Текст книги "Юный техник, 2009 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)

НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ

НЬЮТОНОВЫ КОЛЬЦА

Приготовь для опыта: стакан, глицерин, свечу, рамку, обтянутую тонкой бумагой или калькой.

Для этого опыта нужно выдуть большой пузырь и посадить его на край стакана или рюмки, смазав предварительно края глицерином. Позади пузыря зажжем свечу, и мыльный пузырь заиграет чудесными переливами красок.

Свечу поставим в 80 см от пузыря; с другой стороны, в 10 см от него, установим рамку, обтянутую тонкой бумагой или калькой. Тотчас же шар вырисуется на экране, а через несколько мгновений на бумаге станут отчетливо видны цветные «ньютоновы кольца». Кольца разного цвета станут перемещаться сверху вниз. Один цвет будет сменять другой, но в этом нет никакой случайности: смена цветов происходит в определенном, строгом порядке.

СПИРАЛЬ-ПАРАШЮТ

Приготовь для опыта: тонкую бумагу, ножницы.

Возьми две полоски тонкой бумаги 15 см длиной и 1–2 см шириной. Сверни их вместе на две трети длины и загни слегка направо и налево оставшиеся свободными концы в виде буквы У.

Пусти эту спираль из окошка в тихую погоду, и она станет падать, вращаясь так быстро, что ты даже не увидишь ее концов. Она вертится потому, что воздух ударяет крылья, слегка наклоненные к горизонту. Сопротивление воздуха задерживает падение бумажки точно так же, как замедляется падение благодаря парашюту. Если ты пускаешь бумажку в комнате, то встань на стул, чтобы твой парашют падал с возможно большей высоты.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РИСУНКИ

Приготовь для опыта: стекло, кусок шерстяной ткани, кисточку, пробку, наждачную бумагу, глицерин.

Пользуясь стеклом и шерстяной или шелковой тряпкой, ты можешь показать очень забавный фокус. По секрету от зрителей изобрази на стекле кисточкой, смоченной в глицерине, какой-нибудь рисунок, скажем человечка. Если это стекло поставить между лампой и стенкой, оно покажется зрителям совершенно прозрачным – они не заметят глицеринового рисунка.

Положи теперь стекло на две книги, глицерином книзу, а до этого между книгами рассыпь по столу тонкий пробковый порошок (приготовь его заранее, шлифуя пробку о наждачную бумагу).

Стоит потереть стекло тряпкой – и легкие пробковые опилки подскочат и прилипнут к глицерину.

Поставь стекло вертикально, сдунь с него лишние пылинки, потом помести между лампой и стеной – и зрители увидят на стене отчетливый теневой рисунок, уже в увеличенном виде.

ПЕРЕВЕРНУТЫЙ БОКАЛ

Приготовь для опыта: бокал, воду, клеенку.

Бокал с водой стоит на столе. Нужно, взяв его, описать рукой полный круг в воздухе, не пролив ни единой капли. Попробуй это сделать.

Все искусство состоит в том, как захватить бокал. Вместо того чтобы держать его в том положении, в каком мы берем его обыкновенно, когда пьем, возьми бокал перевернутой кистью, ладонью вверх, как показано на рисунке справа. Вытяни руку и опиши ею круг, без толчков, с одинаковой скоростью в направлении стрелки. После того как ты опишешь круг, твоя рука будет держать бокал, как показано на рисунке слева.

После нескольких попыток ты научишься проделывать этот опыт без опасности для стоящих рядом. Все же запасись на всякий случай клеенкой, а чтобы научиться вертеть рукой быстро и без толчков, повтори это движение несколько раз с пустым бокалом.

ЧЕРТЕНОК В ГАЗИРОВАННОЙ ВОДЕ

Приготовь для опыта: плотный картон, бумагу, ножницы, бутылку из-под шампанского, пробку, булавку, нитку, крупную сухую изюмину, рюмку с газированной водой, 2 бутылки, большую салфетку.

Вырежи из плотного картона полоску около 2 см шириной. На одном конце ее вырежи маленький прямоугольничек и вставь в него фигурку бумажного чертика, изображенного, как тебе подскажет фантазия. Укрепи эту картонную полоску булавкой на пробке бутылки таким образом, чтобы она могла свободно раскачиваться, а конец ее, на котором стоит чертик, был бы длиннее другого, к которому привязывается ниточка с подвешенной к ней крупной и очень сухой изюминкой. Ниточку возьми такой длины, чтобы изюминка погружалась в рюмку с газированной водой и не перетягивала рычаг (картонную полоску) слишком сильно на свою сторону. Конец его с чертиком должен быть виден публике, отделенной от рюмки с изюминкой двумя пустыми бутылками, завешенными салфеткой.

Пузырьки углекислого газа, которые так обильно выделяет газированная вода, тотчас же облепят изюминку и через несколько секунд сделают ее настолько легкой, что она всплывает на поверхность. Ниточка ослабнет, вследствие чего опустится сторона картонного рычага, где стоит чертенок, и тот юркнет за развешенную салфетку. Лишь только изюминка освободится от пузырьков, как снова отяжелеет и упадет на дно рюмки, а чертик выпрыгнет из-за салфетки и явится перед публикой. Такое исчезновение и появление чертика может продолжаться минут десять.

РАССКАЗЫ О ПРОСТЫХ ВЕЩАХ
Как завязывать шнурки?

Многие люди знают лишь два узла – двойной морской, позволяющий крепко связать два конца бечевки, и узел «бантиком». Последним, как правило, завязывают шнурки на ботинках и кедах.

Но уверены ли вы, что вяжете узел правильно? Этим вопросом в свое время озаботился австралиец Айан Фиген. И пришел к выводу, что все человечество, за редким исключением, завязывает шнурки неправильно. И показал, буквально на пальцах, как это нужно делать «по науке» (см. рис.).

Узел и в самом деле не очень сложный, причем, по уверению австралийца, он обладает двумя несомненными преимуществами. Во-первых, сам не развяжется никогда. Во-вторых, развязать же этот самый узел столь же просто, как и традиционный бантик, – потянул за кончик шнурка – и готово. Только вот что интересно. Свое изобретение А. Фиген сделал около четверти века тому назад. Потом он даже написал книжку о шнурках, узлах и способах их завязывания. Старается рекламировать новый способ всеми доступными способами, в том числе и через Интернет.

Но воз, как говорится, и ныне там. За прошедшие десятилетия человечество так и не перешло на новый способ завязывания шнурков. Более того, за это время эксперты обнаружили, что Фиген в очередной раз «изобрел велосипед», то есть, сам того не ведая, просто повторил один из морских узлов, известный еще с позапрошлого века.

И все-таки: быть может, кому-то из вас захочется удивить своих друзей собственной эрудированностью и продемонстрировать свое умение вязать оригинальные узлы?.. Тогда попробуйте австралийский способ. Мы пробовали: вроде и вправду получается удобнее.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Новогодние игрушки с автономным источником питания

Новогодние гирлянды чаще всего оснащены коммутатором на микросхемах, диодах и транзисторах. Он поочередно зажигает ветви гирлянды, иногда даже обеспечивает плавную регулировку яркости… Плохо только, что елку при этом опутывают провода. Еще хуже то, что коммутатор включается в сеть 220 В: делают гирлянды, в основном, в Китае, и они не особенно надежны. Есть опасность пробоя, короткого замыкания сети, возгорания проводов или пластиковой коробочки коммутатора, так что и до большого пожара недалеко. А прикосновение к проводам или лампочкам просто опасно для жизни, ведь никакой гальванической развязки от сети в этих примитивных устройствах нет! Оплавленные, обгоревшие или обугленные доказательства сказанному можно найти на снегу около мусорных контейнеров каждый год в первых числах января…

В этой статье предложена новая концепция электронных светильников, как, впрочем, и любых других электронных игрушек для новогодней елки, основанная на идее автономного питания каждого светильника и каждой игрушки. Естественно, теперь это будут уже не лампочки, а светодиоды, желательно яркие и сверхъяркие – они экономичнее, то есть дают тот же световой поток при гораздо меньшей подводимой электрической мощности.

Свет их не должен быть постоянным – вспыхивающие или мерцающие огни смотрятся гораздо лучше. Это одновременно позволит и экономить электроэнергию, ведь запас ее в автономном источнике весьма ограничен. Поскольку вспыхивающие огоньки никак не связаны друг с другом и период мерцания у них разный, они в каждый момент времени создадут случайные, неповторимые и непредсказуемые картины, в отличие от вполне упорядоченного ритма включения существующих гирлянд.

К сожалению, напряжение зажигания промышленно выпускаемых светодиодов, в зависимости от типа, изменяется от 1,8 до 3 и даже более вольт, поэтому необходим повышающий преобразователь напряжения, и его логично объединить с генератором, собственно и создающим вспышки. При разработке основного (базового) элемента для данной концепции был использован опыт, полученный при создании сверхэкономичных индикаторов, описанных в «Юном технике» № 2 (с. 74–77) и № 3 (с. 72–77) за 2008 г.

Схема простейшего базового блочка, создающего короткие световые импульсы и питаемого от одного элемента типа АА или ААА, показана на рисунке 1.

Для питания можно использовать также дисковый аккумулятор или часовой элемент. Блок содержит всего 6 деталей, включая элемент питания и светодиод. Это блокинг-генератор, содержащий транзистор VT1 и трансформатор Тр1. Часть обмотки трансформатора с большим числом витков (между левым по схеме выводом и отводом) включена в коллекторную цепь транзистора, а другая, меньшая, часть создает напряжение обратной связи, приложенное через конденсатор С1 к базе транзистора.

Для повышения напряжения светодиод подключен между крайними выводами обмотки. Элемент питания включен между отводом Тр1 и эмиттером транзистора. Специального выключателя не предусмотрено, поскольку одного элемента хватает на много суток работы, но при желании его можно установить последовательно с элементом питания.

Работа генератора происходит следующим образом: при установке элемента (включении) небольшой ток протекает через правую часть обмотки Тр1 и резистор R1 в базу транзистора, приоткрывая его. Открывание транзистора означает появление коллекторного тока, который создает на индуктивном сопротивлении левой части обмотки падение напряжения, приложенное «минусом» к коллектору, а «плюсом» – к положительному выводу элемента питания. В результате напряжение на коллекторе уменьшается, а на базе растет, еще более открывая транзистор. Процесс происходит лавинообразно, и транзистор очень быстро открывается полностью. Длительность открытого состояния определяется временем заряда конденсатора С1 базовым током транзистора. Светодиод в этой активной фазе не горит, поскольку к нему приложено напряжение обратной полярности. Когда С1 зарядится, токи базы и коллектора уменьшаются, и происходит обратный лавинообразный процесс, приводящий к полному запиранию транзистора.

За время активной фазы в катушке накапливается энергия, и, когда транзистор запирается, ток через катушку продолжает идти, но теперь уже не к коллектору транзистора, а в светодиод, который и дает вспышку света. Поскольку транзистор работает в «ключевом» режиме, потерь мощности на нем практически нет, ведь мощность равна произведению тока и напряжения. При закрытом транзисторе ток равен нулю, а при открытом ток растет, но напряжение между коллектором и эмиттером близко к нулю. Поэтому энергия, накопленная в трансформаторе за время активной фазы, практически вся отдается светодиоду.

Пауза между вспышками определяется временем разряда конденсатора С1 через резистор R1. Подбирая эти элементы, можно регулировать время паузы в значительных пределах (при указанных на схеме номиналах длительность паузы 0,6…0,7 секунды). С увеличением емкости и сопротивления пауза удлиняется.

Для устройства годятся практически любые маломощные кремниевые транзисторы структуры n-p-n, а уж КТ315-е – с любым буквенным индексом. Если использовать транзистор структуры p-n-p, то полярности питания и конденсатора С1 измените на обратные. Рабочее напряжение С1 может быть любым, но лучше низким – габариты меньше. Самая трудоемкая деталь – трансформатор Тр1. Подобрать готовый вряд ли удастся, и его придется наматывать проводом ПЭЛ диаметром 0,15…0,2 мм. Для каркаса удобнее всего использовать ферритовую «шпульку» от дросселя развертки старого монитора или телевизора.

Можно также использовать ферритовые Ш-образные сердечники. Автор использовал «шпульку» с внешним диаметром (по щечкам) 11 мм и высотой 16 мм. Намотка ведется «внавал» и занимает не более 20 минут. Левая (коллекторная) часть обмотки содержит 350…400 витков, затем, не обрывая провода, делается отвод в виде петли, правая – 200…250 витков. Благодаря высокой магнитной проницаемости феррит значительно увеличивает индуктивность трансформатора, что для данного устройства крайне желательно.

К сожалению, однотранзисторное устройство не позволяет экспериментировать с разными катушками, поскольку обмотку каждый раз приходится перематывать. Проблема решается в двухтранзисторном варианте, где отвод катушки не нужен, и можно испробовать самые разные готовые дроссели или отдельные обмотки имеющихся трансформаторов. Схема его показана на рисунке 2.

В ней использованы транзисторы разной проводимости, причем открывание VT1 влечет за собой и открывание VT2, но здесь уже не требуется инвертирование сигнала обратной связи дополнительной частью обмотки трансформатора.

Работает устройство так: небольшой коллекторный ток транзистора VT1 служит током базы транзистора VT2 и открывает его. Напряжение на верхнем (по схеме) выводе катушки L1 растет, и этот рост, передаваясь через конденсатор С1 на базу VT1, еще более открывает оба транзистора. Напряжение на L1 скачком возрастает почти до напряжения питания +1,5 В (см. график на рис. 2 справа). Когда конденсатор C1 зарядится, оба транзистора скачком закрываются, но ток через катушку продолжает идти, вызывая отрицательный импульс напряжения и зажигая светодиод. Он горит, пока не истратится накопленная энергия в катушке. После погасания светодиода незначительная оставшаяся энергия тратится на собственные колебания в контуре, образованном индуктивностью и межвитковой емкостью катушки L1, видимые на осциллограмме, но ни на что уже не влияющие.

Длительность вспышки и паузы по-прежнему определяются тремя параметрами: индуктивностью катушки L1, емкостью С1 и сопротивлением R1. Длительность растет с их увеличением. Катушки можно использовать самые разные: намотанные на ферритовых «шпульках» (300…600 витков), готовые дроссели, одну из обмоток малогабаритных трансформаторов, головки от магнитофонов и т. д.

Экспериментируйте и выбирайте наилучшую! При частоте вспышек 1… 1,5 в секунду средний потребляемый ток не превосходит 0,12…0,16 мА, что обеспечивает много суток работы элемента питания.

Конструктивное оформление игрушки может быть самым разным, оно целиком зависит от фантазии и возможностей ее создателя. Очевидный вариант – звездочка со светодиодом спереди и плоским дисковым элементом сзади. Традиционное оформление в виде свечки показано на рисунке 3.

Выводы деталей соединяют пайкой в соответствии со схемой и всю конструкцию вставляют в картонную или пластиковую трубочку диаметром 14… 15 мм. Для дополнительной фиксации выводов используют картонный кружок с проколотыми отверстиями (не обязательно). При желании можно залить монтаж и катушку парафином или другим легкоплавким диэлектриком. Интересные эффекты получаются, если вставить устройство в какую-либо детскую игрушку – «подмигивающий (зеленым светодиодом) глаз», «пульсирующее (красным светодиодом) сердце» и т. д.

Здесь предложен лишь самый простой вариант игрушки в соответствии с новой концепцией, но есть и дальнейшие пути ее улучшения. Можно использовать микросхемы со сложной логикой регулирования света, можно сделать свето– звуко– или радиоуправляемые игрушки (почему бы не включать ее пультом ДУ от телевизора?), применить светящиеся знакоцифровые индикаторы, звуковые излучатели, сопровождающие игру света мелодиями, и много всего другого, не ленитесь, изобретайте!

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Слышала, что у людей, часто совершающих длительные перелеты через несколько часовых поясов, наблюдается десинхроноз – своеобразная болезнь, заключающаяся в нарушении ритма сна, а то и вообще у человека начинается бессонница. Можно ли излечиться от этой болезни и как?

Анастасия Середа,

г. Новосибирск

Секрет работы внутренних часов человека попытались раскрыть недавно ученые из американского Университета Вашингтона. Как рассказал руководитель работ, профессор Грацио де ла Иглесия, нарушения режима происходят так.

У каждого из нас по ночам чередуются две формы сна – глубокий и так называемый быстрый. Причем если обеспечивающие первый тип сна глубинные клетки головного мозга быстро привыкают к изменениям поясного времени, то нервным центрам фазы быстрого сна требуется для этого не меньше недели. Сейчас ученые пытаются создать лекарство, которое поможет нервным клеткам быстрее привыкнуть к новому ритму. А пока советуют переводить стрелки своих внутренних часов заранее.

Например, если вам предстоит работать в ночную смену, то лучше поспать перед выходом на работу, а не отсыпаться после нее. Причем спать надо в условиях, полностью имитирующих ночные – в темном помещении и при тишине. Включение света тут же запускает механизм внутренних часов – ведь все на нашей планете привыкли, что с рассветом начинается новый день.

Довелось слышать, что во времена СССР у нас было больше танков, чем во всех остальных странах мира, вместе взятых. Куда они потом делись? Сколько танков у нас в армии сейчас?

Алексей Поляков,

г. Тула

В СССР накануне развала и в самом деле числилось 64 000 танков. Это было, конечно, меньше, чем во всех армиях мира, вместе взятых, но все равно избыточно много. По мере того, как наши вооруженные силы выводились с территории ГДР, бывших союзных республик, танки отправляли на склады, а оттуда постепенно – на металлолом. Говорят, за Уралом и поныне можно увидеть целые поля, заставленные бронированными машинами.

Однако войны ныне стали уж совсем другими – вместо глобальных действий дело чаще всего кончается локальными конфликтами. А для эффективного участия в них техника, в том числе и танки, должны быть другими – их к месту боевых действий перебрасывают чаще всего по воздуху. Поэтому ныне принято решение сократить бронетанковые корпуса до 2000 танков, после чего мы окажемся на 12-м месте в мире.

У нас будет в 4 раза меньше танков, чем у США или Китая, и вдвое меньше, чем даже у Украины. Некоторые эксперты всерьез опасаются: не слишком ли радикально такое сокращение?

Ведь наша страна по-прежнему имеет самые длинные в мире сухопутные границы, для обороны которых нужны мощные сухопутные силы, ударную силу которых составляет как раз бронетехника.

Уважаемая редакция, здравствуйте! Меня зовут Петр Павлов. Мне 11 лет. Я родился в Санкт-Петербурге, после переехал в Чехию, а сейчас живу во Франции. Я очень люблю читать и рисовать, а также мне очень нравится выжигать с помощью лупы.

Надеюсь, что другим читателям журнала будет интересно, как я это делаю, и мои рассуждения – тоже. Хотелось бы познакомиться с кем-то из ребят поближе и обсудить некоторые вопросы.

Например, мне давно хотелось понять, почему летит мяч, с силой брошенный рукой или после удара ногой? Взрослые говорят: по инерции. Но я думаю, что на него еще влияют воздушные массы, в частности ветер и сопротивление воздуха. Именно они искривляют траекторию полета мяча в воздухе.

А вы как думаете?.. Пишите мне на адрес редакции.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Пришедшие в конце XIX века на смену конке электрические трамваи тут же вызвали озабоченность многих обывателей и изобретателей. Обыватели стали бояться, что в один не очень счастливый день могут оказаться под колесами быстро движущегося трамвая. А изобретатели стали предлагать различные способы защитить людей.

Так, спасательное приспособление, испытанное в Лoc-Анджелесе, представляло собой нечто вроде… кушетки, прикрепленной к передней части трамвая. На нее, по идее, и должен был падать зазевавшийся прохожий. Дескать, на мягком с ним ничего не будет…

Аналогичное приспособление венгерского изобретателя Михая Комароми, запатентованное им в 1895 году, представляло собой опять-таки мягкий диванчик, на который должен был присесть незадачливый пешеход.

Примерно такие же приспособления предлагали и многие другие изобретатели, предлагавшие ловить прохожих в сети, подхватывать их эластичными щитами или даже отталкивать в сторону, с пути трамвая, иными спасательными приспособлениями.

Однако испытания с манекенами показали: все эти ухищрения бесполезны, поскольку изобретатели упустили из виду… законы физики. А именно закон инерции и закон кинетической энергии. Согласно первому, покоящееся тело невозможно мгновенно сдвинуть с места. А согласно второму, тело начнет двигаться, если получит импульс энергии, пропорциональный mv ², где m– масса тела, a v– его относительная скорость.

И когда профессор Корнель Зелович привел в печати свои расчеты, всем стало понятно: столкновение на скорости 20 км/ч двух масс – трамвая и пешехода ни к чему хорошему для последнего не приведет. Его не спасет никакая мягкая подстилка. Громкий звонок в данном случае намного эффективнее. С той поры все трамваи оснащают весьма громкими электрическими звонками.