Текст книги "Юный техник, 2002 № 02"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

В 1973 году военное судно «Дружба» обзавелось новыми надстройками, новым оборудованием, муляжами оружия и перестало быть военным, превратилось в учебное. Между тем как сама его жизнь начиналась в далеком 1945 году, когда корабль служил на Балтике в роли пожарного и тральщика, ликвидировавшего на море минные поля и затонувшие боеприпасы. В 1949 году эта служба закончилась, а с 1950 года продолжилась в роли морского полицейского, пока судно не стало учебным. Вот такая биография.

Техническая характеристика:

Водоизмещение…199 т

Длина… 28 860 мм

Ширина по бортам… 6310 мм

Осадка… 2750 мм

Привод… 2 дизеля «R8DV136»

Суммарная мощность… 441 кВт

Скорость… 12 узлов

Вооружение… (муляжное) 1х37-мм

Этот трамвай впервые появился в Москве в 50-е годы. Производился он в Риге в нескольких моделях: Р83-50, РВЗ-51 и РВЗ-55. Цифры подсказывают годы изготовления. На нашем рисунке показан трамвай 60-х годов. Семь поступило в депо имени Апакова. Это были уже серийные варианты. Их отличали: обтекаемый вид лобовое стекло из 4 частей, широкий молдинг на боковине и на передке, широкий бампер, крупная фара и даже указатели поворотов. И конечно, как было принято в те годы, они были украшены крупной звездой. В 1966 году трамваи этих моделей были переданы в помощь Ташкенту, где произошло крупное землетрясение.

Техническая характеристика:

Кол-во мест… 48–52 (в зависимости от исполнения)

Кол-во мест для стояния… 80

Длина… ок. 14 500 мм

Высота… ок. 3220 мм

Ширина… ок. 2520 мм

Система управления… косвенная

Разгон и торможение… осуществлялись по заданной программе

Двери… ширмового типа

ФИЗИКА В ШКОЛЕ
Простые опыты по магнетизму

«В природе существует черноватый невзрачный камень, обладающий, однако, замечательными свойствами, делающими его полезнее и интереснее драгоценного алмаза» – так писали о магните еще сто лет назад. Удивляла, восхищала, вызывала преклонение невидимая сила, вызывавшая притяжение к нему железных предметов.

Для опытов понадобятся компас и магнитная стрелка, хороший постоянный магнит (полосовой, подковообразный или кольцевой), батарейка на 1,5 В или 4,5 В, тонкие провода и мелкие металлические предметы.

Поднесите магнит к мелким железным предметам. Они потянутся к тем его местам, которые сильнее всего притягивают. Их называют полюсами магнита. У магнита два полюса – южный S и северный N. Но встречаются магниты с 4, 6, 8 и другим четным количеством полюсов. Пока никто не видел магнита с одним полюсом. Полагают, что он должен существовать – монополь, крохотная частица, ведущая себя, как магнит с одним полюсом. Вооружившись сложнейшими приборами, ученые ищут ее в месторождениях железа, в старинных предметах, в железных метеоритах.

Магниты отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными притягиваются. В этом легко убедиться с помощью стрелки компаса и постоянного магнита. Поднесите к компасу на значительном расстоянии магнит. Вы увидите, что стрелка компаса начинает реагировать на магнитное поле. Она поворачивается либо вслед за магнитом, если полюса разноименные, либо от магнита, если полюса одноименные.

В громкоговорителях применяются кольцевые керамические магниты, обладающие очень большой силой. Возьмите два кольцевых магнита и поставьте красивый опыт. На горлышко бутылки, а еще лучше на стеклянную палочку наденьте кольцевой магнит, а сверху поместите другой, но противоположным полюсом. Тяжелый верхний магнит будет парить в воздухе (рис. 1). Подобные опыты умели делать и древние.

Античный философ Лукреций Кар рассказывает о кольцевых магнитах, подвешенных к потолку храма и поддерживающих друг друга. Это, по мнению жрецов, доказывало бесконечное совершенство Создателя.

Поднесите магнит к предметам из дерева, бумаги, стекла, пластмассы, металла. Далеко не все из них прилипают к магниту.

К нему безразличны такие металлы, как алюминий, медь, золото, серебро.

Только сплавы, в состав которых входят железо, никель, кобальт, ярко проявляют магнитные свойства. Их называют ферромагнетиками (рис. 2).

Рис. 2

Тут сделаем некоторые уточнения. Эффект, который вы наблюдали, определяется силой применяемого магнита. Эксперименты с магнитами в тысячи раз более мощными говорят несколько иное. Ферромагнетики действительно притягиваются очень сильно, а все остальные вещества делятся на две группы. Одни все же притягиваются, но слабо. Другие отталкиваются магнитом, но тоже слабо.

Ферромагнетики бывают магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие сплавы легко перемагничиваются. Из них делают трансформаторы, электродвигатели, головки магнитофонов. Магнитотвердые материалы намагничиваются и размагничиваются с трудом. Из них делают постоянные магниты. Сталь, из которой делаются режущие инструменты – бритвы, швейные иголки, – часто относится к магнитотвердым сортам.

Намагничивание лежит в основе магнитной записи. Первые магнитофоны появились до изобретения магнитофонной ленты. Сигнал записывали на стальной проволоке. Полная запись выступлений первого Конгресса по магнитной записи, происходившего в 1912 году и длившегося неделю, весила более десяти… тонн.

Проведите полосовым магнитом по лезвию бритвы несколько раз в одном направлении, и оно намагнитится. Опустите бритву-магнит в блюдце с водой. Лезвие не утонет, его будут удерживать силы поверхностного натяжения, те самые, что держат на воде водомерку. Из-за маленького трения оно свободно перемещается по воде и потому развернется вдоль магнитного меридиана. Если концы бритвы пометить, то лезвие можно использовать как компас. Этот компас очень чувствителен и реагирует даже на сильно удаленный магнит.

Можно сделать компас из намагниченной иглы, закрепленной в пробке или куске пенопласта, брошенном в блюдце с водой. Пробка будет плавать в центре блюдца, если воду налить «горкой».

Опустите на поверхность воды еще одно намагниченное лезвие с помеченными полюсами. Они повернутся и соединятся разными полюсами (рис. 3), но цепочка из плавающих лезвий по-прежнему будет вести себя как стрелка компаса.

«Утопите» одно лезвие в воде, а другое опустите на поверхность. Плавающее лезвие подплывет к утонувшему и развернется над ним, как бы найдет его. Подобным образом при помощи установленных на самолетах магнитометров, приборов, очень чувствительных к магнитному полю, обнаруживают подводные лодки.

Прислоните к полюсу магнита железный гвоздь и опустите его в железные опилки или коробку с булавками. Гвоздь обрастет «бородой». Но стоит между гвоздем и магнитом сделать малейший зазор, борода отвалится. Железо проводит магнитное поле, гвоздь является магнитопроводом.

Замкните подковообразный магнит железной пластиной – ярмом, к которому прикреплен груз. Затем положите поперек полюсов железную пластину. Она замкнет значительную часть поля на себя, и ярмо отпадет.

А теперь об электромагнитах. Повторим опыт Эрстеда. Поднесите магнитную стрелку к проводам и накоротко присоедините к нему батарейку. Стрелка тотчас развернется перпендикулярно проводу. Если поменяете направление тока, стрелка повернется другим концом.

Свободно закрепите две полоски пищевой алюминиевой фольги на рамке. Их длина должна быть около 30 сантиметров, зазор между ними – 2–3 мм. Соедините полоски фольги последовательно и замкните на них батарейку. Потечет ток 5 – 10 А. Полоски разойдутся. Если соединить полоски параллельно, то при пропускании тока они сойдутся.

Это опыт Ампера. Обратите внимание, режим короткого замыкания для батарейки нежелателен и должен составлять несколько секунд.

Алюминиевая фольга обычно не притягивается к магниту, но пропустите ток через одну из полосок и поднесите к ней магнит. Она резко притянется либо оттолкнется от магнита (рис. 4).

Причина в том, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Последующее развитие науки подтвердило верность его гипотезы. Такие токи есть. Они вызваны движением электронов. Обмотайте гвоздь проводом и присоедините к батарейке. Получится электромагнит.

Электромагниты нашли широкое применение в технике. Некоторые из них создают силы в сотни тонн.

Железный предмет, побывавший в магнитном поле, намагничивается. Магнит, потерявший свою силу, можно намагнитить заново. Намотайте на него 150–200 витков изолированного провода диаметром 1 мм. Через эту обмотку кратковременно, на доли секунды, чтобы не успела перегреться, пропустите постоянный ток в 10–20 А, воспользовавшись батареей напряжением 9 – 12 В, составленной из гальванических элементов большого диаметра (рис. 5).

Пользоваться выпрямителем следует с большой осторожностью и только в том случае, если он снабжен системой защиты от короткого замыкания. Применение аккумуляторов для этой цели недопустимо. Они мгновенно выходят из строя.

Намагничивание приводит и к нежелательным последствиям. Например, часы, побывавшие в магнитном поле, показывают неверное время, к намагниченным отверткам прилипают шурупы, что мешает работе.

Размагнитить тела можно несколькими способами.

Если нагреть тело в пламени горелки почти до красного каления, то при температуре Кюри он потеряет свои свойства. После охлаждения его можно намагнитить вновь.

При помещении намагниченного тела в катушку с переменным электрическим током он размагничивается. Этим пользуются часовщики. Переменное магнитное поле или сильный магнит может стереть запись с кассеты магнитной пленки.

Магнит и магнитное поле находят широчайшее применение в нашей жизни. Электричество, радио, компьютеры – все это изначально происходит от них. Однако, что такое магнитное поле, пока не знает никто. Держа в руках магнит, помните, что вы держите в руках одну из величайших загадок природы!

Г. и Н. ТУРКИНЫ

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Там, за горизонтом

О возможности дальней оптической связи с отражением от облаков

Радиодиапазон, казалось бы, широк, но и в нем уже стало тесно. Работают радиостанции, телеканалы, сотовые телефоны, связываются друг с другом медики, пожарные, военные, милиция. А между тем есть диапазон электромагнитных волн, в котором места хватит всем. Речь идет о световом диапазоне. Достаточно уловить фотоприемником модулированный сигнал передатчика – связь установлена, один лишь недостаток у светотелефонов: связь возможна лишь в пределах прямой видимости, ведь луч света распространяется по прямой. За горизонт он «свернуть» не может.

Другое дело, если бы можно было поставить цепочкой зеркала-«ретрансляторы»… Впрочем, нужны ли они?

Видели на дороге в гору, как за возвышенностью появляется светлый ореол фар встречного автомобиля? Ни автомобиля, ни фар еще не видно из-за горы, а ореол все ярче и ярче. Это явление называют рассеянием света вперед (forward scattering), и оно совершенно аналогично рассеянию радиоволн на неоднородностях тропосферы, на котором основана дальняя тропосферная радиосвязь на УКВ, уже хорошо известная и неплохо изученная. Мощные передатчики, направленные антенны и чувствительные приемники позволяют перекрывать расстояния в сотни и тысячи километров. Да, потери при распространении сигнала на таких радиотрассах в десятки и сотни тысяч раз больше, чем на обычных, ну так что же? Есть соответствующая аппаратура. Но вернемся к световой связи.

Свет и инфракрасное излучение (ИК) – это электромагнитные волны с длиной 0,4 – 15 микрон. Рассеиваются они значительно лучше, чем радиоволны. Как известно из физики, максимальное рассеяние дают частицы или неоднородности с размерами порядка длины волны. Таких частиц в атмосфере сколько угодно, но все же главными рассеивателями остаются мельчайшие капельки воды.

Лучше всего рассеивают большие скопления тумана – облака, их и нужно использовать в первых экспериментах. Вполне возможно, что потом, по мере накопления экспериментальных данных и совершенствования аппаратуры, удастся получить рассеяние даже при ясном небе.

Что же предлагается? Направить модулированный луч света чуть выше линии видимого горизонта, на облако. При этом значительная часть света будет рассеяна вперед, за горизонт. Корреспонденту нужно направить приемник на то же облако, туда, где происходит рассеяние, и он услышит сигнал!

Схема аппаратуры для односторонней связи показана на рисунке.

Передающая часть содержит лазерный передатчик, оптический сигнал которого модулируется передаваемым сообщением. Оптическая система (телескоп) собирает луч лазера в узкий пучок. Используя газовый гелий-неоновый лазер школьного типа и телескоп с объективом диаметром 50 мм, можно получить пятно диаметром 1 м на расстоянии 10 км!

Приемная часть содержит оптическую систему, фокусирующую принятый рассеянный световой сигнал на фотоприемник. Чем больше диаметр объектива, тем лучше – он соберет больше энергии.

По чувствительности для наших целей наиболее пригодны такие приемники света, как фотоэлектронные умножители и лавинные фотодиоды. Снятый с выхода фотоприемника электрический сигнал фильтруется для устранения шума, усиливается и подается на телефоны или на модем цифровой связи.

Свет в атмосфере распространяется, строго говоря, не прямолинейно. Он подвержен рефракции – искривлению траектории, вызванному уменьшению ее плотности с высотой. Не следует забывать и о миражах, при которых луч порою так искривляется, что порой бывает виден противоположный берег океана. Но эти явления либо слабы, либо редки). Но если оценить дальность связи из простейших геометрических соображений, полагая, что свет распространяется прямолинейно, даже при довольно низкой облачности на высоте 600 м можно получить дальность связи до 180 км, при кучевой и слоистой облачности на высоте 3000 м – до 400 км, а на «серебристых» облаках, состоящих из ледяных кристаллов и располагающихся на высотах 10–12 км, – до 800 км!

Получив столь обнадеживающие результаты по расчету дальности, прикинем энергетику всей линии связи, чтобы убедиться, что связь осуществима.

Для начала возьмем гелий-неоновый газовый лазер учебного типа с излучаемой мощностью 12 мВт в непрерывном режиме, например ЛГ-35, и умеренное расстояние в 100 км. Диаметр апертуры приемного телескопа примем равным 13 см. Расчет дает, что фотоприемника достигнет поток мощностью 3х10^-15 Вт. Такой оптический сигнал можно принять фотоумножителем ФЭУ-123 с пороговой чувствительностью 2x10^-15 Вт или ФЭУ-147 – 1,5х10^-15 Вт, только полосу пропускания усилителя звуковой частоты в приемнике придется сделать шириной не более нескольких герц. Работа при этом будет возможна только очень медленным телеграфом (порядка 10 двоичных знаков в секунду). Но ведь и это уже результат!

Повышение мощности передатчика в 10 раз даст увеличение дальности втрое или скорости передачи в 10 раз. Того же эффекта можно добиться, увеличив диаметр объектива приемного телескопа в 3 раза.

Вспомним, что оптическая связь телеграфом уже давным-давно (еще до изобретения радио) применялась на флоте. Источником света служил мощный прожектор, а механическим модулятором света – заслонки перед ним. Приемником служили глаза сигнальщика, иногда усиленные биноклем. Воистину новое – это хорошо забытое старое!

Для практического осуществления описанного вида связи надо решить еще массу всевозможных вопросов: выбрать оптимальную длину волны, не совпадающую ни с одной линией поглощения атмосферных газов, решить проблему точной ориентации телескопов, уменьшить до предела постороннюю засветку ФЭУ. С этой целью надо сузить до оптимального поле зрения приемного телескопа, выбирать для работы темные ночи и в качестве одной из самых радикальных мер применить в оптическом приемном канале узкополосный интерференционный светофильтр. Для того чтобы оптические линии связи не мешали друг другу, каждая из них должна снабжаться светофильтрами, пропускающими свою полосу частот. В том, что такой вид связи может получить коммерческое применение, есть сомнения, поскольку едва ли часто будут складываться оптимальные условия для дальней оптической связи (хорошая прозрачность атмосферы при четкой границе облаков на нужной высоте), но тем интереснее использовать его для любительских и спортивных целей, ведь хорошее «тропо» или «аврора» тоже бывают нечасто.

И последнее, о чем хотелось бы непременно сказать: лазер, особенно мощный, не игрушка. Никогда не направляйте его на горизонт или ниже – там могут оказаться люди и животные, интенсивное лазерное излучение опасно для глаз: будучи сфокусированным хрусталиком глаза, оно просто прожигает его сетчатку.

В.Т.ПОЛЯКОВ, профессор

НАШ ДОМ
Зимний сад

Думаете, зимний сад – это большая, крытая стеклом галерея, заставленная всевозможными цветами? То, что вы видите на рисунке, – обычное окно, разграниченное тремя-четырьмя деревянными полками по всей ширине проема.

Вариант «зимнего сада» с оконными полками.

Чем не зимний сад для городской квартиры? Такое решение дает возможность установить множество цветочных горшков и горшочков. А крепится конструкция с помощью металлических уголков и шурупов.

Цветочные полки и оконную раму советуем выкрасить в теплые коричневые тона, тогда цветы в розовых, терракотовых горшках будут смотреться очень стильно. Расставленные со вкусом, они способны сделать интерьер уютным. А несколько крупных филодендронов, лимонное деревце или пальма в небольшой кадке превратят уголок в настоящий зимний сад.

Можно смастерить и подвесные полки из металла. Конструкция может быть многовариантной. Для той, что изображена на рисунке, понадобятся две несущие стальные стойки, к которым крепятся кронштейны, изготовленные из металлического прута диаметром 5…7 мм. По всей длине вертикальных стоек просверлите отверстия диаметром 6,5 мм и закрепите в них кронштейны полок винтами М6.

Внутренние углы вертикальных стоек закрепите в подоконник, как показано на рисунке.

Металлическая конструкция.

_{Вид сбоку: 1 – несущая стойка (сталь, уголок 25x25), 2 – металлический прут, 3 – полка, 4 – отверстия для крепежа полок, 5 – ушко металлического прута.}

Еще вариант: цветочница, выполненная из деревянных планок. Две боковые вертикальные стойки, скрепленные вверху накладками при помощи шурупов диаметром 3…4 мм, образуют угол примерно 10…12°. Короткие концы стоек опираются непосредственно на подоконник, а длинные стоят на полу. Несколько горизонтальных полок, как ступеньки лестницы, поднимаются от подоконника до середины окна. Длина конструкции определяется расстоянием между верхней частью проема окна и полом. Для работы понадобятся деревянные заготовки. Хорошо зашкурив наждачной бумагой стойки и полки, начинайте сборку цветочницы. К стойкам предусмотрены планки для крепления полок (по 2 шт. для каждой полки). Ширина стоек – 6–8 см, толщина – 2 см. Подобная конструкция достаточно устойчива, так как длинные ножки стоек наклонены в сторону окна и к тому же верхней частью упираются в проем окна.

…А ПОДУШКА НЕ ПРОСТАЯ

Когда хочется оживить комнату, можно, конечно, сменить мебель. Но проще и дешевле изготовить две-три подушки с аппликациями в виде цветов.

Наволочки выполнены из фетра – мягкого, уютного материала, простого в работе – он не осыпается, а значит, не нуждается в обметке. Квадратные подушки имеют размер 40x40 см, диаметр круглой – 40 см. Все детали выкраиваются без припусков на швы.

Круглую подушку назовем «подсолнух». Для верхней и тыльной частей наволочки потребуется 45 см желтого фетра, для лепестков – лоскуты оранжевого, для сердцевинки – квадрат 7x7 см белого.

На упаковочной бумаге вычертите растровую сетку, затем по клеточкам переведите на нее контур цветка и вырежьте. Внешний контур переведите дважды на желтый фетр. На лоскуты оранжевого приутюжьте клеевой флизелин. Из бумаги вырежьте лепесток и, накладывая его на бумажную сторону флизелина, выкроите 9 деталей. Затем приутюжьте флизелин на лоскут белого фетра и, разметив на его бумажной стороне окружность диаметром 5 см, вырежьте сердцевину цветка. Удалите с флизелина бумажный слой, а лепестки и сердцевину приутюжьте на переднюю часть наволочки. Прошейте детали по контуру краеобметочным швом. Сложите верхнюю и тыльную части наволочки изнаночными сторонами и сшейте по контуру наметочным швом. Не доходя до края приблизительно 5 см, набейте наволочку ватой и зашейте отверстие.

Для квадратной подушки с ромашками потребуется 45 см оранжевого фетра, для цветов – лоскуты белого – 5x15 см, фиолетового и бирюзового – 3x10 см.

Выкроите два квадрата – верхнюю и тыльную части наволочки. Переведите рисунок на кальку и вырежьте. Белые цветки-аппликации с фиолетовыми и бирюзовыми сердцевинками выполните на верхней части наволочки. Технология изготовления такая же, как и у подушки-подсолнуха.

Для «семицветика» понадобится 45 см светло-бирюзового и два квадрата 20x20 см темно-бирюзового фетра. Соедините квадраты встык краеобметочным швом. На бумаге вычертите сердцевинку цветка – окружность диаметром 7 см.

Для лепестков используйте фрагмент лепестка «подсолнуха». Готовые лепестки пришейте по контуру сметочным швом. Сердцевинку украсьте вышивкой в виде звездочек. Остается сшить готовые половинки наволочки, предварительно заполнив их ватой.

Материалы подготовила H. АМБАРЦУМЯН