На фото вверху макет ледокола «косого хода».

Россия расположена на земном шаре таким образом, что большинство портов у нас зимой замерзает. А потому, наверное, русские первыми и задумались над изобретением кораблей, которые бы могли прокладывать среди ледовых полей судоходные каналы.

Случилось это почти 150 лет тому назад. А недавно, спустя полтора века, наши конструкторы снова нашли, чем удивить мир.

«Пайлот» гражданина Бритнева

«Дело ледоколов зародилось у нас в России. Впоследствии другие нации опередили нас, но, может быть, мы опять сумеем опередить их, если примемся за дело.

Первый человек, который захотел бороться со льдами, был кронштадтский купец Бритнев», — писал адмирал С.О. Макаров в 1896 году, когда старался убедить правительство в необходимости постройки в России мощного линейного ледокола. Событие же, о котором писал адмирал, имело место в 1864 году. Осень тогда выдалась необычно затяжной. Финский залив замерз лишь частично, да так неудачно, что пароходное сообщение между столицей, островным Кронштадтом и Ораниенбаумом прекратилось, а проложить санный путь, как обычно делали с наступлением зимы, никак не удавалось — ледовый покров был недостаточно прочным.

В Кронштадте между тем подошли к концу запасы продовольствия, не хватало топлива; был вынужден прекратить работу даже Морской завод. Тогда власти и вспомнили, как тремя годами раньше кронштадтский купец и судовладелец М.О. Бритнев организовал перевозку пассажиров между Кронштадтом и материком на своих пароходах, которые сумели пробиться сквозь непрочный лед.

Обратились к нему. Тот, прислушавшись к совету так и оставшегося неизвестным изобретателя, приспособил для проводки судов портовый буксир «Пайлот», ограничившись небольшими переделками. Прямой форштевую часть ниже ватерлинии «подрезали» под углом 20 градусов, чтобы судно могло вползать на лед и давить его свой тяжестью.

И вот в апреле 1864 года газета «Кронштадтский вестник» сообщила, что винтовой пароход «Пайлот» почетного гражданина Бритнева открыл навигацию раньше, чем Финский залив очистился ото льда, доставив удобство пассажирам и перевозчикам грузов.

От гирь толку мало…

В 1866 году чины Морского ведомства задумали сравнить возможности «Пайлота» и ледокольного судна «Опыт», который колол лед специальными гирями, сбрасываемыми с борта. По свидетельству очевидцев, «гири падали, делали во льду отверстия, но раздвинуть разбитый лед ледоколу недоставало силы»… Таким образом преимущество осталось за «Пайлотом».

Столь убедительная демонстрация превосходства бритневского судна не подействовала ни на флотских инженеров, ни на судовладельцев. Еще некоторое время изобретатели предлагали более перспективные, по их мнению, проекты оснащения ледокольных судов всевозможными устройствами — например, циркульными пилами и закрепленными перед форштевнем катками, которые должны крушить лед перед судном. Предлагалось даже встраивать в корпус вертикальное колесо с шипами-лопастями. По задумке, эти шипы должны были дробить лед, захватывать обломки и поднимать на палубу, очищая фарватер. По другому замыслу, в носовой части надо было сделать наклоненную к воде плоскость, вроде широкого и плоского тарана, по которой лед станет сам заползать на верхнюю палубу. Впрочем, ни один из подобных прожектов так и не опробовали на практике.

Зато Бритнев в 1868 году переоборудовал в ледокол еще один буксир — «Бой». Оба судна, работая поодиночке и парой, заметно продлили навигацию в восточной части Финского залива и находились в эксплуатации полтора десятка лет.

В общем, изобретатель, идею которого подхватил расторопный купец, интуитивно угадал, каким должно быть ледокольное судно — со скошенным форштевнем, мощной паровой машиной и прочным корпусом, способным раскалывать лед таранными ударами и давить его собственным весом, расталкивая затем льдины под края судоходного канала.

Так что, проектируя «Ермак» — первый в России специальный корабль-ледокол, названный так в честь покорителя Сибири — казака Ермака, — вице-адмирал Макаров просто воспользовался опытом Бритнева.

Покорители Арктики

«Ермак» имел обтекаемый корпус, который при боковом сжатии льдов практически невозможно было раздавить, и нос, отдаленно напоминавший утюг. Этим «утюгом» ледокол наползал на льдины и раскалывал их.

«Ермак» прослужил верой и правдой аж до 1963 года. Мощные паровые ледоколы, например, советский ледокол «И. Сталин», построенный в 1939 году (водоизмещение 9 тыс. т, мощность 10 тыс. л. с.), — с котлами на угольном топливе могли находиться в море, не заходя в порт, около 20 суток. Аналогичные дизель-электроходы при равном запасе топлива — вдвое больше, до 40 суток.

В 1959 году наши судостроители спустили на воду первый в мире гражданский корабль с ядерной силовой установкой — ледокол «Ленин». Трехвинтовой ледокол имел водоизмещение 17 300 т и был способен продвигаться со скоростью 2 узла в ледяном поле толщиной до 2,4 м.

Этот ледокол мощностью 44 тыс. л. с. мог работать без пополнения запасов топлива 210 суток. Ведь суточный расход топлива составлял всего 200 г (при условии, что машины работали все время на полную мощность!), т. е. около 70 кг в год. Для любого другого ледокола такой же мощности годовой расход каменного угля выразился бы числом в 2,5 млн. раз больше — 175 тыс. т!

Ныне в нашей стране действует единственное в мире производственное объединение «Атомфлот», которому принадлежат самые мощные в мире ледоколы, в том числе самый большой атомоход «50 лет Победы», спущенный со стапелей в 2007 году.

В России построен и атомный ледокольно-транспортный лихтеровоз-контейнеровоз «Севморпуть» водоизмещением около 61 тыс. т и мощностью силовой установки 29,4 тыс. кВт, который способен двигаться самостоятельно во льдах толщиной до 1,2 м.

Он способен доставить за навигацию столько же груза, сколько перевозят сейчас 6–7 курсирующих в северных акваториях обычных транспортных судов.

Ледокол «косого хода»

Тем не менее, наши специалисты не забывают и о строительстве новых ледоколов, в том числе способных работать на мелководной Балтике. Так, недавно Прибалтийский судостроительный завод «Янтарь» и финская компания Arctech Helsinki Shipyard приступили к созданию уникального ледокола «косого хода».

Это невиданное ранее судно будет использоваться в первую очередь для борьбы с аварийными разливами нефти и спасательных операций. Корабль будет иметь асимметричный корпус и сможет двигаться не только вперед и назад, но и боком.

«При этом ледокол сможет проделывать проход во льду шириной около 50 метров», — сообщают финские специалисты из компании Aker Arctic Technology, которые и выдвинули идею косоходного ледокола в конце 90-х годов прошлого века.

Судно также будет оснащено специальным оборудованием для ликвидации аварийных разливов нефти, тушения пожаров, экологического мониторинга. Оно способно продвигаться в ровном льду толщиной один метр, благодаря общей мощности трех дизельных генераторов в 9 МВт.

Левый борт этого ледокола более выпуклый, нежели правый, — сообщают специалисты. Двигаясь им вперед, этот небольшой ледокол будет способен пробивать фарватер, позволяющий проводить даже супертанкеры водоизмещением в 120–170 тыс. т.

Судно предназначено для эксплуатации в сложных субарктических условиях, которые бывают зимою в восточной части Финского залива. Испытания нового судна планируется начать в феврале — марте 2014 года, то есть как раз 150 лет спустя после появления на Балтике «Пайлота» купца Бритнева.

И.ЗВЕРЕВ

Есть старый студенческий анекдот. Профессор спрашивает студента, что такое электричество. Тот мнется, ерошит волосы, чешет в затылке и, наконец, сознается:

— Извините, профессор, еще вчера вечером я помнил, а теперь — забыл…

— Ах, какая жалость! — вздыхает профессор. — Был на свете один человек, который знал, что такое электричество, и тот забыл…

Шутки шутками, но если вы посмотрите в энциклопедию, то обнаружите, что «электричество — это совокупность явлений, в которых проявляется существование, движение и взаимодействие заряженных частиц».

Если мы копнем чуть поглубже, то вскоре выясним, что такими заряженными частицами, как правило, являются ионы и электроны. Причем ионами называются атомы, у которых по тем или иным причинам недостает одного или нескольких электронов.

Электроном все та же энциклопедия считает стабильную отрицательно заряженную элементарную частицу — носитель единичного электрического заряда. Именно с помощью электронов проводимости и осуществляется передача тока по твердому телу. То есть, говоря уже совсем попросту, ток — это поток электронов.

И вот здесь энциклопедия несколько заблуждается. Похоже, сведения, изложенные в ней, уже устарели.

Так в представлении художника может выглядеть деление электрона. Справа — новая предполагаемая схема атома: вокруг ядра по своим орбитам движутся не единичные электроны, а трио электронных частиц.

Недавно физики лишили электрон звания элементарной частицы. Дело в том, что уже довольно давно ученые подозревали, что в некоторых случаях электрон может распадаться на три составляющих — холон, спинон и орбитон. Возможность раздельного существования холона и спинона была доказана шесть лет назад. А ныне ученым удалось выделить еще и орбитон.

Правда, разделить, как оказалось, можно только электроны, связанные внутри какого-либо вещества — отдельные частицы разделению не поддаются. Взаимодействуя же, электроны, как живые существа, принимают на себя свойства окружающего их микромира.

Обычно они характеризуются тремя свойствами: элементарным зарядом, спином (так называется характеристика, оценивающая момент вращения вокруг собственной оси) и орбитой, которую электрон занимает в атоме. Эти свойства составляют неотъемлемое качество, присущее электрону и определяющее его взаимодействие с другими частицами в атоме. Разделяя электрон, физики имели в виду получение частиц, каждая из которых имела бы одно из перечисленных свойств — орбитон характеризует орбиту, спинон — величину спина и холон — свойства заряда.

Все в мире делится

Стоит, наверное, сказать, что ситуация с делимостью и неделимостью в мире физики сложилась довольно непростая. Еще в XIX веке многие ученые испытали разочарование, даже шок, узнав, что атом, который прежде представлялся единым (ведь даже само слово «атом» переводится с греческого как «неделимый»), вдруг оказался составным, то есть состоящим из более мелких частиц.

Эти частицы, повторив ошибку, ученые опять-таки назвали элементарными. Такое название подразумевало, что они-то уж точно неделимы. Однако в XX веке большинство обнаруженных прежде частиц стали терять звание «элементарные», распадаясь в ускорителях на составные части.

Началось все с протона и нейтрона — частиц, что составляют атомное ядро. Было доказано, что они состоят из более мелких частиц, которые называются кварки.

Получается, что раз они составные, то, значит, все же не элементарные.

Электрону повезло больше — он держался в ранге неделимых дольше всех других частиц. Но, в конце концов, и он был вынужден покинуть ряды элементарных частиц.

Дело в том, что еще примерно пол века назад физики предсказали возможность разделения электрона на три квазичастицы. Правда, проявляются эти три квазичастицы лишь в особых условиях. Например, в пределах одномерных цепочек атомов, стоящих очень близко друг к другу (такое часто бывает в углеродных нанотрубках).

Причем электрон, похоже, вовсе не распадается на частицы, как это происходит при делении других «элементарных» частиц. То есть даже в нанотрубках не происходит такого, чтобы при взаимодействии с близко расположенными электронами других атомов какой-то из них (для удобства представим его как шарик) вдруг развалился на три шарика помельче. Причем один из «малышей» сохраняет заряд электрона, другой вертится вокруг своей оси так же, как электрон (сохранил спин), а третий движется по той же орбите, что и электрон (сохранил орбитальные взаимодействия).

На самом деле электрон ни на какие частицы не распадается. Просто при сближении друг с другом в пределах одномерной цепочки электроны соседних атомов начинают взаимодействовать друг с другом особым образом. И это взаимодействие можно описать, представив себе, что их осуществляют три различные частицы — те самые холон, спинон и орбитон.

Как же такое возможно?

Исследователи Йероен ван дер Бринк, Кшиштоф Вофельд и Торстен Шмидт (слева направо).

Представьте себе, что атомы стоят столь плотно, что электроны образовали так называемый вигнеровский кристалл — то есть компактную упорядоченную структуру вроде кристаллической решетки. При этом в узлах данной решетки возникнут коллективные колебания электронов (как это происходит с узловыми частицами любого кристалла). Но данные колебания обязательно будут сопровождаться переносом заряда. В этом случае можно говорить о возникновении квазичастицы холона.

В то же время электроны в цепочке обладают спином и, соответственно, между ними существует некоторое спин-спиновое взаимодействие. А поскольку все электроны стоят вплотную друг к другу, логично предположить, что, если мы перевернем один из спинов (как бы сместим ось его вращения), то по цепочке побежит спиновое возмущение. И оно вовсе не будет сопровождаться переносом заряда. Получается, что в данном случае мы имеем дело с другой квазичастицей — спиноном.

Вигнеровский кристалл — компактная упорядоченная структура, вроде кристаллической решетки.

Хитрости экспериментов

Впрочем, поначалу все выше приведенные рассуждения представляли собой лишь мысленный эксперимент, затеянный физиками еще в 90-х годах прошлого века.

А вот убедиться в существовании спинона и холона реально удалось не так давно — в 2006 году. Тогда группа ученых во главе с Ким Чанюном из университета Енсей в Сеуле (Республика Корея), Эли Ротенберг и Шень Чжи Сюнем из Стэнфордского университета (США) сообщила об обнаружении четких спектральных сигналов спинонов и холонов в одномерных образцах купрата стронция.

Вскоре после этого Торстен Шмидт и его коллеги из института Пауля Шеррера (Швейцария) смогли разделить электрон на спинон и орбитон внутри атома оксида меди. Для этого они использовали ускоритель, в котором бомбардировали электроны рентгеновскими лучами, чтобы их возбудить — повысить уровень их энергии. Сравнивая уровень поглощенной и излученной энергии, физики смогли определить, что разделение произошло.

И наконец, уже в 2012 году другая группа физиков из Германии, Швейцарии, Франции и Нидерландов под руководством госпожи Джастин Шлаппа смогла «отделить» орбитон. «Подопытным кроликом» выступил опять-таки купрат стронция. А вот методика была уже другая — использовалось так называемое неупругое рассеяние частиц. Она заключалась в том, что образец бомбардировали быстрыми частицами. Это приводило электроны в возбужденное состояние и одновременно давало исследователям возможность отмечать расположение и конфигурацию их спинов.

Измерив же спины и орбитальные угловые моменты (они характеризует движение частиц по орбитали вокруг ядра) электронов, исследователи поняли, что орбитон и спинон существуют одновременно. Дело в том, что изменение спина и орбитального углового момента не совпадали — а это значит, что спинон и орбитон передвигаются внутри материала с разной скоростью. То есть как отдельные квазичастицы.

…Итак, существование орбитона наконец-то экспериментально подтверждено, из-за этого электрон окончательно лишился звания элементарной частицы. Однако эксперименты ученых сводились не только к исправлению терминологии; например, орбитон и сам по себе представляет немалую ценность. Его существование поможет объяснить некоторые аномалии высокотемпературных сверхпроводников — почему в них возникает сверхпроводимость в таких условиях, в каких вроде бы не должна возникать.

Кроме того, движение орбитонов и спинонов можно будет использовать при создании квантовых компьютеров — эти квазичастицы движутся настолько быстро, что их перемещение от одной квантовой точки к другой занимает фемтосекунды. А значит, перенос информации будет почти что мгновенный…

Наконец, сделанное открытие даст ученым возможность сделать еще один шаг к пониманию того, что же представляет собой электричество…

Публикацию по материалам Nature News

подготовил С. НИКОЛАЕВ

РОБОТ — СОРТИРОВЩИК МУСОРА. Команда специалистов финской компании Zen-Robotics разработала робота для сортировки мусора. Устройство под названием Recycler в своей работе использует видеокамеры, металлодетекторы, спектрометр и тактильные сенсоры.

Внешне модель представляет собой огромную роботизированную руку. Благодаря специальному программному обеспечению, самообучающаяся машина способна определять на вид и ощупь множество материалов, в том числе разные виды пластика, и отбирает с конвейера то, что еще можно подвергнуть переработке.

УВИДЕТЬ РАДИАЦИЮ способна видеокамера, созданная сотрудниками Японского аэрокосмического агентства ДЖАКСА по заказу сотрудников АЭС «Фукусима-1».

Новая видеокамера оснащена специальным объективом — так называемым «рыбьим глазом», что позволяет ей охватывать большую площадь съемки. Пока она фиксирует исключительно источники гамма-излучения, поэтому для полноценной работы специалистам необходимо параллельно использовать обыкновенную камеру, а потом накладывать одно изображение на другое. Но не исключено, что в ближайшее время ДЖАКСА создаст видеозаписывающее устройство, которое будет способно вести одновременную съемку местности совместно с записью гамма-излучения радиоактивных частиц и элементов.

ПОЛЕТ БЕЗ ПАРАШЮТА совершил недавно 42-летний британский каскадер Гари Коннери. В целях рекламы он прыгнул без парашюта с высоты 730 м и остался жив. Правда, специально для этого трюка Гари облачился в особый костюм — вингсьют, имеющий подобие крыльев.

А приземлился он со скоростью 96,5 км/ч точно в запланированном месте, где заранее разместил 18 600 пустых картонных коробок, которые обеспечили относительно мягкое приземление.

Методикой уже заинтересовались представители воздушно-десантных войск.

ПЛАТФОРМА ИЗ ГРАФЕНА. Нет, речь вовсе не о железнодорожной платформе. Так специалисты еще называют подложку, на которой размещают элементы молекулярной электроники.

Молекулярная электроника ставит своей целью замену традиционных электронных компонентов молекулами и создание мельчайших электронных схем для использования в сверхбыстрых компьютерах и хранилищах данных. Однако до недавнего времени у схемотехников ничего толком не получалось по одной простой причине.

Вся схема накоротко замыкается при первой же попытке подключения электродов к молекулам. Что делать?

Выход нашли исследователи из Копенгагенского университета. Они утверждают, что могут не только получать графеновые чешуйки большого размера, но и располагать их поверх молекул, словно изоляторы, защищая систему от замыканий. Так и получилась новая платформа для будущей молекулярной электроники. А теперь ученые начали эксперименты с молекулами, способными переключаться из проводящего состояния в непроводящее и обратно.

«НЕБОСКРЕБ НАОБОРОТ» решили построить в г. Мехико. Согласно проекту «землескреб» напоминает вытянутую и перевернутую ацтекскую пирамиду, закопанную в землю. На поверхности остается лишь плоское «дно», что позволяет, даже возведя в центре города колоссальную постройку, не нарушить его исторический облик. По центру постройки проходит колодец, который обеспечит дневным светом, проникающим сквозь плоскую стеклянную крышу, все этажи.

Возвести циклопическое сооружение авторы предлагают в самом центре Мехико, на знаменитой площади Эль Зокало, одной из самых просторных в мире. Предполагается, что первые десять этажей Earthscraper будут служить туристическим центром.

Следующий десяток этажей отводится под жилье и магазины, а самые глубокие — вплоть до 55-го — займут офисные помещения.

ПЕРЕВОДЧИК С ЯЗЫКА ЖЕСТОВ создается в Шотландии. Местные ученые из Университета Абердина начали разработку программного обеспечения для моментального перевода языка жестов в текст, который будет воспроизводиться на экране компьютера.

Обычная камера будет вести запись сигналов рук пользователя. При этом данные будут тут же переводиться в текстовый формат. Таким образом, собеседник сможет прочесть его, даже не владея языком жестов. По мнению разработчиков, программа полностью изменит способ общения глухонемых людей с окружающими.

Предполагается, что программа-переводчик будет готова к 2013 году.

Мы с моим другом Степаном — космические яхтсмены: гоняем на солнечных яхтах по ближнему космосу.

В тридцать шестом году, как сейчас помню, летели мы с ним к Венере на Первую Межпланетную регату. Шли на буксире «Отважный», толкая перед собой нашу яхту «Надежда».

На полпути к Венере мы должны были встретиться с Апофисом — с тем самым астероидом, которого долгое время считали потенциальным убийцей Земли. Пролетая мимо Апофиса, нам предстояло сделать серию фотоснимков и проконтролировать работу межпланетной станции «Арахна».

Ученые подсчитали, что в тридцать шестом году Апофис неминуемо столкнется с нашей планетой. Чтобы этого не случилось, разработали уникальный проект.

Межпланетная станция «Арахна» должна была выйти на орбиту вокруг Апофиса и покрыть его тончайшей зеркальной тканью. Это придало бы Апофису дополнительный импульс. Астероид полетел бы быстрее и проскочил бы орбиту Земли раньше расчетного срока. Тогда столкновения удалось бы избежать.

«Арахну» должны были сопровождать два европейских спутника — «Следопыт» и «Вожатый». Один бы занял место впереди, другой — позади Апофиса. Выстроившись на одной линии с астероидом, спутники могли бы постоянно сканировать Апофис и определить, насколько увеличилась скорость.

«Арахна», «Следопыт» и «Вожатый» отправились навстречу Апофису задолго до его встречи с Землей.

Сеансы связи проходили нормально, траектории спутников были близки к расчетным. Ученых заботило только одно: получится обмотать вращающуюся каменную глыбу зеркальной тканью или нет.

Короче, нас со Степаном попросили посмотреть на работу «Арахны», раз уж мы все равно летим мимо.

На «Отважном» мы были пассажирами. А командовал буксиром старый «космический волк» — капитан Марков, или просто Максимыч.

За сутки до сближения с астероидом Земля нас огорошила новостью:

— «Вожатый» докладывает, что скорость Апофиса не изменилась.

— А должна была уже увеличиться? — спросил капитан Марков.

— Конечно. «Арахна» еще неделю назад должна была покрыть астероид зеркальной тканью. Придется вам задержаться и поискать «Арахну», — сказала Земля.

Начали мы притормаживать. Тормозили целые сутки. На исходе суток мы со Степаном разглядели в телескоп Апофис. Астероид как астероид: серый, весь в кратерах. А вокруг него — рой мелких камней.

— Сюрприз, — буркнул капитан Марков. — Эти булыжники могут быть очень опасны. Летят так стройно, будто это не камни, а искусственные спутники.

«Отважный» уравнял свою скорость со скоростью Апофиса и полетел с ним рядом. Мы со Степой начали искать в телескоп «Арахну». Нашли, но не станцию, а ее обломки. Видимо, «Арахна» столкнулась с каким-то объектом и обломки разлетелись в разные стороны.

Капитан Марков доложил Земле, что «Арахна» погибла. Земля ответила, что примет крайние меры, и попросила нас без команды не покидать окрестностей Апофиса.

«Крайние меры» — это, скорее всего, корабль-перехватчик с ядерным зарядом. Подлетит к Апофису и взорвется над его поверхностью. Но ведь ясно, что если даже разбить астероид на куски, то обломки ударят по Земле с той же силой, что и астероид.

— Слушай, Максимыч, а чем наша «Надежда» хуже «Арахны»? — сказал Степа. — У нашей «Надежды» паруса из такой же зеркальной ткани. Посадим яхту на астероид, поднимем паруса и разгоним Апофис как следует?

— Астероид под парусом? — усмехнулся Марков. — Ну, ты загнул. Нам такой эксперимент не разрешат.

Но Земля разрешила, и мы приступили к проработке этой задачи…

— А вот и сюрприз! — буркнул Марков. — Сколько лет летаю, а такого не видывал!

Посмотрели мы со Степой в боковой иллюминатор и видим: один из камней из свиты Апофиса ни с того ни с сего разогнался и летит, как бешеный, в нашу сторону.

— Да он сейчас нас протаранит! — вырвалось у Степана.

— Увернусь, — работая пультом, пообещал Марков.

— А вон еще один. Тоже на нас летит, — сказал Степа. — Это прямо снаряды какие-то! Ими явно кто-то управляет.

— Теперь понятно, как погибла «Арахна», — пробормотал Марков.

«Отважный» ушел из-под удара, пролетел под Апофисом и оказался немного позади него. Прошел час, другой, но никто в нас не стрелял. Мы боялись этому верить.

Однако пора было воплощать в жизнь Степин замысел. Мы со Степой облачились в скафандры, отчалили от буксира и начали сближение с астероидом. Пролетая над Апофисом, мы наблюдали участки выровненного грунта, расчерченные причудливыми узорами — ну совсем как в пустыне Наска на Земле. Апофис оказался не так прост, как мы думали.

— Похоже, в древности здесь была чья-то научная база, — сказал я.

— Была, это точно, — ответил Степа. — Но не научная. Эти булыжники вокруг астероида… Объект хорошо защищен, следовательно, это военный объект.

Совершить посадку на вращающийся астероид довольно сложно. Но Степан с задачей справился на «отлично». Мы сбросили реактивные якоря, как следует закрепились на поверхности астероида, и Степан поставил паруса.

Зрелище это, я вам скажу, захватывающее! Если смотреть со стороны, то будто ромашка в космосе распускается, так красиво. А диаметр «ромашки» — пол километра.

— Ну, вот, можно и отдохнуть, — сказал Степа, когда паруса встали в штатное положение.

Доложили Земле и стали ждать информации. А через двое суток Земля нас обрадовала:

— Молодцы! «Вожатый» и «Следопыт» фиксируют увеличение скорости астероида.

— Ну, а как насчет перехватчика?

— Мы хотели его вернуть, но связь с ним потеряна.

Сюрприз! Неуправляемая ракета с ядерным зарядом нацелена прямо в нас!

— Вот что, ребята, — по радио сказал нам Максимыч. — Раньше времени не паникуйте. Перехватчик с искусственным интеллектом. Пока он высчитает оптимальный вариант подрыва Апофиса, глядишь, Земля с ним связь установит и команду на подрыв отменит.

— Пока он считает, — сказал Степа, — «управляемые мины», что по нас стреляли, из перехватчика решето сделают. Тогда уж ядерного взрыва не избежать.

— Это опасно, — согласился Максимыч. — Но, даст бог, что-нибудь придумаем. А вы сходите пока на разведку: прогуляйтесь по Апофису. Если это древний секретный объект, то на поверхности должны быть какие-то сооружения. Энергетическая станция, командный пункт, системы связи и наблюдения. Поищите. Авось что-нибудь найдете да обезвредите…

— Поищем, — ответили мы со Степаном.

Вышли мы на поверхность, огляделись по сторонам.

В тени парусов темно, хоть глаз коли. Горизонт — вот он, рукой подать — освещен Солнцем. Край Апофиса обрывается в звездную бездну. Впереди — холм, и у его подножия видны угольно-черные пятна пещер. К ним мы и пошли.

Дошли до первой пещеры. Посветили внутрь и увидели прямой, как труба, лаз, круто уходящий вниз, в недра астероида. Больше всего поразили нас стены этого лаза — гладкие, чуть ли не полированные. Кто и каким инструментом их обработал — загадка.

— Жди здесь, — сказал я Степе и, пригнувшись, шагнул в лаз.

Спускаться было легко. Вскоре колодец расширился, и я очутился в большом темном зале, где на полу были рассыпаны мелкие камни. Я посветил себе под ноги и присвистнул от удивления.

В тот же миг до меня донесся голос Степана:

— Чего свистишь? Что-то нашел?

— Нашел, только не знаю что…

Я стоял на прозрачном стеклянном полу, и сквозь этот пол видел внизу еще один зал. Видимо, он неспроста был отделен бронестеклом от внешнего мира. Кто-то или что-то было надежно укрыто в каменной толще астероида.

Не знаю, как вам, а вот мне до того случая потусторонние голоса слышать не приходилось. Знаете, как в книгах описывают: таинственные голоса, звучащие будто бы внутри человека?..

— Я вижу тебя, — сказал Голос.

Это было так неожиданно, что я начал оглядываться но сторонам.

И в это время снова раздался Голос:

— Я все вижу и знаю. Я существую давно. Я не опасен.

— Я тоже не опасен, хотя существую недавно, — на всякий случай сказал я.

Степа, видимо, прислушивался к моей «беседе с самим собой»: молчал как рыба.

— Вы, люди, опасны, хоть и очень слабы, — сказал Голос. — Зачем вы прилетели?

— Апофис угрожает Земле, то есть людям, — дипломатично начал я. — Люди решили немного ускорить астероид, чтобы он не столкнулся с нашей планетой.

— Люди ничего не видят и не знают. Их решения часто опасны для них самих…. Значит, люди решили только ускорить мой астероид?

— Да.

— А зачем сюда направляется ядерный перехватчик?

— Вы знаете? — вырвалось у меня.

— Я все вижу и знаю. Я — Страж. Миллион лет я кружу вокруг Солнца рядом с Землей. Но я не опасен. Тысячи раз я пролетал совсем близко от вашей планеты, но всякий раз избегал столкновения с нею. Столкновение — это Смерть. А я люблю Жизнь и защищаю ее. Люди не знают об этом и боятся напрасно… А теперь улетайте.

И уведите свой перехватчик подальше…

Не помню, как я выбрался из подземного лаза. Степа бросился ко мне с расспросами, но я не стал ничего ему объяснять. Сомневался я, не с собой ли самим разговаривал. Мы вернулись на яхту. Стали готовить ее к отлету. Но мачту я решил оставить на астероиде. Подумал: пусть Апофис еще поускоряется. Если Голос такой умный, он со временем избавиться от парусов.

Отстрелили якоря, освободились от мачты и отошли метров на триста от астероида. И тут — бац! — прямое попадание! Огромный камень ударил в основание мачты. Паруса — в клочья, а каркас унесло в мировое пространство. Только мы его и видели.

— Ничего себе! — присвистнул Степа. — А если б мы задержались на пару минут?

Я только улыбнулся в ответ.

Через сутки мы пристыковали «Надежду» к «Отважному», перешли на буксир. И тут я был вынужден рассказать все, без утайки.

Максимыч выслушал меня и спросил:

— Значит, Апофис, или, вернее, Страж, — это живой астероид, защитник Земли?

— Получается, так, — ответил я.

— Вот что, Коля…. Мы пока о твоих приключениях умолчим. А на Земле — будет видно…

Тем временем перехватчик оказался в поле зрения наших телескопов. Он уже начал торможение, чтобы, не дай бог, не проскочить мимо Апофиса.

Что будем делать? — спросил я Максимыча.

У нас есть какой-нибудь план?

— А как же, — ответил он. — Есть. План мой прост.

Одним из наших кораблей придется пожертвовать.

— «Надеждой»? — спросил Степа.

— Угадал, — ответил Максимыч.

Вообще-то угадывать тут было нечего. «Отважный» в два раза больше и мощнее «Надежды», с оранжереей, с большим запасом топлива. Он необходим для возвращения на Землю. А «Надежда» рассчитана только на двух космонавтов, зато на ней есть спасательная капсула. Идеальное судно для буксировки перехватчика.

Задача состояла в том, чтобы пристыковать перехватчик к «Надежде», отвести его на безопасное расстояние и там — вдали от Апофиса — произвести подрыв ядерного заряда. Была опасность преждевременного взрыва.

Поэтому пилот «Надежды» рисковал жизнью.

Споры Максимыч пресек сразу.

— Сразу, как расстыкуемся, уводите «Отважного» подальше. Ждите меня двое суток, не больше. Потом ложитесь на обратный курс и не поминайте лихом.

Максимыч перешел на «Надежду», мы со Степаном остались на «Отважном». «Надежда» долго маневрировала, подходя к перехватчику, затем состыковалась с ним и потащила его па буксире в сторону созвездия Кассиопеи. А через сутки аппаратура известила нас о ядерном взрыве в полутора миллионах километров от нас.

Я и Степан — мы оба — мысленно пожелали, чтобы Максимыч во что бы то ни стало вернулся. И он вернулся. За то, что ждали лишние сутки, Максимыч нас отругал, а за то, что дождались, — крепко пожал руки.

Мы доложили Земле о завершении нашей миссии и не торопясь полетели домой.

Состязания солнечных яхт состоялись без нас. Но мы наверстали упущенное — на следующий год взяли золото на Второй Межпланетной регате…

И что самое интересное, через три года после нашего приключения огромный астероид появился со стороны Солнца. Ученые просчитали его орбиту и ахнули: вот он, настоящий убийца Земли. До столкновения — меньше месяца. А что можно успеть предпринять за это время? Только разбить астероид на части в непосредственной близости от Земли, а это очень плохой вариант.

Все уже приготовились к худшему, как вдруг откуда-то появился Апофис. Он догнал астероид и сделал то, чего никто не ожидал: ударил «чужака» по касательной, а сам отскочил рикошетом. Огромный астероид кувыркнулся в пространстве и пролетел мимо Земли.

Люди вздохнули с облегчением: какая удача, что Апофис появился так вовремя и ударил так метко!

Но я-то знал, что все неспроста. Великая древняя цивилизация позаботилась о том, чтобы Земля многие тысячи лет находилась под защитой могучего и верного Стража. Я помню, что Голос, звучавший в недрах Апофиса, называл себя именно так — Страж.

Во Вселенной нет ничего случайного, нет ничего лишнего. Все строго закономерно. И если мы иногда думаем иначе, то только оттого, что плохо еще знаем наш мир.

Рычаг — это не только та ручка с круглым набалдашником, которым переключаются скорости в автомобиле. Открыть дверцу машины тоже помогает рычаг. Он же позволяет и притормозить. И когда меняют колесо при помощи механического домкрата, тоже используют рычаг.

Еще один рычаг можно увидеть на детской площадке — это качели-доска. Акробаты в цирке пользуются подкидной доской — она тоже работает по закону рычага, подбрасывая смельчака под купол цирка.

В давние времена при осаде крепостей пользовались катапультами, в основе которых лежит тот же рычаг, помогающий далеко бросить здоровенный камень. А хитроумный Архимед, говорят, на основе того же рычага придумал машину, которая могла даже опрокидывать корабли римлян.

На основе рычага работают и ножницы, в том числе и те, которыми можно резать железо, и консервный нож, и открывалка для бутылки…

В общем, рычаг, выражаясь научным языком, — тело, которое имеет точку опоры (ось вращения) и точки приложения сил. В зависимости от того, как расположены эти три точки, рычаги делятся на два вида или рода.

Рычаг первого рода — те самые доска-качели или катапульта, у которой точки приложения сил расположены по разным сторонам опоры. В середине — точка опоры, но краям — плечи рычага. В равновесии или равномерном движении эта конструкция может находиться только тогда, когда произведение силы на плечо (перпендикуляр на линию действия силы, опущенный из точки опоры О) правой части FB₁О равно произведению силы на плечо левой части рычага QA₁O. То есть FB₁О = QA₁О.

Отсюда вытекает золотое правило механики: приложенная сила F (например, усилие человека) во столько раз меньше веса поднимаемого тела Q, во сколько раз плечо А₁О меньше плеча В₁О.

То есть, говоря иначе, выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии: груз будет двигать легче, но дальше. Иногда это целесообразно — если, например, надо выворотить валун из земли или приподнять один конец лежащего на земле бревна.

Рычаг второго рода — это, например, простенькая тачка. У нее точки приложения сил (А и В) находятся по одну сторону точки опоры О: колесо — точка опоры, груз давит вниз, прилагая силу Q в точке А, человек прилагает к рукояткам тачки силу F в точке В. Такой рычаг находится в равновесии или равномерном движении в том случае, если FB₁О = QA₁О.

То есть для подъема груза в Q килограммов надо приложить силу F, которая во столько раз меньше Q, во сколько раз А₁О меньше В₁О. То есть чем тяжелее груз, тем меньше должно быть расстояние между ним и колесом и тем длиннее рукоятки тачки.

Разобравшись немного в теории, давайте теперь перейдем к практике. И проиллюстрируем примеры использования рычагов в быту.

Представьте, что вы вдвоем с приятелем несете тяжелый чемодан или сумку, просунув под ручку палку. Кому нести тяжелее — тому, кто держится за короткий конец палки или за длинный? Проверьте ваши рассуждения на практике.

Что получилось?

Правильно, человеку, который держит длинный конец палки, нести груз легче. А его напарнику, держащему короткий конец палки, — тяжелее. Таким образом вы всегда можете перераспределить груз сообразно физической силе каждого. И если силы равны, то и концы палки должны быть одинаковы. То есть чемодан должен висеть ровно посредине.

Для следующего опыта с рычагом вам понадобятся утюг, стул и палка — лучше с крючком на конце или вбитым гвоздем, чтобы утюг не сваливался. Надо повесить утюг ручкой на палку, положить палку на спинку стула. Причем не забудьте придержать сиденье стула коленом или сядьте на него, чтобы стул не перевернулся.

Держа палку-рычаг за свободный от утюга конец, подвигайте ею по спинке стула. И вы убедитесь: чем ближе утюг к спинке стула и дальше рука — тем легче удержать груз. Чем меньше расстояние от руки до точки опоры — тем тяжелее. Ведь утюг давит своей тяжестью на длинное плечо рычага.

Теперь проведем опыт с самодельными весами, именуемыми коромысловыми. Выглядят они весьма просто. К перекладине-коромыслу на концах привязаны нити, на другом конце которых подвешены металлические или пластиковые чашки. На одну чашку кладут взвешиваемый груз, на другую гирьки. Как только чашки будут уравновешены, остается посмотреть, какое количество гирек пришлось положить на чашку. Значит, столько граммов и весит ваш груз.

Так работают лабораторные весы, на которых, например, взвешивают химикаты в лаборатории. Если же надо взвесить большой груз — например, 50-килограммовый мешок картошки, то удобнее использовать весы десятичные. Тогда мешок картошки можно будет уравновесить 5-килограммовой гирей.

Работают такие весы, опять-таки, на основе закона рычага. Проиллюстрировать его действие можно при помощи такого опыта. Возьмите деревянную линейку и разместите ее на опоре (скажем, толстом фломастере, положенном на стол плашмя) так, чтобы длина линейки с одной стороны была в десять раз больше, чем с другой. Например, с одной стороны 9 см, а с другой — 90 см. Еще один сантиметр метровой линейки придется как раз на опору. (Если не найдете длинной линейки, возьмите более короткую, но соблюдайте пропорции размещения плечей рычага над опоре.)

Если теперь вы положите на конец короткой стороны линейки груз в 500 г, то на длинный конец достаточно положить гирьку или иной груз в 50 г, чтобы наши импровизированные весы застыли в равновесии.

Обоснуйте, почему так получается.

И, наконец, еще один опыт мы вам советуем провести уже на улице. Подсуньте нижний конец прочной трубы под камень и попробуйте приподнять его край, двигая верхний длинный конец лома или трубы вверх.

А теперь попробуйте проделать то же самое, подложив под трубу у самого камня кусок твердого дерева или другой камень — поменьше и двигая длинный конец лома вниз.

В каком случае приподнять оказалось камень легче?

Подумайте почему…

Вполне может быть, что ваше мнение и мнение вашего приятеля окажутся не одинаковы. Попробуйте разобраться, почему так получилось.

Притяжение жидкости

Почему водомерка не тонет? Может ли плавать иголка? Зачем при стирке поверхностно-активные вещества? Все дело в поверхностном натяжении жидкости. Слово итальянскому популяризатору науки Дж. Карбони и американскому литератору Л. Стюарту.

Для начала несколько слов о том, что такое поверхностное натяжение. Молекула жидкости обладает свойством притягивать к себе молекулы, которые ее окружают. Для тех молекул, что находятся внутри жидкости, равнодействующая всех этих сил равна нулю, и все они находятся в равновесии.

А вот молекулы на поверхности воды испытывают притяжение снизу и сбоку, а сверху у них лишь воздух. Появляется некая сила, направленная внутрь жидкости. В свою очередь, сила сплоченности между молекулами дает некий вектор, направленный по касательной к поверхности.

Проще говоря, поверхность жидкости ведет себя, как упругая мембрана. По ней и бегают водомерки, которые настолько малы и легки, что вода держит их, словно лед. Что такое силы поверхностного натяжения, нам помогут понять эксперименты.

Благодаря поверхностному натяжению по воде бегают водомерки и ящерицы-василиски.

ПЛАВАЮЩАЯ ИГЛА

Если бросить в воду обычную швейную иглу, она тут же утонет. А вот если мы немного схитрим, то можем заставить стальную иголку плавать.

Для этого нужно положить на воду листок папиросной бумаги, а на него — иголку. Сначала она будет плавать на листке бумаги, словно на плоту. Но постепенно бумага намокнет и утонет. А вот иголка останется на поверхности.

Кроме иголки, можно заставить плавать и скрепки.

ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ

Ясно, что поверхностное натяжение имеет определенную величину, а потому и не может держать особо большой груз. Но какова эта сила?

Теория гласит, что поверхностное натяжение (Т) определяется силой (F), поделенной на удвоенную площадь (W) мембраны: T = F/2W. Двойка в этой формуле появляется потому, что поверхностный слой имеет две границы — верхнюю и нижнюю.

Практически силу поверхностного натяжения можно определить с помощью маленьких лабораторных весов, которые представляют собой две чашки, подвешенные на нитях к коромыслу.

Опустите одну чашу на поверхность воды в миске или чашке, а на другую осторожно начинайте помещать по одной малюсенькой гирьке до тех пор, пока другая чашка не оторвется от поверхности воды.

Эксперимент с весами.

Для справки: значение поверхностного натяжения дистиллированной воды 7,42 г/кв. м при 20 °C; для этилового спирта это значение равно 2,27 г/кв. м при той же температуре.

Добавьте в воду немного жидкости для мытья посуды или мыла, и вы увидите, что величина поверхностного натяжения стала меньше. Это и позволяет стирать белье, поскольку поверхностно-активные вещества, содержащиеся в мыльном растворе, ослабляют связь частиц грязи с нитями тканей.

Другой метод измерения поверхностного натяжения позволяет обойтись без весов. Один конец отрезка нержавеющей проволоки диаметром 1…2 мм и длиной около 20 см сверните в кольцо диаметром 3…4 см. Согните оставшуюся часть проволоки буквой U. Опустите кольцо прямо на поверхность жидкости, натяжение которой вы хотите определить. Добавляйте грузик или перемещайте массивный ползунок на противоположный конец проволоки, пока кольцо не оторвется от жидкости. Поверхностное натяжение (Т) жидкости будет определяться силой отрыва (F), поделенной на удвоенную длину окружности кольца, поскольку приходится учитывать и внутренний, и внешний обводы кольца.

Еще один способ определения величины поверхностного натяжения жидкости таков. Наберите в пипетку немного испытуемой жидкости и накапайте на одну чашку лабораторных весов, например, 30 капель. Взвесьте эти капли.

Затем вытрите чашку насухо и накапайте на нее 30 капель другой жидкости. Чем сила поверхностного натяжения больше, тем капли крупнее и, соответственно, тяжелее. А потому масса капель пропорциональна поверхностному натяжению жидкости: М = Т/К, где К — некая постоянная величина, которую можно определить с помощью дистиллированной воды при температуре 20 °C, для которой вы уже знаете величину поверхностного натяжения.

САМОДВИЖУЩИЕСЯ ЛОДКИ

Из тонкого картона, дерева или фанеры вырежьте маленькую лодку, как показано на рисунке. Поскольку дерево, а особенно картон быстро намокают в воде, будет неплохо, если вы покрасите ее водонепроницаемой краской и дадите ей высохнуть.

На корме ваша лодка должна иметь отверстие, в которое можно воткнуть маленький кусочек мыла так, чтобы его нижний край доставал до воды. Поместите этот кусочек в отверстие, опустите лодку в воду. Вы увидите, что лодка плывет вперед. Ее движение можно объяснить быстрым рассеянием молекул поверхностно-активного вещества (в данном случае, мыла) по поверхности воды, что и создает некую реактивную силу.

Более строгое объяснение звучит так: градиент поверхностного натяжения из одной зоны жидкости в другую создает поток молекул, движущихся из зоны низкого поверхностного натяжения в зону высокого поверхностного натяжения.

Если вы ставите эксперимент в миске, то вскоре вся поверхность воды будет покрыта слоем молекул мыла, и вам придется поменять воду, чтобы лодочка стала снова двигаться.

Лодочки движутся за счет сил поверхностного натяжения.

Когда-то с подачи друзей я приобрел садовый аккумуляторный фонарик, имеющий форму грибка и обладающий, как тогда показалось, необыкновенными свойствами: днем он заряжался от солнечной батареи, встроенной в крышку, а ночью светил из-под крышки неярким зеленоватым светом. Работать он должен был автономно и совершенно автоматически. Также была тайная мысль — нельзя ли использовать его и в других полезных целях, например, для питания радиоприемника.

Однако выводов от встроенной аккумуляторной батареи не оказалось, найден был только выключатель лампочки, спрятанный под нижней крышкой шляпки грибка. Применения по своему основному назначению фонарик тоже не нашел, так и пролежал на полке, пока его аккумулятор не разрядился совершенно сам по себе. Теперь настало время развинтить фонарь, благо разбирается он легко и просто с помощью одной крестовой отвертки, и посмотреть, как же все-таки он устроен!

Монтаж этого прибора китайской сборки оказался предельно упрощен, провода отваливались после двух изгибов, узлы были закреплены каплями термоклея или отламывающимися пластмассовыми выступами — все указывало на то, что передо мной одноразовая игрушка. Расскажу лишь о самой схеме и конструкции, в расчете на ее возможное самостоятельное повторение читателями и использование заложенных там решений в других устройствах.

Лампочку в фонаре заменял светодиод небольшой мощности, бело-зеленого свечения. Аккумуляторной батареи тоже не было — под шляпкой грибка обнаружился всего один элемент размера АА емкостью 800 мА/час, хотя место было предусмотрено под два элемента (экономия, однако!). Не густо, и шансы на использование фонарика источником питания для какого бы то ни было устройства резко упали, ведь номинальное напряжение щелочного аккумуляторного элемента — всего 1,2 В.

Сразу же возник вопрос: а как же может гореть светодиод при таком питании, ведь напряжение зажигания самых распространенных красных светодиодов — около 1,8 В, а зеленых и белых еще больше — до 3 В? Значит, на маленькой печатной плате (25x30 мм), содержащей три транзистора и не более десятка других деталей, был собран еще и повышающий инвертор!

Прежде чем браться за тяжкий труд по восстановлению принципиальной схемы, срисовывая ее с печатной платы, захотелось исследовать возможности самого главного и ценного элемента конструкции — солнечной панели. Ее размеры около 70x70 мм, а сквозь защитное стекло ясно видны 7 параллельных полосок шириной около сантиметра — 7 элементов панели.

Как известно, кремниевые солнечные элементы при их освещении развивают ЭДС порядка 0,5…0,6 В, поэтому следовало ожидать ЭДС батареи из семи элементов около 4 В.

Так и оказалось — в тени и при облачном небе панель развивала 3,5 В, а на ярком солнце — 4,5 В.

Соединенная с одним аккумуляторным элементом, такая панель работает в режиме почти короткого замыкания. Это не страшно, поскольку внутреннее сопротивление панели значительно, и ток короткого замыкания не превышает 60 мА даже при ярком солнечном свете. Но КПД заряда невелик, и для полной зарядки аккумуляторного элемента нужно как минимум два солнечных летних дня (20…40 часов).

Никаких устройств, предохраняющих элемент от перезарядки при выключенном светодиоде, обнаружено не было.

Другой важный элемент устройства — датчик освещенности, собственно и позволяющий фонарику включаться в темное время суток и выключаться днем. Это фоторезистор, оформленный в плоском цилиндрическом корпусе с двумя выводами, размерами не больше транзистора. Его отдельное исследование показало, что темновое сопротивление превосходит 2 МОм, а на свету резко уменьшается — в тени до 10…20 кОм, а при ярком солнечном свете даже до сотен Ом.

Обратимся теперь к принципиальной схеме устройства (рис. 1).

Солнечная панель SP постоянно соединена с аккумуляторным элементом ВАТ через диод D1 (обозначения элементов сохранены такими же, как на печатной плате, имеющей название SY-H019B). Диод пропускает только зарядный ток от панели к аккумулятору и предотвращает его разряд через внутреннее сопротивление панели в темноте. Установка такого защитного диода обязательна в любых устройствах с солнечными панелями.

На транзисторе Q1 собран ключ, срабатывающий в зависимости от степени освещенности датчика PR. В темноте транзистор открыт током смещения, протекающим от источника питания через резистор R1.

На свету датчик замыкает этот ток «на себя», напряжение базы становится менее 0,5 В, и транзистор закрывается. Для более четкого срабатывания ключа он охвачен цепью положительной обратной связи через резистор R4 — то, что получилось из транзисторов Q1 и Q2, иногда называют триггером Шмитта. Он имеет некоторый гистерезис, и включение фонарика происходит при меньшей освещенности, чем его выключение.

Транзисторы Q2 и Q3 образуют повышающий инвертор.

Маленькое отступление: поначалу у меня возникала мысль, что, может быть, нехорошо срисовывать чужие схемы готовых устройств (авторские права и пр.), хотя в целях самообразования это никогда и нигде не возбранялось. Однако, когда я увидел, что схема инвертора практически не отличалась от той, которую когда-то я сам разработал для светодиодов и опубликовал в «Юном технике» (статьи «Сверхэкономичные индикаторы» и «Солнечная энергетика»), совесть моя совершенно успокоилась.

Это лишнее подтверждение того, что оптимальные технические решения одинаковы и в Малайзии, и в Китае, и в России.

Итак, транзисторы Q2 и Q3 включены последовательно, один за другим, по схеме двухкаскадного усилителя. Усилитель охвачен цепью положительной обратной связи через емкостной делитель C1, С2 и поэтому превращается в релаксационный генератор импульсов. Нагрузкой транзистора Q3 служит катушка индуктивности L1, запасающая энергию во время открытого состояния транзисторов Q2 и Q3.

Но это состояние не может продолжаться долго, поскольку ток через L1 нарастает, ее ферритовый сердечник входит в насыщение, индуктивность уменьшается, а напряжение на коллекторе Q3 повышается. Это повышение немедленно передается через конденсатор С2 на базу Q2 и запирает его. Вслед за ним запирается Q3, и импульс тока через транзисторы прекращается.

Но ток через катушку индуктивности L1 не может прекратиться мгновенно. Он продолжает идти и формирует на коллекторе Q3 положительный выброс напряжения, который может во много раз превосходить напряжение питания. Но у нас он просто открывает светодиод LED, и энергия, запасенная в катушке, превращается в световую. Пауза между импульсами продолжается до тех пор, пока не израсходуется энергия магнитного поля катушки и затем не разрядятся конденсаторы C1, С2.

Дальнейшее поведение генератора зависит от состояния Q1. Когда он заперт днем, то смещения на базе Q2 нет, оба транзистора генератора закрыты и импульсы генерироваться не будут. Если же Q1 открыт ночью, то ток смещения поступает на базу Q2 через резистор R3, и генератор будет продолжать генерировать импульсы — светодиод загорится. Для отключения светодиода служит выключатель SW — если он разомкнут, то генерации импульсов нет, и светодиод не горит, поскольку напряжение аккумуляторного элемента меньше его напряжения зажигания.

Кстати говоря, если бы изготовители не экономили, а поставили два аккумуляторных элемента, а также 3-вольтовый белый светодиод, то он все равно бы не горел без генерации импульсов инвертором, поскольку номинальное напряжение батареи было бы 2x1,2 = 2,4 В. Зато в данной схеме он служил бы хоть каким-то предохранителем от перезаряда аккумуляторов, ограничивая напряжение на каждом элементе на уровне 1,5 В, то есть загораясь при этом напряжении даже на свету.

В заключение несколько практических советов для желающих повторить эту конструкцию. Для нее вполне подойдут отечественные транзисторы КТ315 и КТ361 с любыми буквенными индексами. Диод D1 может быть любым, с предельным током 40…60 мА. Марка датчика — фоторезистора неизвестна, по наверняка можно подобрать что-нибудь подходящее из имеющихся, измерив сопротивление на свету и в темноте с помощью тестера. Катушка L1 миниатюрная, по виду напоминающая резистор, индуктивность ее также неизвестна, но полагаю, что нескольких миллигенри будет достаточно. Можно намотать 100… 150 витков на ферритовом колечке или использовать одну из обмоток малогабаритного трансформатора. Полезны рекомендации, приведенные в упомянутых выше статьях.

Желаю удачных экспериментов!

В. ПОЛЯКОВ, профессор

Вопрос — ответ

В конце XIX века физики заинтересовались исследованиями низких температур, в частности сжижением газов — кислорода, азота, водорода. При этом одной из самых больших проблем оказалось не получение жидких газов, а их более-менее долговременное хранение. Так польские физики К. Ольшевский и 3. Вроблевский впервые получили жидкий кислород в 1883 году, затем смогли сжижить и водород, но вот хранить их не могли — сильно охлажденные газы-жидкости быстро испарялись.

Немецкий физик Адольф Вейнхольд придумал для хранения жидких газов в 1881 году стеклянный ящик с двойными стенками, между которыми был откачан воздух для лучшей теплоизоляции. Но так удавалось хранить жидкий газ всего несколько часов.

Поэтому в 1892 году англичанин Джеймс Дьюар решил усовершенствовать контейнер Вейнхольда. Новое хранилище жидкого газа представляло собой колбу с узким горлом и посеребренными стенками. А для того чтобы колба не разбилась, она была подвешена на пружинах в металлическом кожухе. Так на свет появился «сосуд Дьюара», который и по сей день используют в научных лабораториях всего мира.

При этом ни Вейнхольд, ни Дьюар не предполагали, что их разработки могут быть использованы в быту.

А вот берлинец Рейнольд Бергер, увидев сосуд Дьюара, сообразил, что подобная конструкция вполне может пригодиться для долговременного хранения в горячем состоянии чая или кофе. В 1903 году он дополнил сосуд герметичной пробкой и крышкой-стаканчиком. Так появилась на свет «вакуумная фляжка».

Это название не нравилось ни самому Бергеру, ни покупателям. И он объявил конкурс. Наилучшим оказалось предложение, пришедшее из Мюнхена. Фляжку назвали thermos — от греческого слова therme — «горячий». Так еще в античные времена называли общественные бани, где всегда имелась горячая вода. С той поры люди и пользуются термосами.

Наши традиционные три вопроса:

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 5 — 2012 Г.

1. Закаленное стекло и алмазы резать водой не удается.

2. В принципе, для каждого типа материалов можно подобрать соответствующий клей.

3. Микроволновый слуховой эффект (эффект Фрея) заключается в слуховом восприятии микроволнового излучения. Звуки возникают непосредственно в голове человека без использования дополнительного радиоэлектронного оборудования.

* * *

Победителем конкурса в этот раз стал Сергей ПРОХОРОВ из г. Иванова, приславший наиболее точный и полный ответ.

Близки к победе были Эльдар Рангулов из г. Казани и Андрей Балашов из г. Владивостока

* * *

_{А почему? Почему в темноте все кошки серы? Какой цветок самый большой в мире? Правда ли, что Александр Македонский опускался на дно моря? Кто из ученых внес заметный вклад в изучение природы электричества? На эти и другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть в красивый французский город Онфлер, расположенный в устье реки Сены.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВША Самоходные установки «Прист» и танки «Шерман» Америка поставляла СССР по программе ленд-лиза во время Великой Отечественной войны. Об этих машинах вы узнаете в «Левше» и сможете выклеить их бумажные модели для своего «Музея на столе».}

_{Любители исторических военных игр, прочитав статью в рубрике «Вместе с друзьями», смогут изготовить для показательных выступлений комплект лат римского легионера.}

_{Юные электронщики продолжат постройку робота, а для всех, кто любит работать руками, мы публикуем станочек для резки пластика. И, конечно, в номере будут полезные советы.}

* * *