Юный техник, 2008 № 06

Это был плоский застекленный с боков ящик. В него сначала наливали воду, а затем через специальную воронку со шлангом снизу, на дно ящика, аккуратно вводили смесь воды с глицерином. Свет, как вы знаете, распространяется прямолинейно только в однородной среде, где его скорость везде одинакова. Если же среда неоднородна, коэффициент преломления, а значит, и скорость света в ней меняются от точки к точке, и свет выбирает путь, кратчайший по времени, и распространяется криволинейно.

В ящике Гартля свет идет по кривой!

В ящике Гартля скорость света в верхнем слое была больше, чем в нижнем, и луч света, пущенный под небольшим углом к горизонту, выгибался дугой.

Вы можете повторить этот эксперимент, но есть более простой путь.

Заклейте дырки в нижней половинке коробочки от дискет изнутри прозрачным скотчем, налейте воду и добавьте в нее несколько капель молока. Затем включите лазерную указку и пошлите ее луч от стенки до стенки. Обратите внимание: луч в воде совершенно прямой. Аккуратно положите в кювету кусок сахара и подождите 2–3 минуты. Вы увидите, как луч выгнется дугой…

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ПОЛИГОН

Компьютер-микроскоп

Почти три столетия ученые работают, прильнув глазом к окуляру микроскопа. Но в последние годы появились микроскопы, оснащенные телекамерой. Пользоваться ими удобнее, чем обычными, а кроме того, на экран можно смотреть не в одиночку, а хоть вдесятером. Когда же микроскопы с телекамерами освоили достаточно хорошо, то выяснили, что у них есть и иные достоинства, но об этом речь впереди.

Телевизионные микроскопы сегодня непомерно дороги, да и в продаже их найти нелегко. Между тем сами по себе телекамеры в наши дни не редкость. Многим знакомы Веб-камеры, с помощью которых по Интернету можно вести разговор и видеть при этом собеседника. Часто встречаются и телекамеры, применяемые в качестве глазка в двери. И те и другие можно использовать для того, чтобы превратить компьютер в микроскоп.

Для наших опытов мы выбрали недорогую Веб-камеру фирмы «Логитех» в сферическом корпусе. Для начала попробовали ее с обычной лупой и легко получили увеличение. Если взять толстое увеличительное стекло от очков, то заметно, что большое увеличение сопровождается значительным искажением формы предмета и появлением на изображении радужной каймы. Лупу можно заменить объективом от фотоаппарата. В этом случае можно получить увеличение более двадцати крат при полном отсутствии искажений.

Казалось бы, камере доступно все, что видит наш глаз. Но попробуйте настроить микроскоп и направить свою телекамеру в окуляр микроскопа, туда, куда обычно смотрит наш глаз. На экране компьютера появится небольшое круглое пятно с очень невнятным изображением.

Попытки решить проблему наскоком, путем смены и разборки окуляров, добавления наугад каких-то линз, ничего не дают. В чем же дело?

Понять наши трудности поможет схема хода световых лучей в микроскопе, взятая из довольно редкого справочника Н.И. Кошкина «Элементарная физика» (Москва, 1991 г.). Здесь в отличие от многих других схем показан полный ход лучей — от точки на предмете до точки на сетчатке глаза. В нашем случае роль глаза будет выполнять телекамера (ее объектив — это как бы хрусталик глаза), а светочувствительная ПЗС-матрица камеры исполняет роль сетчатки.

Как можно понять из схемы, очень важно различие фокусных расстояний глаза и камеры. У глаза оно принимается равным 50 мм, а у обычных телекамер лежит в пределах от 6 до 12 мм. Поэтому большая часть лучей, идущих от точек предмета, обходят объектив камеры и на ее матрицу попадает лишь часть изображения. Для того чтобы все лучи попали в объектив камеры, нужно либо уменьшить фокусное расстояние окуляра, либо увеличить фокусное расстояние объектива камеры. И то и другое требует сложного расчета и специального подбора линз. Добавим к этому, что в описаниях телекамер параметры объективов не сообщаются, а зачастую определить их самостоятельно довольно трудно.

Ход световых лучей в микроскопе с присоединенной к нему телекамерой.

Старинный микроскоп и современная телекамера.

Но есть способ все эти трудности обойти. Ведь объектив микроскопа вначале создает действительное изображение. Его лучи «перехватывают» линзы окуляра и направляют в глаз. Но, если удалить окуляр, то простой фокусировкой это изображение можно получить на стене или на потолке. Этим иногда пользуются на лекциях, чтобы показать детали микропрепарата сразу целой аудитории. Но для получения достаточно яркого изображения здесь требуется столь сильное освещение объекта, что в большинстве случаев живые клетки погибают.

Проделаем такой опыт. Вывернем из телекамеры объектив, удалим окуляр и присоединим саму камеру к отверстию тубуса микроскопа (микроскопы всегда имеют так называемую «револьверную» головку с набором сменных объективов). Поставим объектив с самым малым увеличением и начнем аккуратно вращать ручку грубой настройки. Вскоре на всем экране компьютера мелькнет сильно увеличенное изображение препарата. Для того чтобы сделать его четким, покрутите рукоятку тонкой настройки (кремальерного механизма). Увеличения масштаба изображения на мониторе мы добьемся сменой объективов при повороте револьверной головки.

Сразу же станет заметно, что очень сильного освещения препарата не требуется. Чувствительность камеры достаточно велика. В наших опытах при освещении прозрачного объекта при помощи луча света лампы 100 Вт, расположенной на расстоянии 1,5 м (луч направляется в отверстие предметного столика плоским зеркалом), ПЗС-матрица как бы «захлебывалась», переходила на нелинейный режим. В средней части экрана появлялось желто-оранжевое пятно, лишенное деталей изображения. Для устранения даже приходилось «сбивать», намеренно ухудшать освещение до такого уровня, который для обычного наблюдения через окуляр считается недостаточным. Несмотря на это, изображение на экране получается превосходным. При помощи телекамеры удается вести длительное наблюдение живых клеток, не опасаясь их гибели.

Укрепить телекамеру на тубусе микроскопа можно при помощи виниловой изоляционной ленты, как это показано на рисунке. Верхнюю кромку тубуса следует во избежание случайного контакта с элементами платы камеры оклеить изолентой с внутренней и наружной стороны.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

* * *

Дорогие друзья, как и обещали, мы попросили ряд федеральных ведомств прокомментировать статью «Проблема поющего крюка», опубликованную в «ЮТ» № 2 за 2008 г.

В статье, напомним, речь шла о том, что электромагнитные поля радио- и телевизионных передатчиков могут многократно усиливаться строительными конструкциями и превышать безопасные для человека величины.

Заместитель руководителя Федерального агентства по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор) O.Л. Митволь (мы обратились к нему, полагая, что человек — это все же часть природы и условия его жизни нуждаются в постоянном наблюдении) от комментариев воздержался.

Министерство информационных технологий и связи Российской Федерации в письме за подписью заместителя министра Б.Д. Антонюка констатировало, что «радиочастотный спектр должен использоваться рационально, эффективно и экономично», и сослалось на другие ведомства, которые должны осуществлять контроль радиочастот. И лишь Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) сообщила, что проблема переизлучения электромагнитных полей будет дополнительно исследована.

Проверить все дома страны, конечно, в один день не удастся, и потому мы публикуем сегодня еще одну конструкцию индикатора напряженности электромагнитного поля, разработанную профессором В.Т. Поляковым.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Рамочный УКВ-индикатор поля

В простом индикаторе поля УКВ-радиовещательных и ТВ-станций, о котором мы рассказывали, антенной служил раздвижной телескопический диполь — комнатная ТВ-антенна. Пользоваться им не слишком удобно из-за больших размеров даже в диапазоне УКВ. Ведь длина диполя должна составлять около половины длины волны.

Приходящая радиоволна, как известно, создает в диполе электрические колебания тока I и напряжения U. На рисунке 1 показано распределение амплитуд этих колебаний. Видно, что ток максимален в середине диполя, а напряжение — на его концах. Если провод диполя разорвать посередине и подключить нагрузку (детектор, кабель снижения), то сопротивление — отношение напряжения к току — составит около 73 Ом. Вот потому в телевидении принят 75-омный стандарт на кабели.

Диодный детектор имеет значительно большее сопротивление, то есть ему нужно большее напряжение и меньший ток.

Рис. 1

А что, если согнуть полуволновый диполь в кольцо и сблизить его концы, как показано на рисунке? Тогда на концах, то есть в точке питания, будет максимально возможное напряжение!

Именно так поступил Генрих Герц, экспериментально обнаруживший электромагнитные волны, создаваемые искровым вибратором, в 1887 году. Детекторы еще не были изобретены. Маленькие шарики на концах приемного резонатора Герца были сближены на расстояние в доли миллиметра, и при работе вибратора между ними проскакивали искорки.

Размеры кольца удается еще уменьшить, подключив в точке питания конденсатор переменной емкости (КПЕ) С1 (см. рис.). У нас получится колебательный контур из одновитковой катушки L1 и КПЕ С1 и появится возможность настраивать антенну на разные частоты, не изменяя ее размеров, а только вращая ручку КПЕ. Принимать она будет менее эффективно, чем развернутый полуволновый диполь, но напряжение на выводах создаст большее, за счет резонансных свойств. Остается подключить описанный ранее мостовой детектор и измерительный прибор — индикатор поля готов.

Рис. 2

Получился простой детекторный УКВ-приемник. Он содержит рамку диаметром 20 см — один виток медного провода ПЭЛ 2,0 или более толстого. Изоляция провода значения не имеет. Воздушный КПЕ должен иметь максимальную емкость не более 15 пФ, он может содержать одну подвижную и две неподвижных (или одну неподвижную и две подвижных) пластины площадью менее 1 см2, а если площадь несколько больше, то всего пару пластин. Подойдут КПЕ точной настройки от транзисторных приемников с КВ-диапазоном. Еще в приемнике диодный мост 4хГД507, блокировочный конденсатор емкостью 1000 пФ (величина его емкости некритична) и тестер М-832.

На балконе 9-го этажа моего дома, в лучшей точке приема, индикатор показывает 1,3 В (!) при настройке на середину FM-диапазона 100 МГц. До радиоцентра в г. Балашихе, откуда излучает десяток FM-станций, километра четыре, но прямой видимости нет — мешают крыши других 9-этажных домов. У другого окна, где видно Останкинскую ТВ-башню (18 км), индикатор показывает 0,25 В на частоте первого телевизионного канала (50 МГц), а наушниками (включены вместо тестера) слышно кадры ТВ. На рабочем столе автора — около 50 мВ, как видно на фотографии.

Измерьте напряженность поля в вашей квартире или в доме, и если вам покажется, что она непомерно велика, немедленно связывайтесь с органами Роспотребнадзора.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос — ответ

Как сообщалось по ТВ, американцы сбили ракетой свой собственный спутник. Зачем это им понадобилось?

Аркадий Полищук,

г. Киев

В конце февраля 2008 года на Землю должен был упасть почти 10-тонный американский спутник-шпион размером с автобус. Причем предсказать, куда упадет эта конструкция, никто не мог.

Экспериментальный спутник нового поколения, который, в частности, должен был посылать на Землю снимки высокого качества, был секретно запущен с военно-воздушной базы в Калифорнии в декабре 2006 года и выведен на орбиту новейшей ракетой «Дельта-2», но вскоре после запуска утратил связь с центром управления из-за отказа радиоаппаратуры. Ну, а поскольку связь оборвалась, подкорректировать орбиту спутника, чтобы падение пришлось на пустынный район, оказалось невозможно.

Отработавшие свой срок спутники раз в несколько месяцев сгорают в верхних слоях атмосферы. Но в этот раз ситуация осложнялась тем, что на борту спутника, по всей вероятности, имелся изотопный реактор с топливом крайней токсичности. Оно как раз и предназначалось для коррекции орбиты спутника в нужные моменты. Однако коррекция, как уже говорилось, стала невозможной из-за потери связи, и смертельная опасность грозила всему живому, оказавшемуся в районе падения.

Спутник решили взорвать прямо на орбите, и это было сделано в результате запуска ракеты с борта боевого крейсера. Однако удалось ли этим отвести угрозу, пока неизвестно.

Довелось слышать, будто бы хитроумные китайцы изобрели мыло для… похудания. Помоешься таким мылом — и избавишься от лишнего веса. Неужто такое может быть на самом деле?

Ирина Камышина,

г. Караганда

Как ни удивительно, но агентство Синьхуа утверждает, что такое мыло существует на самом деле. В состав нового гигиенического средства входят экстракты лечебных трав, которые обычно применяют в китайской народной медицине. Проникая при намыливании сквозь кожу, эти экстракты активизируют кровообращение и вызывают ускоренный распад подкожного жира. Так ли это на самом деле, предстоит выяснить добровольцам, согласившимся пройти курс испытаний.

Интересно, зачем учителя в школе для исправления ошибок обычно используют красные ручки? Ведь красный — это неприятный цвет…

Антон Корабельников,

г. Кременчуг

Недавно английские педагоги решили, что рукопись, испещренная красными пометками, с одной стороны, конечно, заставляет учеников обратить внимание на ошибки. Но с другой — изрядно портит им настроение. А потому теперь пометки преподавателям рекомендовали ставить зелеными чернилами. Такая «растительная» окраска знаменует гармонию и покой, внушая ученику, что учитель не желает ему ничего плохого, несмотря на множество ошибок в контрольной.

Приживется ли такое новшество в наших школах, пока не известно…

Интересно, когда люди начали носить обувь?

Алена Кузнецова,

г. Кимры

Когда исследователи из Института палеонтологии и палеоантропологии позвоночных КНР обследовали скелет, найденный в 2003 году в пещере Тянюань, то пришли к удивительному выводу. Судя по искривленным пальцам на ногах, это существо, жившее 38 500 — 42 000 лет назад, похоже, носило обувь. Получается, уже в те древние времена существовали сапожники, поставлявшие своим соплеменникам обувь.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Долгое время строительство механизмов не требовало точных измерений, детали подгоняли друг к другу при сборке. Но в начале XIX века появились многоцилиндровые паровые машины и нарезное огнестрельное оружие, нуждавшееся в миллионах совершенно одинаковых пуль и снарядов, сделанных с точностью до мельчайшего миллиметра. Для этого требовались приборы микронной точности.

В 1848 г. французский инженер Ж.Л. Пальмер создал первый микрометр. Отсчет измеряемой величины производился в два приема: грубо — при помощи линейки и более точно — по углу поворота винта.

Этот принцип он положил в основу более удобного скобочного микрометра и показал его на Парижской выставке в 1867 г.

Здесь патент на микрометр купили американские инженеры Джозеф Браун и Лусиан Шарп, основавшие всемирно известную фирму «Браун и Шарп», производящую высокоточные приборы и станки.

С тех пор микрометр внешне почти не изменился. Лишь в последние десятилетия в нем вместо отсчета размера по делениям шкалы стали применять более удобный цифровой отсчет.