Текст книги "Юный техник, 2011 № 05"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)

НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ
Из подручных средств

Пользуясь даже самыми обычными веществами и средствами, которые есть в каждом доме, вы можете поставить немало интересных экспериментов.

КАРТОШКА В НЕВЕСОМОСТИ

Для опыта понадобятся: картофелина, поваренная соль, сахарный песок, вода, марганцовка, стеклянная банка объемом 0,5 литра, кастрюля.

Наполните банку наполовину водой. Насыпьте в нее 2 чайные ложки соли и размешайте. Помойте картофелину, но не очищайте ее от кожуры. Положите картофелину в соленую воду.

Сварите в кастрюле сахарный сироп: в 1 стакане кипящей воде растворите 0,5 стакана сахарного песка.

Добавьте в сироп несколько гранул марганцовки. Окрашенный сироп осторожно ложкой влейте в банку с картофелиной. Не размешивайте! Кроме того, если влить сироп в соленую воду слишком быстро, слои могут смешаться и эксперимент не получится.

А теперь посмотрите, какой слой выбрала картофелина?

Соленая вода и сахарный сироп имеют разную плотность, поэтому не смешиваются. Слой соленой воды тяжелее, он остается внизу. Кроме того, теплая вода (сироп) легче холодной, это тоже затрудняет смешивание слоев. Картошка тяжелее, чем сладкая вода, и легче, чем соленая. То есть картошка будет плавать в солений воде, а в сладкой утонет. Поэтому по идее картофелина зависнет как раз между двумя слоями.

ЕСЛИ ПОСОЛИТЬ ЛЕД…

Для опыта вам понадобятся: холодильник, хлопчатобумажная нить, соль, миска, вода.

Заморозьте воду в формочках морозильной камеры. Положите кусочек льда в миску с водой. Поместите хлопковую нить на кусочек льда и посыпьте ее солью. Через минуту попробуйте поднять кусочек льда нитью.

Когда соль попадает на кусок льда, часть ее растворяется в верхнем слое воды, покрывающей лед.

Этот процесс называется «диффузией» – смешением молекул одного вещества с молекулами другого. Таким образом, посыпанная солью нить накрепко вмерзает в лед, и можно без труда поднять за нее кусок льда.

Только для опыта возьмите именно хлопчатобумажную нить, нитки из синтетических волокон или шерсти не подойдут; лед на них держится плохо.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

Для эксперимента вам понадобятся сетки от комаров с мелкими и крупными ячейками.

Вырежьте из сетки с мелкими ячейками 2 прямоугольника. Наложите их друг на друга и посмотрите сквозь них на свет. Подвигайте верхнюю сетку. Видите, какой получается красивый узор из темных и светлых полос?

Продолжить эксперимент можно с тремя слоями сетки. Поэкспериментируйте также с двумя прямоугольниками: первым – из сетки с мелкими ячейками, вторым – с крупными. Причем для наглядности лучше всего взять сетку темного цвета с ячейками 1,5 на 1,5 миллиметра.

Объяснение увиденным явлениям таково. Волны света, проходя сквозь несколько слоев сетки, накладываются друг на друга. Этот феномен называется «интерференция» – наложение световых волн, при котором образуются чередующиеся светлые и темные полосы. Наложение третьего слоя сетки приведет к тому, что рисунок из полос станет более четким. А вот если использовать сетку с разными по величине ячейками, узор не сложится, так как закон интерференции работает только при равной длине световой волны, что становится возможным только при одинаковых размерах ячеек.

СПОКОЙНЫЕ ВОЛНЫ

Для опыта вам понадобятся: небольшая прозрачная пластиковая бутылка, немного художественного или мебельного лака, вода, зеленка, йод или марганцовка.

Наполните бутылку наполовину водой. Капните в нее 1–2 капли зеленки или йода или бросьте в воду несколько кристаллов марганцовки. Потрясите бутылку, чтобы вода равномерно окрасилась.

Теперь заполните оставшуюся часть бутылки лаком. Плотно закройте бутылку крышкой. Возьмите бутылку в руки и еще раз потрясите ее. Посмотрите, что при этом получилось.

Лак и вода не смешиваются между собой. У лака большая вязкость и меньшая текучесть, он состоит из жирных молекул, потому отталкивает воду. Поэтому в бутылке образуются две среды, которые не будут смешиваться. Если потрясти бутылку, жидкости внутри ее будут двигаться медленно, образуя волны. Это происходит потому, что одна жидкость все время зависит от другой. Лак, как более вязкая среда, движется медленно и мешает двигаться воде.

ПАРАФИНОВЫЕ КАРТИНКИ

Запаситесь парафиновой свечой, спичками, страницей с картинкой из журнала.

Предупреждение: поскольку вы будете иметь дело с открытым огнем, эксперименты проводите в присутствии взрослых. С пожаром не шутят!

Зажгите свечу, накапайте несколько капель парафина на картинку в журнале так, чтобы парафин образовал корку. Подождите, пока парафин застынет. Осторожно снимите слой парафина с рисунка, согнув для этого страницу.

Попробуйте отлить парафиновые картинки на разной бумаге (например, используйте иллюстрацию из глянцевого журнала и газеты). Посмотрите, что при этом получается.

Суть дела такова. Парафин получают из жиров и растительных масел. В основном он состоит из жирных кислот, которые и растворяют верхний слой красочного пигмента на картинке. Красочные пигменты закрепляются на застывшем парафине. Поэтому с помощью свечи иногда удается скопировать картинку, правда, она получится в зеркальном отражении.

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Спектроскоп

Спектроскоп – это, как известно, прибор, позволяющий выяснить состав вещества по спектру его излучения. Направив, например, спектроскоп на люминесцентную лампу дневного света, мы увидим в ее спектре ярко-зеленые, яркие сине-фиолетовые линии и более слабые оранжевые. Они говорят о том, что в колбе лампы присутствует ртуть (сине-фиолетовая составляющая), а также некоторые другие элементы.

В тех случаях, когда сами по себе объекты исследования не светятся, их заставляют светиться, нагревая, скажем, в пламени горелки или пропуская через них сильный электрический ток.

Чтобы сделать простой спектроскоп, вам понадобятся: CD– или DVD-диск, картонная коробка примерно 20x20x20 см (главное, чтобы в ней поместился диск); два лезвия от безопасной бритвы; небольшая картонная трубка, немного целлофановой ленты, алюминиевая фольга и клей (рис. 1).

Рис. 1

Спектроскоп состоит из трех основных частей: щелей, сделанных при помощи бритвенных лезвий, дифракционной решетки из компакт-диска и просмотрового устройства, представляющего собой бумажную трубку.

Установите компакт-диск в верхней части окна, прорезанного в коробке, отступив примерно сантиметр от левого края, и поблизости к нижнему окну, как показано на фото (рис. 2).

Рис. 2

Отметьте с помощью фломастера или карандаша положение центрального отверстия диска. Эта отметка покажет вам, где в дальнейшем будет проходить бумажная трубка. Теперь разместите ее на коробке таким образом, чтобы нижний ее конец оказался над отметкой, которую вы только что нарисовали. Нарисуйте еще один круг на поле, обозначив окружность бумажной трубки (рис. 3).

Рис. 3

Сместите ее на 1–2 см и очертите вокруг нее еще один круг. Эти круги подскажут вам, где нужно вырезать овальное окно (рис. 4).

Рис. 4

Теперь вырежьте это окно острым ножом (рис. 5).

Рис. 5

Овал позволит поставить бумажную трубку под некоторым углом к поверхности диска.

Следующий шаг – сделайте разрез. Поверните ящик на четверть оборота так, чтобы овал оказался с правой стороны. Используйте диск еще раз, чтобы сделать еще один небольшой круг ближе к левой части ящика.

Щели будут расположены в крайней левой части ящика. Вырежьте небольшой прямоугольник в стенке коробки на высоте, отмеченной кружком, который вы сделали с помощью диска. Прямоугольник должен иметь ширину около 1 см и высоту примерно 4 см.

Осторожно разверните упаковку лезвий от безопасной бритвы и поставьте два лезвия над прямоугольным отверстием так, чтобы их острые края почти соприкасались друг с другом. Закрепите лезвия скотчем (рис. 6).

Рис. 6

Открыв ящик, разместите в нем диск поблизости к щели. Прикрепите его скотчем к задней стенке коробки так, чтобы его рабочая сторона была обращена кверху (рис. 7).

Рис. 7

Закройте коробку, обеспечьте ее светонепроницаемость с помощью черной бумаги или алюминиевой фольги (рис. 8).

Рис. 8

Вставьте бумажную трубку (рис. 9).

Рис. 9

Алюминиевая лента или фольга сделают уплотнение светонепроницаемым.

Чтобы убедиться, что угол, под которым в коробку вставлена смотровая труба, подобран правильно, направьте входную щель на источник света. Посмотрите через бумажную трубку и подрегулируйте угол ее наклона, чтобы увидеть полный спектр – от красного до фиолетового (рис. 10).

Рис. 10

Вот и все, спектроскоп готов.

Направьте щели на источник света, например, на обычную лампочку накаливания. Прибор покажет простой спектр, неяркие линии. Это потому, что свет исходит от горячего тела (вольфрамовая нить в лампочке).

Горячий газ неон в лампе дневного света состоит из нескольких цветов, но они расположены в основном в красных и оранжевых частях спектра.

Красный свет светоизлучающих диодов имеет непрерывный спектр, поскольку в них нет горячего газа (рис. 11).

Рис. 11

Зеленый свет светоизлучающих диодов и выглядит зеленым. Однако есть источники, которые излучают в желто-зеленой части спектра, а также дают некоторое количество оранжевых и красных линий (рис. 12).

Рис. 12

Свет белого светоизлучающего диода на самом деле имеет примесь голубого и так называемого фосфорического. Диод работает по аналогии с флуоресцентной лампочкой, где синий свет возбуждает люминофоры, чтобы вызвать белое свечение. Поэтому спектр здесь широк.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Рамочная средневолновая антенна

В большинстве радиоприемников есть диапазон средних волн (СВ), часто называемый также АМ-диапазоном, по типу используемой в нем модуляции сигналов радиовещательных станций. Однако в городах на СВ ничего не слышно, кроме гула помех.

Полвека назад с помехами боролись, сейчас перестали, и поговаривают даже, что АМ-радиовещание умирает и будущее за УКВ-(FМ) – вещанием. Тем не менее, АМ-передатчики работают и обеспечивают прием в радиусе сотен километров днем и до нескольких тысяч километров ночью, в отличие от УКВ, где радиус приема не превосходит 30…40 км.

Конечно, качество приема на УКВ выше, но нет романтики дальнего приема, да и репертуар УКВ-станций однообразен. В ряде случаев желаемых программ на УКВ просто нет.

Ко мне обращались серьезные слушатели с просьбой наладить им прием «Радио Радонеж», вещающего в центре России лишь на двух частотах СВ-диапазона (612 и 846 кГц). Что я им мог посоветовать?

Лишь перейти на батарейное питание приемника, чтобы полностью «отвязать» его от сети, и расположить на подоконнике, ориентируя его встроенную магнитную антенну по максимуму приема.

Часто эти приемы помогают, но более радикальной мерой оказывается применение внешней рамочной антенны, меньше реагирующей на помехи и существенно увеличивающей сигнал. О ней сегодня и пойдет речь.

Рамочная СВ-антенна по конструкции представляет собой, по сути дела, катушку индуктивности большого диаметра (от нескольких дециметров до нескольких метров). К ее выводам присоединен конденсатор переменной емкости (КПЕ), которым рамка настраивается в резонанс на частоту принимаемого сигнала.

Получается колебательный контур, колебания в котором увеличиваются в Q раз по амплитуде при настройке в резонанс. Q – это добротность контура, равная отношению реактивного сопротивления катушки или конденсатора (при резонансе они равны) к активному сопротивлению потерь в катушке, конденсаторе и окружающих предметах. Добротность, понятно, желательно делать как можно выше.

Подобные рамочные антенны широко использовали для приема еще на заре радиотехники, причем диаметр катушки иногда превосходил 10 м! Тем не менее, о рамочных антеннах нередко вспоминают радиолюбители, а в последние годы и солидные производители бытовой радиоаппаратуры. Цена внешних рамочных антенн достигает 400 долларов, но ее ничего не стоит сделать и самому!

Если внешняя рамочная антенна будет использоваться с транзисторным приемником, имеющим встроенную ферритовую антенну, приемник достаточно расположить рядом с рамкой и сориентировать так, чтобы магнитное поле рамки было направлено по оси ферритовой антенны.

Это легко сделать просто на слух, ориентируясь по значительному улучшению приема. На фото 1 показано примерно оптимальное расположение приемника TECSUN и прекрасно оформленной рамочной антенны (ближняя к нему). Все элементы антенны (их всего два!) – катушка и КПЕ – прекрасно видны.

Фото 1

На фото 2 приведены еще три конструкции промышленно выпускаемых антенн. Для любителей особо интересна средняя, с ромбической рамкой на деревянном каркасе. Очень простую, хотя и не слишком красивую конструкцию из четырех фанерок, предложил один за падный радиолюбитель.

Фото 2

Его рамка (фото 3) содержит 18 витков медного эмалированного (обмоточного) провода диаметром 0,5 мм. Сторона рамки около 45 см, диагональ – около 65 см.

Рис. 3

Получившаяся индуктивность – 250 мкГн. Для настройки служит КПЕ с максимальной емкостью 365 пФ, размещенный на одной из диагональных фанерок (фото 4).

Рис. 4

Во всех показанных конструкциях использована цилиндрическая намотка катушки. Намотку необходимо вести с шагом – расстояние между витками должно быть не меньше нескольких диаметров провода, иначе собственная емкость катушки получается большой, а добротность низкой. Но ничем не хуже радиальная намотка, при которой рамка получается плоской, и ее можно повесить на стене и даже спрятать под ковром.

Если диаметр рамки невелик, можно рекомендовать «корзиночную» катушку на плоском круге диэлектрика с прорезями под витки. Число прорезей обязательно должно быть нечетным – 7, 11 или 13, тогда соседние витки катушки оказываются по разные стороны каркаса, расстояние между ними увеличивается, а емкость уменьшается (фото 5).

Рис. 5

Я изготовил подобную рамку с внешним диаметром обмотки 12 см и внутренним 8 см. Она содержала 37 витков провода (литцендрата) ЛЭШО 21x0,07 и имела довольно высокую добротность, достигающую 180 на верхнем краю диапазона. Однако из-за малого диаметра эффективность ее была примерно такой же, как у крупной магнитной ферритовой антенны со стержнем 400НН диаметром 10 и длиной 200 мм. Гораздо более эффективные плоские рамки со стороной квадрата 50…80 см разработали радиолюбители-коротковолновики для целей радиосвязи. Их опыт полезно применить и на СВ.

С этой целью я подобрал две деревянных рейки длиной 100 и 120 см, скрепил их в середине винтом, а по концам набил по 12 мелких гвоздиков примерно через 0,5…0,7 см. На получившуюся крестовину намотал по гвоздикам ромбическую плоскую рамку из 12 витков провода ПЭЛ 0,3. Со стандартным КПЕ 17…500 пФ антенна с запасом перекрывает весь СВ-диапазон.

Результаты получились впечатляющими. Маленький портативный приемник SONY ICF-390, довольно «тупой» по чувствительности, в СВ-диапазоне словно ожил – даже на тех частотах, где, казалось бы, не было радиостанций, их стало слышно. Единственное неудобство – настройку надо вести сразу двумя ручками: основной, приемника, и дополнительной – антенны. Но антенну оказалось легко настраивать даже на свободной от радиостанций частоте, просто по возрастанию шума эфира.

Попробовал я и детекторный прием с этой антенной, присоединив параллельно КПЕ и катушке германиевый диод и высокоомные наушники. Даже внутри железобетонного дома было слышно «Радио России» на частоте 873 кГц, а при выходе с антенной на балкон – еще несколько московских радиостанций.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

По радио слышал, что придуман ослепляющий лазер, с помощью которого будет положен конец пиратским нападениям на корабли. Как он действует? Насколько опасен для людей?

Андрей Крылов,

г. Таганрог

Британская компания BAE Systems предлагает оснастить торговые суда, которые чаще всего подвергаются нападению современных флибустьеров, лазерными установками дальнего действия. Конечно, это далеко не те боевые лазеры, которыми в фантастических фильмах уничтожают космолеты противника, но принцип тот же…

Обычно пираты атакуют в темное время суток, используя небольшие быстроходные катера. При этом на большинстве из них нет никаких навигационных приборов – пираты действуют, что называется, «на глазок». И если лишить их возможности ориентироваться, атака сорвется.

Именно это и призван сделать лазер, который работает в связке с радаром. Как только радар обнаружил атакующих, в их сторону разворачивают лазерную установку и включают ее. Ослепительный луч на расстоянии до 2 км создаст у пиратов ощущение, будто они смотрят на палящее солнце. Естественно, они уже не смогут нормально управлять своим катером, а тем более вести прицельную стрельбу… Да и вообще, пираты стараются действовать внезапно. Поняв же, что их обнаружили, они зачастую просто отказываются от нападения.

Испытания новой установки показали, что пиратам не помогут ни солнцезащитные очки, ни попытки атаковать при свете дня, когда лазерный луч выглядит менее ослепительным.

Говорят, в скором времени зрители в кинозале сами смогут выбирать, какой финал фильма – трагический, драматический, комический и т. д. – они предпочтут. Как это можно сделать? Ведь у сценариста, режиссера и продюсера был свой замысел и своя трактовка данной истории…

Алена Колесникова,

г. Воронеж

Да, такое устройство сконструировано в стенах Тель-Авивского университета. Новаторы теперь предоставляют зрителям воздействовать в интерактивном режиме на происходящее на экране. Чтобы продемонстрировать возможности устройства, был снят специальный фильм под названием Turbulence. Лента повествует о трех друзьях, которые после 20 лет разлуки встречаются на Манхэттене. Вот тут-то с ними и начинаются всякие приключения…

Перед показом картины всем зрителям были розданы сенсорные устройства. В определенные моменты на них передавались сигналы, и любители кино могли выбирать действия героев. Например, на экране один из персонажей собирается отправить важное SMS-сообщение другому.

Он берет в руки мобильник и уже готовится нажать на кнопку «передать». В это же время на сенсорах зрителей вспыхивает сигнал, показывающий, что они могут проголосовать за передачу сообщения или отменить его.

Если большинство нажмет кнопку на своей панели, то герой отошлет SMS, а если нет, то начнется показ заранее отснятых альтернативных сцен, где действующие лица постараются обойтись без данного сообщения. Причем компьютер, управляющий демонстрацией фильма, реагирует на действия зрителей молниеносно, так что фильм идет без каких-либо видимых задержек.

К сказанному остается добавить, что без интерактивного воздействия на сюжет длительность фильма Turbulence составляет 1 час 23 минуты. Однако зрители своими «подсказками» могут сократить показ до часа или, напротив, растянуть его до двух часов.

По мнению киноведов, такой показ имеет мало общего с высоким искусством, зато потакает вкусам зрителей и может повысить кассовые сборы.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Что бы ни думало большинство жителей земного шара, настоящий бумеранг – говоря попросту, отесанная кривая палка длиной около полуметра, изогнутая примерно посредине под углом от 90 до 130 градусов, – не склонен возвращаться назад. И это даже не изобретение австралийских аборигенов, как считалось в начале прошлого века.

Археологи давно уже находили в разных странах предметы, напоминавшие бумеранги, и выяснили, что бумеранги были широко распространены в Древнем Египте, в Южной Индии, в Юго-Восточной Азии, в Мексике и даже среди народов Севера. А в 1962 году доктор Феликс Гесе из Грининтерского университета окончательно разрешил все сомнения: при раскопках в Голландии он извлек из земли настоящий дубовый бумеранг, весьма похожий на современные. Возраст его, как показал радиоуглеродный анализ, – около 2400 лет.

Голландская находка подтвердила, что бумерангом пользовались, независимо друг от друга, люди во многих местах нашей планеты. А позднее в пещере на юге Польши археологами был найден бумеранг, изготовленный из бивня мамонта. Его возраст – 23 тысячи лет, между тем как древнейшим австралийским образцам «всего» около 15 тысяч лет. При этом эксперименты показали, что далеко не все бумеранги имеют свойство возвращаться к месту старта.

Такое свойство, как ни удивительно, присуще лишь тем бумерангам, которые использовались для тренировок в меткости или как детские игрушки. Для настоящих охотников было важнее другое их качество, а именно – дальность полета. Пущенный умелой рукой бумеранг летит на расстояние до 200 м.

Таким образом, получается, что знаменитый Жюль Верн погрешил против истины, описав в «Детях капитана Гранта», как бумеранг сразил дюжину птиц и вернулся назад. На самом деле такое никак не возможно.