Текст книги "Юный техник, 2011 № 09"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ПОЛИГОН
Двигатель Герона

Как всем известно, в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания есть свечи для поджига воздушно-топливной смеси. Мы же предлагаем вам построить модель парового двигателя, источником энергии для которого является обыкновенная парафиновая свечка.

А конструкцию возьмем у Герона Александрийского – выдающегося греческого ученого, жившего во второй половине 1 века н. э.

Историки предполагают, что Герои жил в Александрии (отсюда и его прозвище), преподавал в Александрийском музее – научном центре Древнего Египта, и состав которого входила и знаменитая Александрийская библиотека.

Герона недаром считают одним из величайших инженеров в истории человечества. Он первым изобрел автоматические двери, автоматический театр кукол, скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяженности дорог и многое другое. Первым начал создавать программируемые устройства, например, вал со штырьками и намотанной на него веревкой.

Известен автомат Герона для «магического» открывания дверей в храме при разжигании огня на алтаре. На самом деле огонь нагревал воздух в трубке, скрытой в основании алтаря.

Нагретый воздух расширялся и поднимал давление в резервуаре, наполовину заполненном водой. Часть воды выливалась из резервуара в подставленную емкость, и это заставляло срабатывать систему, открывавшую ворота.

Для того же храма Герон сконструировал автомат по продаже святой воды и устройство, якобы обращавшее воду в вино (на самом деле вино наливалось из секретного резервуара).

Еще одно интересное изобретение Герона – самоходный шкаф, схема и описание которого приведены в приложении к этой заметке.

Наконец, во многих учебниках физики и сегодня описывается, пожалуй, самое знаменитое устройство античного изобретателя, названное Героном эолипил. Это игрушечная паровая турбина, представляющая собой полый шар, в который сбоку подавался пар из котла, разогреваемого дровами. Пар выходил из шара через две изогнутые трубки и вращал его посредством реактивной силы.

Паровая турбина Герона.

Конечно, за прошедшие тысячелетия много воды утекло и пара вышло. Но и сегодня можно построить забавный вариант двигателя Герона, используя подручные материалы.

Возьмите пустую алюминиевую банку из-под газировки и обрежьте ее примерно на две трети сверху, чтобы получилась своего рода чашка (рис. 1).

Затем, чтобы не поранить пальцы, обожмите плоскогубцами обрезанный край, загибая его так, чтобы острая кромка оказалась загнутой внутрь банки.

В верхней части банки друг напротив друга пробейте два отверстия диаметром примерно 3 мм. На дно банки поставьте широкую декоративную свечу. А чтобы она не падала, донце банки подогрейте хотя бы спичкой, чтобы нижняя часть парафиновой свечи оплавилась и пристала к донцу.

Пропустите через отверстия отрезок медной трубки диаметром примерно 2,5 мм. (Коли найдете трубку чуть большего диаметра, то и отверстия в стенках должны быть соответственно больше.) Изогните среднюю часть трубки в вертикальной плоскости так, чтобы сбоку она напоминала чайку, раскинувшую крылья в полете. Оставшиеся снаружи концы трубки длиной примерно по 5 см тоже изогните, но уже в горизонтальной плоскости. Один конец вправо, второй влево примерно под прямым углом (рис. 2, 3).

В любую широкую посудину, например в миску, налейте воду и опустите на нее свою конструкцию. По идее она должна плавать в воде (рис. 5).

Если же будет норовить опрокинуться, обмотайте для веса нижнюю чисть свечки полоской пищевой алюминиевой фольги (рис. 4).

Аккуратно заполните медную трубку водой с помощью пипетки, шприца или спринцовки. Осталось поджечь свечу и подождать, пока вода в трубке закипит. Струи пара, выходящие из ее концов, заставят ваш двигатель вращаться со скоростью примерно один оборот в секунду.

По словам придумавшего эту конструкцию американца Дж. Смита, цикл работы двигателя можно увеличить. Для этого концы трубок нужно изогнуть в горизонтальном направлении в одну сторону, например, вправо. Кроме того, один из концов надо опустить вниз, чтобы он немного уходил под воду. А второй, напротив, приподнять немного вверх, чтобы вода в него не попадала. Тогда, по идее, начавшая вращаться под воздействием первой порции воды в трубке конструкция будет затем сама себя подпитывать, черпая дополнительные порции воды концом трубки, который опущен в воду.

И будет вращаться до тех пор, пока либо не погаснет свеча, либо пока опущенный конец трубки перестанет доставать до поверхности воды.

Подробности для любознательных

САМОХОДНЫЙ ШКАФ ГЕРОНА

Впервые в истории Героном был разработан и самоходный механизм. Он представлял собой деревянный шкаф на четырех колесах. Внутреннее устройство шкафа скрывалось за дверцами. Секрет передвижения был прост: внутри шкафа медленно опускалась подвешенная плита, приводившая при помощи канатов и валов в движение всю конструкцию.

В качестве регулятора скорости использовался запас песка, который постепенно пересыпался из верхней части шкафа в нижнюю. Скорость опускания плиты регулировалась скоростью пересыпания песка, которая зависела от того, насколько широко раскрыты створки, отделявшие верхнюю часть шкафа от нижней.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
КВ-приемник на одной микросхеме

Начать наблюдения за работой любительских радиостанций можно на простейшем приемнике, который на макетной плате можно собрать всего за один вечер.

Принцип действия приемника прост. Принимаемый сигнал преобразуется по частоте с помощью смесителя и гетеродина непосредственно в низкую, звуковую частоту, на которой происходит основное усиление сигнала в приемнике. Приемник работает в диапазоне 160 м. Это типично «ночной» диапазон, на котором днем из-за сильного поглощения радиоволн в нижних слоях ионосферы можно никого не услышать. Зато ночью с большой громкостью проходят станции европейской части России, Украины, Белоруссии, Прибалтики, а при известном терпении и хорошей антенне, изменив данные всего двух контуров приемника, его можно перестроить на любительские диапазоны 80, 40 и даже 20 м.

Принципиальная схема приемника показана на рисунке 1.

Сигнал с антенны через катушку связи L1 поступает на входной контур L2, С1, настроенный на среднюю частоту 160-метрового диапазона (полоса частот 1830–1930 кГц). Этот контур нужен для ослабления помех от мощных средневолновых радиовещательных станций, расположенных ниже по частоте, и мощных связных станций, расположенных на более высоких частотах. Выделенный этим контуром сигнал подается через конденсатор связи С2 на вход усилителя радиочастоты (УРЧ) микросхемы. Другой вход УРЧ «заземлен», то есть соединен с общим проводом через конденсатор СЗ. Переменным резистором R1 регулируют усиление УРЧ. Когда его движок находится в левом по схеме положении, усиление максимально. Подбором резистора R2 можно изменить пределы регулировки усиления.

Гетеродин приемника содержит всего несколько навесных деталей. Его контур образован катушкой L3 и конденсаторами С6, С7 и С8. Для увеличения плавности настройки – растяжки любительского диапазона на всю шкалу – максимальная емкость переменного конденсатора С8 должна составлять всего 12–15 % общей емкости контура.

Если емкость переменного конденсатора больше приведенной на схеме, следует соответственно уменьшить емкость «растягивающего» конденсатора С7.

Сигнал обратной связи заводится с контура гетеродина через конденсатор небольшой емкости С5 на неинвертирующий вход дифференциального усилительного каскада микросхемы. Другой, инвертирующий, вход этот каскада «заземлен» по высокой частоте через конденсатор С4. Стабильность частоты гетеродина определяется качеством входящих в него деталей, но на 160-метровом диапазоне проблем со стабильностью обычно не возникает.

УРЧ и гетеродин внутри микросхемы соединены со входами кольцевого балансного смесителя, выполненного на четырех транзисторах. В коллекторную цепь одной пары транзисторов включен резистор нагрузки R4, на котором выделяется звуковая частота (биения), равная разности частот сигнала и гетеродина. Резистор нагрузки зашунтирован конденсатором С12, выполняющим роль простейшего фильтра нижних частот, ослабляющим звуковые частоты выше 2,5–3 кГц.

Отфильтрованный сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С13 подается на вход УПЧ-микросхемы, используемый в этом приемнике как УЗЧ.

Выходной каскад усилителя выполнен в микросхеме на p-n-p транзисторе с открытым коллектором (вывод 7). В данном приемнике необходимое сопротивление нагрузки получается при параллельном соединении резистора нагрузки R3 и высокоомных телефонов. Это позволило обойтись без разделительного конденсатора на выходе, но желательно соблюдать полярность, указанную на вилке телефонов и выходном разъеме XS2. При соблюдении полярности магнитный поток в телефонах, создаваемый постоянной составляющей коллекторного тока выходного транзистора, будет складываться с потоком постоянных магнитов и работа телефонов только улучшится.

Контурные катушки приемника L2 и L3 намотаны на стандартных четырехсекционных каркасах, используемых в подавляющем большинстве отечественных портативных приемников. Они содержат по 60 витков провода ПЭЛ 0,1–0,15, по 15 витков в каждой секции каркаса.

Диаметр намотки получается около 5 мм, общая длина – 8 мм. Катушки подстраиваются ферритовыми стержневыми сердечниками диаметром 2,7 мм.

Катушка связи L1 наматывается поверх контурной катушки L2 на том же каркасе и в той его секции, которая ближе к «заземленному» выводу контурной катушки. Катушка связи может содержать от 3 до 10 витков любого изолированного провода.

Меньшее число витков используется при более длинных наружных антеннах, чтобы приемник не перегружался по входу. Можно сразу намотать катушку связи с двумя-тремя отводами и подобрать оптимальную связь с антенной при налаживании приемника. Катушки желательно поместить в экраны любой конструкции. Важно обеспечить минимальную связь между входной и гетеродинной катушками, поэтому, если экраны на используются, катушки следует разместить на плате подальше друг от друга. Конденсаторы C1 – С7 использованы керамические; особое внимание следует обратить на температурный коэффициент емкости конденсатора С6: он должен быть близким к нулевому или небольшим отрицательным, что обеспечит хорошую температурную стабильность частоты гетеродина. Конденсатор настройки может быть любого типа, с воздушным диэлектриком, главное, чтобы он был оснащен удобной ручкой, желательно большого диаметра, и обеспечивал легкое и плавное вращение ротора. Для облегчения настройки на SSB станции желательно использовать верньер с замедлением 5 – 10 раз. При использовании КПЕ от радиовещательных приемников с максимальной емкостью 240–510 пФ емкость «растягивающего» конденсатора С7 следует уменьшить до 100 – 50 пФ соответственно. Остальные детали приемника могут быть любых типов.

Печатная плата для этого приемника не разрабатывалась, а макет был выполнен навесным монтажом на пластине фольгированного стеклотекстолита размерами примерно 50x100 мм. Микросхема размещается в середине фольгированной поверхности выводами кверху и закрепляется припайкой выводов 8 и 9 к фольге через короткие отрезки луженого медного провода. Отгибать выводы микросхемы не рекомендуется – они могут отломиться.

Затем распаиваются конденсаторы СЗ, С4, С9, С10, С12, С14 и С15 между соответствующими выводами микросхемы и фольгой. Катушки крепятся припайкой экрана или свободных выводов каркаса к фольге. Затем распаиваются остальные детали и проводники. Плату следует прикрепить стойками или уголками к металлической передней панели, на которой закрепляются конденсатор настройки С8, регулятор усиления R1, разъемы антенны XS1 и телефонов XS2. Передняя панель должна иметь хороший электрический контакт с фольгой платы, служащей общим проводом.

Такая конструкция полностью устраняет влияние рук на настройку. Провод, идущий от статора КПЕ настройки С8 к контуру гете1юдина, должен быть по возможности жестким и коротким, чтобы не ухудшилась стабильность частоты.

Налаживание приемника сводится к настройке двух контуров на частоты любительского диапазона 1830–1930 кГц. Если есть генератор стандартных сигналов, то его выход следует подключить к разъему антенны и вращением подстроечника катушки L3 установить нужную частоту приема.

У меньшая уровень сигнала от ГСС и вращая подстроечник катушки L2, добиваются максимальной громкости приема, что соответствует настройке входного контура в резонанс. При отсутствии ГСС иге то же самое можно сделать, принимая сигналы любительских радиостанций. Приемник неплохо работает с комнатной антенной – отрезком провода длиной несколько метров, но для приема дальних станций все же лучше использовать наружную антенну. В этом случае, возможно, потребуется подобрать число витков катушки связи L1. Его следует уменьшить настолько, чтобы приемник не перегружали сигналы станций и помехи, но он еще не потерял чувствительность.

Измерение параметров приемника показало очень неплохую чувствительность в телеграфном режиме – около 1 мкВ при отношении сигнал/шум не менее 10 дБ. Уровень внешних шумов на 160-метровом диапазоне обычно бывает заметно выше. Реальная селективность приемника не слишком высока и едва достигает 50 дБ, что зависит от качества и параметров использованной микросхемы.

Описанный приемник работоспособен при напряжении литания от 4 до 12 В, но все же оптимальным напряжением питания следует считать 9 В, при этом обеспечивается достаточная громкость звука в телефонах и еще не слишком велик потребляемый ток – около 8 мА.

Приемник можно питать и от маленькой батареи типа «Крона», конструктивно выполнив его в портативном варианте.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Интересно, можно ли пускать мыльные пузыри в космосе?

Анатолии Борисенко,

г. Анапа

Этот короткий вопрос требует, тем не менее, обстоятельного ответа, поскольку наш корреспондент не уточнил, имеет ли он в виду открытый космос или атмосферу, скажем, внутри орбитальной станции.

Как известно, на Земле мыльный пузырь представляет собой тонкую оболочку из воды и мыла. Стенки мыльного пузыря удерживают силы поверхностного натяжения, а форму ему придает избыточное по сравнению с атмосферным давление внутри пузыря.

Поскольку в открытом космосе атмосферное давление полностью отсутствует, то пузыри будут лопаться практически мгновенно, так как давление воздуха внутри не сдерживается давлением снаружи.

А вот на космической станции, где имеется нормальное атмосферное давление и невесомость, картина будет совершенно иной. Пузыри тут не только получаются идеально круглыми, но и живут дольше, поскольку парят в невесомости, а не падают вниз, на пол, где и лопаются. Продлению их жизни способствует и тот факт, что оболочка пузыря не истончается за счет стекания мыльного раствора в его нижнюю часть под действием силы тяжести.

Я слышал, что у Великой Китайской стены ныне появились конкуренты – Великая кавказская стена и Великая вьетнамская стена. Что это такое?

Андрей Никифоров,

г. Великий Новгород

Да, на карте туристических достопримечательностей, кроме Великой Китайской стены, сравнительно недавно появились еще два объекта. Великой кавказской стеной теперь принято называть цепь укреплений, которые были возведены в Средние века у древнего города Дербента для защиты местного населения от драбов-кочевников.

Великой же вьетнамской тепой туристические агентства этой страны величают остатки древнего укрепления длиной 127 км, недавно обнаруженного археологами. Упоминание об этом сооружении в одном из документов 1885 года дало основание для раскопок, увенчавшихся успехом.

Стена, протянувшаяся с севера на юг страны, состоит из секций, сделанных из камня или земли. Она больше похожа на огромный вал высотой местами до 4 м. Ее построили в начале XIX века вдоль существовавшей тогда дороги. Стена соединяла между собой более полусотни крепостей. Причем многие крепости и храмы гораздо древнее самого вала.

Видимо, правительство Вьетнама рассчитывает на то, что историческая постройка привлечет в страну больше туристов.

Довольно часто можно слышать споры, отчего же все-таки вымерли динозавры. Одни говорят, что их погубил огромный метеорит, упавший на Землю порядка 65 млн. лет тому назад. Другие же полагают, что ящеры вымерли по естественным причинам. Просто кончилось их время. Интересно, а что скажете по этому поводу вы?

Алевтина Касьянова,

г. Пермь

Недавно международная группа ученых провела исследования бедренной кости динозавра новым методом урано-свинцового анализа и пришла к довольно неожиданному выводу. Оказалось, что данный динозавр умер спустя 700 тысяч лет после падения астероида. И не он один такой…

Наш известный ученый, академик Раиса Берг, кстати, как-то выдвинула предположение, что причиной смерти динозавров могла быть банальная инфекция. Ведь печально известный грипп «испанка» погубил больше народу, чем погибло во время Первой мировой войны. От невидимого врага в начале XX века полегло около 20 млн. человек. Столько, пожалуй, никакому метеориту не погубить…

ДАВНЫМ-ДАВНО

Точную дату рождения каблука история для потомков не сохранила. Тем не менее, некоторые историки полагают, что впервые каблуки помнились на обуви древних египтян. Причем вовсе не фараонов, а простых землепашцев, которым каблуки создавали необходимый упор, чтобы легче было передвигаться по рыхлой земле при пахоте. Потом обувь с высокими каблуками позаимствовали античные греки: актеры театра использовали такие башмаки, чтобы их было лучше видно издали.

В Европе обувь с высокими каблуками появилась в Средневековье. Причем поначалу такие сапоги носили мужчины-кавалеристы, чтобы было легче удерживать ногу в стремени.

Говорят, первой среди женщин завела себе туфли на высоких каблуках маркиза до Помпадур, фаворитка французского короля Людовика XV. Она была небольшого роста, вот и старалась стать повыше, встав на каблуки.

В Россию слово «каблук» попало от тюрков. Их «kabluk», в свою очередь, происходит от арабского «каЬ», что означает «пята, пятка». В русском языке это слово впервые встречается в письменных источниках в 1509 году.

В 1680 году в моду вошли туфли на очень высоком и тонком каблуке. Дамы могли ходить на них, лишь опираясь на трость. Мужчины также носили обувь на каблуке. В это время короли начали издавать специальные указы, регламентировавшие высоту каблуков по сословиям: самые высокие каблуки были привилегией знати, двора и членов королевских семей.

Во времена французской революции женская обувь, как и мужская, практически лишилась каблуков. И лишь спустя полвека мода на каблуки вернулась.

Знаменитая шпилька появилась в 1950 году; ее придумал итальянский модельер Сальваторе Феррагамо.

Спустя два года Феррагамо решил, что каблуки будут служить дольше, если делать их не из дерева и кожи, а из стали. Так был изобретен стальной каблук – стилетто, который по сей день используется в мировых обувных коллекциях.

ПРИЗ НОМЕРА

Наши традиционные три вопроса:

1. Как астрономы определяют возраст звезд?

2. Может ли водяной пар иметь температуру больше или меньше 100 °C? При каких условиях?

3. Почему при прохождении электротока через спираль электроплитки она нагревается?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 4 – 2011 г.

1. На орбите вес тела равен нулю, поскольку на него действует центробежная сила, уравновешивающая силу тяжести. В открытом космосе, вдали от небесных тел, сила тяжести уменьшается практически до нуля из-за большого расстояния до источника гравитации.

2. Двойные шины позволяют уменьшить нагрузку на до рогу, а также «дотянуть» до станции техобслуживания, если одна из шин окажется пробитой.

3. Гусеничные вездеходы надежнее и дешевле шагоходов, но проходимость у них хуже. Колесные машины плохи тем, что застревают в трясине, на кочках, у них лопаются шины…

* * *

Приз за правильные и обстоятельные ответы – энциклопедию «Военная техника» – получает 9-летний Влад КОБЕЛЕВ из г. Богданович Свердловской обл.

Близки были к победе Владимир Филинов из с. Уакит, Республика Бурятия, и Алексей Танурков из Кишинева, Республика Молдова.

* * *

_{А почему? Что такое витамины и откуда они берутся? Кто изобрел сейсмограф – прибор, регистрирующий землетрясения? Правда ли, что Даниэль Дефо, автор «Робинзона Крузо», был не только писателем, но и… секретным агентом английского правительства?}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть в греческий город Салоники.}

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

_{ЛЕВША В Музее военной техники подмосковной Кубинки хранится мотоброневагон, который не только охранял железнодорожные составы в пути, но и мог самостоятельно проводить разведывательные рейды. Как был устроен и вооружен этот вагон, вы узнаете из статьи и сможете выклеить модель-копию вагона МБВ-2 для своего «Музея на столе».}

_{Авиамоделисты познакомятся с простой, но очень оригинальной конструкцией летающей модели, которая всегда возвращается на место пуска, за что названа была бумерангом.}

_{Радиолюбители найдут в журнале схему автомата лестничного освещения с микрофоном и функцией таймера, а Владимир Красноухов представит вам новую головоломку.}

_{И, как всегда, на страницах «Левши» вы найдете несколько полезных советов.}

* * *