Текст книги "Юный техник, 2007 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

Сегодня у нас в гостях Клуб юных изобретателей из г. Сосновый Бор Ленинградской области. Мы расскажем о способе борьбы с гололедом восьмиклассника Владимира Клюеваи дорожном катке шестиклассницы Марии Левиной. Экспертный совет присудил обоим авторам свидетельства Патентного бюро «ЮТ».

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1093

БОРОТЬСЯ СО ЛЬДОМ НА ДОРОГАХ…

…при помощи холода предлагает Владимир Клюев из средней школы № 2 г. Сосновый Бор.

Движение по обледеневшей дороге грозит катастрофами. Эту проблему пытались решить многие поколения изобретателей. Чаще всего они пытаются усилить сцепление колес со льдом. Колеса оснащают шипами, надевают на них специальные цепи, меняют рисунок протектора. Но все эти предложения, увы, почти не дают результатов. Шипы и цепи, а вместе с ними и шины с самым замысловатым рисунком легко покрываются льдом. В результате тормозной путь автомобиля порою возрастает до километра и более.

Иногда изобретатели предлагают бороться со льдом. Его скалывают, соскребают. Но это медленный трудоемкий процесс, требующий специальных машин. Да и сами эти машины легко обрастают льдом, становятся неработоспособными.

Удаление льда при помощи огня требует огромного расхода топлива. Растворять его химическими реагентами вредно для окружающей среды, для кустов и деревьев у дороги. К тому же химия портит резину колес, подошвы ботинок и, как недавно выяснилось, способна даже замыкать провода троллейбусных линий.

Владимир Клюев предлагает не устранять лед с дороги, а всего лишь намерен сделать его менее скользким при помощи… холода.

Для этого на специальный автомобиль ставится мощный источник холодного воздуха – вихревая труба. Говорить здесь о физических принципах ее работы мы не будем. Чисто же внешне она действует так.

К вихревой трубе подводится сжатый воздух от стоящего на автомобиле компрессора. Пройдя по ней, он разделяется на два потока. Один очень холодный – с температурой до минус 60 °C и ниже, а другой – горячий. Холодный поток Владимир и направляет на обледенелую дорогу.

Как это ни странно звучит, но лед в принципе материал совсем не скользкий. Таким он становится в моменты разгона и торможения автомобилей, когда трение шин заставляет лед таять. Сильное же охлаждение помешает появляться пленке воды.

Но Владимир идет дальше. В потоке холодного воздуха он предлагает распылять воду. Ее капли, застывая, будут примерзать ко льду дороги, делая его шероховатым.

Долго такой лед не продержится. Но, развивая идею Володи, можно, наверное, предположить, что удастся создавать компактные генераторы холода, которые позволят машинам самим настилать себе надежную дорогу изо льда.

Экспертный совет присуждает Владимиру Клюеву авторское свидетельство за метод борьбы со скольжением на обледеневшей дороге при помощи источника холода на борту автомобиля.

Автомобиль покрывает обледеневшую дорогу шершавым слоем ледяной крупы, и она перестает быть скользкой.

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 1094

ДОРОЖНЫЙ КАТОК…

…это тяжелая и медленная машина. Казалось бы, иной она быть не может. Чтобы плотно уложить асфальт, его нужно сильно трамбовать, а значит, необходима большая масса. Шестиклассница Маша Левина из Кракольской муниципальной школы г. Кингисепп с этим согласна. Но…

Допустим, нам для работы нужен тяжелый каток, рассуждает Маша, но зачем его целиком отливать из чугуна? Сделаем его пустотелым, а для получения необходимого веса наполним водой. Работу закончили – воду слили, и снова наш каток легкий, и его без труда можно перевезти на другое место.

Маша совершенно права, но, к сожалению, такое решение давно известно. На фото вы видите ручной садовый каток с водяным наполнением, выпускавшийся в 20-е годы прошлого века. Но с другим решением Маше повезло больше. Для увеличения силы давления машины на асфальт она предлагает установить под катком своеобразную присоску – сосуд с эластичными стенками, из которого специальный вентилятор на борту машины откачивает воздух. С каждого квадратного метра такого устройства можно получить силу 8 – 10 т. А чтобы присоска не мешала движению катка, Маша установила на нее вибратор, который на какие-то мгновения отрывает ее от асфальта и дает машине возможность двигаться.

Ручной садовый каток образца 1929 года перед работой наполняли водой, и вес возрастал во много раз.

На перегонах дорожный каток Маши Левинойочень легок. Во время работы включается насос, и мощная присоска с огромной силой вдавливает его в асфальт. На присоске смонтирован вибратор, что бы каток мог двигаться по дороге.

Стоит сказать, что изобретателям такой технический прием известен, но устанавливать вибраторы на обычные дорожные катки опасаются: от вибрации машина быстро выйдет из строя, да и для человека она очень опасна.

Совсем иное дело – дорожный каток Маши Левиной. Вибратор стоит на присоске, и все силы вибрации через нее полностью замыкаются на землю и ни машине, ни человеку практически не передаются. А асфальту вибрация только на пользу: дорожное полотно становится прочнее. За изящное решение Экспертный совет ПБ присуждает Маше Левиной авторское свидетельство.

НАШ ДОМ
Крепите скобами

Прошли уже те времена, когда при ремонте в доме можно было обойтись молотком и гвоздями, отверткой и шурупами. Ныне на рынке предлагается достаточно большой выбор крепежных изделий и инструмента для работы с ними.

Сегодня мы поговорим о скобах и скобозабивателях.

Допустим, вы собрались обновить мебельную обивку. Прежде чем приступить к работам, не помешает запастись степлером – молотком и обойными гвоздями работать уже не современно.

Степлером называется инструмент, которым забивают скобы, гвозди в дерево и ДСП. Самый простой вид степлера – канцелярский; он скрепляет скобами бумажные листы. Однако обить мебель, скрепить между собой листы фанеры, пригвоздить к стенам драпировку или даже электропроводку – это тоже работа для степлера, только строительного. Работать им намного удобнее, чем молотком, а обивка, прикрепленная скобами, держится на той же мебели прочнее.

Поимейте в виду, что степлеры бывают трех видов – механические, пневматические и электрические. Механические – самые простые и дешевые. Тем не менее, они показывают неплохие результаты при работе с древесиной. Единственный их недостаток – при долгой работе устает рука.

При покупке степлера обратите внимание на наличие некоторых полезных мелочей, например, резиновой вставки на рукоятке, снижающей ударную нагрузку на руку, а также специального окошка, через которое можно увидеть, сколько скоб осталось в магазине.

Пневматический и электрический степлеры используются чаще всего профессионалами. Они стоят дороже, но позволяют в короткий срок выполнить больший объем работ, не уставая.

На российском рынке степлеры чаще всего представлены фирмами ARROW (США), BОSCH (Германия), FIT (Китай). Цены на механические модели – от 200 до 4500 руб.; пневматические и электрические стоят от 1,6 до 50 тыс. руб.

Скрепить между собой декоративные панели или даже твердоволоконные плиты можно еще и скобозабивателем. Так называется тот же степлер, только еще более мощный, предназначенный для забивания более толстых скоб в прочные материалы. И размеры у него, соответственно, тоже побольше.

Скобозабиватели, опять-таки, бывают механические и электрические. Самый простой – ударный скобозабиватель, по принципу действия напоминающий молоток. Им нужно стукнуть по скобе, и та войдет в материал. Впрочем, удобнее работать скобозабивателем с ручкой, который срабатывает при надавливании на нее.

Еще совершеннее электрические приборы, имеющие регулировки как силы удара по скобе, так и их частоты. Причем датчик глубины проникновения показывает, когда скоба забита до конца.

Последние модели оснащены также индикатором запаса скоб, имеют резиновые подставки, благодаря которым не образуются вмятины на материале. Выпускают подобные устройства в основном фирмы США и ФРГ. Ручные скобозабиватели стоят от 200 до 3000 руб., электрические – в пределах 1,5–5 тыс. руб.

Работать скобозабивателем удобнее, чем молотком.

Наконец, пару слов о скобах. Они бывают матрасные, упаковочные, мебельные… Используют при ремонте и специальные гвозди – кассетные и барабанные. Их длина варьируется от 4 до 40 мм, толщина – от 0,7 до 1,65 мм. Длинные скобы применяют для соединения тяжелого материала; для легкого, например, картона лучше использовать короткие и толстые – лучше будут держать.

Кроме того, покупая скобы, не забывайте, что оцинкованные или из нержавеющей стали хороши для применения при наружных работах; они не ржавеют. Обратите внимание при покупке, аккуратно ли скобы соединены в стапель, хорошо ли заточены.

Цены тут таковы: тонкие и короткие скобы стоят 5 – 80 руб. за 1000 штук, толстые и широкие – 110 – 2200 руб.

В обзоре использованы материалы Международной специализированной выставки «Крепеж-07»

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Пистолет-пулемет МР-9 является модификацией австрийского пистолета-пулемета ТМР фирмы Steyr, выпуск которого был прекращен, практически не начавшись. В настоящее время МР-9 закуплен и используется рядом подразделений швейцарской полиции. По размерам и весу МР-9 лишь незначительно превосходит пистолеты Beretta 93Rили Glock 18, но по характеристикам не уступает другим пистолетам-пулеметам.

Все механизмы МР-9 смонтированы в прочном пластиковом корпусе, надежно защищающем их от повреждений и засорения; рукоятка взведения затвора находится в тыльной части корпуса и не движется при стрельбе. Режимы огня переключаются кнопкой на рукоятке. Штатный прицел – оптический, полностью регулируемый.

МР-9 имеет легкий и прочный складной пластиковый приклад и дополнительную переднюю рукоятку для удержания оружия двумя руками. Питание МР-9 осуществляется из двухрядных прозрачных пластиковых магазинов различной емкости.

Техническая характеристика:

Калибр… 9x19 mm Luger/Para

Вес без магазина и аксессуаров… 1400 г

Длина ствола… 130 мм

Длина:

со сложенным прикладом…303 мм

с раскрытым прикладом… 523 мм

Скорострельность… 900 выстр. в мин.

Эффективная дальность… до 100 м

Емкость магазина… до 30 патронов

Новый Fiat 500– один из самых загадочных автомобилей 2007 года. Хотя автомобиль уже готов, о нем известно немногое. Немногие фотографии, на которых он изображен, заставляют вспомнить старый, «горбатый» «Запорожец». Но итальянцы помнят, что впервые Fiat 500появился в 1957 году, сменив любимый многими Fiat Topolino(«тополино» по-итальянски – мышь). Так что модель встретили как старого друга. А если учесть, что в тесноте улиц итальянских городов легче двигаться на хэтчбэке, чем на лимузине, можно не удивляться, что пробная партия в 500 Fiat 500была раскуплена через Интернет менее чем за 2 часа.

Сейчас итальянцы, да и весь мир, с нетерпением ждут официальной премьеры спортивной версии Fiat 500 Abarth, обещанной лишь к середине года.

Техническая характеристика:

Кузов… хэтчбэк

Количество дверей… 3

Длина… 3,55 м

Ширина… 1,65 м

Высота… 1,49 м

База… 2,30 м

Масса… 555 кг

Объем двигателя… 499,5 см ³

Количество цилиндров… 2

Коробка передач… ручная

Максимальная скорость… 95 км/ч

ПОЛИГОН
Загадка мадам Муше, или Можно ли ходить по потолку?

Некоторые цирковые номера остаются неразгаданными десятки и сотни лет. Вот, например, один из них.

В самом начале 1900-х годов в цирке показывала свое искусство «женщина-муха». Она летала, садилась на стены и, что, пожалуй, удивляло больше всего, проворно ходила по потолку. Со временем слава артистки сошла на нет, а секрет хождения по потолку так и остался секретом.

В чем же он мог заключаться? Поскольку артистка называла себя женщиной-мухой и даже выбрала себе сценическое имя мадам Муше – от французского lа mouche– муха, то о мухах и поговорим.

На микрофотографии лапки мухи ученые разглядели два крохотных «язычка», которыми она удерживается на поверхности. Если лапки промыть органическим растворителем, то муха на время теряет свою способность держаться на потолке. Ученые полагают, что на поверхности язычков выделяется слой клейкого полимера. Он-то и удерживает ее лапки.

Могла ли мадам Муше пользоваться каким-то подобным способом?

Сравним размеры и массы. Допустим, что пропорции, а также плотность тела мухи и человека одинаковы. Тогда масса мадам Муше будет примерно в 14 000 раз больше, чем у мухи. Соответственно и площадь ее ног должна увеличиться во столько же раз. В итоге с учетом размеров лапок мухи получаем, что загадочную даму могла бы удерживать на потолке смазанная клейким веществом мушиных лапок поверхность площадью всего лишь 100–140 см ². Это площадь всего лишь одной подошвы ботинка. Получается, что мадам Муше в принципе могла при помощи какого-то клейкого вещества держаться на потолке. Найти такое вещество трудно, но это полдела. Приклеиться к потолку – это еще не значит ходить по нему. Для ходьбы нужно ноги переставлять, а значит, поочередно приклеивать одну ногу и отклеивать другую.

У настоящей мухи шесть лапок. Отрывая от потолка одну, она держится на пяти других. Но мадам Муше, увы, была вынуждена обходиться только двумя… И был велик риск, что при отрыве от потолка одной ноги может отклеиться и другая. К тому же при многократном отклеивании клейкое вещество электризуется. Если разматывать ленту скотча в полной темноте, можно увидеть множество искр длиной до 5 см, что свидетельствует о напряжении в несколько тысяч вольт.

Одним словом, проблем с хождением по потолку чисто мушиным способом немало. Но мадам могла воспользоваться и другим способом – способом ящериц-гекконов и лягушек-квакш.

С квакшами все понятно, на пальцах у них присоски, похожие на те, что применяются в игрушечных стрелах, прилипающих к стене. Прижимая их к поверхности, лягушка выдавливает из них воздух. Под присоской образуется вакуум, и атмосферное давление прижимает ее к поверхности, а при малейшей попытке сдвинуть присоску вбок начинает действовать сила трения. Именно благодаря силе трения, возникающей под присоской, квакша легко держится на отвесной гладкой стене.

Все эти подушечки и ворсинки на коже лапок стенного геккона вытесняют воздух, и лапка работает как присоска.

Но мух и квакш превосходит в умении бегать по потолкам стенной геккон. Взгляните на сильно увеличенное изображение лапок этой ящерицы. Они снабжены мускулистыми подушечками со складками, которые способны охватывать малейший выступ поверхности.

Но главную роль играет кожа подушечек. Она покрыта множеством мелких (0,1–0,01 мм) ветвящихся ворсинок. Прижатые к поверхности, они так же, как и присоски, вытесняют воздух. Возникает вакуум, и атмосферное давление так надежно удерживает ящерицу, что на оконном стекле геккон может долго висеть всего на одной лапке. Присасывающая способность лапки у геккона совершеннее, чем у квакши. Стоит ей немного оторвать ободок присоски, как под нее попадает воздух и она теряет свою удерживающую силу.

Геккон может отрывать лапку постепенно. При этом удерживающая сила атмосферного давления лишь постепенно уменьшается, и это упрощает ходьбу по отвесным стенам и потолку.

Танк с синтетической кожей, напоминающей кожу лапок геккона, мог бы взбираться по отвесной стене.

Возвращаясь к загадке мадам Муше, можно заметить, что синтетическая искусственная кожа геккона была бы прекрасным решением вопроса. Она была бы полезна не только в цирковом искусстве. Если ею, например, покрыть гусеницы легкого трактора, то он легко бы взбирался по стенам горящего дома, а пожарники в ботинках, подбитых «гекконом», легко бы ходили по карнизам. Но пока, увы, скопировать такую кожу с ее ветвящимися ворсинками никто не сумел. Поэтому в технике имитируют присоску квакши.

Вот как, например, поднимают рулон (рол) типографской бумаги в тонну весом. Цеплять его, как бревно, при помощи строп и цепей нельзя – бумага повредится. Можно поднять его на полотнище, но это трудоемко. В конце прошлого века для этого создали подъемное приспособление «Спрут», состоящее из большой резиновой присоски и насоса, откачивающего из присоски воздух.

Сделаем несложный опыт. Возьмем по возможности большую консервную банку с ровными краями, например, от селедки и припаяем к ней жестяной патрубок для шланга пылесоса. Если собрать установку и включить пылесос, то банка присосется хоть к потолку. Да так, что оторвать ее от ровной поверхности будет практически невозможно.

На консервной банке, соединенной со шлангом мощного пылесоса, можно повисеть и на потолке.

Это не удивительно. Хороший пылесос создает разрежение не менее 0,2 атм и может удерживать банку от кофе диаметром 120 мм с силой 23 кг. А представьте себе, с какой силой он будет удерживать большую банку!

Если такую присоску немного усовершенствовать, оклеив ее кромку мягким двухслойным скотчем (его применяют для «залечивания» прорывов водопровода), то можно повисеть под потолком и ходить по нему, поочередно выключая присоски, чтоб иметь возможность переставлять ноги.

На рисунке показана схема прерывателя воздушного потока. Отметим, что частота следования перерывов в работе присоски тем выше, чем меньше ее объем. Это связано с резонансом воздушных колебаний в ее объеме. (Точнее говоря, она обратно пропорциональна квадратному корню из ее объема.) Поэтому сделаем присоску минимального объема и удлиненной формы. С такими, кстати, мадам Муше XXI века могла бы лихо носиться по потолку с батарейным пылесосом за спиной.

Присоска с прерывателем воздушного потока – вращающимся диском с отверстием. При достаточно больших его оборотах присоска может двигаться, не отрываясь от потолка.

Но посмотрим на нашу конструкцию шире. Если не откачивать воздух из присоски, а нагнетать в нее, она начнет скользить по полу, словно по льду. И чем ровнее пол, тем меньше потребуется воздуха.

На этом принципе несложно сделать забавный спортивный снаряд, изображенный на рисунке. Стоит на него встать, и, оттолкнувшись, легко проскользишь из угла в угол спортивного зала. Основная проблема – так подвести к пылесосу ток, чтобы не путаться в шнуре.

Пневматический самокат воздушной подушке.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Живем по-королевски?

Летописцы, описывая балы европейских монархов, часто отмечали роскошь освещения: под сводами залов замка горели сотни свечей! Много это или мало?

Измерять силу света керосиновых, газовых, а потом и электрических ламп начали еще в XIX веке, взяв за стандарт немецкую парафиновую свечу с высотой пламени 50 мм.

Измерение силы света первых электрических ламп Эдисона с угольной нитью показало, что на каждый ватт подведенного к ним электрического тока они давали силу света, равную 7 свечам. Сегодня сила света измеряется не в свечах, а в люменах, но разница между ними так мала, что ей можно пренебречь. Современная лампа накаливания мощностью 15 Вт с рабочим напряжением 220 В имеет световую отдачу 7 люмен, считай 7 свечей, на ватт.

Представьте, что 8 комнате горит лишь одна такая лампа. Ее освещение мы никак не назовем роскошным, а ведь это свет 7x15 = 105 свечей. Ничуть не хуже, чем у европейского монарха! А если в люстре стоит не одна такая лампа, а пять?..

Так уж устроен человек, что света ему требуется все больше и больше. В СССР освещенность рабочего места машиностроительного предприятия увеличилась за последние пятьдесят лет его существования в пятьдесят раз. За последние 25 лет в США освещенность рабочего места служащего возросла более чем вдвое. И это не ложится тяжким бременем на экономику страны. Каждый рубль, вложенный в свет в промышленности, дает рубль сорок копеек прибыли!

Но, увы, даже к роскоши человек легко привыкает. И нам хочется, чтобы было светлее, но подешевле.

Проделаем несложный опыт. Нам понадобится торшер и фотоэкспонометр. Поставим в торшер одну лампу мощностью 100 Вт и отнесем от нее фотоэкспонометр на такое расстояние, чтобы его стрелка оказалась посередине (расстояние составит примерно 1,4 м). После этого включим лампу мощностью 25 Вт и снова поднесем к торшеру экспонометр так, чтобы стрелка оказалась посередине шкалы. Расстояние между прибором и лампой будет около 0,6 м. Если мы первое расстояние возведем в квадрат и разделим на квадрат второго (1,4) ²/(0,6) ², то сможем узнать, во сколько раз первая лампа дает больше света, чем вторая: 1,96/0,36 = 5,44.

Что же получается? Первая лампа берет в четыре раза больше электричества, но света дает больше в пять с половиной раз. Это означает, что чем больше мощность лампы, тем она выгоднее.

Светотехники об этом знают давно и для освещения дворов и спортивных площадок стараются применять лампы накаливания большой мощности. Их знания секрета не составляют, но никто не потрудился донести их до рядовых граждан, и они много электроэнергии расходуют зря. Лампа мощностью 15 Вт – самая малая из тех, что ради экономии ставят в люстру – имеет, как сказано, световую отдачу 7 свечей на Вт. По силе света она, мы подсчитали, равна 105 свечам, а люстра, состоящая из пяти таких ламп – 515 свечей, – потребляет 75 Вт.

Лампа же мощностью 60 Вт имеет световую отдачу 11 л м/Вт и силу света 715 свечей! Еще выгоднее лампы мощностью 100 Вт. Они имеют световую отдачу 12,5 – 13,5 лм/Вт и силу света 1250–1350 свечей!

Люстра с лампами по 15 Вт – это крайний случай. Чаще встречаются лампы мощностью 25 Вт, но у них световая отдача 7,6–8,4 лм/Вт, а сила света около 190–220 стандартных немецких парафиновых свечей.

Из того факта, что световая отдача зависит от мощности, следует, что ставить в люстру одинаковые маломощные лампы расточительно. Нужно ставить разные по мощности и стараться включать наиболее сильные. Таким простым способом можно сэкономить 15–20 % энергии. Еще больше энергии можно сохранить, использовав люминесцентные лампы. Только не зимой.

Дело в том, что обычная лампа накаливания превращает в свет только 4 % электроэнергии. Оставшиеся 96 % превращаются в тепловые лучи и греют дом. Но и световое излучение лампы после многократных отражений от стен, в конце концов, превращается в тепло. Общая мощность одновременно работающих в доме ламп может достигать 500 и более Вт. А ведь это по величине всего лишь половина от мощности небольшого электрокамина. Поэтому летом от ламп жарко, а зимой их тепло во благо. И в холодное время, когда вы подогреваете дом электричеством, заменять лампы накаливания на более экономичные, люминесцентные, не стоит. Вам попросту придется дольше держать включенным электрокамин.

Впрочем, если бы мы захотели получить столько же света, сколько дают обычные электрические лампы накаливания общей мощностью 500 Вт, с помощью обычных свечей или простейших керосиновых ламп, то их общая тепловая мощность достигла бы 12,5 кВт. Дом даже в самый жуткий мороз не нуждался бы в отоплении.

Любопытно, но в наше время к подобному способу освещения прибегли японцы. В одном из заводских цехов они поставили вместо электрических ламп газовые фонари. Пламя газа бесцветно. Поэтому горелки были снабжены приспособлением, которое изобрел немецкий ученый Ауэр фон Вельсбах (1850–1932). Это подвешенный на проволоке хлопчатобумажный колпачок, пропитанный солями редкоземельных элементов. Его нити сгорают, и остается «скелетик» из расплавленных солей. Он раскаляется и светится ослепительно ярким светом. Лампа с таким колпачком называется калильной. Световая отдача у нее 1,5 лм/Вт, а КПД не более 1 %. Но в данном случае это значения не имеет: цех получил и свет, и необходимое ему тепло.

Этот способ освещения, кстати, не так уж экзотичен. Ведь треть человечества живет без электричества. Увидеть, как работает калильная лампа, можно, если бросить в бесцветное пламя газовой горелки щепотку поваренной соли; оно вспыхнет ярко-желтым светом. Можно поступить иначе – сделать из марли колпачок, пропитать его раствором NaCl, высушить, а после прокалить на горелке. Он будет давать яркий желтый свет, лежащий в диапазоне наибольшей чувствительности глаза. Такой способ дешев, но в свете паров натрия глаз теряет способность различать цвета. Поэтому для пропитки колпачков Ауэра применяют составы, содержащие соли редкоземельных элементов (лантан, церий) и азотнокислый алюминий.

А. ВАРГИН

Рисунки автора