Помоги проекту - поделись книгой:
Все ли иглы одинаково остры? Попробуйте рассмотреть иглу для вышивания под микроскопом при увеличении 30–40 крат (рис. 1).
Вы не поверите глазам своим, увидев железное бревно с закругленным концом. Радиус кончика вышивальной иглы нетрудно измерить. Он равен примерно 0,01 — 0,05 мм. При этом площадь его поперечного сечения составит 0,00008 — 0,0002 мм2. Если нажать на иглу с силой всего один кг, то, как показывает расчет, на ее кончике должно развиться давление от 5 до 20 тыс. атм. Однако подобные расчеты, часто попадающиеся в учебной литературе, не учитывают прочности как острия, так и материала иглы.
Лучшая сталь выдерживает на смятие давление 200–300 кг/мм2. Как только эта величина будет превышена, кончик сомнется, площадь его увеличится и давление в дальнейшем как бы замрет у этого предела. Если же острие тонкое и удлиненное, то оно согнется задолго до достижения давления, равного пределу прочности материала.
Получается парадокс: для того чтобы игла лучше прокалывала, ее следует… слегка затупить (рис. 2).
Колющее свойство иглы основано на ее способности концентрировать силу. Однако ее свойства этим не ограничены.
Намотайте на толстую иглу примерно 100 витков проволоки диаметром 0,05 мм и подключите к звуковому генератору. При подаче частоты 5 — 10 кГц игла тонко запищит (рис. 3).
Так проявляется магнитострикционный эффект — изменение длины иглы под действием магнитного поля обмотки. Если бы мы имели просто стальной стержень с ровно обрезанными концами, то колебания каждого из них имели бы одинаковую амплитуду. Но у иглы амплитуда колебаний острого конца сильнее. Можно сказать, что острие иглы концентрирует звуковую энергию. При помощи тела, имеющего форму иглы, удается настолько увеличить плотность звукового потока, что он начинает разрушать прочнейшие стали, сверхтвердые сплавы и даже алмаз. Это явление используют в ультразвуковых станках.
Игла из прозрачного материала концентрирует на острие свет, входящий в нее через торец. На этом явлении основаны устройства для повышения яркости изображения, даваемого объективом. Они представляют собою блок из спеченных между собою конических стеклянных стержней. Концентрация энергии в таких блоках получается весьма значительной. Известны опыты, когда их широкие торцы помещали в фокус вогнутого зеркала, наведенного на солнце (рис. 4).
Яркость солнечного света на узком конце повышалась настолько, что стекло плавилось и испарялось. Любопытно, что в этих опытах достигалась температура, превышающая температуру поверхности Солнца, что недопустимо с точки зрения термодинамики. Тем не менее, достоверность этих опытов зафиксирована в академических изданиях.
Интересные явления наблюдаются при подключении иглы к источнику напряжения. Вот простой опыт. Установите на деревянной подставке швейную иглу и соедините с обычной школьной электростатической машиной. Подав напряжение, вы услышите легкое потрескивание, а в темноте увидите на кончике иглы сияние или искры. Ясно, что на острие скапливаются электрические заряды. Почему это происходит?
На поверхности шара, например, заряды распределены равномерно, и на каждый из них со стороны других зарядов действуют одинаковые силы отталкивания. Но если на поверхности шара появится выпуклость, то заряды, расположенные на ее вершине, будут отталкивать друг друга как бы под углом — слабее, чем на всей остальной поверхности. Это позволит им собраться теснее. Тоже самое ярче проявляется на кончике иглы (см. рис. 5).
Плотность зарядов повышается в десятки раз, соответственно возрастает и напряженность электрического поля, вызывающая свечение, ионизацию и даже движение воздуха. В последнем легко убедиться, если поставить перед острием иглы пламя зажженной свечи. При подаче на нее напряжения пламя заметно отклоняется (рис. 6).
Так свечу можно даже потушить. Этот опыт под названием «электрическое дуновение» известен более двухсот лет. Необходимое для этого напряжение у обычных швейных иголок лежит в пределах 1500–2000 В. А чем острее игла, тем оно ниже. Но заточить иглу непросто. Это связано со строением металла. При обычной механической обработке неизбежно отламывается крохотная частица на самом кончике иглы, и она остается тупой. Но пора наконец ответить на вопрос нашего читателя о том, как все же сделать иглу сверхострой.
Возьмите батарейку на 3–4,5 В, графитовый стержень от карандаша, банку, дно которой покрыто пластилином, и кусок спирали от старой электроплитки. Залейте в банку электролит — 10 %-ный раствор соляной кислоты или насыщенный раствор поваренной соли. Соберите устройство, как показано на рисунке 7.
ВНИМАНИЕ! РАБОТАТЬ В ЗАЩИТНЫХ ОЧКАХ И РЕЗИНОВЫХ ПЕРЧАТКАХ!
Буквально за считаные минуты кусок спирали начнет растворяться, причем особенно интенсивно вблизи поверхности электролита. Вскоре от него оторвется и упадет в пластилин готовая иголка. Она будет так остра, что разглядеть ее кончик в обычный микроскоп вы не сможете.
С такой иголкой можно проделать ряд интересных опытов. Вот один из них. Это кораблик, плавающий в небольшом лотке с водой под действием реактивной силы электрического ветра, стекающего с иголок.
Вырежьте кораблик из пенопласта и укрепите на его корме 4–5 иголок, соединенных общим проводом, один из концов которого опущен в воду. Над лотком укрепите металлическую линейку и соедините с одним из полюсов источника напряжения. Другой полюс соединен непосредственно с водой лотка. Прелесть опыта в том, что для его выполнения достаточно напряжения 220 В. Но брать это напряжение непосредственно из сетевой розетки абсолютно недопустимо по соображениям безопасности. Малейшая неосторожность при наличии воды поблизости может привести к поражению электрическим током. Этого можно избежать, соединив каждый из проводов с сетью через конденсатор емкостью не более 0,05 мкФ.
Установленная на кораблике батарея сверхострых иголок создает ветерок, способный погасить свечу. Это наводит на мысль о возможности создания абсолютно бесшумного электростатического вентилятора. Он состоит из двух сеток, соединенных с источником переменного напряжения 220 В. Сетки спаяны из медной проволоки диаметром 1 мм и укреплены на изоляционной рамке из оргстекла. В узлах одной из них впаяны сверхострые иголки. Возникающие на их концах ионы движутся под действием электрического поля в сторону второй сетки. Попадая на нее, ионы теряют свои заряды, нейтрализуются и продолжают движение уже как обычный ветерок.
Американский изобретатель И.Г.Прокофьев-Северский предложил электростатический летательный аппарат — ионокрафт. Его подъемная сила создавалась за счет реактивной тяги, вызванной электрическим ветром. Была испытана модель ионокрафта. Она представляла собою систему из очень легких сеток, скрепленных изоляционными стержнями. Модель бесшумно парила в комнате при подаче напряжения 10 000 В от источника, подобного преобразователю «Разряд», широко применяемому в школах.
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Инфракрасный глаз
Любое тело, если оно теплее окружающей среды, можно увидеть в тепловых инфракрасных лучах. По своей природе это тот же свет, только длина волны его в сотни раз больше. Некоторые змеи различают тела с температурой всего лишь на 0,1 °C выше, чем у окружающей среды. В головных частях ракет тоже есть «инфракрасный глаз», наводящий ракету на излучение самолета. Состоит он из нескольких десятков фототранзисторов, работающих при минусовых температурах. Охлаждают их при запуске с помощью очень простого и остроумного газового устройства.
Делать «глаз» ракеты мы вам не предлагаем, однако построить несложный инфракрасный глаз может оказаться интересно и полезно. Зачем?
Сегодня появилось множество электроприборов, потребляющих солидную мощность, — чайники, печи СВЧ, стиральные машины. Когда все они включаются одновременно, то неисправная электропроводка, как справедливо говорят пожарники, может стать причиной пожара. А нужно ли это вам?
К счастью, неисправные места выдают себя инфракрасным излучением. Его-то и может обнаружить самодельный «инфракрасный глаз». Но пригодится он не только для этого. Обычно в лесу мы ориентируемся по солнцу. Если погода пасмурная, то, как предлагается в пособиях, нужно ориентироваться по всевозможным лесным приметам. Попробуйте! Вы сразу же увидите, что мхи, грибы и ветки деревьев пособий не читают и растут как попало. Обучиться искусству ориентации в лесу по приметам удастся примерно с десятого раза, да и то, если вас будет обучать опытный человек. С «инфракрасным глазом», однако, вы мгновенно найдете солнце по тепловому излучению, проходящему сквозь любые облака.
И наконец, сочетание «инфракрасного глаза» и электрической лампочки, закрашенной в черной цвет, позволяет построить отличную охранную систему, которая обойдется вам примерно в тысячу раз дешевле, чем покупная.
Электрическая схема «инфракрасного глаза» приведена на рисунке 1.
Его задача — определять не абсолютный уровень излучения, а сам факт его присутствия, что сравнивается с «поведением» соседних мест, где появление ненормального нагрева исключено в принципе. Поэтому прибор не нуждается в калибровке.
Собран он по балансно-мостовой схеме, в плечах которой имеются резисторы R2, R4 и транзисторы VT1, VT2. В общую эмиттерную цепь поставлен переменный резистор R3. Отпирающее смещение на транзистор VT1 поступает от источника питания GB1 через резистор R1, создавая на коллекторе VT1 напряжение порядка 2 В. Транзистор VT2 имеет регулируемое смещение, которое управляется переменным резистором R6, введенным в базовый делитель транзистора. В диагональ моста включен стрелочный индикатор Р1 уровня записи типа М476/1 от любого старого магнитофона. Это весьма чувствительный прибор с током полного отклонения всего 0,11 мА.
Когда степень открытого состояния и уровня коллекторных напряжений транзисторов одинаковы, ток через рамку индикатора не протекает и его стрелка находится в нулевом положении. Нарушение равновесного состояния заставляет стрелку отклоняться в той или иной степени.
«Возмутителем спокойствия» измерительного мостика служит инфракрасный (ИК) нагрев транзистора VT1. В этом случае транзистор VT1 действует как болометр — прибор, реагирующий на собственный нагрев.
А наше устройство в целом сможет «ощущать» не только инфракрасное излучение во всем его диапазоне, но и сантиметровые радиоволны. Транзистор VT1 должен иметь черный корпус, германиевый тип и достаточно высокий коэффициент передачи тока. При таком сочетании характеристик и отсутствии стабилизации рабочей точки транзистора в наибольшей степени проявляется зависимость коллекторного тока и напряжения на транзисторе от его нагрева инфракрасным излучением.
Возникающая «тепловая» добавка этого тока, создавая дополнительное падение напряжения на эмиттерном резисторе R3, дополнительно запирает транзистор VT2 и увеличивает «перекос» коллекторных напряжений и отклонение стрелки индикатора. Изменяя сопротивление резистора R3, можно в довольно широких пределах регулировать чувствительность прибора.
Если прибор предполагается применять в основном для обнаружения солнца или в системе охранной сигнализации, то целесообразно у транзистора VT1 спилить верхушку корпуса. Тогда его P-N-переход сможет подвергаться непосредственному падению инфракрасного излучения. При этом повысится чувствительность к коротковолновой части инфракрасного спектра.
Возможная компоновка прибора показана на рисунке 2.
Транзистор VT1 устанавливается в фокусе рефлектора от крупного электрического фонаря. В самом корпусе фонаря можно разместить всю схему и два элемента питания типа LR03.
Вот как пользоваться прибором.
Сначала направьте его на явно пустое место и сбалансируйте измерительный мостик на ноль, подбирая положение ползунка резистора R6. (При первых опытах резистор R3 должен находиться в среднем положении.) Затем рефлектор направьте на розетку или выключатель. Эти места чаще других бывают слегка нагреты, и вы заметите отклонение стрелки индикатора.
После этого, поняв, как прибор работает, можно проверять участки скрытой проводки. Отклонение стрелки укажет на неблагополучное ее состояние. К этому сигналу следует отнестись со всей серьезностью. Стоит вскрыть проводку и разобраться в причинах нагрева. Разумеется, это дело хлопотное, но в случае возгорания проводки хлопот будет больше.
Заметим, что «инфракрасным глазом» можно определять слабые места в теплоизоляции окон и стыков стен. Здесь поступающий холод обнаруживается по ослаблению ИК-излучения окрестных участков стены. С этой целью индикатору задается резистором R6 некоторое отклонение стрелки, которое будет уменьшаться при приближении «инфракрасного глаза» к более холодному участку. Для предохранения индикатора Р1 от токовой перегрузки манипуляции резистором R6 следует проводить потоньше.
Но вот «инфракрасный глаз» готов и время от времени исполняет свою функцию. А в промежутках между ревизиями он, как и большинство домашних контрольных приборов, пребывает в бездействии.
Понятно стремление каждого любителя расширить функции прибора. Потребуется совсем немного, чтобы сообщить ему новые полезные качества. С этой целью в исходную схему введите трехцепевой, на три положения галетный переключатель SA1.1…SA1.3 (рис. 3).
В положении «
В положении «
Для кратковременного присоединения к контрольному узлу испытуемых гальванических элементов на корпусе прибора следует установить две пары контактных лепестков Х2.
Вспомним то, о чем говорили вначале: «инфракрасный глаз» полезен в походе, чтобы найти солнце, скрывшееся за облаками. А еще он может быть датчиком в простейшей системе охраны, основанной на пересечении невидимого инфракрасного луча. Но здесь к прибору потребуются некоторые дополнения, о которых мы поговорим в одном из следующих номеров.
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ
Вопрос — ответ
Сейчас все чаще в городе можно увидеть, как автомобили на магистрали едут со скоростью пешехода, а то и вообще часами стоят в пробках. Почему так получается? Что предпринимают для борьбы с пробками?
Константин Зарубин, 12 лет,
г. Москва
Заторы на дорогах получаются из-за того, что пропускная способность автомагистралей не соответствует количеству проезжающих по ней машин. В 60-е годы прошлого века, когда создавалась Московская кольцевая дорога, никто и предположить не мог, что ее придется расширять и строить для ее разгрузки дополнительное автомобильное кольцо внутри столицы. Но такова реальность наших дней — ежегодно в нашей стране покупается около 2 млн. только легковых автомобилей. Грузовиков примерно в полтора раза меньше, зато каждый из них занимает больше места на дороге.
И как только количество автомобилей в каком-то месте переваливает определенную норму, на трассе начинают возникать пробки. Чтобы избежать их, нужно строить новые магистрали и развязки на уже существующих, чтобы автомобили не стояли на перекрестках. Не случайно в нашей стране недавно принята новая программа расширения сети автомобильных дорог и улучшения качества уже существующих. Так, скажем, недавно сдана в эксплуатацию первая очередь автотрассы, по которой можно проехать от Москвы до Владивостока.
Говорят, в природе есть растения-барометры. Перед наступлением сырой погоды на их листьях выступают капли влаги, напоминающие слезы. Так ли это? Почему эти растения плачут?
Павел Емельчук, 10 лет,
Московская область, п. Белавино
Одно из таких растений так и называется — плакун-трава. При перемене погоды, когда атмосферное давление понижается, а давление сока внутри растения все еще остается прежним, через устья на листьях выступают капельки клеточного сока. В старые времена плакун-траве приписывали даже чудодейственную силу. Например, в Толковом словаре В. Даля написано, что корень этой травы хранит человека от нечистой силы. В наши дни растение это в Австралии выращивают даже на плантациях ради корневищ, богатых крахмалом. Их сушат, а затем перерабатывают на муку и крупу.
Есть мнение
Журнал уже рассказывал о проблеме (см. «ЮТ» № 11 за 2003 г.), с которой столкнулись ученые, пытаясь понять, как это научились летать предки самых первых птиц. Интересную гипотезу на этот счет предлагает наш читатель из г. Мозыря (Беларусь) Е.Ф. Бычков.
Любая способность, согласно закону эволюции, появляется не сама по себе, а как ответ на насущную потребность. По моему мнению, в тот момент, когда предки нынешних птиц учились летать, климат на нашей планете был совсем не таким, как ныне. На планете было жарко и влажно. Причем воздух был намного плотнее нынешнего. Но попробуйте, например, побежать по дну под водой. Это весьма трудно, легче плыть. А «плавание» в воздухе и есть полет.
Остается понять, почему в те времена атмосфера на Земле была намного плотнее, чем сейчас. На мой взгляд, каждая планета проходит в своем развитии несколько этапов. Например, Венера имеет весьма насыщенную атмосферу. Но со временем она будет охлаждаться, часть атмосферы потеряет и та станет такой же, как земная. Следующий этап — атмосфера со временем будет похожей на марсианскую. На Красной планете она настолько разрежена, что летать там никакая птица не сможет.
Поделиться книгой: