Текст книги "Юный техник, 2010 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ
Вертушки и фонтаны

СОЛОМЕННАЯ ВЕРТУШКА

Приготовьте для опыта: острый нож, пробку или кусок дерева, сверло или шило, соломинки, прочные нитки, пластилин, воду.

Из большой пробки или из дерева выточите чашечку для воды. Просверлите в ее дне дырочку, в дырочке укрепите длинную соломинку. К концу А(см. рис.) пластилином или при помощи пробочки А ¹прикрепите поперечную соломинку. Посередине ее проколите дырочку, чтобы она сообщалась с вертикальной трубкой. Концы Бзалепите пластилином, а в двух противоположных сторонах горизонтальной соломинки проколите у концов два отверстия, соответствующих отверстиям двух ответвлений (соломинок по 2 см длиной), также приклеенных пластилином либо укрепленных при помощи пробочек ( Б ¹). Концы ответвлений срежьте наискось.

Чашечку подвесьте на трех нитках, как на рисунке, потом лейте в нее тонкой струйкой воду. Так как ответвления направлены в противоположные стороны, наша соломенная вертушка начнет вращаться в направлении стрелок.

Поскольку соломинки – непрочный материал, попробуйте заменить их тонкими металлическими трубками, которые можно сгибать. Конец металлической трубки Вможно срезать и загнуть язычком ( В ¹), тогда будет удобно подвесить вертушку. Хотите – подвесьте на нитке, хотите – на проволоке, так чтобы конструкция вращалась, а проволока оставалась неподвижной. Вместо двух горизонтальных трубок можно взять четыре. Концы их просто загните, чтобы избавиться от лишних скреплений.

ВЕРТУШКА-СИФОН

Приготовьте для опыта: широкую пробку, соломинки разного диаметра, пластилин, тарелку, консервную банку, стакан, воду, резиновую грушу.

Центральная соломинка пропущена через широкую пробку-поплавок. На этой соломинке укреплена другая, горизонтальная, такой же толщины, но закрытая с обоих концов. В горизонтальной соломинке сделана дырка, которая приходится как раз над отверстием вертикальной соломинки. Соломинки, отходящие книзу от горизонтальной – потоньше. Их отверстия тоже соединены с горизонтальной соломинкой. К нижним концам тонких соломинок пластилином прилеплены ответвления, направленные в противоположные стороны. Все другие скрепления тоже сделаны при помощи пластилина. Можно скрепить соломинки иначе, воткнув их концы в просверленные кусочки пробки (А ¹, Б ¹).

Как соединяются каналы соломинок, показано на рисунке.

Поставьте на тарелку консервную банку, на банку – стакан с водой и опустите на воду наш поплавок с соломинками. Если теперь с помощью резиновой груши отсосать немного воды из нижних концов соломинок, мы получим два сифона, которые будут непрерывно выкачивать воду из стакана. А так как ответвления от боковых соломинок направлены в противоположные стороны, вся плавучая конструкция начнет вращаться и не остановится до тех пор, пока горизонтальная соломинка не ляжет на края стакана. Если подливать в стакан воду, вертушка будет работать непрерывно.

Такую вертушку-сифон еще легче сделать из тонких металлических трубок, которые можно сгибать. Она изображена в правой части рисунка. В трубках следует немного приплюснуть отверстия, из которых вытекает вода, чтобы уменьшить ее расход.

ФОНТАН ИЗ СКОРЛУПЫ

Приготовьте для опыта: 3 яичные скорлупы, длинную широкую соломинку, соломинку 6–8 см длиной, пластилин, банку, воду, 2 пробки, мелкие металлические пуговицы, плотную бумагу, ножницы, картонный кружок.

Возьмите два яйца. Проткните в скорлупе по дырочке с каждого конца, выдуйте содержимое яиц. Соедините пустые скорлупы толстой соломинкой длиной 25 см так, чтобы она прошла сквозь верхнее яйцо и только чуть-чуть вошла в нижнее. Вторая соломинка, длипой 6–8 см, срезанная наискось, входит в верхнее отверстие верхнего яйца и пропущена в него почти до дна. Места скреплений тщательно залепите пластилином. Нижнее отверстие нижнего яйца оставьте свободным. Эта дырка больше других, ее диаметр – пол сантиметра.

Если предварительно наполнить верхнее яйцо водой, а затем, не выпуская из рук, погрузить всю конструкцию в банку с водой, вода сквозь свободное отверстие войдет в нижнюю скорлупку и под ее давлением из верхней скорлупки брызнет фонтан.

Теперь попробуйте немного изменить конструкцию.

Приладьте к верхней скорлупке водяную вертушку – пробку с тремя отверстиями, в которую снизу войдет соломинка из нижнего яйца, и с боков две горизонтальные соломинки с ответвлениями, направленными в противоположные стороны.

Не забудьте, кроме того, под верхнее яйцо подвести широкую пробку, а к верхней части нижнего яйца прикрепить пластилином чашечку из яичной скорлупки – для груза. Затем, перевернув аппарат вверх ногами, лейте в открытое отверстие нижнего яйца воду до тех пор, пока она не начнет вытекать из отверстий вертушки.

Снова переверните аппарат и насыпьте в чашечку мелкие металлические пуговицы. Теперь, погруженная в банку, наша конструкция будет плавать, держась в воде вертикально. Вода начнет вытекать из горизонтальных соломинок вертушки, и вся система будет вращаться, пока не вытечет вода из верхнего яйца.

Вырежьте из плотной бумаги фигурки двух всадников и приклейте их к вертушке – они будут стараться догнать друг друга.

Для того чтобы повторить опыт, нужно перевернуть аппарат, прикрыв пальцем отверстие нижнего яйца и картонным кружочком чашечку с грузом. Верхнее яйцо опять наполнится водой, и вернувшийся в обычное положение аппарат тотчас же начнет работать.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Экономичный звуковой усилитель

Один из главных параметров батарейной аппаратуры – это экономичность. В то же время подавляющее большинство промышленно выпускаемых портативных приемников, плееров и прочих устройств экономичностью вовсе не отличаются – их ток потребления при малой громкости достигает 20…30, а иногда и 50 мА при шести-, девятивольтовом питании. Надо заметить, что еще четверть века назад на экономичность приемников, например, обращали больше внимания и типовой ток потребления составлял 7…10 мА. Поскольку на промышленность, в том числе и японско-малайско-китайскую, надеяться нечего, целесообразно самим заняться конструированием экономичной аппаратуры, причем затраты на изготовление даже сложных устройств быстро окупаются экономией на батареях.

Главным потребителем тока питания в радиоприемнике является усилитель звуковой частоты, ведь радиочастотную часть можно сделать очень экономичной, используя современные высокочастотные транзисторы. Когда приемник громко работает, потребляемый ток значительно возрастает, и с этим приходится мириться, но обидно, что УЗЧ расходует батарейки и при молчании. Попробуйте уменьшить громкость до нуля и не выключить приемник – через несколько дней придется выкинуть батареи.

У плееров, проигрывателей и другой звуковоспроизводящей аппаратуры еще одним «прожорливым» потребителем оказывается мотор лентопротяжного механизма или дисковода, но сегодня мы эти вопросы рассматривать не будем, заметив только, что с развитием твердотельной памяти механические устройства совсем уйдут в небытие.

Итак, основы экономичности закладывает УЗЧ с малым током покоя. Какое же выбрать напряжение питания? Хуже всего, в пересчете цены батарей на час работы приемника, использовать питание от четырех-шести пальчиковых элементов (типа 316, LR6 или АА).

Трехвольтовое питание от двух элементов большой емкости обходится дешевле. Такое питание и было выбрано для данной конструкции. Собственно, разработка экономичного маломощного УЗЧ, используемого в самых различных конструкциях, растянулась у автора на многие годы. Выходной каскад на составных германиевых транзисторах (благо их все еще можно найти, причем, почти даром) оказался наилучшим и уже использовался в прежних разработках (см. например, «Синхродин СВ-диапазона». «Юный техник», 2002, № 6, с. 69–73). Малое напряжение открывания, всего 0,15 В, способствует уменьшению искажений типа «ступенька» и лучшему использованию и так небольшого напряжения питания. Усовершенствования коснулись, в основном, предварительных каскадов.

Схема УЗЧ приведена на рисунке.

Входной сигнал с регулятора громкости R1 поступает на затвор первого, полевого транзистора VT1, имеющего очень высокое входное сопротивление. Оно полезно по многим причинам, позволяя использовать высокоомные источники сигнала.

Работа диодного амплитудного детектора, например, заметно улучшается при повышении сопротивления нагрузки: коэффициент передачи и чувствительность увеличиваются, а искажения становятся меньше. Очень небольшой ток стока первого транзистора (порядка 30 мкА) создает на сопротивлении нагрузки R2 падение напряжения около 0,5 В, достаточное для открывания второго транзистора VT2, «раскачивающего» оконечный каскад. Ток коллектора VT2 составляет около 140 мкА, а амплитуда усиленного напряжения ЗЧ может достигать 1,5 В. Оно приложено ко входу составного эмиттерного повторителя, собранного на двух комплементарных парах германиевых транзисторов. Они усиливают только ток, амплитуда которого, отдаваемого в 8-омную нагрузку, может достигать 100 мА.

Режим выходного каскада близок к режиму класса Б, а это означает, что на положительной полуволне сигнала открывается только верхнее плечо (транзисторы VT3 и VT5), а на отрицательной полуволне – только нижнее (транзисторы VT4 и VT6). Небольшое начальное смещение (около 0,15 В), необходимое для уменьшения искажений типа «ступенька», получается за счет прямого падения напряжения на диодах VD1, VD2.

Стабилизация режима усилителя, а он, как видно из схемы, имеет непосредственную связь между каскадами, получается следующим образом: постоянное напряжение 1,5 В с выхода усилителя (средней точки выходного каскада) через резистор R4 подается на исток первого каскада и является его напряжением смещения, поскольку затвор, соединенный по постоянному току с общим проводом через регулятор громкости, имеет потенциал -1,5 В относительно истока. Случайное повышение, например, выходного напряжения приводит к закрыванию VT1. Вслед за ним закрывается и VT2, потенциал его коллектора понижается и заставляет выходное напряжение вернуться к прежнему уровню. Таким образом, получается 100 % ООС по постоянному току. Коэффициент ООС по переменному току значительно меньше благодаря цепочке R3C1, уменьшающей переменную составляющую переменного напряжения на истоке примерно в 10 раз.

Такое же значение имеет и коэффициент усиления по напряжению всего усилителя. Его можно установить, изменяя номинал резистора R3.

В усилителе имеется еще одна цепь обратной связи, положительной. Она получается при соединении правого (по схеме) вывода резистора R5 не с общим проводом, а с «горячим» выводом громкоговорителя ВА1. Коэффициент ПОС несколько меньше единицы, поскольку меньше единицы коэффициент передачи по напряжению выходного каскада, поэтому усилитель не самовозбуждается. ПОС значительно улучшает симметричность выходного напряжения, то есть уменьшает нелинейные искажения. Происходит это вот от чего: на положительной полуволне выходного напряжения транзисторы верхнего плеча выходного каскада VT3 и VT5 открываются хорошо, так как ток в базу VT3 задает открывающийся транзистор VT2. При отрицательной же полуволне этот транзистор закрывается, а базовый ток транзистора VT4 определяется резистором R5, уменьшать величину которого невыгодно из-за снижения экономичности усилителя. Присоединив резистор к выводу громкоговорителя, мы увеличиваем напряжение на нем, а следовательно, и открывающий ток транзистора VT4.

Такое включение иногда называют схемой «вольтодобавки».

О возможной замене деталей. Транзистор VT1 должен иметь напряжение отсечки около 1,5 В. Подойдут КП303А, КП303Б и КП303И. Можно попробовать поставить и транзисторы с изолированным затвором КП305 и КП307, но они дороже и дефицитнее. У остальных, биполярных, транзисторов желательно, чтобы коэффициент усиления по току В _стбыл не ниже 50…70.

Будет совсем хорошо, если транзисторы выходного каскада подобрать с примерно одинаковым В _ст. Пару с меньшим В _стлучше использовать в качестве VT5, VT6. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Динамическая головка ВА1 – типа 2ГД38 или ей подобная, с сопротивлением звуковой катушки 8 Ом. Желательно использовать головки с большой отдачей, невзирая на их размеры и мощность. Настоятельно рекомендуем поместить головку в деревянный корпус больших размеров – и громкость, и качество звука при этом значительно возрастут.

Налаживание усилителя начинают с проверки режима. Напряжение на выходе, в точке соединения коллекторов VT5, VT6, должно равняться половине напряжения питания, т. е. 1,5 В.

Его можно подкорректировать, подбирая сопротивление резистора R2. Если же сделать это не удается при изменении сопротивления в разумных пределах (скажем, от 10 до 27 кОм), то надо взять другой транзистор VT1. Транзисторы с большим напряжением отсечки дают и большее напряжение на выходе. Затем, включив миллиамперметр в цепь питания и подбирая число и тип включенных параллельно диодов VD1, VD2, устанавливают ток покоя усилителя, равный 1…1,5 мА. При подборе нельзя отключать сразу все диоды, потому что ток усилителя возрастет до недопустимо большой величины.

Подойдут любые маломощные германиевые диоды типов Д2,Д9, Д18, Д20, Д311, ГД507 и т. д.

В заключение, подав на вход усилителя звуковой сигнал и наблюдая напряжение на динамической головке осциллографом, убеждаются в симметричности ограничения при больших сигналах и отсутствии искажений типа «ступенька». Изготовленный автором усилитель имел следующие параметры:

– напряжение питания… 3 В;

– ток покоя… 1,3 мА;

– ток при максимальном сигнале… 30 мА;

– максимальная мощность неискаженного сигнала на нагрузке 8 Ом… 25 мВт;

– полоса воспроизводимых частот… 70 Гц – 20 кГц.

При необходимости расширить полосу частот в сторону нижних надо увеличить емкости оксидных конденсаторов C1, СЗ и С4. Ограничить полосу со стороны верхних частот можно, подбирая емкость конденсатора С2 в пределах 150…470 пФ.

В.ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Медики говорят, что клавиатура компьютера – настоящий рассадник микробов. Действительно ли это так? Как можно обеззаразить клавиатуру?

Наталья Самородкина,

г. Нижний Тагил

К сожалению, это правда. Недавно английский микробиолог Энтони Хилтон проверил на наличие микробов клавиши А(часто используемая в английских текстах буква) и Z(самая редкая буква) на клавиатурах 120 компьютеров Лондонского университета, где каждым из них пользуется в среднем не менее 20 студентов за день. Оказалось, что на клавишах Ав среднем по 150 бактерий, а на Z– 30. Преобладают стафилококки, но встречаются также кишечные палочки.

Вывод микробиолога: протирайте клавиши компьютера салфеткой, смоченной в обеззараживающем растворе или хотя бы в одеколоне, не облизывайте пальцы при работе на компьютере, не ешьте за работой и обязательно мойте руки после использования клавиатуры.

Слышал термин «длинная фотография». Не могли бы подсказать, что он означает?

Сергей Дорожкин,

г. Калининград

Впервые работы, выполненные в технике Long Photo, были показаны в нашей стране на выставке ФОТОФОРУМ-2009.

Long Photo («длинная фотография») – небольшой отрывок видео, снятый по правилам фотографического искусства. Такие видеофрагменты называют еще «оживающей картинкой». Сначала кажется, что перед вами обычная фотография. Но при длительном просмотре понимаешь, что это целый отрывок из жизни. «Длинные» снимки стали возможны после того, как фотоаппараты стали наделять функциями видеокамер.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Свой 60-летний юбилей нейлоновые чулки отпраздновали незаметно. Да и то сказать: большинство из них уже ушли на покой, замененные более практичными колготками. И никто из современных модниц даже не вспомнил, что в 1940 году только в первый день продажи было куплено 5 млн. пар нейлоновых чулок, причем очередь за ними занимали с ночи.

Еще меньше людей помнит, как вообще появились нейлоновые чулки, что такое нейлон и кому сказать спасибо за изобретение этого исключительного волокна.

А дело было так. В середине 20-х годов XX века главный химик компании DuPontЧарлз Стайн организовал экспериментальную лабораторию фундаментальных исследований. Среди ее сотрудников оказался и Уоллас Карозерс, химик-органик из Гарварда. Со своим помощником Доном Коффманом он перебрал более 80 комбинаций кислот и аминов с целью получить суперполимер. И вот, наконец, в 1934 году такой полимер был получен и… забракован.

Дело в том, что в качестве исходного сырья для его производства требовалось касторовое масло. Химики могли в один день извести весь годовой запас аптечной касторки. Поэтому исследования были продолжены.

В начале 1935 года Жерар Берше получил из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты сравнительно дешевый «полимер 66». Теперь новому материалу нужно было подобрать звучное торговое наименование. Из 350 вариантов поначалу было выбрано загадочное слово nuron. Потому решили, что лучше звучит nilon, и, наконец, стали называть nylon.

В 1938 году первые образцы нового волокна были продемонстрированы на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Поначалу из него делали лишь щетину для зубных щеток, пока кто-то не догадался использовать его для женских чулок, которые выглядели почти как шелковые, но стоили куда дешевле. Кроме того, из нейлона ныне делают рыболовные снасти и сети, плетут прочнейшие канаты, нейлоновые ткани используют как паруса для яхт и парашютные купола.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Какие есть способы разгона облаков?

2. Почему энергию на Земле не передают по микроволновому лучу?

3. Почему в опытах Тома Тита вертушка сифона вращается, когда вытекает вода из трубок? Увеличится или уменьшится скорость вращения, если концы трубок приплюснуть?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 10 – 2009 г.

1. Солнцелет способен взлетать на полюсе во время полярного дня. Полярной ночью летать он, конечно, не сможет.

2. Бетон на морозе замерзает, а не схватывается. Поэтому при бетонировании зимой бетон подогревают до положительных температур.

3. Считается, что белый цвет состоит из семи составляющих радуги.

* * *

Поздравляем с победой Эдуарда ВИТЬКОиз г. Ставрополя.

Близки были к победе Д. Дрюковиз г. Томска, М. Бахтиниз с. Елховка Самарской обл. и Азат Гарифуллиниз г. Альметьевска.

* * *

_{А почему?Растет ли на деревьях… молоко? Сколько слов помнят собаки? Когда и почему начали строить триумфальные арки? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем совершить путешествие в один из самых знаменитых и древних городов мира – Иерусалим.}

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

_{ЛЕВШАВ следующем номере журнала любители военной техники познакомятся с бронемашиной БТР-80А и с мобильной ракетной установкой «НОНА-СВК». Прочитав статью, вы много узнаете о современной броневой технике и сможете выклеить две бумажные модели этих машин для своего «Музея на столе».}

_{Самый легкий планер для тренировки молодых пилотов был разработан женщиной-конструктором Лидией Кочетковой еще в 1933 году. Об этом планере вы узнаете в рубрике «Полигон» и сможете построить уменьшенную модель ЛСК-2 для соревнований в спортивных залах.}

_{Любители электроники смастерят индикатор инфракрасного излучения, реагирующий на огонь. И конечно же, В. Красноухов заполнит ваш досуг новыми головоломками, а «Левша» предоставит несколько советов, полезных в повседневной жизни.}

* * *