Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 08
У настоящей мухи шесть лапок. Отрывая от потолка одну, она держится на пяти других. Но мадам Муше, увы, была вынуждена обходиться только двумя… И был велик риск, что при отрыве от потолка одной ноги может отклеиться и другая. К тому же при многократном отклеивании клейкое вещество электризуется. Если разматывать ленту скотча в полной темноте, можно увидеть множество искр длиной до 5 см, что свидетельствует о напряжении в несколько тысяч вольт.
Одним словом, проблем с хождением по потолку чисто мушиным способом немало. Но мадам могла воспользоваться и другим способом — способом ящериц-гекконов и лягушек-квакш.
С квакшами все понятно, на пальцах у них присоски, похожие на те, что применяются в игрушечных стрелах, прилипающих к стене. Прижимая их к поверхности, лягушка выдавливает из них воздух. Под присоской образуется вакуум, и атмосферное давление прижимает ее к поверхности, а при малейшей попытке сдвинуть присоску вбок начинает действовать сила трения. Именно благодаря силе трения, возникающей под присоской, квакша легко держится на отвесной гладкой стене.
Все эти подушечки и ворсинки на коже лапок стенного геккона вытесняют воздух, и лапка работает как присоска.
Но мух и квакш превосходит в умении бегать по потолкам стенной геккон. Взгляните на сильно увеличенное изображение лапок этой ящерицы. Они снабжены мускулистыми подушечками со складками, которые способны охватывать малейший выступ поверхности.
Но главную роль играет кожа подушечек. Она покрыта множеством мелких (0,1–0,01 мм) ветвящихся ворсинок. Прижатые к поверхности, они так же, как и присоски, вытесняют воздух. Возникает вакуум, и атмосферное давление так надежно удерживает ящерицу, что на оконном стекле геккон может долго висеть всего на одной лапке. Присасывающая способность лапки у геккона совершеннее, чем у квакши. Стоит ей немного оторвать ободок присоски, как под нее попадает воздух и она теряет свою удерживающую силу.
Геккон может отрывать лапку постепенно. При этом удерживающая сила атмосферного давления лишь постепенно уменьшается, и это упрощает ходьбу по отвесным стенам и потолку.
Танк с синтетической кожей, напоминающей кожу лапок геккона, мог бы взбираться по отвесной стене.
Возвращаясь к загадке мадам Муше, можно заметить, что синтетическая искусственная кожа геккона была бы прекрасным решением вопроса. Она была бы полезна не только в цирковом искусстве. Если ею, например, покрыть гусеницы легкого трактора, то он легко бы взбирался по стенам горящего дома, а пожарники в ботинках, подбитых «гекконом», легко бы ходили по карнизам. Но пока, увы, скопировать такую кожу с ее ветвящимися ворсинками никто не сумел. Поэтому в технике имитируют присоску квакши.
Вот как, например, поднимают рулон (рол) типографской бумаги в тонну весом. Цеплять его, как бревно, при помощи строп и цепей нельзя — бумага повредится. Можно поднять его на полотнище, но это трудоемко. В конце прошлого века для этого создали подъемное приспособление «Спрут», состоящее из большой резиновой присоски и насоса, откачивающего из присоски воздух.
Сделаем несложный опыт. Возьмем по возможности большую консервную банку с ровными краями, например, от селедки и припаяем к ней жестяной патрубок для шланга пылесоса. Если собрать установку и включить пылесос, то банка присосется хоть к потолку. Да так, что оторвать ее от ровной поверхности будет практически невозможно.
На консервной банке, соединенной со шлангом мощного пылесоса, можно повисеть и на потолке.
Это не удивительно. Хороший пылесос создает разрежение не менее 0,2 атм и может удерживать банку от кофе диаметром 120 мм с силой 23 кг. А представьте себе, с какой силой он будет удерживать большую банку!
Если такую присоску немного усовершенствовать, оклеив ее кромку мягким двухслойным скотчем (его применяют для «залечивания» прорывов водопровода), то можно повисеть под потолком и ходить по нему, поочередно выключая присоски, чтоб иметь возможность переставлять ноги.
На рисунке показана схема прерывателя воздушного потока. Отметим, что частота следования перерывов в работе присоски тем выше, чем меньше ее объем. Это связано с резонансом воздушных колебаний в ее объеме. (Точнее говоря, она обратно пропорциональна квадратному корню из ее объема.) Поэтому сделаем присоску минимального объема и удлиненной формы. С такими, кстати, мадам Муше XXI века могла бы лихо носиться по потолку с батарейным пылесосом за спиной.
Присоска с прерывателем воздушного потока — вращающимся диском с отверстием. При достаточно больших его оборотах присоска может двигаться, не отрываясь от потолка.
Но посмотрим на нашу конструкцию шире. Если не откачивать воздух из присоски, а нагнетать в нее, она начнет скользить по полу, словно по льду. И чем ровнее пол, тем меньше потребуется воздуха.
На этом принципе несложно сделать забавный спортивный снаряд, изображенный на рисунке. Стоит на него встать, и, оттолкнувшись, легко проскользишь из угла в угол спортивного зала. Основная проблема — так подвести к пылесосу ток, чтобы не путаться в шнуре.
Пневматический самокат воздушной подушке.
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Живем по-королевски?
Летописцы, описывая балы европейских монархов, часто отмечали роскошь освещения: под сводами залов замка горели сотни свечей! Много это или мало?
Измерять силу света керосиновых, газовых, а потом и электрических ламп начали еще в XIX веке, взяв за стандарт немецкую парафиновую свечу с высотой пламени 50 мм.
Измерение силы света первых электрических ламп Эдисона с угольной нитью показало, что на каждый ватт подведенного к ним электрического тока они давали силу света, равную 7 свечам. Сегодня сила света измеряется не в свечах, а в люменах, но разница между ними так мала, что ей можно пренебречь. Современная лампа накаливания мощностью 15 Вт с рабочим напряжением 220 В имеет световую отдачу 7 люмен, считай 7 свечей, на ватт.
Представьте, что 8 комнате горит лишь одна такая лампа. Ее освещение мы никак не назовем роскошным, а ведь это свет 7x15 = 105 свечей. Ничуть не хуже, чем у европейского монарха! А если в люстре стоит не одна такая лампа, а пять?..
Так уж устроен человек, что света ему требуется все больше и больше. В СССР освещенность рабочего места машиностроительного предприятия увеличилась за последние пятьдесят лет его существования в пятьдесят раз. За последние 25 лет в США освещенность рабочего места служащего возросла более чем вдвое. И это не ложится тяжким бременем на экономику страны. Каждый рубль, вложенный в свет в промышленности, дает рубль сорок копеек прибыли!
Но, увы, даже к роскоши человек легко привыкает. И нам хочется, чтобы было светлее, но подешевле.
Проделаем несложный опыт. Нам понадобится торшер и фотоэкспонометр. Поставим в торшер одну лампу мощностью 100 Вт и отнесем от нее фотоэкспонометр на такое расстояние, чтобы его стрелка оказалась посередине (расстояние составит примерно 1,4 м). После этого включим лампу мощностью 25 Вт и снова поднесем к торшеру экспонометр так, чтобы стрелка оказалась посередине шкалы. Расстояние между прибором и лампой будет около 0,6 м. Если мы первое расстояние возведем в квадрат и разделим на квадрат второго (1,4)2/(0,6)2, то сможем узнать, во сколько раз первая лампа дает больше света, чем вторая: 1,96/0,36 = 5,44.
Что же получается? Первая лампа берет в четыре раза больше электричества, но света дает больше в пять с половиной раз. Это означает, что чем больше мощность лампы, тем она выгоднее.
Светотехники об этом знают давно и для освещения дворов и спортивных площадок стараются применять лампы накаливания большой мощности. Их знания секрета не составляют, но никто не потрудился донести их до рядовых граждан, и они много электроэнергии расходуют зря. Лампа мощностью 15 Вт — самая малая из тех, что ради экономии ставят в люстру — имеет, как сказано, световую отдачу 7 свечей на Вт. По силе света она, мы подсчитали, равна 105 свечам, а люстра, состоящая из пяти таких ламп — 515 свечей, — потребляет 75 Вт.
Лампа же мощностью 60 Вт имеет световую отдачу 11 л м/Вт и силу света 715 свечей! Еще выгоднее лампы мощностью 100 Вт. Они имеют световую отдачу 12,5 — 13,5 лм/Вт и силу света 1250–1350 свечей!
Люстра с лампами по 15 Вт — это крайний случай. Чаще встречаются лампы мощностью 25 Вт, но у них световая отдача 7,6–8,4 лм/Вт, а сила света около 190–220 стандартных немецких парафиновых свечей.
