Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2000 № 09
Представьте себе лоток с множеством отверстий, из которых вытекают воздушные струйки. Они поднимают положенную на лоток деталь, и… чудеса! Под действием легкого толчка деталь медленно, словно в кино, скользит по инерции, одолевая при этом десятки метров. Как?! Это противоречит нашему обиходному опыту. Никаких особых сил для обретения скорости мы к детали не прикладывали!
А объясняется все легко. В обычных условиях, когда сила трения велика, составляя подчас более 10 % от веса тела, на преодоление ее расходуется кинетическая энергия, например, в виде толчка клюшкой шайбы. Воздушная же смазка уменьшает трение в сотни раз. Соответственно уменьшается и энергия, необходимая для его преодоления.
Предметы оказываются способными двигаться по инерции на большие расстояния с ничтожными начальными скоростями. Получается идеальный конвейер.
Этот эффект додумались использовать и в учебных целях. Изучая законы механики, желательно иметь возможность наблюдать за соударением тел. Измерять их скорости до и после удара. Процесс этот в обычных условиях происходит слишком быстро. Измерения приходится производить либо косвенными методами, либо с помощью довольно сложной аппаратуры, от чего теряется наглядность.
Применение же воздушной смазки позволяет проводить наблюдение при «ползучих» скоростях. А измерение производить при помощи линейки и секундомера. На рисунке 3 показано одно из простейших устройств для такой демонстрации.
Оно представляет собой закрытую с двух концов трубу квадратного сечения, к которой подведен воздух от пылесоса. В верхней части трубы насверлено множество отверстий. «Пробными телами» служат два легких уголка, всплывающие на струях воздуха. Почти не меняя скорости, они проходят метровое расстояние, скользя по воздушной смазке, за 5 — 10 секунд. При этом хорошо наблюдается упругий удар с изменением скоростей. А чтобы он не был упругим, на краях уголков укрепляют кусочек липкой ленты. После соударения тела склеиваются и продолжают движение как единое целое.
Все детали такой установки могут быть сделаны из оргстекла.
А вот проект устройства для наблюдения соударений тел под углом. Это прозрачный короб, вмонтированный в стол, — примерно так монтируют волновые ванны. Снизу короб освещен точечным источником света. И все происходящее на его поверхности хорошо видно на потолке в теневой проекции. На верхней стенке короба множество отверстий. В короб нагнетается воздух от пылесоса. Пробными телами служат разноцветные пластмассовые кружки.
Не исключено, что, используя заряженные тела, на подобной установке удастся продемонстрировать и законы Кеплера, а может быть, и квантовые эффекты. Тут все зависит от вашей фантазии.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
ЦАГИ на лабораторном столе
Сегодня вновь становятся популярны комнатные летающие модели. Их конструирование и постройка само по себе дело занимательное, к тому же ему можно придать характер настоящей научной работы. Нужно лишь обзавестись аэродинамической трубой. Скорость полета таких моделей часто не превышает 1–2 м/с при размахе крыльев 300–400 мм. И трубу для их продувки нетрудно сделать на основе крупного бытового вентилятора, который дает поток со скоростью 5–6 м/с.
Сделанная на его основе аэродинамическая труба позволит обдувать «модели моделей» в масштабе 1:2–1:3.
Обладая такой установкой, вы намного опередите своих соперников по части «летного опыта», да и на уроке она не будет бесполезна.
Описание одной из таких конструкций давалось в журнале «Самолет» № 3–4 за 1938 год.
В широкой части трубы размещался вентилятор мощностью 100 Вт. Добавленное к ней сужающееся сопло служило для увеличения скорости потока. Как можно судить по расчету, скорость его могла достигать 20–25 м/с. Для аэродинамической трубы очень важно иметь поток без завихрений, которые создают лопасти вентилятора. Их устраняет решетка из жестяной полосы шириной 100 мм, сложенной в виде гармошки.
Для наших целей сопло не требуется. Но решетка необходима. Она, как и корпус трубы, может быть сделана из картона или даже ватмана (рис. 1).
Действующую на продуваемую модель его подъемную силу в старом журнале предлагалось измерять при помощи торговых весов с гирями. В нашем распоряжении куда более чувствительные школьные аэродинамические весы. Местные особенности ее обтекания можно оценить с помощью опять же школьного микроманометра.
Но как наблюдать режим обтекания?
Часто пытаются проявить его с помощью дыма. Громоздкий и очень неудобный способ. Есть другой, также предложенный журналом «Самолет».
В поток вводятся тонкие раскаленные током до темно-красного каления проволочки. Обтекая каждую проволочку, воздух нагревается и движется далее в виде тонкого горячего слоя. Но с повышением температуры возрастает показатель преломления воздуха. Таким образом, в аэродинамической трубе образуется поток, состоящий из большого числа слоев, окрашенных… теплом.
В обычных условиях глаз их различить не сможет. Но если в полностью затемненном помещении поток осветить точечным источником света, на стене в виде тени из темных и светлых полос мы отчетливо увидим спектр обтекания исследуемого тела (рис. 2).
Рис. 2
Схема устройства для нагревания воздуха показана на рисунке 3.
Оно состоит из медных токоподводящих проволок диаметром 2 мм, к которым припаяны накаляемые нихромовые проволочки диаметром 0,25 мм. Все проводники соединены последовательно.
Нагревательное устройство способно работать от обычного школьного щита.
Доводить нихромовые проволочки до темно-красного каления можно только при включенном вентиляторе. Рекомендуется иметь одиннадцать таких проволочек. Но начинать эксперимент с тепловым «окрашиванием» воздуха надо с одной проволочки. И, только добившись успеха, принимать решение об увеличении их числа.
Применяя кварцевые стержни или пластины термостойких композитных материалов, вам наверняка удастся значительно упростить конструкцию нагревателя. Ведь предложена она, исходя из возможностей, существовавших шестьдесят лет назад.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кто сказал «мяу»?
Вспомните сказку про китайского императора, полюбившего механического соловья. Подобные игрушки делались не только в Китае. Однако долгое время они были столь сложны и дороги, что доставались лишь весьма высоким особам. Все изменила электроника. Сегодня каждый может собственными руками собрать схему, которая будет «щебетать» как синица или «петь» соловьем, «мяукать» как кошка.
Подобные схемы полезны не только в игрушках. Совсем неплохо звонок телефона или будильника заменить птичьей трелью. А если ваша автомашина в ответ на непрошеное проникновение «замяукает» кошкой, то, возможно, лихие люди начнут обходить ее стороной.
Наш рассказ о таких говорящих схемах. Мы начнем его с самой простой из них — «генератора мяу».
Принципиальная схема его показана на рисунке 1.
Рис. 1
Устройство рассчитано на автоматическую, периодически повторяющуюся имитацию кошачьего «мяу». Частота повторений задается мультивибратором на транзисторах VT1, VT2, в зависимости от величины емкости конденсаторов C1, С2. На транзисторе VT3 собран звуковой RC-генератор, работой которого управляет мультивибратор через цепочку R5, СЗ, чем задается протяженность каждого «мяуканья».
Плавно изменяющееся напряжение на конденсаторе С3 «качает» через резистор R6 смещение на базе VT3, создавая характерное звучание. Нагрузкой последнего каскада служит согласующий трансформатор Т1 от любого «карманного» либо переносного радиоприемника.
Со вторичной обмотки трансформатора снимается сигнал-имитация; он довольно слаб, поэтому к выходу добавляется простой усилитель, о чем будет сказано ниже.
Рассмотренное устройство можно существенно упростить, если вместо автоматического повторения имитации использовать ручное управление кнопкой: нажал — и послышался кошачий голосок. В таком варианте, мультивибратор заменяют на кнопочный переключатель, например, типа КМ1-1. Его переключающий контакт соединяют с левым (на рис. 1) выводом резистора R5; нормально замкнутый контакт связывают с общим проводом схемы, а нормально открытый — с цепью питания устройства. Переключения и аналогичны чередующимся отпираниям и запираниям транзистора VT2.
