Юный техник, 2006 № 03

А вот новое исполнение этого опыта. Как и прежде, зажмем прут в мощные тиски, закрепленные на прочном массивном столе. Установим на том же столе штатив с лазером, а к пруту скотчем прикрепим небольшое зеркальце. Свет лазера, отразившись от него, падает на стену. Попробуем погнуть или закрутить прут — и зайчик на стене заметно сдвинется.

Все опыты В.Поль ставил в большой университетской аудитории, где длина луча могла достичь 20–30 м. Естественно, что смещение зайчика в классной комнате, в которой луч значительно короче, менее заметно.

Однако этой беде можно помочь. Поль в таких случаях рекомендовал второе, неподвижное, зеркало. Луч следует пустить так, чтобы он обежал оба зеркала несколько раз. Тогда произойдет многократное увеличение угла отклонения. У этого способа есть единственный недостаток — сложность отладки. Гораздо проще в этом отношении способ другой. Достаточно укрепить на столе телескоп или подзорную трубу и пропустить через нее луч лазера так, чтобы он вошел в объектив и вышел через окуляр. Его угловое отклонение возрастет пропорционально кратности прибора.

Мираж на любой вкус

Интересны опыты, связанные с криволинейным распространением света. Это явление лежит в основе миражей, но не стоит думать, что они наблюдаются только в пустынях. Сидя в автомобиле, можно увидеть, как в жаркий летний день дорога словно становится мокрой. Это и есть следствие криволинейного распространения света в неравномерно нагретых слоях воздуха — своеобразный мираж в городе.

Переверните обычный утюг. Закрепив его в таком положении, пустите вдоль его поверхности под небольшим углом вниз луч лазера. Если утюг включить, то станет заметно, как по мере его нагревания, зайчик на стене отчетливо поползет вверх.

Объясняется это тем, что слой воздуха по мере удаления от подошвы утюга холоднее. Скорость света в горячем воздухе меньше, чем в холодном. В результате длина волны делается в этом месте больше. Луч света, образно говоря, на своем горячем краю как бы растягивается и изгибается вверх.

Мираж можно получить и в твердом прозрачном теле, например, в прямоугольной призме из оргстекла от набора по изучению преломления. Для этого следует нагреть при помощи утюга одну из ее узких граней. (При температуре выше 135 °C оргстекло начинает пузыриться, поэтому поставьте регулятор утюга в положение минимальной температуры.) Пустите луч лазера вдоль нижней грани призмы — и увидите, как по мере нагревания лазерный зайчик на стене медленно поползет вверх.

Мираж на раскаленном утюге имеет ту же природу, что и мираж в песках Сахары.

Холодный мираж

Наблюдать мираж можно и без нагревания. Важно лишь создать среду, коэффициент преломления которой менялся бы от точки до точки. Это можно сделать, к примеру, подавая в воздух другой газ. Закрепите на штативе воронку, затянутую плотной тканью, и подайте в нее углекислый газ от аппарата Кипа. Затем пустите по поверхности ткани лазерный луч. Он отклонится вниз.

Объясняется это тем, что при атмосферном давлении коэффициент преломления газов пропорционален их плотности. А скорость света в более плотном углекислом газе меньше, чем в воздухе. Соответственно меньше и длина волны. Вблизи поверхности воронки, где углекислого газа достаточно много, луч света снижает свою скорость, как бы сжимается у своего нижнего края и идет вниз.

А вот еще одно явление, связанное с прохождением света через неоднородную среду. Его иногда наблюдают те, кто имеет дело с очень быстро вращающимися телами. Насадите на дрель диск из толстой фанеры и, включив мотор, обточите его напильником. У вас получится идеально круглый относительно оси вращения дрели диск. Не вынимая его из патрона, закрепите дрель на прочном столе в тисках и пустите луч лазера по касательной к его ободу. Луч отклонится в сторону от оси вращения.

Объясняется это тем, что вблизи обода диска образуется «пограничный слой» — слой воздуха, как бы прилипший к его поверхности и вращающийся вместе с ним. Плотность его у поверхности обода диска меньше, чем в окружающем воздухе, и по мере удаления растет. Вот и движется свет по кривой, как в мираже.

Мираж в углекислом газе в точности имитирует мираж в атмосфере Юпитера.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ

Прогулка по муравейнику

Мир насекомых мы видим, как правило, лишь со стороны и совсем не так, как его видят они. Лупа и микроскоп здесь помогают мало. Это осознал в самом начале прошлого века итальянский биолог Аурелио де Гаспарис. И изобрел биоскоп, прибор, позволявший вести наблюдения на таких расстояниях, которые слишком малы для подзорной трубы и велики для микроскопа. При этом прибор был пригоден для установки на фотоаппарат.

Биоскоп позволял проникнуть в мир очень мелких существ, понять его своеобразие и красоту, во многих отношениях с нашими совсем не схожих. На уникальном снимке ученого (рис. 1) муравей «за утренним туалетом» у входа в свое жилье. Хорошо видны два сорта грибов, которые «цивилизация муравьев» выращивает искусственно. Столь четко узреть такие подробности при помощи лупы, например, почти невозможно. Однако изобретение Аурелио де Гаспариса биологи почти не используют. Для фотографирования насекомых неплохой результат можно получить при помощи зеркальных фотоаппаратов с удлинительными кольцами или насадочными линзами.

И все же опыт де Гаспариса не пропал даром.

В послевоенные годы началось бурное строительство новых городов. Облик будущего города, вы знаете, наверное, первоначально создается при помощи макета в масштабе 1:1000 или 1:2000. Но насколько уютны и приятны для глаз будут его улицы? Глядя на макет сверху, этого понять нельзя. Вот если бы уменьшиться до размеров блохи или того же муравья или хотя бы подобно Гаспарису попытаться заглянуть в этот мир как бы изнутри…

Архитекторы пробовали применять для этого медицинские эндоскопы, применяемые при операциях. Их крохотные передние линзы в сочетании с плоскими зеркалами как будто бы позволяли «гулять» по улицам крохотных городов. Однако любая линзовая оптика имеет ограниченную глубину резкости, особенно когда наблюдение ведется с небольших расстояний. Поэтому большие проспекты и площади при помощи нее рассмотреть на макете не удается. Выход из положения еще в 60-е годы прошлого века нашли изобретатели А.Заневский и В.Лагуновский (авторское свидетельство СССР № 207009). Они предложили фотоаппарат для съемки деталей архитектурного макета с точки зрения человека, имеющего рост 1–2 мм. В качестве объектива здесь применено крохотное отверстие. Главный недостаток такого объектива — низкая яркость изображения заставляла применять длительную (5 — 10 с) экспозицию.

Но зато появлялись преимущества, которых у обычного объектива нет. Все получалось резким в диапазоне расстояний от нескольких миллиметров до нескольких метров от объектива, а значит, не нужна была наводка на резкость. Перспектива не искажалась, а угол съемки был фантастически велик — 120 градусов в горизонтальной плоскости и 70 — в вертикальной. Такой аппарат пригоден для съемки растительности и ее обитателей. Как правило, они малоподвижны (улитки, гусеницы, тихоходки), и это заметно облегчает съемку при длительной экспозиции.

Но тут следует учесть, что чувствительность современных пленок примерно в десять раз выше, чем у пленок 1960-х годов. В продаже есть любительские цветные пленки чувствительностью 1200 единиц, которую при специальном режиме проявления, переведя ее в черно-белую, можно довести до 3–4 тысяч. (Чувствительность цифровых фотоаппаратов не превышает 400 единиц в цветном режиме и 1000 единиц в режиме ночной съемки.) В этом случае мы сможем снимать даже столь шустрых насекомых, как муравьи.

Вот как этот аппарат устроен (см. рис. 3).

Рис. 3. Фотоаппарат для микросъемки:

_{1 — кадровое окно; 2 — отверстие-объектив; 3 — затвор.}

В нижней части его корпуса, на расстоянии примерно 2 мм от наружного края, имеется отверстие диаметром примерно 0,1 мм. За ним расположено зеркало. Отраженные от него лучи света падают на установленную в верхней части аппарата фотопленку. В качестве затвора применяется заслонка, перемещаемая при помощи гибкого фототросика.

Как видите, аппарат достаточно прост и в принципе может быть изготовлен самостоятельно. Однако в нем есть очень трудоемкая в изготовлении деталь. Это — стеклянное зеркало, имеющее наружное отражающие покрытие и два скоса под 45° с тыльной стороны. Его применение обусловлено необходимостью расположения камеры на тесных «улицах» макета. Для съемки природных объектов с муравьиный рост можно обойтись простой приставкой для любой фотокамеры со съемным объективом, но лучше, если это будет зеркалка (рис. 2).

Таким будущий город увидел бы гуляющий по макету человек ростом с муравья.

В основе приставки паяный жестяной конус, прикрепленный к удлинительному кольцу. Выкройка конуса показана на том же рисунке. Шов конуса спаивается оловянным припоем. Его вершина и основание, чтобы получить совершенно плоские края, опиливаются мелким напильником. После этого к ним припаиваем переднюю пластину и фланец. В передней пластине желательно еще до пайки пробить при помощи молотка и иглы отверстие диаметром примерно 0,1 мм. Фланец конуса следует приклеить к удлинительному кольцу при помощи эпоксидной смолы. После этого покрасьте его внутреннюю сторону черной краской. (В противном случае свет, отраженный от блестящей жестяной поверхности, будет частично засвечивать фотопленку.) Приставка ввинчивается на место объектива.

Поскольку потребуется длительная выдержка, ставьте затвор аппарата в положение «В» и присоедините к нему спусковой тросик. Теперь можно приступить к съемке сцен из муравьиного царства. Для этого нужно установить фотоаппарат в небольшом углублении, так чтобы носовая часть приставки касалась земли. Для того чтобы получать хорошие снимки, придется сделать несколько проб, отмеряя время экспозиции при помощи секундомера.

А.ИЛЬИН

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Не верь глазам своим

Капли воды во время дождя всегда летят сверху вниз. Но можно сделать так, что их падение замедлится, они остановят свое движение и даже начнут двигаться вверх. Антигравитация? Нет, конечно. Все дело в эффекте, который специалисты называют стробоскопическим.

Он часто бывает заметен при просмотре кинофильмов, когда колеса движущейся машины вдруг начинают вращаться в обратную сторону. Но вернемся к каплям. Представьте себе капельницу с краником, позволяющим регулировать частоту водяных капель. Поместим это нехитрое сооружение в зачерненную изнутри камеру, открытую лишь в сторону зрителей, и станем освещать траекторию капель короткими световыми импульсами. При определенной частоте каждая капля станет видна в виде неподвижной светящейся точки в том месте пространства, где ее застала световая вспышка. Если сделать частоту следования вспышек несколько ниже частоты отрыва капель, появится иллюзия замедления их падения. А преобладание частоты вспышек над частотой падения капель создаст обратную зрительную картину: капли станут взмывать вверх, как если бы мы и в самом деле изменили знак земного притяжения!

Все эти оптические эффекты создаются простым электронным блоком, принципиальная схема которого приведена на рисунке.

В состав блока входит генератор коротких электрических импульсов, построенный по схеме несимметричного мультивибратора на транзисторах VT1, VT2. Входящие в него R-C элементы задают частоту генерации; ее можно изменить переменным резистором R6. На выходе генератора включен усилительный каскад с транзистором VT3, в коллекторную цепь которого введен в качестве нагрузки «сверхъяркий» светодиод ELI белого свечения.

Резистор R8 ограничивает максимальный ток через светодиод на уровне порядка 55 миллиампер. Все постоянные резисторы типа МЛТ мощностью до 0,5 Вт, переменным может послужить тип СП-0,4. Конденсатор нужен оксидный, типа К50-16, К50-6 или подобный. Сравнительно небольшое электропотребление устройства позволяет использовать для его питания набор из последовательно включенных 1,5-вольтовых гальванических элементов, например, тип размера «АА».

Светоизлучающий диод следует разместить в светозащитной камере сбоку, так, чтобы его вспышки не слепили глаза зрителей и не создавали мешающих бликов на демонстрационном столе и на потолке помещения. Возможно, есть смысл снабдить светодиод рефлектором с ограниченным углом излучения.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

Дышите глубже

Отрицательные ионы уничтожают в воздухе бактерии, снимают бессонницу и депрессию, да и вообще с ними легче живется. Они обычно есть в воздухе лесов и гор. Но можно создавать их и с помощью так называемой люстры Чижевского — подобия зонта со спицами, снабженными заостренными шипами.

При подаче на «зонт» высокого напряжения на концах шипов создаются значительные перепады электрического поля, вызывающие ионизацию воздуха. Но уместна такая люстра лишь в больших помещениях. А для улучшения воздуха, например, у рабочего стола достаточно крохотного ионизатора, потребляющего ничтожную мощность и потому вполне безопасного. Электрическая схема такого ионизатора показана на рисунке.

Это высоковольтный преобразователь, включающий в себя блокинг-генератор на транзисторе VT1, повышающий трансформатор Т1 с диодным умножителем напряжения VD1, С4, С5, VD2, а также «излучатель» ионов WA1 — кусок мелкоячеистой металлической сетки размером примерно 50x50 мм. Излучатель следует разместить в пластмассовом корпусе с большим числом отверстий, чтобы исключить контакт с высоковольтным электродом.

Самый ответственный узел конструкции — высоковольтный трансформатор. Его основой служит Ш-образный сердечник с размерами 12x16 мм из феррита марки 2000НН. Повышающая обмотка L2 имеет 2000 витков провода ПЭВ-1 0,05, первичная L1 — 45 витков провода ПЭВ-1 0,5. Между слоями обмотки L2 помещается слой изоляции из полистирольной пленки; подобная изоляция в два-три слоя вводится между обеими обмотками. Выводить наружу концы обмоток следует по кратчайшему пути, не пересекая витков обмотки и располагая их возможно дальше один от другого.

В непосредственной близости от трансформатора размещают выпрямитель, собранный по схеме умножителя напряжения, а у его выхода — излучатель ионов WA1. Напряжение ионизации составляет порядка 3…7 кВ. Электропитание устройства от осветительной сети переменного тока обеспечивает адаптер G1, рассчитанный на нагрузку током порядка 0,3 А при стабилизированном напряжении 9…10 В. Для сборки настольного ионизатора можно использовать постоянные резисторы R1, R3 типа МЛТ-0,5, подстроечный R2 — СП-0,4; конденсатор С1 — оксидный, типа К50-16, С2 и СЗ — К73-5. Конденсаторы С4, С5 должны быть высоковольтными марки К73-14 или К15-5. Дроссель L3 — типа Д-0,1. В высоковольтной цепи могут применяться диодные «столбики», например, Д1005А.

Транзистор VT1 нужно установить на теплоотводящий радиатор. Следует иметь в виду, что при длительной эксплуатации ионизатора вокруг высоковольтных цепей накапливается пыль. Поэтому время от времени следует отсоединять ионизатор от электросети и очищать внутренность прибора кисточкой.

Ю. ГЕОРГИЕВ

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос — ответ

Не раз слышала, что девушка за рулем — это «мина замедленного действия». При первой же аварийной ситуации она, мол, потеряет голову и бросит руль. Так ли это на самом деле?

Наташа Куролесова,

г. Москва

К прискорбию представителей мужского пола должны сообщить, что недавно английские ученые из Бредфордского университета опровергли это суждение по всем правилам серьезной науки. Они провели эксперимент, в котором приняли участие 43 человека — мужчины и женщины в возрасте от 18 до 35 лет. Им были предложены нейропсихологические тесты, оценивающие пространственное ориентирование, память, внимание, планирование и собственно управление автомобилем.

Оказалось, что представительницы слабого пола лучше справляются с заданиями, где требуется быстро переключать внимание с одного действия на другое, поэтому вождение дается им проще. Им помогает в этом женский гормон эстроген. Исследователи также считают, что этим же можно объяснить и то, что в школе девочки обычно учатся лучше мальчиков.

Проводя во сне почти треть жизни, человек до сих пор не может понять, для чего нужно спать. Для отдыха мышц сон необязателен — достаточно просто поваляться на диване, а мозгу отдых — в бытовом понимании этого слова — не нужен вовсе. Так зачем же мы спим?

Илья Самойлов,

г. Кинешма

В современной сомнологии (наука об изучении сна) существуют несколько основных гипотез, объясняющих природу сна. Согласно, например, первой, энергетической, во сне происходит восстановление энергии, потраченной во время бодрствования. Особая роль при этом отводится глубокому, или дельта-сну. Замечено, что чем сильнее человек устал, тем дольше у него длится дельта-сон. Именно во время этой фазы у человека выделяется гормон роста (недаром говорят, что дети растут во сне). У взрослых этот гормон тоже выделяется, только отвечает он уже за переработку жира.