Текст книги "Юный техник, 2012 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ПОЛИГОН
Камера-обскура и ее сородичи

В этот раз мы с вами попробуем поэкспериментировать с камерой-обскурой – одним из древнейших изобретений человечества в области оптики. А помогут нам в этом разработки итальянца Джорджио Карбони, американцев Эда Фогеля и Майкла ди Специо, а также некоторых других исследователей разных времен и стран.

В энциклопедии сказано, что камера-обскура (от латинского camera obscura – «темная комната») – простейший вид устройства, позволяющего получать оптические изображения объектов. Чаще всего аппарат представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке.

Лучи света, проходя сквозь отверстие диаметром приблизительно 0,5–5 мм, создают на экране перевернутое изображение.

Схема использования камеры-обскуры. Старинная гравюра.

Первые упоминания о камере-обскуре встречаются еще в IV веке до н. э. – последователи китайского философа Мо Ди оставили дошедшие до наших дней описания, как возникает перевернутое изображение на стене затемненной комнаты. Чуть позднее упоминания о камере-обскуре встречаются и у Аристотеля, жившего примерно в то же время.

Принцип действия камеры-обскуры впервые объяснил арабский физик и математик X века Ибн ал-Хайсам, или Альхазен. При этом он сделал вывод, что общепринятая в те годы теория распространения света, согласно которой лучи света исходят из глаз и как бы «ощупывают» объект, не соответствует действительности.

Одним из первых использовал камеру-обскуру для зарисовок с натуры итальянец Леонардо да Винчи, подробно описавший ее в своем «Трактате о живописи».

В 1686 году немец Йоганнес Цан спроектировал портативную камеру-обскуру, оснащенную зеркалом, расположенным под углом 45° и проецировавшим изображение на матовую горизонтальную пластину; так художникам было куда удобнее фиксировать изображения пейзажей на бумаге. Многие живописцы – например, Ян Вермер – стали использовать камеру-обскуру не только для создания эскизов окружающей природы, но портретов, бытовых зарисовок.

Для получения более четкого изображения в некоторых камерах вместо простого отверстия стали использовать и объектив в виде линзы.

Камеру-обскуру художники использовали для изображения городских пейзажей.

Время от времени и современные фотографы используют так называемые «стеноскопы», или «пинхолы» – фотоаппараты с маленьким отверстием вместо объектива. Изображения, полученные при помощи таких камер, отличаются мягким рисунком, идеальной линейной перспективой и большой глубиной резкости.

Так, в конце XX века американец Абелардо Морелл решил воспроизвести опыты Леонардо да Винчи, сообщает журнал National Geographic. В 1988 году он преподавал вводный курс фотографии в одном из художественных колледжей Бостона. И вот однажды солнечным днем он вместе со своими учениками закрыл окна черной полиэтиленовой пленкой, так что в классе стало темно. А затем проделал в пленке дырочку размером с монетку.

И к удивлению присутствующих, противоположная белая стена класса превратилась в некое подобие киноэкрана. На ней появились расплывчатые очертания людей и машин на Хантингтон-авеню, где расположен колледж. Правда, изображение было перевернутым: небо лежало у пола, мостовая оказалась под потолком.

Позднее Морелл усовершенствовал свою разработку и стал фотографировать полученные на стене изображения с помощью широкоформатной камеры, установленной на штативе. Выдержка порой длилась до 8 часов, почти весь световой день, зато у него получались весьма своеобразные изображения пейзажей за окном. «Я чувствовал себя так, словно сам заново изобрел фотографию», – вспоминал Морелл.

В 90-е годы прошлого века Абелардо Морелл создал серию оригинальных и запоминающихся работ, запечатлев самые разные виды – от панорам Нью-Йорка до итальянских пейзажей. Навострившись, он даже стал делать цветные фото вместо черно-белых.

Нечто подобное вы можете сделать и сами в своей комнате. Далее в этой статье мы расскажем, как сделать самому камеру-обскуру.

Возьмите бумажный или пластиковый непрозрачный стаканчик, кусок кальки и круглую резинку. Калькой закройте верх стаканчика и закрепите края бумаги резинкой. Затем аккуратно иголкой проделайте в центре дна стаканчика крохотную дырочку. Поверните дно стаканчика к окну или к электрической лампочке. На кальке, словно на экране должно появиться изображение окна или лампочки.

Поэкспериментируйте с диаметром отверстия, постепенно расширяя его, чтобы получить наиболее четкое изображение.

Получив первый опыт, вы можете приступить к сооружению камеры-обскуры больших размеров. За ее основу можно взять, например, обувную коробку.

В крышке коробки вырежьте прямоугольное отверстие, закройте его опять-таки калькой, закрепив ее по периметру скотчем. В дне коробки по его центру аккуратно проделайте отверстие той же иголкой. Закройте коробку крышкой и поверните ее отверстием к свету. На кальке опять-таки должно появиться изображение, причем перевернутое вверх дном.

Наконец, вы можете превратить в некое подобие камеры-обскуры всю свою комнату. Окна в ней опять-таки надо закрыть черной пластиковой пленкой, как это делал А. Морелл. В одной из пленок проделайте дырочку. Причем для получения более четких изображений Дж. Карбони советует вставить в проделанное отверстие объектив в виде простой очковой линзы с фокусным расстоянием, равным расстоянию между окном и противоположной стеной в вашей комнате. Чтобы понять, линза во сколько диоптрий вам понадобится, воспользуемся формулой: D = 1/FL, где D – величина диоптрий, a FL – фокусное расстояние объектива (то есть расстояние от окна до стены в метрах). Кроме того, помните, что вам нужна плюсовая, то есть собирающая, линза, а не рассеивающая.

Схема получения изображения на стене комнаты.

Схема устройства в комнате более сложной камеры-обскуры.

Один из вариантов креплений в пластиковой шторе очковой линзы в качестве объектива.

Настольная камера-обскура.

Кстати, изображение можно проецировать не только на стену, но и на бумажный экран, который вы можете разместить на любом расстоянии от окна. Это облегчит вам подбор линзы с нужным фокусным расстоянием (например, для расстояния в 0,5 м потребуется линза в +2 диоптрии, а для расстояния в 4 м – плюс 0,25 диоптрии). Перемещая экран, можно попробовать увеличить резкость изображения.

Самое трудное – это найти достаточное количество плотной пластиковой пленки, чтобы хорошенько закрыть окна в вашей комнате от света. В одном полотнище примерно посредине проделайте отверстие по величине чуть меньше, чем диаметр вашей линзы. Линзу проще всего прикрепить к пластику скотчем.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Электронный «защитник» аккумуляторной батареи

Гальванические элементы нынче дороги… Однако в в некоторых случаях без них никак нельзя обойтись, и не только в походе, но даже в городе. Например, если вы хотите послушать радио на средних волнах.

Подключение приемника к сети через блок питания гарантирует вам помехи, сквозь которые пробиваются, в лучшем случае, только самые мощные радиостанции. А про дальние (DX) лучше сразу забыть…

Современные фабричные приемники потребляют много, и батарей на них не напасешься. Резонно перейти на аккумуляторы, которые можно многократно заряжать. Аккумуляторы дороже батарей и окупаются только в том случае, если «живут» долго.

А для этого их надо правильно эксплуатировать – не перезаряжать и не подвергать глубокому разряду, при котором в элементах происходят необратимые химические изменения.

Можно, конечно, внимательно следить, не допуская чрезмерного разряда батареи, но лучше поручить это электронике.

Кстати, такие устройства есть почти во всех сотовых телефонах. Первоначально описываемое устройство предназначалось именно для этой цели – оно должно было отключать нагрузку при падении напряжения батареи ниже допустимого предела. Но в процессе разработки выяснилось, что оно может служить еще и электронным выключателем, если добавить всего две кнопки – «Вкл» и «Выкл».

Автомат проектировался для приемников с 9-вольтовым питанием от аккумуляторных батарей типа 7Д-0,115, 7Д-0Д25, «Ника» и им подобных, содержащих 7 дисковых щелочных элементов и по габаритам соответствующих батарее «Крона». Название расшифровывается так: 7 – число элементов, Д – дисковые, 0,115 – емкость в ампер-часах. Нижняя граница допустимого напряжения этих батарей – около 7 В.

На рисунке 1 показана схема автомата, отключающего радиоприемник при падении напряжения аккумуляторной батареи именно до такого уровня.

Включают приемник кнопкой без фиксации S1. При этом напряжение питания поступает на приемник, и одновременно происходит обратимый лавинный пробой эмиттерного перехода транзистора VT3, включенного как стабилитрон (вывод коллектора не используется). Вместо этого транзистора можно использовать и маломощный стабилитрон на напряжение 5,5…6 В, желательно с малым током утечки. Такие стабилитроны, размером с самый маленький диод в стеклянном корпусе, можно найти на платах старых импортных телевизоров. Кстати сказать – это неисчерпаемый источник и других, весьма полезных электронных компонентов!

Ток стабилитрона проходит через ограничивающий резистор R3 и эмиттерный переход транзистора VT2 и открывает его. Коллекторный ток VT2, в свою очередь, открывает транзистор VT1, который замыкает накоротко контакты кнопки S1.

Все описанные процессы происходят практически мгновенно, и после короткого нажатия кнопку можно отпустить – приемник останется включенным.

Чтобы выключить приемник, надо также кратковременно нажать кнопку S2. Ее контакты замкнут эмиттерный переход транзистора VT2, он закроется, и вслед за ним закроется транзистор VT1, отключив питание приемника. В выключенном состоянии от батареи питания потребляется ничтожный ток, не превосходящий долей микроампера, и значительно меньший тока саморазряда батареи.

Его уменьшению способствуют резисторы R1 и R4. Резисторы R2 и R3 нужны для ограничения токов базы транзисторов.

Когда при работе приемника напряжение аккумуляторной батареи падает ниже допустимого, стабилитрон VT3 и оба транзистора закрываются и батарея отключается от приемника.

После изготовления выявились и дополнительные достоинства предлагаемого устройства. Если приемник отключился в связи с разрядкой батареи, но необходимо прослушать какое-то важное сообщение, например, сводку погоды, это можно сделать, удерживая нажатой кнопку S1.

Более того, оказалось, что устройство обладает и функцией защиты от коротких замыканий в нагрузке! Короткое замыкание проводов, идущих к приемнику, обесточивает цепь стабилитрона и вызывает мгновенное отключение нагрузки, спасая батарею. Такая защита крайне полезна, например, в лабораторных источниках питания, используемых радиолюбителями в своих экспериментах, при которых короткие замыкания – отнюдь не редкость.

Описанный автомат пригоден не только для радиоприемников, но и для других устройств, например, плееров, карманных аккумуляторных фонарей. На рисунке 2 приведена схема устройства для карманного фонаря с питанием от трех дисковых аккумуляторов Д-0,25 или Д-0,55 с общим напряжением 3,6 В.

Оно срабатывает при падении напряжения батареи ниже 2,5 В. Поскольку стабилитроны на столь низкое напряжение найти трудно, его заменяет цепочка из трех последовательно включенных маломощных кремниевых диодов. Диоды открываются при напряжении около 0,6 В на каждом, еще около 0,6 В нужно для открывания транзистора VT2, таким образом и набирается общее напряжение срабатывания.

Поскольку ток, потребляемый лампочкой фонаря, довольно велик, пришлось применить более мощный транзистор VT1.

Обратите также внимание на другой вариант включения кнопки S2 «Выкл».

Любой из вариантов годится для каждого из описанных устройств. Налаживание автоматов сводится к установке необходимого напряжения срабатывания подбором экземпляра транзистора VT1 (рис. 1) или числа и типа включенных последовательно диодов (рис. 2). Следует заметить, что транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом имеют довольно большой разброс напряжения открывания при использовании их в режиме стабилитрона, поскольку этот параметр техническими условиями не регламентируется. Вообще же в автоматах можно применять транзисторы самых разных марок, подходящие по типу проводимости и мощности.

Уже через несколько лет после разработки описанного устройства автору встретилось на одном из радиолюбительских интернет-форумов краткое описание электронного выключателя, работающего на том же самом принципе, но собранного на современных деталях. Автор указан не был. Схема устройства приведена на рисунке 3.

Как видим, здесь вместо переключающего транзистора применена специальная микросхема, содержащая два полевых транзистора с изолированными затворами, специально предназначенная для подобных целей. Оба транзистора включены параллельно для уменьшения внутреннего сопротивления в положении «включено». Конденсатор С1 повышает помехозащищенность выключателя, устраняя его срабатывание от случайных помех.

Функцией защиты батареи от глубокого разряда этот выключатель не обладает. Однако его очень легко доработать, включив вместо резистора R2 цепочку из последовательно включенных резистора R2' меньшего номинала и стабилитрона VD1 на нужное напряжение, как показано на схеме стрелками.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Слышал, что в США разработана технология, позволяющая «разглаживать» океан перед идущим кораблем, полностью устраняя волны? Правда ли это?

Виктор Самохин,

Санкт-Петербург

Эта технология не так уж нова, как может показаться. Помните, в «Пятнадцатилетием капитане» Жюля Верна моряки пытаются усмирить волны, вылив в море несколько бочек жира. Поверхностное натяжение воды при этом увеличивается, и волнение стихает. Технологи ВМС США в данном случае пошли иным путем. Их идея состоит в создании систем, которые позволят справиться с вертикальными движениями волн, раскачивающими суда и затрудняющими их движение.

Обычно океанская вода разделяется на несколько слоев. Верхний слой легче и теплее, а нижний – плотней и холоднее. Пульсации, возникающие между этими слоями, приводят к образованию поверхностных волн, преодолевая которые корабль затрачивает дополнительную энергию.

По мнению американских ученых, есть возможность разработать защиту кораблей от колебаний воды, «погасив» волны на поверхности.

Применяя компьютерное моделирование, им удалось представить процессы, формирующие волны вдоль дна океана и у носовой части судна. Передача энергии от океанского дна вверх приводит к образованию своего рода «волнового вектора», на который можно влиять.

По расчетам ученых, оказывая воздействие на волновой вектор можно направить энергию водных колебаний в глубь океана, что позволит разгладить море вокруг корабля. Правда, пока исследователи не сообщили, каким именно способом они собираются воздействовать на этот самый волновой вектор. Говорят, это военная тайна…

Я хожу в музыкальную школу. Там мы поем до-ре-ми-фа-соль-ля-си. А кто придумал названия для нот?

Ирина Потоцкая,

г. Калуга

Песнопения в храмах требуют точного следования образцу. Поэтому еще в XI веке монах Гвидо Д’Ареццо предложил использовать для обозначения нот первые слоги молитвы к Иоанну Крестителю, в которой содержится просьба: «Дай нам чистые уста, святой Иоанн, чтобы мы могли всей силой голоса свидетельствовать о чудесах твоих деяний».

Или – в оригинале: «UT queant laxis REsonare fibris Mira gestorum FA-muli tuorum SOLve polluti LAbii reatum Sancte Ioannes». В XVII веке первая нота «ут» изменила свое название на «до». Что касается последней ноты «си», она хоть и не совсем совпадает с первым слогом имени святого, но так удобнее петь.

Руководя певчими, Гвидо Д’Ареццо использовал открытую ладонь, чтобы указывать необходимую ноту. Кончики и суставы каждого пальца означали определенный звук.

На моих глазах мыли памятник. Я сказала папе: чем мыть каждый год, лучше бы раз собрались и очистили его от зелени. А то выглядит как из болота. Папа сказал, что эта зелень называется патиной и она памятнику даже полезна. А чем – не объяснил…

Владимир Сергиенко,

г. Киев

Патина появляется из-за атмосферного старения меди, когда на поверхности как самого металла, так и его сплавов, в первую очередь бронзы, образуется слой карбоната меди. Чаще всего патина имеет бледно-зеленый цвет, но бывает также коричневатой, бирюзовой, синей – все зависит от примесей. Патину еще иногда называют «благородной», потому что она придает металлу «очарование старины», – на ее образование и впрямь требуется от 80 до 120 лет. Но с памятников патину стараются не убирать вовсе не из-за этого «очарования». Зеленоватая пленка защищает металл от дальнейшей коррозии, что в условиях городской среды – с выхлопными газами, смогом и голубями – особенно ценно.

Вычитал в одном историческом романе, что на Руси в древности были числительные «тьма» и «легион». А когда появились те, которыми мы пользуемся сейчас? И кому мы этим обязаны?

Алексей Батманов,

г. Златоуст

11 января 1703 года увидела свет книга «Арифметика, сиречь наука числительная. С разных диалектов на словенский язык переведенная, и во едино собрана, и на две книги разделена». Это был по существу первый отечественный труд по математике, которым в русский язык были введены миллион, биллион (сейчас чаще употребляется «миллиард»), триллион, другие международные обозначения, а также такие термины, как множитель, делитель, произведение, извлечение корня. Автором книги был крестьянский сын из Осташковской слободы Леонтий Теляшин, прозванный «магнитом» за способность буквально притягивать к себе знания. Так появилась и новая фамилия самородка из Тверской губернии – Магницкий.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Сто двадцать лет тому назад в еженедельнике «Нива» № 8 за 1892 I од публике была представлена техническая новинка, которая обещала перевернуть тогдашние представления о том, как и на чем можно плавать по воде. Поскольку ходить по воде «аки по суху» люди не умеют, редакция предлагала кататься по морям-океанам и речам-озерам на… велосипеде!

Два года спустя журнал «Наука и жизнь» предоставил вниманию читателей и подробное описание сухопутно-водного (nautico-terrestre) велосипеда, испытания которого были проведены в Марселе.

«Представьте две суповые тарелки, сложенные вместе вогнутой стороной внутрь. Края их плотно соприкасаются, и внутри получается полость. То же самое и в колесах нового велосипеда. Из листовой меди или жести делаются подобия тарелок, и края их припаиваются к колесам с обеих сторон. Внутри получается закрытая полость с воздухом, и колеса будут действовать так же, как пузыри, употребляемые при купании не умеющими плавать.

Все три колеса и представляют именно сплющенные пузыри. Если на таком велосипеде ехать по суше, то он будет действовать как обыкновенный трехколесный. Если же въехать в озеро, в реку, в пруд, в море, то полые колеса удержат на поверхности воды и весь велосипед, и ездока…»

При этом добавлялось, что в качестве весел на велосипеде используются некие кожаные мешочки с отверстиями, а скорость хода по суше достигала 15 верст и четырех верст по воде. Далее редакция полагала, что этот несомненно полезный аппарат вскоре можно будет увидеть на многих водоемах, но… ошиблась.

Увы, поначалу встреченный восторженно, сухопутно-водный велосипед был на долгие годы забыт. Да так основательно, что его пришлось изобретать заново.

ПРИЗ НОМЕРА

Наши традиционные три вопроса:

1. Какого робота сложнее построить – двуногого или шестиногого?

2. Иногда подлодки вынуждены вести радиопередачи в надводном положении. Как сделать, чтобы их сигналы не засекли?

3. На каких стенах нельзя крепить полки и стеллажи?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 4 – 2012 г.

1. Основное преимущество больших колес заключается в том, что они, как правило, обеспечивают автомобилю большой клиренс. А кроме того, большая покрышка лучше деформируется при движении на низком давлении и имеет большое пятно контакта. Сцепление с дорогой будет лучше, а значит, выше и проходимость машины.

2. В условиях невесомости постирать белье практически невозможно, поскольку вода тут же разлетится по всему отсеку круглыми каплями. Придется изобретать какую-то капсулу с закрытым верхом, принудительным потоком воды… Словом, это будет уже не ручная стирка.

3. Предположительно предками птиц были мелкие динозавры, например, велоцираптер и овираптор.

* * *

Поздравляем с победой Павла ТРИЛЯ из г. Анапы.

Близки были к победе Виктор Котельников из п. Новопавловка Забайкальского края и Михаил Бородин из п. Среднесибирский Алтайского края.

* * *

_{А почему ? Чем полезно обитателям океана извержение подводных вулканов? Кто сумел первым в мире подняться в стратосферу? Чем может удивить самое обыкновенное растение – клубника? 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 заглянуть в город Нижневартовск, одну из «столиц» западносибирского нефтяного края.}

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

_{ЛЕВША Как конструкторы Третьего рейха пополняли свой ассортимент дорогих, но малопригодных военных машин, вы узнаете в следующем номере и сможете выклеить модель противоминного «тралящего танка».}

_{Как быстро смастерить шлем древнеримского легионера для показательных военно-исторических выступлений, вы прочтете в рубрике «Вместе с друзьями».}

_{Любители действующих моделей найдут описание «летающего танка», а электронщики приступят к следующему этапу постройки робота.}

_{Для проведения досуга Владимир Красноухов уже подготовил для вас новые головоломки, к тому же в журнале вы найдете необходимые полезные советы.}

* * *