как она потечет через сифон и будет течь до тех пор, пока не закончится. Но в сад эта вода попадает не сразу. Вначале ее пускают на охлаждение бака и находящегося в нем воздуха. В баке от этого резко снижается давление. Если не принять никаких мер, то он засосет внутрь всю воду, и устройство прекратит работу. От этого страхуют два клапана. Один из них поставлен в конце трубы, подающей воздух. Как только давление в баке падает, клапан автоматически закрывается.

Второй клапан стоит на баке. Давление, падая, заставляет его открыться, и бак наполняется свежим воздухом. После этого установка готова к следующему рабочему циклу. Дело – за солнцем.

Такая водоподъемная машина на солнечной энергии способна поднять воду лишь на 20–30 см. Но и она может быть крайне полезна, например, при выращивании в прудах рыбы.

Но изобретатели работают над солнечными эрлифтами, поднимающими воду на более значительную высоту. Вот одно из решений. У стенок бака, в мешке из эластичного материала, можно разместить легкокипящую жидкость, например, эфир или фреон (рис. 4).

Под лучами солнца она закипает. Пары ее создают большое давление и резко увеличивают объем эластичной емкости. Та вытесняет воздух из бака. Таким образом, создается давление в несколько атмосфер. После охлаждения бака водой жидкость конденсируется, мешок, в котором она находится, сжимается и в бак засасывается свежая порция воздуха.

Сейчас существуют лишь экспериментальные солнечные эрлифты, поднимающие воду на высоту до 5 м. Их широкому внедрению мешают свойства тех самых легкокипящих жидкостей, благодаря которым эрлифты работают. Эфир ядовит и легко воспламеняется. Фреон дорог и опасен для окружающей среды. Но подобные вещества нужны не только для эрлифтов, о которых пока знают немногие, но и для такой огромной отрасли промышленности, как холодильная техника. На это брошены огромные средства, и химики активно ищут новые легкокипящие жидкости и, конечно, найдут.

Т. МЕШКОВ

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
И пенье рыб, и шепот муравья

Суждение «нем как рыба» не верно. Стоит нам вооружиться электроникой, и мы услышим», как рыбы ведут «разговоры» на своем языке в диапазоне частот от 170 Гц до нескольких килогерц. Правда, передаются эти разговоры не только посредством звуков, но и при помощи электрических токов.

Конструкция «орудия лова» рыбьих сигналов изображена на рисунке 1.

Это дипольная антенна с парой разнесенных электродов из меди либо латуни, очищенных от окисной пленки до блеска. Толщина пластин порядка 1 мм, размеры 50x75 мм. Для открытых водоемов расстояние между электродами берется около 1,2 м, для экспериментов в аквариуме – 0,25 м. Электроды укреплены на планке из электроизоляционного материала, которую для удобства можно снабдить длинной рукоятью. Чтобы конструкцию случайно не утопить, нужно придать ей плавучесть.

К электродам припаиваются гибкие проводники с водонепроницаемой изоляцией, которые свяжут антенну с аппаратурой, расположенной над поверхностью воды. Водные обитатели – существа весьма осторожные, поэтому все манипуляции с антенной проводите без резких движений и шума, по возможности в затененных местах.

Аппаратура для прослушивания голосов водных обитателей снабжена чувствительным усилителем (рис. 2), собранным на интегральной микросхеме DA1, и рядом навесных элементов, которые обеспечивают ее нормальную работу.

Переменным резистором R3 можно регулировать уровень усиления принятого антенной сигнала. Трансформатор Т1 обеспечивает согласование антенны WA1, WA2 со входом 1 усилителя. Трансформатор присоединяется к ним посредством переключателя SA1. Выход усилителя (точки «а» и «с» на схеме) рассчитан на работу с нагрузкой, имеющей сопротивление не ниже 1 кОм. Поэтому, если у вас нет высокоомных наушников типа ТОН-2М, усилитель микросхемы дополните эмиттерным повторителем на транзисторе VT1, позволяющим пользоваться современными низкоомными телефонами от плейеров. Трансформатор Т1 – выходной от портативного радиоаппарата, включенный «задом наперед».

Возможно, лучшее согласование получится, если вместо штатной вторичной обмотки использовать дополнительную, состоящую из 20…25 витков провода, намотанного в зазорах магнитопровода поверх имеющихся обмоток.

При проведении первых испытаний, если позволяет прозрачность воды, антенну следует располагать как можно ближе к рыбам. В противном случае ваши действия будут сродни «ловле рыбки в мутной водице». Рыбы не отличаются разговорчивостью, чтобы уловить их голос, потребуется запастись терпением.

Возможности нашего прибора расширены благодаря электретному микрофону ВМ1, который может включаться переключателем SA1 вместо подводной антенны.

Микрофон предназначен для работы на воздухе, поэтому его нужно защитить от воды герметичным чехольчиком из пленки. Но этого мало. Звук прекрасно отражается от границы вода – воздух. Лишь тысячная часть его энергии может преодолеть ее и попасть в микрофон. (Именно поэтому мы с вами и не слышим подводные звуки.) Но, если промежуток между водной средой и микрофоном (пленка не в счет) заполнить, например, маслом, скорость звука в котором значительно больше, чем в воздухе, то отражение резко уменьшится. Поэтому стоит залить в чехольчик микрофона жидкое машинное или трансформаторное масло.

С помощью электроники можно услышать не только рыб, но и насекомых. Например, муравьев.

Микрофон лучше укрепить на конце достаточно длинного прута, чтобы поднести его близко к наблюдаемому сообществу. Весьма возможно, что ваше приближение вызовет некоторый переполох, который удастся заметить по изменению акустической картины, отражающей жизнедеятельность насекомых.

Поскольку прослушиванию через микрофон могут мешать посторонние шумы, полезно воспользоваться приставным рупором.

Ну а как обнаружить неслышимые инфразвуковые колебания, источниками которых могут быть представители животного мира, отголоски природных катаклизмов, а также техногенные явления?

Чтобы обнаружить подобные колебания, попробуем искусственно создать электрические колебания, частота которых близка к инфразвуковой. Их смешение в преобразователе частоты создаст так называемые биения, частота которых значительно ниже исходной. Если к ним подмешать монотонный звуковой сигнал, на выходе получим его модулированным биениями, которые легко распознать на слух. Это и будет признаком присутствия инфразвуков. Конечно, их придется «искать», подстраивая частоту опорных искусственных колебаний, как ищут интересующую радиостанцию в эфире. Воплотить идею позволят усилитель (рис. 2) и приставка (рис. 3).

На транзисторах VT2, VT3 построен вспомогательный инфразвуковой генератор приставки, частота которого может регулироваться в пределах 3…15 Гц переменным резистором R7. Уровень выходного сигнала можно изменять переменным резистором R13. На стабилитроне VD1 собран звуковой генератор «белого шума». Его колебания через вторичную обмотку трансформатора Е2 попадают вместе с искусственными инфразвуковыми колебаниями в эмиттерную цепь транзистора VT4, работающего преобразователем частоты. К базе VT4 подаются с точки «б» (рис. 2) воспринятые микрофоном ВМ1 и усиленные внешние инфразвуковые колебания. Возникающие биения коллекторного тока VT4 выделяются на нагрузке каскада R17 и через конденсатор С15 попадают на выходной усилительный каскад с транзистором VT1 (при этом перемычка между точками «б» и «с» должна быть отключена).

Прослушиваемый через телефон BF1 сигнал имеет характер свистящего шипения, напоминающего вой сирены. Описанный принцип, можно полагать, годится также для выявления ультразвуковых колебаний, если вспомогательный генератор, изображенный на рисунке 3, заменить более высокочастотным (18…20 кГц).

Объединяя устройства, схемы которых изображены на рисунках 2 и 3, в единую конструкцию, целесообразно сблокировать разрыв перемычки между точками «б», «с» с выключателем питания приставки.

Тем, кто пожелает воспроизвести описанную здесь «технику», пожелаем успехов в поисках интересных акустических сигналов. О том, что они бывают весьма эффективными, говорит случай, произошедший в окрестностях Ялты. Как-то к небольшой бухточке вдруг устремилось множество дельфинов, перед тем редко показывавшихся на поверхности. Дельфины образовали подобие хоровода, к которому от берега стремительно помчались моторные лодки. Ворвавшись в дельфиний круг, люди сбросили в море сети. Было ясно, что один из дельфинов обнаружил большое скопление рыбы и известил об этом на своем «языке» сородичей.

Ю.ПРОКОПЦЕВ

ДАВНЫМ-ДАВНО

В 1944 году в небе Германии появились более тысячи американских бомбардировщиков, получивших за очень мощное оборонительное вооружение прозвище «летающие крепости». Эти самолеты прикрывали друг друга огнем, и немецкие истребители оказались против них бессильны.

В ответ немцы начали ставить на свои самолеты батареи из 4–6 автоматических пушек калибром 20–30 мм, направленных стволами вверх. Внешне эти батареи напоминали орган, но почему-то получили название «Шраге музик» – джаз.

С таким вооружением быстрые немецкие истребители подбирались к летающим крепостям под брюхо и расстреливали с расстояния в сотни метров. При высоких скоростях летчик не мог точно управлять огнем, и «Шраге музик» запускал автомат, который фиксировал сигнал фотоэлемента, когда на него падала тень бомбардировщика. Так что «Шраге музик» можно назвать роботом. Так были сбиты десятки «летающих крепостей». Но американские летчики быстро приноровились к маневрам немцев, и «Шраге музик» потерял эффективность.

Тогда этот принцип немцы решили применить против наших танков: поскольку сверху их броня была тонка, танки решили поражать с воздуха. На штурмовики начали ставить короткие гладкоствольные пушки огромного для авиации калибра – 77 мм. Чтобы произвести выстрел вовремя, пришлось тоже применять автоматику, но действующую от датчика магнитного поля танка.

На полигоне самолеты успешно подбили несколько трофейных танков Т-34, однако в боевых условиях систему так и не испытали.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Где еще, кроме описанных случаев, можно использовать эрлифт?

2. «Вечная» батарейка работает за счет радиоактивного распада. А почему со временем перестает давать ток обычная батарейка?

3. Кто первым обратил внимание на то, что мышцы под действием электротока сокращаются. Когда это было?

Правильные ответы на вопросы

«ЮТ» № 3 – 2004 г.

1. Невидимка не будет отбрасывать тень. Лучи света пройдут сквозь него.

2. Фотон света, попавший в черную дыру, исчезнет, превратится в излучение.

3. Метеориты, после падения которых не находят в воронках ни камней, ни обломков, состоят изо льда.

* * *

Поздравляем Алексея Салминаиз Новосибирска с победой! Правильно и обстоятельно ответив на вопросы конкурса «ЮТ» № 3 – 2004 г., он получает приз – плоскую светящуюся клавиатуру для компьютера.

* * *

_{А почему?Как появился на свет… футбольный мяч? Почему деньги в разных странах называются по-разному? Кто совершил, вслед за Магелланом, второе в истории кругосветное плавание? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Тим и Бит, продолжая свое путешествие в мир памятных дат, на этот раз заглянут в гости к Алану Пинкертону, основателю знаменитого детективного агентства. А читателям журнала вместе с нашим корреспондентом предстоит совершить путешествие на далекие Айновы острова – самые западные острова России.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВША– В 60-х годах прошлого века в конструкторским бюро Миля был спроектирован вертолет В-12. В мире до сих пор нет аналогов этому двукрылому гиганту – абсолютному рекордсмену в грузоподъемности среди винтокрылых летательных аппаратов. Вы сможете по нашим эскизам собрать модель этой уникальной машины для своего «Музея на столе».}

_{– В конкурсе «Хотите стать изобретателем» – рассказываем о результатах соревнования идей.}

_{– Автомобиль на веслах – самый быстрый тренажер. Качай мышцы и ставь рекорды скорости!}

_{– Любители механики и электроники найдут в номере новые конструкции, а советы «Левши» помогут читателям решить домашние проблемы.}

* * *