Текст книги "Юный техник, 2008 № 10"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом номере «Патентного бюро» мы расскажем о способе мытья посуды, предложенном Верой Новиковойиз Москвы, о простом вертолете Василия Захароваиз Караганды и о двухэтажном легковом автомобиле Сергея Васильеваиз Смоленска.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1108

«Я ОЧЕНЬ ЛЮБЛЮ НАВОДИТЬ ЧИСТОТУ…

…А после того, как папа купил бытовой насос высокого давления, стала охотно мыть его машину, – пишет Вера Новикова из Москвы. – Оказалось, что струя насоса может сделать очень многое. Например, я легко отмыла запачканный голубями балкон. Однажды направила струю воды из насоса на миску, из которой ест пес Тришка, сторож наших гаражей. Миска засверкала неслыханной чистотой. Тут же попробовала помыть старую сковороду. Прекрасно отмылась!..»

Вера проделала множество экспериментов и научилась мыть любую посуду струей воды под высоким давлением. Для чего? Во-первых, чтобы с легкостью мыть то, что больше ничем отмыть нельзя. Например, закопченное дно кастрюли или сковородки. А копоть – это не только эстетика. Ее тепловое сопротивление в сотни раз выше, чем у металла. Тепло пламени не успевает полностью передаться сковороде или кастрюле, и расход газа возрастает чуть ли не вдвое. Но самое главное в том, что при таком мытье не нужно моющих средств.

Схема автоматической посудомоечной машины:

_{1– вращающаяся корзина для тарелок; 2– сопло и струя воды; 3– тарелка; 4– замкнутая камера.}

Еще в середине 1960 годов в нашей стране были произведены специальные исследования, показавшие, что даже после двенадцатого прополаскивания тарелки на ней остаются следы моющего средства. И в те времена врачи-гигиенисты запретили применять такие средства в детских садах и в общественном питании.

Сейчас моющие средства стали, конечно, несравненно лучше. Но в конечном итоге через канализацию они попадают в окружающую среду, и это ей совсем не на пользу. Мойка же посуды под высоким давлением производится чистой водой, а значит, никакого загрязнения окружающей среды не происходит. Для мытья посуды Вера разработала конструкцию, в которой можно менять даже угол подачи струи, чтобы можно было мыть как обычную, так и самую хрупкую посуду.

Экспертный совет принял решение выдать Вере Новиковой Авторское свидетельство.

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

ПОСТАВИТЬ НА ВЕРТОЛЕТ ВИНТ…

…с жестко закрепленными лопастями, как у самолета, невозможно. Малейший порыв ветра – и та лопасть, которая идет ему навстречу, увеличивает подъемную силу, а та, что уходит, – уменьшает, и вертолет с таким винтом переворачивается.

Поэтому каждая лопасть современного вертолета подвешена на системе хитроумных шарниров, позволяющей ей за один оборот совершить множество движений, похожих на взмах крыла, и тем самым уберечь машину от опрокидывания. Именно потому винт и особенно его втулка стали одним из самых сложных узлов машины.

Однако Василий Захаров из Караганды полагает, что на вертолете можно применять и винты с жесткими лопастями. Только поставить нужно не один винт, а сразу три или больше, причем у каждого должен быть свой мотор.

«Изменяя скорость вращения винтов, – пишет Василий, – мы можем избежать опрокидывания вертолета, а придав всей плоскости, в которой располагаются винты, некоторый наклон, получим тягу, необходимую для горизонтального полета».

Человек не сможет справиться с управлением системой винтов, утверждает Василий, и в помощь ему нужно дать автоматическое управление.

Аналогичный вертолет с четырьмя несущими винтами построил в 1923 г. в США профессор Петербургского университета Георгий Борисович Ботезат. Винты соединялись при помощи ременных передач с авиационным мотором мощностью 180 л.с. Оси несущих винтов его вертолета пересекались в точке, расположенной высоко над вертолетом. Это была как бы виртуальная точка подвеса, а вся машина (таковы уж законы механики) качалась относительно нее, как вполне реальный маятник. После случайного толчка или порыва ветра вертолет сначала отклонялся, а потом сам возвращался в прежнее положение.

Кроме того, лопасти винтов могли поворачиваться относительно продольной оси (изменять шаг) на один и тот же угол. Но для каждого винта это мог быть свой угол, который устанавливал пилот поворотом рукоятки управления. Подъемная сила при изменении шага винта изменялась, за счет этого вертолет мог изменять угол своего наклона и направление полета. Испытания машины прошли вполне успешно, и хотя денег для дальнейшего развития идеи у профессора не нашлось, его идея жива.

Взгляните на новейший английский беспилотный полицейский вертолет. У него четыре винта, каждый работает от своего электромотора. Шаг лопастей не меняется. Но на фотографии отчетливо видно, что оси вращения винтов сходятся где-то в одной точке над вертолетом. Очевидно, как и вертолет Г.Б. Ботезата, эта машина ведет себя подобно маятнику и тем самым сохраняет устойчивость.

Подъемная сила каждого из винтов может регулироваться изменением скорости вращения своего электромотора, что позволяет изменять направление полета машины. Система GPS на этом вертолете служит для определения места его положения.

Первый вертолет Г. Ботезата(1923 г.).

Современный четырехвинтовой беспилотный вертолет.

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

АВТОМОБИЛЬ ЗАНИМАЕТ НА УЛИЦЕ…

…много места, и это одна из причин возникновения пробок. Двухэтажный четырехместный легковой автомобиль, как считает Сергей Васильев из Смоленска, займет на проезжей части в два раза меньше места, чем обычный.

Вообще-то двухэтажные автомобили и даже автобусы пытались делать еще в 30 – 40-е годы прошлого века. Но когда скорости движения возросли, устойчивость таких машин на поворотах оказалась недостаточна. Двухэтажные автобусы стали делать шире обычных, а потом и вовсе от них почти везде отказались.

Автомобиль Сергея Васильева предельно узок. Ширина его 0,6–0,8 м. Люди сидят один за другим – двое внизу, двое наверху. Колес у автомобиля только два. Казалось бы, такая машина должна быть неустойчива. Но юный изобретатель нашел выход из положения. «Снизу моего автомобиля прочно закреплен тяжелый вращающийся маховик. Он, как волчок, постоянно сохраняет положение своей оси и не дает машине упасть, – пишет Сергей. – Поэтому моя машина, пока вращается маховик, будет устойчиво ехать или стоять, а люди по лесенке смогут спокойно залезть на ее второй этаж».

Да, такой автомобиль вполне возможен. Однако в конструкции Сергея Васильева не учтены некоторые тонкости поведения волчка или вращающегося маховика. Слегка толкните ось вращающегося волчка и посмотрите, что получится. Да, он не упадет. Но ось его начнет описывать конус. Чем быстрее волчок вращается, тем этот конус будет уже.

То же будет происходить и с автомобилем – любой толчок, и он потеряет управление. А при подъеме в гору автомобиль получит продольный наклон. Ось маховика наклонится, и на ней появится сила, которая потянет автомобиль вбок…

Из этих рассуждений следует, что жестко соединенный с корпусом автомобиля волчок применить нельзя. Однако можно использовать подвижно закрепленный волчок, наклоном оси которого можно управлять.

Двухколесный двухэтажный автомобиль Сергея Васильева:

_{1– лестница; 2– дверь на второй этаж; 3– мотор; 4– волчок-маховик.}

Впервые двухколесный автомобиль, получавший устойчивость от вращающегося маховика (гироскопа), построил в 1913 г. граф П.П. Шиловский. В работе ему помогали такие крупные знатоки теоретической механики, как Н.Е. Жуковский и И.В. Мещерский.

Двухколесный автомобиль (гирокар) Шиловского неторопливо ездил по улицам Лондона, имея на борту водителя и четырех пассажиров. Временами он останавливался, одни люди слезали, другие садились, но автомобиль лишь едва покачивался.

Устойчивость машины обеспечивал массивный гироскоп (см. рис.), закрепленный в шарнире, который позволял наклонять его вал вдоль продольной оси автомобиля. Наклон производил специальный механизм из двух тяжелых маятников, соединенных шнуром с зубчатым сектором.

Гироскопическое устройство автомобиля П.П. Шиловского.

Двухколесный гиромобиль П.П. Шиловскогона улицах Лондона (1913 г.).

Когда автомобиль «заваливался» вбок, маятники наклонялись и через шнур и систему шестерен разворачивали ось гироскопа. На гироскопе тотчас возникала боковая сила, которая устраняла наклон.

Двухэтажный автомобиль Сергея Васильева тоже можно выполнить в варианте гирокара. Скорее всего неудобство для пассажиров и сложность изготовления такой машины помешает ей появиться на свет. Тем не менее Экспертный совет Патентного бюро присудил Сергею Васильеву из Смоленска Почетный диплом за актуальность темы.

НАШ ДОМ
Персональные светляки

На сей раз речь у нас пойдет о вещи, необходимой в каждом доме. На языке профессионалов она называется «автономный источник освещения». Ну, а попросту, – фонарь, фонарик. Вот что нам рассказал об истории и сегодняшнем дне этого давнего изобретения человечества генеральный директор производственно-коммерческой фирмы «Экотон», базирующейся в г. Фрязино Московской области, кандидат технических наук Юрий Афанасьевич Зыкин.

Самым первым переносным источником освещения человечества можно считать факел. Поначалу факелом служила сухая горящая ветка, потом факелы стали готовить специально, наматывая на палку паклю или материю, которую обмакивали для лучшего горения в сырую нефть, животный жир или растительную смолу.

Факелы прожили долгую жизнь – с глубокой древности до Средневековья, когда их стали постепенно заменять свечами. А чтобы свеча во время ходьбы не гасла от случайного ветерка, ее стали помещать в своеобразный «домик».

Так появились первые фона ри. С появлением в XIX веке керосиновых ламп вскоре были изобретены и первые керосиновые фонари. А шахтеры стали использовать газовые фонари, работавшие на карбиде.

Продажа свеч в средневековой лавке.

Однако по-настоящему удобны переносные источники света стали после распространения электричества. Классический фонарик начала XX века выглядел так: футляр, в котором помещалась электрическая лампочка с рефлектором и батарейка или аккумулятор, который можно периодически подзаряжать. Такими фонарями пользовались не только обыватели, но и люди многих профессий. Путевые обходчики на железной дороге, геологи, пограничники, сотрудники МЧС и милиции, даже водолазы пользуются в своей работе электрическими фонарями. И редкий турист в походе может обойтись без фонаря.

Десятилетиями электрические фонари верой и правдой служили людям. Но в последнее время в их конструкции произошли значительные усовершенствования. Вместо лампочки накаливания теперь все чаще используют более экономные, но яркие светодиоды. А батарейки все чаще заменяют на кислотно-гелиевые и литий-ионные аккумуляторы.

– Такие аккумуляторы более емкие, чем, скажем, свинцовые. Например, профессиональный фонарь для железнодорожников может работать 96 часов, посылая световой луч на 50 м, – рассказал Юрий Александрович. – Причем он может работать и в дождь, поскольку имеет влагозащитный корпус. А для газовиков наши специалисты разработали взрывозащитные фонари. Для альпинистов, пограничников и людей многих других специальностей предназначены фонари в ударопрочном корпусе…

Так выглядят мощные аккумуляторные фонари для профессионалов.

Чтобы эффективнее направлять свет в нужную сторону, во всех фонарях обязательно используются отражатели. Причем некоторые из них имеют регулировку, позволяющую направлять свет либо широким пучком, либо узким концентрированным лучом.

Не вредно будет, если ваш фонарь будет иметь выключатель, позволяющий использовать его в мигающем режиме, как своего рода аварийный маяк.

Фонари на все случаи жизни. Их применяют как профессионалы, так и любители.

Изменились, как уже сказано, и сами источники света. Наряду с обычными лампочками накаливания сейчас все чаще применяют галогеновые. Их отличие в том, что в вакуумную колбу, окружающую спираль накаливания, добавлено некоторое количество паров галогеновых элементов. Казалось бы, отличие небольшое, однако на практике галогеновые светильники дают более яркий свет, а КПД лампочки заметно выше. Если раньше ее сравнивали с паровозом (КПД – 3–4 %), то теперь уже с тепловозом (КПД галогенового светильника доходит до 10–12 %).

Переносной светильник с батарейками или аккумуляторами может быть использован и как источник аварийного освещения в доме.

Светодиодный фонарик можно не только держать в руке, но и укрепить, например, на лбу или на каске. Это очень удобно, скажем, для спелеологов – любителей исследовать пещеры.

Следующий шаг – применение светодиодов вместо лампочек. Они ярче и в 10–12 раз экономичнее. Ресурс же светодиодов – 100 000 часов. (Для сравнения – обычная лампочка светит в лучшем случае сотни часов.)

Наконец, светодиоды миниатюрны, что позволяет вместо одной лампочки поставить сразу десяток светодиодов. Это не только увеличивает световой поток, но и повышает надежность работы фонаря. При выходе из строя одного или нескольких светодиодов остальные продолжат работать.

Так что если вы собрались купить себе новый фонарик, вот вам несколько полезных советов.

Не покупайте фонари на рынках, в переходах и в электричках. Обычно здесь продавцы продают дешевые изделия китайского производства, порой весьма красивые на вид, но очень ненадежные, а ремонту они не подлежат. В магазине же вам дадут хоть какую-то гарантию.

Перед покупкой подумайте, какой фонарик вам нужен – батарейный или аккумуляторный. Аккумуляторный хорош тем, что, периодически подзаряжая его от сети, вы можете надолго забыть о замене самого аккумулятора. Но если вы собрались в туристический поход, то лучше возьмите с собой фонарик на батарейках и сменные батарейки к нему. Они работают дольше, чем заряженные аккумуляторы.

Вместо фонаря с лампочкой накаливания, понятное дело, лучше использовать фонарики на светодиодах. Они компактнее, легче, экономичнее и надежнее.

Всегда кладите фонарик в одно и то же место в рюкзаке или в доме. Тогда вы всегда отыщете его даже в кромешной тьме, когда фонарь нужнее всего.

И последнее. Лучше купить фонарик в небьющемся пластиковом или металлическом влагозащитном корпусе. Кто знает, какая погода и какие приключения могут ожидать вас в путешествии. Да и дома вы вполне можете уронить фонарь в самый неподходящий момент.

А. ПЕТРОВ

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Полуавтоматический 9-мм пистолет Р7 был разработан в 1976 году для полицейских Западной Германии вместо пистолетов калибра 7,65 мм. И поначалу носил название PSP – Polizei Selbstlade-Pistole– «Полицейский самозарядный пистолет».

Поводом для переоснащения полиции стал террористический акт во время летних Олимпийских игр в Мюнхене в 1972 году, показавший, что полицейским нужно более мощное и удобное оружие.

Серийное производство Р7 было начато в 1979 году. Кроме немецкой полиции и спецподразделений, пистолет начали закупать другие страны. Позже пистолет Р7 получил несколько модификаций – Р7РТ8, Р7М13, Р7КЗ, Р7М10 и Р7М7. Пистолет Р7М13, отличавшийся от других двухрядным магазином емкостью в 13 патронов, был выпущен в 1982 году. Пистолет P7M13SD был выпущен в ограниченном количестве исключительно для немецких сил специального назначения.

Технические характеристики:

Калибр… 9x19 мм

Начальная скорость пули… 351 м/с

Вес без патронов… 850 г

Общая длина… 175 мм

Длина ствола… 105 мм

Емкость магазина… 13 патронов

Мотоциклы марки Apriliaвстречаются у нас в России гораздо реже, чем Yamahaили Honda, тем не менее, фирме уже более 50 лет. Небольшая мастерская, расположенная в 20 километрах от Венеции, поначалу выпускала велосипеды и мопеды, но потом занялась разработкой мотоциклов. Ее первый настоящий кроссовый мотоцикл был создан в 1974 году, а в 1977 году спортивные успехи сделали новую итальянскую марку широко известной.

Aprilia RSV1000R– это супербайк, выпускающийся фирмой с 2004 года и прославленный во многих гонках. Сейчас Apriliaзанимает четвертое место в мире и второе в Европе по производству мотоциклов и скутеров.

Технические характеристики:

Длина мотоцикла… 2,035 м

Ширина по рулю… 0,730 м

Высота по ветровому стеклу… 1,130 м

Высота сиденья… 0,810 м

Колесная база… 1,418 м

Объем двигателя… 997,62 см ³

Мощность двигателя… 143 л.с.

Максимальная скорость… 270 км/ч

Количество скоростей… 6

Тормоза… дисковые

Вес пустого мотоцикла… 189 кг

Емкость бака… 18 л

ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Букеты каменных цветов

Задолго до появления жизни существовали кристаллы – тела, способные питаться, расти, размножаться и вылечиваться при повреждениях. Многие ученые видели в кристаллах сходство с живыми существами и находили в живых существах сходство с кристаллами.

Минералы большей частью состоят из кристаллов, выросших из расплавленной магмы. Размеры их иногда поражают воображение. В огненной глубине Земли при громадных давлениях из обычного углерода вырастают кристаллы. Их мы называем алмазами. Но многие не менее красивые кристаллы растут в обычных водных растворах. И наряду с любителями выращивания цветов есть любители выращивания кристаллов.

Кристаллы обычно растут долго, но все зависит от размеров. Вот простой опыт. Нужен кусок стекла, микроскоп или очень сильная лупа. Приготовьте горячий насыщенный раствор поваренной соли и нанесите каплю его на стекло. В считаные минуты раствор остынет, и на ваших глазах как бы из ничего начнут появляться крохотные прозрачные кубики – кристаллы NaCl.

Почему же в чистом прозрачном растворе стали появляться кристаллы? Весь секрет в том, что горячая вода может «удержать» больше, чем холодная. Стоит ей остыть, и раствор становится, как говорят специалисты, пересыщенным. Лишняя соль начинает кристаллизироваться.

Для выращивания кристаллов необходима, прежде всего, кастрюля. Затем – литровая стеклянная банка и металлическая подставка для нее, широкогорлая пластмассовая банка с крышкой, а также термометр (20 – 100 °C). Имейте в виду, после ваших опытов готовить или хранить пищу в этой посуде нельзя.

Первые опыты по выращиванию кристаллов лучше всего начать с медного купороса. В 100 г воды при температуре 21 °C может раствориться 20 г этого вещества, а при 50 °C растворимость его возрастает до 34 г. Купорос образует красивые темно-синие кристаллы, содержащие воду (их формула CuS0 ₄∙5Н ₂0). При нормальной влажности в доме они могут храниться годами. В очень сухом климате кристаллы медного купороса обезвоживаются и покрываются светло-голубой пленкой. Любителям удается выращивать крупные кристаллы весом до 50 г. Для сравнения: вес одной чайной ложки медного купороса – 8,0 г.

Чтобы получить хороший кристалл правильной формы, следует готовить раствор из чистого вещества. Так, например, медный купорос для малярно-штукатурных работ, как правило, содержит примеси, которые не влияют на его основное назначение, но могут испортить нашу работу. Где же взять чистое вещество?

В цветочном магазине вы можете купить пачку медного купороса, содержащего всего лишь один процент примесей. Им и воспользуемся.

Насыпьте в банку приблизительно 320 г купороса, налейте 800 мл теплой кипяченой воды и размешайте пластмассовой ложкой. Если полного растворения не получилось, поставьте банку на металлическую подставку в кастрюлю с водой и нагрейте ее до 50 °C. Когда купорос растворится без остатка, любая пылинка может испортить вашу дальнейшую работу, поэтому банку следует закрыть крышкой, в середине которой проделано отверстие диаметром около 10 мм. Далее один конец тонкой капроновой лески закрепите на перекладине, а к другому привяжите стеклянную бусинку. Длина лески должна быть такой, чтобы бусинка не доставала до дна банки. Эту бусинку вы через отверстие опустите в банку, и на ней будут расти кристаллы. Для начала же опустите ее в теплый раствор и через несколько секунд выньте.

После испарения воды из раствора на бусинке останется множество мелких кристалликов. Через сутки в остывший раствор вы снова погрузите эту бусинку и уже оставите ее там надолго.

После этого должна пойти кристаллизация как на самой бусинке, так и на дне банки. (Нужно иметь в виду, что кристаллизация будет идти только в том случае, если раствор получился пересыщенным, если же кристаллизации нет, необходимо банку с раствором нагреть в кастрюле и растворить дополнительно еще порцию купороса.) После того как кристаллизация началась, раствору нужно дать постоять трое суток. За это время на дне сосуда полностью осядет в виде кристаллов избыток вещества. Раствор следует перелить в чистую банку, снова нагреть на водяной бане до 40 °C и лучше всего, как показывает опыт, добавить и растворить еще 1,5 чайной ложки купороса.

Из тех кристаллов, что образовались на дне банки и на бусинке, выберите для дальнейшего проращивания наиболее крупные и четкие. Далее их можно выращивать поодиночке. Для этого выбранный кристалл подсушите и приклейте к леске с перекладиной при помощи лака для ногтей. В некоторых случаях удобнее на той же леске сделать петлю, обмазать ее пластилином и вставить кристалл. В любом случае через несколько дней подвеска врастет в кристалл и станет незаметной.

Но есть и иной способ.

Можно выбрать несколько кристаллов, собрать их как бы в одно соцветие (друзу) и, укрепив при помощи лака на кусочке картона, выращивать на дне сосуда все сразу. Это дает наиболее впечатляющий результат. Разумеется, за «подопечными» необходимо наблюдать.

Иногда на большом кристалле появляются маленькие. Их нужно вовремя удалять. Раствор же нужно периодически, раз в 3–5 дней, сливать и вновь доводить до пересыщения, убрав из него растущие кристаллы. Затем их вновь помещают в еще теплый раствор.

Получив удачные достаточно крупные кристаллы, вы захотите попробовать свои силы на других веществах.

Кристалл медного купороса, длина около 7 см.

Интересные кристаллы дает поваренная соль – NaCl.

Ее для наших целей следует брать только столовую, высшего сорта. Крупнокристаллическая соль, применяемая для засолки рыбы и огурцов, содержит много примесей и для наших опытов нежелательна.

В отличие от многих других солей растворимость поваренной соли при повышении температуры раствора возрастает слабо. Поэтому ее кристаллы выращивают путем выпаривания раствора. При уменьшении объема воды за счет испарения наступает пересыщение и происходит рост кристаллов. Сначала растворяют как можно больше поваренной соли в теплой воде. Дают раствору отстояться и сливают в другую банку. На следующий день помещают в банку с раствором немного соли и в дальнейшем наблюдают за состоянием осадка. При полном растворении осадка раствор необходимо нагреть и добавить еще NaCl. После этого ждут, когда раствор по мере испарения станет пересыщенным и начнется рост кристаллов. Далее отбирают кристаллы для роста, как и в случае с медным купоросом.

В заключение мы приведем вам характеристики некоторых других веществ, пригодных для выращивания из них кристаллов в домашних условиях.

Никелевый купорос NiS0 ₄∙7Н ₂0

Растворимость в 100 г воды 43 г при 30 °C и 50 г при 5 °C. Раствор более вязкий, поэтому время кристаллизации увеличивается. Образует красивые призматические кристаллы изумрудно-зеленого цвета. Пересыщение – 2 чайные ложки на литр.

Магний сернокислый MgS0 ₄∙7Н ₂0

Растворимость в 100 г воды 36 г при 2 °C и 68 г при 100 °C. Образует прозрачные бесцветные кристаллы призматической формы. На воздухе быстро обезвоживается, приобретает молочно-белый цвет. Пересыщение – 2 чайные ложки на литр.

Калий двухромовокислый – К ₂Сr ₂0 ₇

Растворимость в 100 г воды 15 г при 25 С и 38 г при 50 °C. Образует кристаллы оранжево-красного цвета. В кристаллах обычно образуется много пустот, связанных друг с другом, поэтому по окончании выращивания кристаллы нужно хорошо осушить с помощью бумажной салфетки или фильтровальной бумаги. Можно вырастить крупные кристаллы. Допускает пересыщение в 1 чайную ложку, время кристаллизации 2 дня.

Б. ВАЙНТРУБ