Юный техник, 2004 № 01

Мы надеемся, что с ее помощью вы легко смастерите любой понравившийся предмет будь то фланелевое блюдо или отделанная трикотажем напольная ваза, ситцевый обеденный сервиз или джинсовая шкатулка для безделушек. А если учесть, что 8 Марта не за горами, то можно надеяться, что перспектива подарить своим близким и друзьям столь оригинальные вещицы подстегнет ваше воображение и смекалку.

1 — вазочка, «расписанная» кусочками сиреневого ситца в мелкий рисунок, украшенная белыми кружевными «медальонами»;

2 — фланелевый чехол для этого сосуда сшит из 4 клиньев. Места швов заклеены крупными цветами, вырезанными из той же ткани. Ободок тарелки отделан витым шелковым шнуром;

3 — трикотажная ваза, декорированная бусами из маньчжурского ореха, семенами, а также бахромой и пуговицами;

4 — напольная ваза и тарелка к ней обтянуты подкладочным шелком. Сверху приклеены крупные черные цветы. Широкая тесьма и бусы завершают композицию.

Если вы решили сделать такое блюдо, подумайте сами, какой материал можно использовать.

Сначала немного о технике изготовления будущих шедевров. Для основы вам подойдет любой понравившийся стеклянный, керамический или пластмассовый сосуд, форму которого вы решили повторить. Обмажьте его снаружи вазелином. В эмалированной посуде приготовьте бумажное «тесто»: насыпьте 4 столовые ложки муки, залейте водой комнатной температуры и вымесите до состояния густой сметаны. Заварите кипятком эту массу до получения полупрозрачного мучного клея. Дайте остыть. Затем разрежьте газету и порвите руками на мелкие клочки. Чем сложнее форма вашего изделия, тем мельче должны быть кусочки. Первый слой наложите прямо на вазелин. Все последующие равномерно наносите вместе с клеем внахлест и в одном направлении. Кусочки каждого последующего слоя наклеивайте в обратном направлении. Пять-шесть слоев вполне достаточно. Когда ваше папье-маше высохнет, острым ножом или резаком разрежьте высохшую заготовку по вертикали на две половинки. Затем выньте основу, сложите половинки вместе, а швы заклейте узкими полосками тонкой ткани или марли.

Дно смастерите из плотного картона или оргалита и приклейте к основанию. Теперь настала очередь красивой «одежды» для вашей вазы. Обтяните сосуд тканью. Она может быть любой, лишь бы подходила к интерьеру комнаты, украсьте полосками тесьмы, расшейте бисером. Если захотите поставить в вазу живые цветы — поместите внутрь бутылку с водой.

Кстати говоря, в подобной технике можно мастерить не только посуду, но и игрушки, цветочные кашпо с экзотическими украшениями, подарочные шкатулки и даже рамы для картин.

Материалы подготовила Н. АМБАРЦУМЯН

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Опытный экземпляр UH-60 Black Hawk поднялся в воздух 17 октября 1974 г., а 23 декабря 1976 г. он был объявлен победителем на конкурсе проектов, оставив позади многие другие зарубежные машины. В 1979 г. принят на вооружение. Вертолет способен перевозить до 20 человек и груз на внешних подвесках до 2 т. А также ракеты Hellfire («Дьявольский огонь»), топливные баки для полетов большой дальности и пулемет М-60 в передней части кабины. К середине 90-х гг. было построено около 2000 вертолетов этой серии для заказчиков из 20 стран. Выпускается в различных модификациях, в том числе с салоном VIP класса для командования.

Техническая характеристика:

Диаметр главного винта… 16,36 м

Диаметр хвостового винта… 3,35 м

Длина… 15,26 м

Высота… 5,13 м

Масса:

пустого… 5,120 т

нормальная взлетная… 7,71 т

максимальная взлетная… 9,185 т

Мощность двигателя… 2x1645 л.с.

Максимальная скорость… 296 км/ч

Максимальная дальность… до 2220 км

Продолжительность полета… 2 ч.18 мин.

Экипаж… 2–3 чел.

Впервые модель была представлена на автошоу в Париже в 1996 году. А в 2003 выпущен уже миллионный ее экземпляр. Наибольшей популярностью Ford-Ka пользуется в Испании, а также в Англии, Голландии, Турции и Японии, причем большая часть его владельцев ранее предпочитала автомобили других фирм. При этом автомобиль не может похвастаться необычными техническими решениями, оснащен довольно простым мотором и имеет лишь небольшой список базового и дополнительного оборудования. Как считают специалисты, поддерживать интерес к Ford-Ka помогает его необычная внешность, которая практически не устарела за время производства.

Техническая характеристика:

Длина… 3,620 м

Ширина… 1,631 м

Высота… 1,368 м

База… 2,446 м

Мощность… 60 л.с.

Максимальная скорость… 155 км/ч

Снаряженный вес… 871 кг

Вместимость топливного бака… 40 л

Разгон до 100 км/ч… 15,5 с

Расход топлива… от 5,5 до 8,8 л/100 км

ВМЕСТЕ С ДРУЗЬЯМИ

Как взять тепло из ниоткуда?

…Этот эксперимент американца по фамилии Григгс, поставленный почти 10 лет назад, стал уже хрестоматийным. Физик пропустил поток воды через вращающийся диск с отверстиями. Пройдя сквозь них, вода нагревалась. Казалось бы, происходит самое обычное превращение механической энергии двигателя насоса в тепло. Но оказалось, что тепла выделялось в 1,6 раза больше, чем поступало электроэнергии к двигателю. Откуда возник избыток энергии? Гипотез много. Вот, например, одна.

В момент прерывания потока в воде образуются многочисленные пузырьки. Просуществовав тысячные доли секунды, они начинают сжиматься и схлопываются, исчезают. Это явление носит название кавитация.

Процесс этот не прост. Если диаметр пузырька уменьшится, например, вдвое, то объем — в восемь раз. Так же быстро возрастает и скорость движения его стенок навстречу друг другу. Теоретически скорость сжатия абсолютно пустого пузырька может достичь скорости света. Правда, обычно в нем присутствует воздух и пары воды, которые могут ограничить скорость сжатия сотнями метров в секунду. Энергия в этом случае расходуется на сжатие всего находящегося в пузырьке газа. Но может случиться иначе.

Как показал физик Л.B. Ларионов, о работе которого мы писали (см. «ЮТ» № 5 за 1997 г.), стоит стенкам пузырька развить сверхзвуковую скорость, и на них, словно на носу снаряда, возникнет тончайшая ударная волна, движущаяся еще быстрее. Тогда скорость схлопывания может оказаться существенно больше.

Начало кавитации удалось снять на кинопленку и подробно изучить. Но при диаметре 0,001 мм и меньше кавитационный пузырек наблюдению уже не поддается, узнать, что в нем происходит, можно лишь по косвенным данным.

Известно, например, что кавитация способна разрушать любые материалы. Это говорит о том, что в конце схлопывания пузырьков должны получаться очень высокие давления. Ученые оценивают его величинами от 12 тысяч до 450 тысяч атмосфер. А при таких давлениях могут разрушаться электронные оболочки атомов и даже ядра.

Казалось бы, эти процессы и приводят к появлению дополнительной тепловой энергии. Но… Практически любые ядерные реакции дают знать о себе сильным гамма-излучением. Но его не наблюдается…

Так откуда все же «лишняя» энергия?

Еще с древнейших времен ученые полагают, что в промежутках между атомами не абсолютная пустота, а некая обычно не наблюдаемая среда — апейрон, или мировой эфир. Теперь ее называют «физическим вакуумом». Тех, кто хочет познакомиться с вопросом пообстоятельнее, отсылаем к книге И.Л.Герловина «Основы единой теории взаимодействий в веществе», Москва, 1990 г.

Из теории следует, что физический вакуум содержит 1048 виртуальных частиц на кубический метр, но почти не имеет вязкости и потому при обычных скоростях не наблюдаем. Но при больших скоростях, да еще в замкнутом объеме пузырька, сжимающегося со всех сторон, его энергия может выделяться в виде световых квантов. Если всего лишь один атом из пятисот выделит такой квант, то этого будет достаточно для появления наблюдаемого в эксперименте избыточного тепла.

Жидкость, в которой происходит кавитация, светится, значит, эти кванты действительно существуют. Это свечение называется сонолюминесценцией. Открытое в 1933 году, оно в рамках классической науки объяснения не нашло.

Но перейдем от теории к практике. Известно много способов получения кавитации. Например, в медицинских ингаляторах — приборах для получения тонко распыленных жидких лекарств она создается при помощи ультразвука. Но КПД применяемого здесь электронного ультразвукового генератора настолько мал, что получаемый выигрыш энергии практически не заметен.

Чтобы получить дополнительное тепло, чаще используют механическую энергию. Одну из самых мощных установок для этой цели создал омский изобретатель В.Ф.Кладов. Он предложил центробежный насос, который при своей работе создает прерывистый поток жидкости, и при работе с водой получил двукратный выигрыш в энергии. Испытал Кладов и другие жидкости. Фтористый кремний, например, дал десятикратный выигрыш. Другие ученые, напротив, при самых тщательных измерениях ее не нашли.

Мы предлагаем вам повторить установку Л.Ларионова. Она состоит из обычного насосного агрегата, применяемого для подачи воды на верхние этажи домов. Был взят стандартный агрегат с мотором мощностью 4 кВт. К нему присоединен замкнутый контур из водопроводной трубы, в которую вставлено кавитационное сопло и добавлены некоторые другие элементы.

При работе на обычной воде каждый киловатт-час электроэнергии, взятый насосом от сети, давал 1,5 кВт/ч тепла. Такой эффект можно получить от домашнего кондиционера, работающего в режиме теплового насоса. Но он стоит не менее $ 4000. Водяной насос же почти в сто раз дешевле.

Главная часть установки — сопло. Как видите на рисунке, оно сначала сужается, а затем плавно расширяется. Проходя через сужающуюся часть, поток, по закону Бернулли, увеличивает свою скорость, а давление в нем снижается настолько, что становится равно давлению насыщенных паров воды. При этом вода закипает, в ней образуется множество наполненных паром пузырьков. Далее поток поступает в расширяющуюся часть сопла. Здесь скорость его уменьшается, а давление восстанавливается, и пузырьки начинают схлопываться. Процесс этот завершается уже после выхода из сопла и сопровождается сонолюминесценцией. В эксперименте ее легко наблюдать через специальное окошко в трубе. Видно нечто похожее на факел сварочной горелки.

Устройство теплогенератора:

_{1 — насосный агрегат; 2 и 4 — манометры; 3 — сопло; 5 — регулятор статического давления; 6 — дроссельный вентиль; 7 — профиль сопла (из работы немецких ученых).}

Добавление в воду поваренной соли это свечение усиливает. При этом значительно возрастает и тепловыделение. Как показывают зарубежные исследования, наибольшее усиление достигается, когда в литре воды растворено около 120 г соли.

Эффективность установки сильно зависит от формы сопла. Когда угол расширяющейся части слишком велик, может произойти резкий рост сопротивления, и эффективность снизится.

Для получения высокого прироста тепла важно добиться, чтобы давление жидкости после выхода из сопла по возможности восстанавливалось. Для этого нужно измерять при помощи манометров давление до и после сопла и регулировать сопротивление потоку дроссельным краном.

Установка имеет устройство регулировки начального статического давления воды при помощи поршня, поджимаемого винтом. Чтобы добиться наиболее эффективной работы, потребуется кропотливая наладочная работа, связанная с необходимостью измерения количества выделяющегося тепла и расхода электроэнергии. Если электроэнергию можно измерять при помощи счетчика, то измерение тепла сложнее. Нужно предварительно взвесить и подсчитать удельную теплоемкость всего агрегата, а потом, измеряя рост его температуры после запуска, вычислять выделившееся количество теплоты, затем, разделив количество выделившегося тепла на затраченную за это время энергию, получить КПД или, точнее, эффективность теплогенерирующей установки. Но грубо настроить систему вы можете и по температуре трубы.

Если установка отлажена на обычной воде, ее можно непосредственно подключить к действующей отопительной системе. Однако опыт показывает, что в первые дни работы под действием кавитации будет очень интенсивно смываться имеющаяся в трубах грязь. Теплогенератор придется несколько раз разбирать и чистить. Но грязь рано или поздно закончится, и вы сможете спокойно пользоваться дешевым теплом.

Очень, конечно, заманчиво применить соленую воду, но помните: соль разъедает металлические трубы, а использование промежуточного теплообменника связано с дополнительными потерями, которые могут свести эффективность соли к нулю.

А.ИЛЬИН

Рисунок автора

ЗА СТРАНИЦАМИ ВАШЕГО УЧЕБНИКА

Находки профессора Поля

Профессор Геттингенского университета Роберт Вихард Поль (1884–1976) прославился не столько своим вкладом в физику, сколько умением ее преподавать. Не секрет, что год от года сама физика явлений, их осязаемая суть, как из учебников, так и из науки, все больше и больше вымывались математикой. Однако профессор Поль, сопровождая свои лекции остроумными экспериментами, оставался верен традициям XIX века: при разумном количестве математических выкладок они были всем понятны и, главное, интересны.

Вот некоторые из них.

Желая продемонстрировать, что любая, даже самая ничтожная, сила, приложенная к предмету, обязательно его деформирует, профессор Поль использовал массивный дубовый стол, два зеркала и собственный палец. Направив на зеркала пучок света от проекционного фонаря, профессор несильно нажимал пальцем на крышку стола. При малейшем нажатии было видно, как световой зайчик на стене заметно перемещается (см. рис. 1).

Современный школьный класс меньше аудитории, где Поль читал лекции, поэтому опыт лучше демонстрировать с лазерной указкой, дающей очень узкий луч света, и поставить зеркала так, чтобы луч отразился от них много раз. За счет этого многократно увеличится и смещение светового зайчика на стене, так что опыт можно показывать даже в небольшой комнате.

А вот еще один опыт. Если вам приходилось работать длинным тонким сверлом, то вы могли заметить, как оно порой закручивается вдоль оси, а как убедиться, что то же происходит с толстыми сверлами? Ведь чтобы заметно «скрутить» стальной стержень толщиною в палец, нужна огромная сила. (Сопротивление стержня закручиванию, кстати, пропорционально четвертой степени его диаметра.) Однако Р.-В.Поль показал, что даже такой стержень можно закрутить вдоль оси всего лишь двумя пальцами. Для этого он зажал его в слесарные тиски и укрепил на нем пару зеркал.

Пропущенный через зеркала луч света (см. рис. 2) падал на стену в десяти метрах от лабораторного стола. Световой зайчик заметно сдвигался, когда любой из студентов легко закручивал стержень двумя пальцами.

Большое значение профессор уделял самим принципам измерения силы. На своих лекциях он часто применял особую единицу — килопонд. Это сила, с которой масса в один кг притягивается к земле. (У нас эту единицу называют килограмм-силой и сокращенно обозначают кгс.)

Вес тела при перевозке его с полюса на экватор уменьшается на 0,3 % за счет действующей на него центробежной силы. И, напротив, когда мы привозим тело с экватора на полюс, вес его на пружинных весах соответственно увеличивается. Можно представить себе, какую прибыль получали бы одни и какой убыток несли другие, если б в торговле применяли только такие весы. И хорошо, что торговые весы устроены на принципе сравнения массы гири и массы продукта. В простейших случаях применяются весы с чашками.

На одну из них кладут груз, а на другую — гири, чтобы его уравновесить. Даже когда вы не видите гири в руках продавца, знайте: она расположена внутри весов. Весы же имеют механизм, позволяющий сравнивать ее массу с массой продукта.

В своих демонстрациях Поль редко применял пружинный динамометр, а пользовался для измерения сил особыми весами (см. рис. З).

Как видите, они состоят из двух шкивов на одной оси. Один шкив криволинейный. К нему присоединялась нить с образцовой гирей. На другом, обычном круговом, шкиве укреплялась нить, на которую действовала измеряемая сила. Под действием этой силы шкивы поворачивались. При повороте изменялось плечо силы криволинейного шкива. И именно через него действовал на измеряемую силу вес образцовой гири.

В этих весах угол поворота оси пропорционален величине измеряемой силы, так как шкив имеет форму спирали Архимеда. Такие весы — измеритель силы — не намного сложнее пружинного динамометра. Криволинейный шкив для них нетрудно выпилить из фанеры. А применение таких весов, как считал Поль, вносит в демонстрацию элемент логической строгости, нисколько не отражаясь на простоте восприятия.

В последующих номерах мы расскажем о других находках этого замечательного педагога.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Не успеешь и подумать…