Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 10
Впрочем, выход был найден. Американский программист Джек Лайол поместил кресло пилота на длинном рычаге впереди колеса. К штанге крепится двигатель с коробкой передач, вращающий вал колеса. Если колесо вращается вправо, то возникает сила реакции, стремящаяся повернуть двигатель, коробку и штангу влево. Ее компенсирует вес кресла с пилотом, помноженный на плечо штанги. А плечо это можно сделать достаточно большим. В результате моноцикл Д. Лайола устойчив при самых резких торможениях и разгонах.
Хоть аппарат Д. Лайола называется моноциклом, но колес там два. Оба они стоят рядом на одной геометрической оси. С ними поворачивать наклоном головы или туловища невозможно, да и не нужно. Д. Лайол делает это, притормаживая то правое, то левое колесо.
1. Одноколесный велосипед, 1880-е годы.
2. Моноцикл с внешним расположением пассажира устойчив при торможении. Джек Лайол, США, 1999 г.
3. Пятиместный одноколесный автомобиль Дж. Пурвита, 1936 г.
Сходным путем пошел американец Керри Мак-Лиин. В его машине два мотоциклетных колеса на общей оси предотвращают от опрокидывания вбок. Ось колес закреплена на поворотной мотоциклетной вилке, которая осуществляет поворот машины. В верхней части моноцикла сделана надстройка, на которой располагается седло. К ней же крепится вилка и двигатель. При езде двигатель создает реактивный момент, бросающий пилота назад, к земле. Человек наклоняется всем телом вперед и своим весом компенсирует этот момент. Казалось бы, при остановке и старте пилот должен клюнуть носом в землю. Но от этого его спасает автоматическая система управления, аналогичная той, что применяется в тележке «Сигвей».
Скорость 160 км/ч даже для автомобиля скорость немалая. В 2001 г. такую скорость показал на своем моноцикле Керри Мак-Лиин. Можно смело утверждать, что подобные моноциклы имеют все шансы занять достойное место на дорогах.
Попробуем же сделать модель моноцикла с электромотором. Тому, кто захочет построить полноразмерный моноцикл, она позволит детально ознакомиться со свойствами этого аппарата, а если сделать несколько моделей, можно будет организовать необычные гонки. Образцом нам послужит моноцикл, выпускаемый в Австралии серийно.
Основа модели — колесо от старого детского велосипеда с литой резиновой покрышкой (брать колесо надувное не следует, поскольку будет мешать торчащий из его обода ниппель).
Итак, отыскав ровное круглое колесо, удаляем из него спицы. Внутреннюю поверхность обода заравниваем и аккуратно оклеиваем скотчем в два-три слоя. Затем из фанеры толщиной 2–3 мм выпиливаем лобзиком две боковые стенки. Чтобы они были строго одинаковыми, фанерные заготовки сбиваем тонкими гвоздиками и выпиливаем вместе. После этого напильником и наждачной бумагой выравниваем кромки, удаляем заусенцы и вытаскиваем гвоздики.
На одной из стенок при помощи тонких гвоздей и клея ПВА укрепляем распорки. Их высота должна немного превышать ширину обода. К ним с помощью саморезов присоединим вторую стенку. Опорные и ведущие ролики лучше выточить на токарном станке из дюралевого прутка. Если такой возможности нет, то их следует изготовить из твердого дерева (бук, дуб). В этом случае вместо токарного станка можно применить укрепленную на столе дрель. Заготовку нужно укрепить гайками на длинном винте и зажать его в патрон дрели. Обтачивать ролик следует при помощи крупнозернистой шкурки, навернутой на круглый стержень.
На оси ведущего ролика имеется шкив, который через резиновый пассик вращает двигатель от игрушечного автомобиля через имеющуюся в нем замедляющую передачу. При сборке модели неизбежно смещение центра тяжести вбок от плоскости обода. Для его компенсации применяются балансиры — две тяжелые гайки, перемещаемые по длинному винту. Регулируя их положение, можно добиться как прямолинейного, так и криволинейного движения модели. Это позволит соревноваться на точность заезда ее в заданную точку. Запуск модели производится кнопочным выключателем.
Модель моноцикла:
1 — боковая стенка; 2 — распорка; 3 — опорный ролик; 4 — электродвигатель; 5 — балансир; 6 — ведущий ролик.
А. ИЛЬИН. Рисунки автора
ЭКСПЕРИМЕНТ
Солнечное оружие Архимеда
Если верить легенде, во время осады Сиракуз римлянами в 212 году до нашей эры, защитники города сожгли римский флот, при помощи зеркал и отполированных до блеска щитов сфокусировав на триремах по приказу Архимеда солнечные лучи. Со временем к легенде начали относиться именно как к легенде, и возобладало мнение, что корабли поджигали метко брошенные зажигательные снаряды, а сфокусированные лучи солнца служили лишь прицельными метками для баллист, как лучи современных лазерных прицелов.
Первым, кто взглянул на легенду о зеркалах, как на задачу, был, по мнению историков, византийский математик, механик и архитектор Анфимий Тралльский, живший в VI веке. В своем труде «Об удивительных механизмах» он попытался дать объяснение оптических свойств зажигательных зеркал и даже, по некоторым свидетельствам, сумел построить систему из семи шестиугольных зеркал, одно из которых помещалось в центре, а остальные — по сторонам. С помощью этой системы Анфимий якобы сжег дом обидевшего его соседа Зенона.
Впрочем, по свидетельству современника Анфимия, византийского историка Агафия, Анфимий дом не сжег, а лишь напугал соседа и его гостей «грозой». Гром имитировали удары по металлическим листам, а «молнией» был направленный на дом обидчика солнечный зайчик.
Так осуществимо ли «солнечное оружие»?
Наверняка вы поджигали с помощью лупы в солнечную погоду сухие листья или обрывки бумаги. Мощность луча в подобных опытах не превышает мощности излучения лампочки от карманного фонаря, но вся она сосредоточена на ничтожной площади пятна, и это позволяет получить температуру 500 °C и выше. Если сконцентрировать энергию на борту деревянной триремы, то, конечно, и она заполыхает.
Увеличительных стекол во времена Архимеда не было, но роль линз могли играть вогнутые зеркала или система из множества плоских зеркал, нацеленных в одну точку.
Остается лишь понять, каковы должны были быть размеры одиночного вогнутого зеркала или системы плоских зеркал. Ведь одно дело зажечь сухой лист, который находится в 5 см от лупы, другое — римские суда, стоявшие на якоре в пятидесяти метрах от стен Сиракуз. Маленькой линзой их не поджечь. И вот почему.
Часто мы говорим, что «линза или вогнутое зеркало собирает свет». Если говорить точнее, ни линзы, ни вогнутые зеркала, вообще никакие оптические устройства свет не собирают, а только лишь создают действительное изображение источника света.
Значит, для того, чтобы поджечь триеру, Архимед должен был на ее борту получить изображение солнца.
Чем меньше будут его размеры, тем лучше, значит, будет выше энергия и соответственно температура. Каковы же будут размеры изображения солнца, если мы наведем его на борт судна, стоящего на расстоянии 50 м?
На рисунке показано, как получается действительное изображение солнца при помощи линзы. Его размеры определяют центральный и осевой луч. На этих лучах мы построили подобные треугольники ОАВ и OCD.
А дальше — давайте считать.
Диаметр Солнца около 1,4x106 км, расстояние от Земли до Солнца 150x106 км, расстояние от линзы до триеры — 0,05 км. Из подобия треугольников следует, что диаметр изображения Солнца равен 0,46 м, а площадь примерно 0,17 м2. И уменьшить его невозможно. А площадь входного отверстия собирающего устройства составит около 10 м2. При этом форму и конструкцию собирающего устройства теория не оговаривает. Они могут быть любыми.
Так что, исходя из несложных расчетов, можно сделать вывод, что солнечное оружие возможно. Более того, создать его не так уж сложно, достаточно лишь направить в одну точку лучи зеркал общей площадью 10 м2.
Возможно, подобными расчетами руководствовался французский натуралист, биолог, математик, естествоиспытатель и писатель XVIII века Жорж Луи Бюффон, будто бы сумевший в присутствии короля Людовика XV поджечь на расстоянии 50 метров дубовую доску с помощью установки из 128 плоских зеркал, каждое из которых пускало зайчик в строго определенную и единую для всех точку.
Но, если эксперимент Ж.Л. Бюффона можно подвергнуть сомнению, то опыт греческого инженера Ионаса Сакса опровергнуть трудно. В 1973 г. он собрал близ Афин 70 солдат. Каждый держал в руках медное зеркало размером 91x50 см. По команде они сожгли солнечными зайчиками лежавшую на берегу в 50 м от них просмоленную лодку.
