Текст книги "Юный техник, 2002 № 07"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ЛОВКОСТЬ РУК И… КУБИКИ

Ловкость рук принято оценивать такими параметрами: скорость реакции, точность движения в пространстве и во времени, а также сила, соответствующая характеру движения. Достаточно «промахнуться» хотя бы в одном, и мы рискуем оказаться медведем из басни Крылова. Помните, желая помочь хозяину избавиться от надоедливой мухи, наш герой действовал вполне адекватно: быстро и точно во времени и пространстве. Вот только силу не рассчитал…

В обыденной жизни такие отклонения, быть может, не так трагичны, но и не безобидны. Ребенок трудней осваивает письмо, хуже владеет кисточкой и другим инструментом, не так ловок в спорте или танцах, а значит, не избежать и психологических трудностей.

Способность к различению мышечных усилий позволяет оценить с высокой степенью достоверности кубики-разновесы, созданные на кафедре Костромского государственного педагогического университета.

Стандартный набор состоит из семи деревянных кубиков. Их масса подбирается так, чтобы каждый последующий в убывающем ряду разновесов был легче предыдущего на одну семнадцатую часть. Именно такую разницу, согласно научному критерию Вебера – Фехнера, улавливают здоровые люди.

Семи кубиков оказалось достаточно для выявления индивидуальных отклонений. Удачное совпадение количества кубиков и цветов в спектре радуги подсказало и дизайнерское решение. Самый тяжелый маркирован красным цветом, и далее по убывающей до фиолетового.

Это удобно для преподавателя, ну и испытуемые, дети дошкольного возраста, еще и не догадываются, что «каждый охотник желает знать»…

Радужные кубики не только выявляют недостатки, но и помогают избавиться от них на занятиях по отработанной методике. Ведь ловкость рук фокусника, жонглера, музыканта в значительной степени тоже результат упорного тренинга.

Е. РОГОВ

ИНФОРМАЦИЯ

НОВЫЙ СНЕГОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙНсоздан в Новосибирске. В отличие от других машин подобного типа, он может одновременно убирать снег, срезать лед и посыпать дорогу смесью песка и соли. При этом движется агрегат со скоростью около 60 км/ч и захватывает сразу полосу в 5,5 м. Создана эта машина инженерами Кемеровского опытно-механического завода на базе «КамАЗа».

СТРУКТУРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛЕВОДОРОДОВ, по словам профессора Михаила Ананяна, может оказаться весьма полезным во многих случаях. Этот порошок при соприкосновении с нефтью тут же превращается в гель. Это позволяет перевозить нефтепродукты вместо обычных цистерн в пластиковых мешках. Исключается и опасность взрыва, поскольку детонация происходит при испарении части нефтепродуктов. Не нужно также принимать специальные меры по очистке емкостей от остатков нефтепродуктов. Выполнять эту грязную работу обычно приходится вручную, и есть немало случаев, когда люди получали при этом отравления. Кроме того, гель позволяет локализовать нефтяные пятна, разливы нефтепродуктов при авариях нефтепроводов, танкеров в морях, цистерн на железных дорогах, топливозаправщиков в аэропортах.

ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ КАРТУ ДНАТихого океана составили российские океанологи. Основой для нее послужили материалы глубоководного бурения и исследования дна с помощью драг. Это первая в мировой практике геологическая карта акватории, выполненная по тем же историко-геологическим принципам, что и геологические карты континентов.

МИР ПРИВЫЧНЫХ ВЕЩЕЙ
Круглый, упругий и не всегда одинаковый

Так уж повелось, каждое крупное спортивное соревнование привносит свои изменения в аксессуары. Вот и на сей раз чемпионат мира по футболу предложил спортсменам новый тип мяча. Давайте-ка вспомним его историю.

Первый футбольный мяч сшил английский шорник по тени Дорван. По всей вероятности, он был поклонником распространившейся на Британских островах в XIX веке новомодной игры в «ножной мяч».

Как выглядел такой мяч, можно было недавно увидеть по телевизору в телесериале «Империя под ударом». Он был наживным и не очень круглым. Не случайно потомки Дорвана ныне занимаются тем, что делают мячи для игры в регби, которые по форме больше напоминают дыни.

А вот первый надувной мяч для организованного в 1864 году в Лондоне союза футболистов был придуман англичанином Макинтошем. Тем самым, кстати, кто придумал первый непромокаемый плащ-макинтош, пропитав ткань резиной. Он и догадался поместить внутрь кожаной покрышки, сшитой из 18 кусочков кожи, резиновую камеру с соском, через который ее можно было надувать воздухом.

Такими мячами со шнуровкой играла не только детвора, но и признанные мастера кожаного мяча примерно до середины прошлого, XX века.

Потом появились ниппельные мячи, у которых покрышка и камера представляли собой по существу единое целое. А с 1970 года всемирно известная фирма спортивной одежды, обуви и снаряжения Adidasстала поставлять специальные мячи для каждого чемпионата мира по футболу, делая на покрышках соответствующее тиснение.

В 1986 году кожаные мячи были заменены полностью синтетическими. Они не промокали и дольше оставались идеально круглыми.

К нынешнему, только что закончившемуся чемпионату мира 2002 года футбольный мяч был еще более модернизирован. Под внешним слоем из прочного полиуретана появилась пеносинтетическая прослойка, состоящая из множества мельчайших пузырьков воздуха, заключенных внутри. Далее идет трехслойная фибровая прокладка и, наконец, резиновая камера, изготовленная с примесью латекса для большей прочности.

Пеносинтетическая прослойка позволяет футболисту посылать мяч с большей скоростью и точностью. А лак, которым покрыт мяч сверху, обеспечивает ему хорошее аэродинамическое обтекание. Как показали специальные замеры, после удара, скажем, бразильца Роберто Карлоса мяч развивает скорость до 150 км/ч. Англичанин Дэвид Бекхэм может послать его и того сильнее – до 156 км/ч.

Всего на фабрике Adidas в немецком городке Шайнфельд для чемпионата мира было выпущено 2250 мячей. Причем впервые за всю историю мировых первенств мячи были не белые, а бежевые. Швы на них были сшиты вручную, а готовые мячи подвергались тщательной проверке и испытаниям.

Так, в частности, мяч должен был выдержать 5000 ударов о стальную плиту со скоростью 60 км/ч, а также не промокнуть за 3,5 часа пребывания в воде.

Говорят, вскоре в покрышке футбольного мяча конструкторы намерены размещать еще и удароустойчивые полупроводниковые микрочипы. Они позволят точнее отслеживать перемещения мяча при телетрансляциях матчей и будут сигнализировать о пересечении боковой или лицевой линии поля, облегчая судейство.

Новый мяч опробует головой тренер бразильцев  Фелипе Сколари.

На схеме показан внешний вид и устройство мяча, которым играли футболисты на последнем чемпионате мира.

Вес его – 450 г.

Длина окружности – 69 см.

Давление в камере – 0,8 бар.

Цифрами обозначены:

_{1– верхний полиуретановый слой покрышки; 2– пеносинтетическая прослойка; 3– трехслойная фибровая подкладка; 4– резиновая камера.}

* * *

ПАНОРАМА
На Британских островах

В этом выпуске предлагаем вам ознакомиться с новостями из Великобритании.

Королева Великобритании Елизавета IIобходит строй почетного караула, составленного из солдат шотландской гвардии.

ПОЧТИ КАК НА ОРБИТУ.Английская компания мобильной связи «Зет» предлагает всем состоятельным подданным Соединенного королевства совершить полет в верхние слои атмосферы всего за 98 тыс. долларов. Заветный билет будет разыгран в качестве приза. Для того чтобы войти в число соискателей, надо принять участие в конкурсе. В заключительном состязании – кто сумеет быстрее и точнее ответить на 1160 вопросов, предложенных организаторами викторины, – определится первый британский космический турист.

Впрочем, отправлен в полет он будет не английской, а американской фирмой «Космические путешествия», которая уже проектирует ракетоплан, способный подняться на высоту более 99 км и достичь скорости, вчетверо превышающей скорость звука. При этом в течение нескольких десятков секунд пассажиры такой ракеты испытают невесомость, а потом и космические перегрузки. Всего полет продлится полтора часа. Еще четыре дня займет подготовка к нему – медицинские тесты, инструктаж и т. д.

Первый полет намечен на 2003 год.

РОБОТ-ХИРУРГ.Англичане продемонстрировали первого в мире робота, способного работать в паре с нейрохирургом. Агрегат, получивший название «Пасфайндер», оснащен телекамерами с высокой разрешающей способностью и механическими манипуляторами.

В черепной коробке пациента просверлятся два небольших отверстия, после чего врач инструктирует своего помощника о положении оперируемого участка. Получив исходную информацию, «Пасфайндер» самостоятельно вводит в полость видеокамеру и хирургические инструменты.

По мнению разработчиков, подобные роботы смогут резко повысить эффективность операций на мозге.

ВСЕ ДЕЛО В ИММУНИТЕТЕ.Женщины живут дольше мужчин, потому что их иммунная система медленнее разрушается с возрастом. Так считают исследователи из Лондонского империал-колледжа. Они обнаружили, что у пожилых дам активность вилочковой железы в среднем выше, чем у джентльменов того же возраста. Таким образом, в крови женщин больше лимфоцитов, которые и служат основным оружием организма в борьбе против патогенных вирусов и микробов.

КОЛЛЕКЦИЯ ДРЕВНОСТЕЙ.Все богатство, часть которого вы видите на снимке, принадлежит геологическому отделению Лэстерского университета, расположенного почти в самом центре Англии. Понятное дело, на самом острове все эти окаменелости обнаружить вряд ли удалось бы. Однако сотрудники университета ведут исследовательскую работу по всему миру, откуда и привозят образцы окаменелостей для университетского музея.

МУЗЕЙ ПОД ОТКРЫТЫМ НЕБОМ.Музейщики Великобритании далеко не все свои экспонаты хранят под стеклом или просто крышей. Некоторые из музейных экспонатов, как, например, действующую копию известного паровоза Стефенсона, можно не только увидеть в Ольстерском музее народного быта и транспорта, но и при желании прокатиться на нем.

НАЙТИ ЧЕЛОВЕКА В ДЫМУ… помогает пожарным специальная камера, разработанная специалистами британской «Дженерал электрик компани». Ее фильтры позволяют отличить тепловые потоки от очага возгорания и тепловых потоков, излучаемых человеческим телом. Таким образом, пожарный даже в сплошном дыму может отыскать пострадавшего.

ОГЛЯНИСЬ ВОКРУГ!
Великие мореходы каменного века

Очень далеко от нас, на другой стороне земного шара, среди бескрайних просторов Тихого океана, разбросаны маленькие и редкие острова. Весь этот обширнейший район, от Гавайских островов на севере до острова Пасхи и Новой Зеландии на юге, называют Полинезией.

Когда в XVIII веке Джеймс Кук и другие путешественники открыли острова, они были густо населены удивительным, простодушным, гостеприимным и смелым народом. Полинезийцы не знали металла. Но называть их «отсталыми» не поворачивается язык. У полинезийцев не было письменности, но своих предков они знали наизусть до 50-го – 90-го колена, из уст в уста передавали легенды о событиях их жизни, войнах, походах и приключениях.

Каменными топорами и теслами они научились строить великолепные парусные суда, о которых мы и собираемся поговорить подробнее.

Еще спутники Кука писали в хрониках, что, пока их большие корабли при слабом ветре подходили к очередному острову, полинезийские парусные пироги сновали туда и обратно, подвозя все новые порции свежих кокосов и прочих даров гостеприимных островитян.

Почти всю жизнь проводя в океане, они не «плавали» на своих судах по воле ветра и течений, а быстро и целеустремленно ходили, куда хотели и когда хотели!

И в прошлом полинезийцы чувствовали себя на воде не хуже, чем на суше, а потому мало страдали от кораблекрушений.

Лишь недавно европейцы стали осознавать, что столкнулись с замечательной и самобытной морской культурой. Полинезийцы строили суда с балансирами (проа) самых разных размеров, от одноместных челноков для рыбной ловли до больших океанских судов длиной 20–30 м, крупные двойные лодки вмещали до 60 человек с припасами, домашней птицей и земляной печью для приготовления пищи в пути. Строительство велось без единого гвоздя, брусья и доски связывали растительными волокнами, корпус для водонепроницаемости смолили. Все суда, отдельные их корпуса, даже паруса и рулевые весла имели собственные имена, сохраненные в преданиях.

Полинезийский «парусный крейсер», вмещавший десятки людей с припасами, домашней птицей и земляной печью.

В чем же секреты отличной мореходности и скорости полинезийских судов? Автор многие годы по крупицам собирал сведения о них и четверть века назад послал статью, подобную этой, в журнал «Катера и яхты». Не последовало ни публикации, ни ответа… Но что такое четверть века по сравнению с тысячелетним опытом полинезийцев? Теперь конструкцию судов можно хорошо рассмотреть на репродукциях и снимках, «скачанных» из сети Интернет, и уже есть последователи, использующие полинезийские принципы в конструкциях современных судов. Рекорд скорости под парусами на воде (более 30 узлов, или 55 км/ч) поставлен именно на проа, которые уже сегодня могут двигаться почти вдвое быстрее ветра.

Чтобы яснее понять полинезийские принципы движения под парусами, посмотрим сначала на европейскую яхту с косым «бермудским» парусом на вертикальной мачте, идущую курсом полный бейдевинд (рис. 1).

Здесь показан вид на яхту сзади и сверху. Сила F, которую ветер развивает на парусе, раскладывается на две составляющие: Fx, движущую яхту вперед, и Fy, создающую нежелательные крен и дрейф под ветер. Дрейфу противодействует киль или шверт, на котором создается боковая сила сопротивления воды Fc, в точности равная Fy, но направленная в обратную сторону. Эти две силы создают момент, кренящий яхту, как показано справа.

Собственно говоря, наши яхты без крена ходить вообще не могут (разве что тяжелый матрос на легком швертботе свесится за борт), даже стало считаться красивым, когда яхта в свежий ветер идет с большим креном. Но крен крайне вреден.

Появляется новая составляющая силы Fz, направленная от паруса вниз и еще больше прижимающая его к воде. Сила Fxтакже смещается от осевой линии яхты влево и «приводит» яхту к ветру. Чтобы противодействовать этому, приходится отклонять руль (говорят, что яхта «лежит на руле»). На руле возникает сила G, которая также раскладывается на две: Gy, которая поворачивает яхту, и Gx, которая тормозит ее.

Крену противодействует лишь большая ширина яхты (тормозящая движение) и тяжелый киль, увеличивающий водоизмещение, что также снижает скорость. Удлинение корпуса, т. е. отношение его длины к ширине, не превосходит обычно 3…6. Таким образом, западные принципы движения под парусами далеки от совершенства.

Рассмотрим полинезийские принципы.

Полинезийцы изобрели лодку с балансиром (проа) и катамаран (двойную лодку). У проа нет носа и кормы (при смене галса, т. е. курса относительно ветра, они просто меняются местами), зато есть наветренный и подветренный борт (рис. 2 и 3).

Очень узкий и высокий основной корпус (удлинение более 10…15) часто даже делают несимметричным – наветренный борт более выпуклым, тогда при движении на корпусе, как на крыле самолета, создается сила Fc, противодействующая дрейфу, хотя и так корпус большого удлинения создает огромную силу бокового сопротивления при ничтожном сопротивлении движению вперед. Корпус почти не создает волн, и сопротивление движению создает лишь трение поверхности днища и бортов о воду. Балансир (аутригер) всегда расположен с наветренной стороны.

Парус проа растянут между двумя длинными реями, верхняя фалом подтягивается к топу мачты, а нижняя отдувается ветром и удерживается шкотом. Передний угол паруса (где сходятся реи) закрепляется на той оконечности лодки, которая на данном галсе служит «носом». Галс меняют, не убирая паруса, просто переносят его передний угол на другую оконечность корпуса.

Парус оказывается наклонным, и сила F, развиваемая на нем ветром и примерно перпендикулярная поверхности паруса, направлена вперед, вбок и вверх. Именно на такие компоненты ее и можно разложить: Fx, Fyи Fz. Первая движет судно вперед, вторая направлена вбок и создавала бы дрейф под ветер, если бы ему эффективно не препятствовал узкий (и глубокий) корпус, а третья… (внимание!) – третья создает подъемную силу! Она направлена вверх и «вытаскивает» корпус лодки из воды, уменьшая его водоизмещение! А как же крен? Давайте разбираться дальше.

На рисунке 2 показан вид проа сзади с рулевым, сидящим на балансире. Центр инерции ЦИ всей системы расположен где-то между корпусом и балансиром, а линия действия силы на парусе (пунктир) проходит рядом с ним. Попробуйте повернуть колесо или штурвал, прикладывая силу, направленную к оси или от оси. Ничего не получится! Так и сила давления ветра на парус проа не создает крена. Если рулевой наклонится в сторону корпуса лодки, ЦИ сместится влево, и балансир выйдет из воды, поднимаясь вверх. Откинется рулевой назад, балансир пойдет вниз, к воде (потому, видимо, он и назван балансиром).

Какие же преимущества это дает? Самое главное – площадь паруса можно теперь увеличивать и увеличивать, практически до тех пор, пока «подъемная сила» Fzне сравняется с весом лодки и проа не взлетит в воздух! Собственно говоря, у рулевого, сидящего на поднятом над водой балансире, учитывая большую скорость, создается полное впечатление полета, откуда и пошло в западной литературе название « Flying ргоа». Итак, мы открыли (для себя) первый секрет древних мореходов: равнодействующая сил на парусе должна проходить вблизи центра инерции судна. Это дает возможность ставить очень большие паруса и развивать огромные скорости в сильный ветер.

Есть и другие секреты. Один из них относится к технике руления. Я даже не буду комментировать наш обычный способ перекладывания руля влево и вправо, что тормозит ход судна. Ничего подобного полинезийцы не делали и ход лодки не тормозили. Обратимся к рисунку 3, где изображена проа со стороны наветренного борта. Рулевое весло опускалось около заднего (по ходу) крепления балансира, и лопасть весла всегда была параллельна корпусу. Весло только поднимали из воды или опускали глубже. Таким образом, весло, как ножом, резало воду и не создавало практически никакого сопротивления движению, работая, как крыло с высоким гидродинамическим качеством.

Игра шла на взаимном расположении центра парусности ЦП и центра бокового сопротивления ЦБС. При опущенном весле ЦБС смещался назад по ходу, а ЦП оказывался впереди. Вспомним, что сила бокового сопротивления Fcприложена к ЦБС, а сила дрейфа Fy– к ЦП. Возникал момент двух равных по величине сил Fyи Fc(рис. 4), поворачивающий лодку влево, т. е. уваливающий ее под ветер.

Если же весло приподнять из воды, ЦБС окажется впереди ЦП, и лодка будет поворачивать в противоположном направлении, т. е. приводиться к ветру.

Таким образом, если наши суда «рулят» за счет потери в скорости, силой набегающего на перо руля потока воды, то полинезийское судно поворачивало за счет балансировки всей аэрогидродинамической системы, в конечном итоге силой ветра, ничуть не теряя скорости.

Любопытны также совсем недавние аэродинамические исследования треугольного паруса проа, который сравнивают с крылом дельтаплана. Оказывается, он имеет хорошие характеристики (высокое аэродинамическое качество) в значительно большем диапазоне углов атаки (углов между плоскостью паруса и направлением ветра), чем узкие и высокие паруса современных яхт. Легче выдерживает он и кратковременные сильные порывы ветра – ослабив шкот, мы направляем силу Fкруче вверх, что может заставить лодку прыгнуть с волны на волну, но не приведет к ее опрокидыванию. У сильно выгнутого паруса с ослабленным шкотом реи приближаются друг к другу, а действующая площадь уменьшается.

Парус проа очень мобилен, при слабом ветре, когда крен или подъемная сила значения не имеют, его можно расположить почти вертикально, перенеся передний угол, например, к балке крепления балансира. Вертикальный парус захватит больше «верхового», более сильного ветра. В таком виде издали парус очень напоминает клешню огромного краба, высунутую из моря.

Изучение опыта древних мореходов продолжается, и мы надеемся привлечь к этому и наших читателей, а возможно, они и сами поэкспериментируют с подобными парусами на своих легких лодках или байдарках.

Настоящие полинезийские проана ходу.

« Тарава» – современная одноместная яхта-проа.

В. ПОЛЯКОВ, профессор