ПРЕМИЯ ЗА ТРЕНИЕ. Российский профессор Дмитрий Гаркунов получил золотую медаль британского Трибологического треста за выдающиеся заслуги в области трибологии — науке о трении и износе материалов, достижения которой особенно широко используются в тяжелой промышленности, машиностроении и космических технологиях.

Золотая медаль — самая высокая награда в мире по трибологии. Опа вручалась 34 раза, 28 раз ее получали ученые, живущие за пределами Великобритании (5 из них — россияне).

Профессор Гаркунов открыл новое направление в этой науке. Он разработал курс «Основы трибологии» и написал первый учебник по трибологии в Советском Союзе. Его изобретения нашли широкое применение в авиационной и химической промышленности, легком и тяжелом машиностроении, в сельском хозяйстве. Он автор 15 патентов, а его работы также неоднократно отмечались государственными наградами нашей страны.

Лет двадцать пять тому назад мне на глаза попалась открытка с изображением одной из картин известного российского художника-фантаста А.К. Соколова. Представьте: по марсианской равнине катится шар с пупырышками. Внутри находится блок с исследовательской аппаратурой: он надежно защищен оболочкой со сжатым газом от соударений со скалами и камнями Красной планеты. А пупырышки, как я понял, позволяют шару двигаться: попеременно подавая в них сжатый газ, можно заставить шар катиться в том или ином направлении. Ну, а при ветре он понесется по каменистой пустыне, словно перекати-поле.

Сейчас фантастика постепенно становится реальностью. Эксперты НАСА решили недавно проверить возможности подобного «перекати-поля» на действующей модели. Как показывают расчеты, робот при сильных марсианских ветрах сможет развивать скорость порядка 160 км/ч!

Это, кстати, уже проверено во время натурных испытаний в Арктике и Антарктиде. Катясь по ледяным просторам, прототипы этого робота совершали рейды в сотни километров, непрерывно передавая по радио получаемые по ходу путешествия данные о своем местонахождении, скорости ветра, температуре наружного воздуха, а также по какой поверхности — льду или открытой воде — им приходится передвигаться.

Однако для полета на Марс такие конструкции пока не годятся. Вес такого «перекати-поля» еще чересчур велик. Ныне опытные модели роверов весят порядка 45 кг, в то время как, по расчетам конструкторов, на Марс должен отправиться аппарат массой не более 20–22 кг. Впрочем, облегчить аппарат не так-то просто, поскольку внутрь его, кроме аппаратуры для определения собственных координат, датчиков, регистрирующих параметры атмосферы, создатели робота хотят установить еще и оборудование для взятия проб грунта и анализа его состава.

Специалисты считают, что проблема будет решена, а конструкция получится недорогой и весьма компактной — ведь на Марс оболочка будет доставлена в сдутом состоянии и наполнена сжатым газом уже на месте. Первый такой «колобок» по плану должен быть послан на Марс в 2009 году. Эксперты НАСА также надеются, что подобные конструкции можно будет задействовать, в частности, на спутнике Сатурна — Ио и на спутнике Нептуна — Тритоне.

Схема высадки роботов-колобков на Красную планету.

А если из проволоки?

Впрочем, надувной «колобок» из прочной пленки не единственно возможное решение проблемы. Вот какую оригинальную конструкцию робота-вездехода для Марса запатентовал Томас Эстайер из Шведского федерального технологического института в Лозанне. Прототип этого устройства представляет собой проволочный шар, способный перекатываться под воздействием ветра, попутно собирая информацию.

В основе конструкции — металлические ленточки, обладающие памятью формы. Они выполнены из нитинола — сплава, деформированные детали из которого имеют свойство восстанавливать свою форму при определенной температуре.

Так что с рассветом, когда на Марсе потеплеет, шар превратится в лепешку. Он будет лежать на месте и транслировать полученную ранее информацию на околомарсианский спутник с помощью солнечных батарей и миниатюрного радиопередатчика. К ночи же, при понижении температуры, он снова станет двухметровым шаром и покатится дальше.

Робот-«колобок» по проекту Т. Эстайера.

Зачем мячику нога?

Совсем недавно Пенелопа Бостон и Стивен Дубовски из технического университета штата Нью-Мексико создали прототип роботов нового поколения, которые похожи на мячи. Небольшого размера, они легко помещаются на ладони, а по поверхности планет передвигаются прыжками — с помощью специальной толчковой «ноги».

Роботы-мячики общаются между собой с помощью радиоволн. Каждый знает свое дело: одни оснащены панорамными камерами, другие — химическими сенсорами, третьи — микроскопами…

Если отправить на Марс сразу сотню, а еще лучше тысячу таких шариков, потеря даже десятка «попрыгунчиков» не приведет к остановке работы — их функции возьмут на себя остальные. А небольшие размеры позволят умным мячикам проникать туда, куда обычные марсоходы никогда не доберутся — например, в ущелья и пещеры, которых на Марсе немало.

Ученые надеются, что жизнь — если она вообще есть на Марсе — таится именно под землей. А чтобы роботы-мячи могли двигаться достаточно интенсивно и долго, авторы отказались от традиционных для космических аппаратов солнечных батарей. Энергию в данном случае будут поставлять топливные элементы, работающие на водороде.

Реальный прототип «живого» мячика ученые намерены испытать уже в 2007 году, а к 2010 году они планируют заслать на Красную планету первую партию своих питомцев.

Робот-мяч конструкции П.Бостона и С.Дубовски. Отталкиваясь «ногой» от поверхности, он будет перемещаться при каждом прыжке на полметра.

Смещая центр тяжести

Свой вариант современного «колобка» создали специалисты Лаборатории реактивного движения, расположенной в Пасадине, США. Внутри сферической оболочки диаметром 3–5 м на трех прикрепленных к ней изнутри струнах закреплен блок управления с сервомоторами, а также исследовательская аппаратура. Все устройства питаются от размещенных здесь же солнечных батарей. С помощью моторчиков нити могут то укорачиваться, то удлиняться.

Увесистая коробка при этом в определенных пределах смещается от центpa. Понятное дело, тут же возникает опрокидывающий момент, который заставляет шар катиться в избранном направлении.

Испытания на Марсе еще впереди, на Земле устройства уже работают. Шведские инженеры утверждают, что им удалось создать идеального ночного охранника для складских помещений и предприятий.

«Сферический дройд» (другими словами, «колобок») похож на большой черный шар для боулинга, сообщает американский журнал The Engineer. Он может катиться по любому заданному маршруту внутри здания со скоростью до 30 километров в час. И если его чувствительные инфракрасные сенсоры замечают присутствие живых существ на складе, «колобок» тут же поднимает тревогу и начинает преследование замеченных объектов, попутно делая их снимки с высоким разрешением. Кроме фотоаппарата и сенсоров, робот также оснащен мощной сиреной и датчиками газа, дыма и высокой температуры.

К сказанному остается добавить, что «колобок»-охранник, при создании которого шведские конструкторы использовали новейшие технологии, может одинаково хорошо передвигаться как по суше, так и по воде. Модель водоплавающею «колобка» описана, кстати, в приложении к «ЮТ» — журнале «Левша» № 7 за этот год.

«Колобок»-охранник шведских изобретателей.

С. НИКОЛАЕВ

Недавно астрономы Пулковской обсерватории удивили специалистов всего мира, обнаружив в туче космического мусора на орбите два спутника-шпиона, старательно запрятанных туда американцами. Те справедливо полагали, что среди многочисленных обломков никто не заметит объектов размерами не более нотной тетради каждый. Однако наши специалисты сумели-таки выявить шпионов. Американцам оставалось лишь развести руками и согласиться» что пулковские астрономы — одни из лучших в мире.

Однако наши астрофизики не гнались за похвалой. Их больше беспокоит то обстоятельство, что Пулковская обсерватория, основанная еще в 1839 году и заслужившая авторитет точностью своих измерений, постепенно остается не у дел. Само ее расположение — на севере, где не часто бывают безоблачные ночи, в пригороде Санкт-Петербурга, ночное освещение улиц и проспектов которого дополнительно мешает наблюдениям, ведет к тому, что вскоре обсерватория может стать бесполезной. К тому же инструменты обсерватории давно не обновлялись и сейчас представляют разве что исторический интерес. Вот специалисты Пулкова и нашли себе дело, имеющее практическое значение.

Астрономы Пулковской обсерватории стали настоящими детективами.

Свистят они, как пули у виска…

Свалка же на орбите образовалась из-за того, что начиная с первых космических полетов в космос вместе с полезной нагрузкой выводятся еще и части ракет-носителей, обтекатели, пустые баки и т. д. Оставленные без присмотра, они время от времени сталкиваются друг с другом, дробятся. И со временем на орбите образовался целый рой космических обломков, начиная с микроскопических и кончая крупными, диаметром в несколько метров.

Однако из-за того, что эти обломки имеют скорость порядка 8 км/с, столкновение даже с самыми незначительными из них несет серьезный риск. Сантиметровый обломок металла способен нанести разрушения, сравнимые со взрывом артиллерийского снаряда, утверждают специалисты.

Между тем даже лучшие радары способны засечь обломок величиной не менее 10 см. Поэтому, несмотря на то что бортовые радары неустанно прочесывают пространство на 50 км впереди движущегося «шаттла», риск столкновения все же существует. Правда, за полувековую историю космических полетов пока зафиксирован лишь один случай достоверного выхода из строя спутника из-за столкновения с обломком на орбите — в 1995 году французский спутник-шпион «Сириус» столкнулся с фрагментом ракеты-носителя и вышел из строя.

Однако замечено, что те же «челноки» практически из каждого полета возвращались с царапинами на стеклах и выбоинами на обшивке. Еще 20 лет тому назад, на третий день первого полета космического «челнока», капитан Фредрик Хокк из кресла второго пилота заметил, как в толстом лобовом стекле появилась темная точка и от нее разбежалась тонкая паутинка микротрещин.

Уже на Земле анализ показал, что в точке содержатся следы алюминия и титана. Судя по всему, в стекло ударил крошечный кусочек облупившегося лакокрасочного покрытия с какой-то ракеты. Если бы кусок был массивнее, стекло могло не выдержать, заключили эксперты. Причем в будущем угроза таких столкновений существенно возрастет, так как число спутников на околоземных орбитах быстро увеличивается. А с ними случается всякое. Так, 21 ноября 2000 года российский спутник «Космос-2367» рассыпался всего в 30 км от между народной космической станции.

Мусорят в космосе, сжигают в атмосфере…

«Если мы ничего не предпримем в ближайшие десятилетия, — говорит Николас Джонсон, возглавляющий сектор исследований космических обломков в Хьюстоновском центре космических полетов имени Джонсона, исправлять положение будет сложнее. Нам необходимо подумать о том, как прекратить засорение космического пространства, найти какие-то способы уборки уже имеющегося мусора»…

В самом деле, если в 1961 году службы слежения обнаружили только 50 ракетных обломков, то сейчас их насчитывается уже более 10 000. И это только тех, что имеют более 10 см в поперечнике. Счет же обломкам от 1 до 10 см можно вести на сотни тысяч.

Сегодня эксперты рассматривают несколько вариантов возможного исправления ситуации. Карстен Видеман, эксперт Института аэрокосмических исследований при Брауншвейгском техническом университете, например, полагает, что самое важное — это не допустить дальнейшего накапливания обломков на орбите, иначе в скором будущем полеты на низких околоземных орбитах станут попросту технически невозможными.

Пытаясь уменьшить опасность столкновения, исследователи сейчас предлагают остатки ракетного топлива, остающегося в последних ступенях ракет-носителей, выбрасывать в космос, где оно должно распылиться. Необходимо также заблаговременно разряжать батареи посредством их короткого замыкания. Ведь большая часть мусора, как показывает статистика, образуется как раз в результате незапланированных взрывов при столкновении ступеней ракет и прочих космических объектов между собой.

Чтобы обнаруживать подобные объекты и обломки как можно раньше и в большем объеме, Видеман предлагает вывести на орбиту специальные телескопы, которые смогут идентифицировать обломки величиной даже в несколько миллиметров, практически неразличимые с Земли.

Требуются космические… мусорщики

Для очистки приземного пространства от уже имеющегося космического мусора на орбиту хотят запустить несколько роботов-мусорщиков, каждый из которых снабжен щупальцами наподобие осьминога. Диаметр охвата таких щупалец составит около 14 м.

По словам Саши Махала, сотрудника штутгартской фирмы OAF Sisterns, при подлете к объекту робот сначала вычислит оптимальную позицию для захвата. Поскольку большинство объектов в космосе беспорядочно вращается, робот, захватив объект своими щупальцами, затормаживает его. После этого производится дальнейшее сближение и стыковка робота с объектом при помощи автопилота.

После того как добыча надежно заарканена, спутник включит собственные маневровые двигатели и транспортирует добычу на другую орбиту. В зависимости от конкретных обстоятельств она может проходить либо значительно выше нынешней (и тогда объект останется в космосе навечно), либо, напротив, орбита будет выбрана такой низкой, чтобы обломок в ближайшее время сгорел в плотных слоях атмосферы. После этого робот выпустит добычу из щупалец и покинет «орбитальное кладбище», чтобы начать охоту за новым объектом. Ведь ионный двигатель такого робота рассчитан на 30 подобных операций.

В настоящее время ведутся работы по созданию демонстрационной модели подобного робота-мусорщика. Если испытания пройдут удачно, космический мусорщик будет запущен на орбиту через 3–4 года.

Пока же наши специалисты предлагают изыскать пользу из создавшегося положения. Согласно одному из проектов, тучами измельченного мусора можно прикрыться от прямого солнечного излучения и таким образом смягчить последствия начавшегося глобального потепления. Так что и от космического мусора может быть польза…

Станислав СЛАВИН

Как известно, Луну на ее орбите удерживает сила притяжения Земли. Однако, в свою очередь, и наш спутник притягивает Землю. Поэтому все, что находится на ночной, обращенной к Луне стороне нашей планеты, становится несколько легче. В результате притяжения Луны в Мировом океане, а также на суше возникают приливные горбы.

Когда мы наблюдаем, как приливная волна набегает на морской берег или проникает в низовье реки, то мы обманываемся: в действительности же приливные горбы остаются на месте, не изменяя своего положения относительно Луны. Но поскольку сама наша планета имеет суточное вращение вокруг собственной оси, происходит перемещение приливных горбов по ее поверхности.

При этом из-за энерции перемещение приливного горба, как по воде, так и по суше, отстает от вращения Земли примерно на четверть оборота. И эта дополнительная «горбовая масса» вызывает незначительное торможение Земли. «Лунный тормоз» безотказно срабатывает в течение многих миллионов лет, увеличивая продолжительность каждого последующего дня. Правда, речь здесь идет о таких ничтожных долях секунды, непосредственное измерение которых даже не представляется возможным. Однако в космическом интервале времени выясняется, что эффект торможения все же чувствуется.

Так, у окаменевших кораллов, живших в океане 400 млн. лет назад, ученые обнаружили структуры, которые они назвали «суточными кольцами». Причем на каждый год их, таких колец, приходится 395. Поскольку же продолжительность года — периода, за который Земля совершает один оборот вокруг Солнца, — с тех пор, по-видимому, не изменилась, то следует сделать вывод, что в то время в сутках было только 22 часа. А так как «лунный тормоз» действует постоянно, то длительность суток будет по-прежнему несколько возрастать. И через многие миллиарды лет, очевидно, наступит момент, когда больше не будет наблюдаться разногласия между вращением Земли и приливными горбами. Тогда Земля окажется постоянно обращенной к Луне одной и той же стороной. С освещаемой Солнцем стороны Земли горячие воздушные массы будут с постоянно высокой скоростью двигаться к ее холодной ночной стороне. В итоге на земном шаре будут беспрерывно бушевать пылевые и песчаные бури.

В США ОБЪЯВЛЕНА ВОЙНА… ФИ3ИКЕ. Это не шутка. Некоторые американцы, в рядах которых, например, сенатор штата Канзас Бил Бланчард, президент христианской коалиции Ральф Рид и некоторые другие религиозные и общественные деятели, подали в суд на… второй закон термодинамики.

«Я бы не хотел, чтоб мой ребенок рос в мире, идущем к тепловой смерти и растворению в вакууме, — объяснил свою позицию сенатор. — И меня поддерживают многие избиратели…»

За отмену физического закона, из которого следует, что в замкнутых системах, которые не обмениваются энергией с внешней средой, возможны только процессы распада, регулярно выступают демонстранты Канзаса, Теннесси, Оклахомы, Миссури, Джорджии, Миссисипи и других, преимущественно южных штатов. В общем, судя по всему, война против второго закона термодинамики идет весьма серьезная. Забавно только, что даже если американцы и добьются нужного им судебного постановления, физические процессы не остановятся.

«Теперь мы можем предсказать поведение сотен падающих друг за дружкой капель, — говорит профессор Осман Базеран из Университета Пардью, штат Индиана, США. — Ранее же поведение воды можно было рассчитать, только когда ее струя ограничена какими-то «рамками»: например, когда она бежит по трубе. И нам пришлось проделать тысячи экспериментов, чтобы понять, по каким законам капли воды стекают из крана, что определяет их ритм…»

В своей работе Осман Базеран отталкивается от наблюдения, которое сделал Джен Эггер из Чикагского университета: капля, зависшая на кончике крана, связана тонкой нитью со следующей. Но вот капля падает, нить рвется и скрывается внутри крана.

Это навело Эггера на следующую идею: он сравнил каплю воды с грузом, подвешенным на резиновой ленте. Если вес груза увеличивается, как и вес капли, то лента, в конце концов, рвется и конец ее подтягивается вверх. Этот процесс можно рассчитать.

Эггер описал поведение ленты с помощью уравнения и попробовал применить его к каплям воды. «Результаты, полученные Эггером, приближенно отражают подлинное поведение капель воды», — поясняет Базеран.

Он не только использовал модель, созданную Эггером, но усовершенствовал ее, описав еще и то, что происходит внутри самой капли. Ученый словно разъял каплю на множество частей, чтобы понять, как они перетекают внутри ее, чтобы выяснить, что бывает после того, как водяная нить разорвется, и как это влияет на дальнейшую динамику капель.

Компьютерная модель позволила пристальнее заглянуть в глубь происходящего: как только капля срывается вниз, то нить, на которой она висела, не сразу оттягивается назад; сперва она сама скручивается в крохотную капельку — так называемую капельку-сателлит. С ее поверхности тут же срываются крохотные частички воды — субсателлиты; они всплывают из глубины этой капельки, как мяч — из воды.

Именно из-за их появления струйные принтеры оставляют нечеткий, чуть размытый оттиск. Теперь, зная, что за микроскопические процессы протекают внутри каждой капли, можно изготовить струйный принтер, работающий гораздо четче.

С такими выводами согласны и европейские физики. Причем, анализируя работу того же струйного принтера, им недавно удалось обнаружить и еще один ранее неизвестный феномен. В момент столкновения водяной капли с бумагой или иной твердой гидрофобной поверхностью от нее, от капли, отделяется тончайшая струйка. Причем скорость этой струйки в 40 раз превосходит скорость падения самой капли!

Это наблюдение Денис Бартоло из французской Ecole Normal Superieure и его коллеги из Нидерландов задокументировали высокоскоростной видеосъемкой и рассчитали, что при начальной скорости капли, равной 50 см в секунду, скорость отделяющейся от нее тонкой струйки равна 20 м в секунду. Однако такого уже не происходит при скорости капли больше 70 см в секунду. Почему? Предполагается, что микроскопический поток воды возникает от столкновения друг с другом и «взрыва» заключенных в капле пузырьков воздуха при деформации капли в результате удара о поверхность. А при увеличении скорости падения капли пузырькам воздуха в капле удержаться уже не удается, и «взрывы» не происходят.

«Полученные результаты важны для понимания практически всех процессов, при которых происходит столкновение капель с поверхностью, — утверждают исследователи. — Речь вдет и о струйной печати, и о капельном орошении, а также опрыскивании пестицидами в агрономии, не говоря уже о применении аэрозолей в современном изобразительном искусстве»…

Александр ВОЛКОВ

Кстати…

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ПРОТОЧНОЙ ВОДЫ

Канадские ученые из Университета провинции Альберта разработали новый способ получения небольших количеств электрической энергии из проточной воды. Принцип действия устройства, получившего название электрокинетической батарейки, состоит в пропускании воды через керамический или стеклянный «фильтр», помещенный в сосуд с электродами. Оказывается, при прохождении молекул Н₂О через тысячи мельчайших каналов происходит поляризация положительно и отрицательно заряженных ионов воды. «Благодаря этому естественному разделению и накапливается электрический потенциал», — пояснил профессор Дэниел Квок.

В первых опытах, прогнав небольшое количество воды через 450 000 микроканалов, ученым удалось получить достаточно энергии для того, чтобы зажечь светодиод. И это только начало.

По словам ученых, их изобретение может быть использовано, например, для обеспечения работы сотовых телефонов или калькуляторов. Пользователям таких устройств, чтобы «подзарядить» их, понадобится лишь десяток раз нажать на рукоять миниатюрного насоса для перекачки воды внутри электрокинетической батарейки.

Кроме того, хотя количество энергии, получаемой в результате прохождения воды через один микроканал, очень мало — 30-сантиметровый столбик жидкости даст всего 1–2 микроампера, ученые не исключают возможности создания «фильтра» с миллионами каналов. А это позволит получать на выходе электрические мощности, сравнимые с возможностями, например, автомобильного аккумулятора.

Устройство парового грузовика:

_{1 — паровая машина; 2 — котел; 3 — карданный вал.}

Котлы были дороги, нуждались в грамотном обслуживании. При несоблюдении правил могли и взорваться. Поэтому старались делать один котел на несколько домов, а пар подавать по трубам порою за несколько километров. Тепло по дороге терялось, строительство котельных и прокладка труб обходились недешево. И тогда англичан неожиданно выручили автомобили. Паровые автомобили, которых было великое множество, стоили очень дешево и работали на угле.

Если запуск бензинового двигателя внутреннего сгорания занимал всего несколько секунд, то для растопки парового котла на каменном угле требовалось около двух часов. И потому домовладельцы и владельцы автомобилей вступили в неожиданный взаимовыгодный союз. Подключение автомобильного парового котла для обогрева дома избавляло от необходимости тушить его на ночь. Бросит водитель в котел несколько лопат угля, он будет до утра работать без всякого присмотра. Утром, стоит лишь отсоединить котел от прогретого дома, и автомобиль готов к работе.

Что же это были за грузовики с паровыми котлами на борту? Отвечать на этот вопрос волей-неволей придется издалека.

Паровой грузовик «Сентинел».

Все современные автомобили оснащены двигателем внутреннего сгорания. Но многие инженеры в конце XIX века полагали, что для работы на автомобиле он не пригоден. Вот как они рассуждали. Непосредственно соединить его с колесом нельзя, хотя бы потому, что он вращается слишком быстро. Если поставить замедляющую передачу, редуктор, то он сможет двигать автомобиль, но только в определенном диапазоне скоростей. Стоит выйти за его пределы — и двигатель заглохнет. А если хотите ездить с такими скоростями — подключайте другой редуктор…

Так ныне и сделано. Автомобильный мотор оснащен коробкой передач, которая позволяет получить от него нужную скорость вращения и крутящий момент для любых дорожных условий.

Но в те далекие времена такой путь казался очень сложным. Тем более что существовал двигатель, который можно присоединять непосредственно к колесам. Он сам приспосабливается к дорожным условиям, увеличивал крутящий момент на подъеме, а на хорошей дороге вращался максимально быстро.

В Англии широко распространились паровые грузовики, работавшие на угле. Благодаря очень низкой стоимости топлива они успешно конкурировали с автомобилями обычного типа вплоть до 1930 года, а впоследствии, вплоть до 50 х годов XX века, англичане строили их для Бразилии и Аргентины, не имевших тогда собственной нефти в достаточных количествах.

В кабине такого автомобиля стоял паровой котел, дававший в час около 800 кг пара с температурой 450 °C при давлении 20 атм. Пар поступал в паровую машину, стоявшую на шасси, в непосредственной близости от заднего моста, и соединявшуюся с ним цепной передачей. Мощность машины достигала 100 л.с. С грузом в 6 т машина развивала скорость 35 км/ч, что вполне отвечало нормам того времени. Расход угля в этом случае достигал 150 кг на 100 км пути. Бензиновый грузовик расходовал бы около 50 литров бензина, но стоимость затраченного угля была в шесть раз ниже, чем бензина.

Применение угля в качестве топлива для автомобиля кажется привлекательным и сегодня, поскольку цены на нефть растут значительно быстрее, чем на уголь. И это давно поняли промышленники. В конце 1980-х годов одна американская фирма попыталась сжигать уголь в цилиндре обычного автомобильного двигателя, что сулило десятикратную экономию в стоимости топлива. Однако под влиянием шлаков, остающихся от сжигания угля, поршневые кольца полностью изнашивались за 20–30 часов.

Известно о проводимых в Австралии работах над паросиловыми установками, которые расходуют на единицу мощности в 3 раза меньше угля, чем прежние. Что же касается времени на растопку котла, то сегодня его удается сократить в десятки раз.

Подробности для любознательных

В XIX веке придумали особые печи, которые ставили прямо в комнате без дымохода. Но ни дыма, ни запаха печи эти не давали. В них горел газ, а порою и спирт, вся теплота сгорания полностью попадала в комнату. Надо сказать, что такие печи тогда применялись и в России. Отказались от них потому, что при таком отоплении в комнате выгорал кислород и накапливался углекислый газ.

СВЕРХТОНКИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ созданы в Японии. Основу их составляет монохромный дисплей, который легко изгибается и может быть даже свернут в трубочку. К нему прикреплен металлический браслет, охватывающий руку. Основу дисплея составляет так называемая «электронная бумага» — тонкая пленка, состоящая из множества микрокапсул диаметром в тысячную долю миллиметра. В каждой из них находятся мельчайшие частицы красочного пигмента белого и черного цветов. Под воздействием электрических полей частицы перемещаются, создавая на поверхности дисплея изображение. Причем это могут быть не только цифры, показывающие время с точностью до секунды, но и буквы или даже картинки. Так что новые часы могут выполнять еще и функцию пейджера.

СИЯНИЕ ГАЗА В ГАЛАКТИКЕ обнаружила космическая обсерватория XMM-Newton, принадлежащая Европейскому космическому агентству. Ученые предсказывали подобные явления теоретически, но увидеть их до сих пор не удавалось. Открытие позволит лучше понять процесс эволюции галактик, а также определить скорость формирования звезд.

«УМНЫЙ» ВИБРАТОР. Японская фирма Toshiba запатентовала свое новое изобретение — вибратор для сотовых телефонов-раскладушек. Суть технологии заключается в том, что между двумя половинками корпуса располагается датчик, который реагирует на усилие их сжатия. Если телефон лежит в тесном кармане джинсов, сила вибровызова будет небольшой. А вот в кармане куртки свободно болтающийся телефон будет вибрировать во всю силу, чтобы его почувствовали.

БУКВА ЗА БУКВОЙ. Инженеры фирмы IBM из исследовательского центра в г. Альмадене (Испания) разработали новый способ ввода текста для клавиатуры мобильных устройств. Разработчики использовали принцип обычного сенсорного экрана, однако для ввода символов не нужно тыкать стилусом в нарисованные кнопочки, как обычно, а достаточно просто соединить нужные буквы сплошной непрерывной линией. Система поддается обучению и по истечении некоторого времени начинает «угадывать» окончания вводимых слов. Исследователи утверждают, что в принципе выводимые «узоры» можно заучить и со временем освоить слепой метод ввода текста.

КАРТОШКА КАК ЛЕКАРСТВО. Всеобщая любимица, о качествах которой, казалось, мы знаем все, преподнесла приятный сюрприз. Британские ученые выяснили, что этот овощ содержит кокоамины — вещества, способствующие снижению кровяного давления. Однако поклонникам чипсов не стоит радоваться, поскольку в жареной картошке кокоаминов меньше всего. Чтобы «второй хлеб» принес максимальную пользу, его нужно отваривать или готовить на пару.

ЧАСЫ В РУЛОНЕ. Японская компания Citizen Wafch готовится выпустить первые стенные часы, которые можно будет свернуть в рулон. При толщине всего 3 мм часы будут представлять собой гибкое полотнище размером 53 х 130 см. Помимо поразительной способности сгибаться, они еще и потребляют в 20 раз меньше электроэнергии, чем обычные часы.

ПОЕЗД С «УШАМИ» создан в Стране восходящего солнца. Он уже побил прежний рекорд, принадлежавший французам (350 км/ч), превысив его на 10 км/ч. И это еще не предел, обещают создатели поезда. По их расчетам, максимальная скорость состава — 405 км/ч! Новый поезд создали не просто ради установления очередного мирового достижения. Ожидается, что после прохождения всесторонних испытаний он начнет курсировать между Токио и городом Аомори на севере острова Хонсю со средней скоростью 360 км/ч.

Интересная деталь: помимо обычных тормозов новый состав оснащен еще и воздушными. Внешне они напоминают кошачьи уши гигантских размеров и обычно плотно прижаты к крыше вагона. Но при чрезвычайной ситуации сразу оттопыриваются и помогают быстрее сбросить скорость.

Редкий американский роман о полицейских и бандитах обходится без упоминания пистолета GLock, и неудивительно: он быстро завоевал любовь всех, кому приходится пользоваться оружием. Хотя справедливости ради нужно сказать, что он был разработан для австрийской армии в 1980 г. австрийским же конструктором Гастоном Глоком.

Сейчас GLock 17 состоит на вооружении армии и полиции Австрии, сил безопасности и полиции около 60 стран, в том числе США, Нидерландов, Норвегии и Швеции. Он легок и прост. Менее чем за одну минуту его можно полностью разобрать при помощи гвоздя.

Техническая характеристика:

Калибр… 9 мм

Емкость магазина… 17 патронов

Вес без магазина… 620 г

Вес заряженного пистолета… 370 г

Длина пистолета… 188 мм

Длина ствола… 114 мм

Начальная скорость пули… ок.350 м/с

Энергия пули… ок. 500 Дж

Метро — транспорт удобный, быстрый и вместительный. Но прокладка его линий обходится дорого, а расстояния между станциями обычно составляют километры. Так что наземный транспорт вполне может составить ему конкуренцию.

Понимая это, в Бразильском отделении компании Volvo разработали на базе хорошо известного в мире автобуса В12 модель, которая, возможно, побьет рекорд вместительности. Длина нового автобуса — трехзвенной «гармошки» составляет 26 м, а ехать в нем разом могут почти 300 пассажиров. Первый заказ на 30 сверхдлинных В12М корпорация Volvo уже получила от крупной бразильской компании общественного транспорта, имеющей автопарк из 4000 автобусов.

Техническая характеристика:

Длина… 26,80 м

Объем двигателя 12 000 см³

Количество цилиндров… 6

Мощность двигателя… 420 л.с.

Уровень выброса вредных веществ… Euro 3

Вес:

Двухсекционный вариант… 19 т

Трехсекционный вариант… 26 т

Количество пассажиров… до 270

Инженер К.Хирата с супругой.

Устройство очень изящно с технической точки зрения и при этом отнюдь не бесполезно. Его можно взять в поход и поставить в палатке, использовать в доме на садовом участке, где нет электричества. Если еще учесть, что треть человечества сегодня живет при керосиновых лампах, то вентилятор, работающий от свечи, должен иметь громадный рынок сбыта.

Двигатель вентилятора состоит из двух цилиндров. Один из них, назовем его главным, представляет собою плоскую цилиндрическую коробку. Ее дно подогревается свечой, а верхняя крышка отдает тепло окружающему воздуху. Крышка и дно сделаны из металлов, хорошо проводящих тепло, например, из меди или латуни. Соединяющая их цилиндрическая стенка сделана, например, из материалов, плохо проводящих тепло, стекла или пластика.

На крышке смонтирован силовой цилиндр, поршень которого при помощи шатуна, соединен с одним из кривошипов коленчатого вала. Внутри коробки ходит вытеснитель из пенопласта. Его шток соединен со вторым кривошипом коленчатого вала. Оба эти кривошипа расположены под углом 90° друг к другу.

Вот как двигатель работает. Представим, что в первый момент поршень силового цилиндра находится в нижней мертвой точке (1). При этом вытеснитель, соединенный при помощи шатуна с другим кривошипом, окажется в среднем положении. Воздух под ним будет нагреваться и расширяться. Это заставит поршень силового цилиндра подниматься вверх, совершая работу (2). Вытеснитель при этом начнет двигаться к крайнему верхнему положению, и процесс нагревания пойдет еще быстрее.

Вскоре силовой поршень достигнет своей верхней мертвой точки (3). Вытеснитель при этом опять окажется в среднем положении. (Отметим, что на его движение почти не затрачивается работа, ведь воздух, благодаря зазору, свободно обтекает его кромки.)

Когда вытеснитель окажется внизу (4), начнется охлаждение воздуха через верхнюю крышку цилиндра. Давление уменьшится, и поршень начнет движение к нижней мертвой точке. И так без конца.

Устройство вентилятора:

_{1 — пропеллер; 2 — коленчатый вал; 3 — шатун вытеснителя; 4 — муфта; 5 — шатун; 6 — силовой цилиндр; 7 — втулка; 8 — вытеснитель}

Самая сложная часть двигателя — главный цилиндр из двух пластин, стянутых болтами с гайками, между которыми зажато пластиковое кольцо диаметром 120 мм. Его можно отрезать от бутылки из-под минеральной воды. Края кольца должны быть идеально ровными и параллельными друг другу, иначе вы не добьетесь герметичности цилиндра. (Для того чтобы аккуратно отрезать кольцо, лучше сделать простейшее приспособление для резки, показанное на рисунке.)

Нижняя и верхняя пластины — крышки главного цилиндра — лучше сделать из латуни или алюминия толщиною 1–2 мм. Применять сталь, особенно нержавеющую, из-за ее низкой теплопроводности не стоит.

Каждая крышка имеет шесть отверстий диаметром 3 мм для болтов, а верхняя — еще два дополнительных. Одно — для втулки, через которую должен проходить шток вытеснителя, другое — для установки силового цилиндра.

В качестве втулки штока цилиндра можно применить отрезок карандаша, из которого удален графитовый стержень. В качестве штока вытеснителя возьмите короткую вязальную спицу. Если ее диаметр окажется больше диаметра отверстия, сделайте из нее так называемое «пушечное сверло». Поставьте его в дрель и на малых оборотах рассверлите отверстие втулки. При аккуратном выполнении этой работы вы получите отверстие, в котором шток будет двигаться легко, но почти без зазора. В качестве смазки можно применить графит от карандаша.

Силовой цилиндр сделайте из куска латунной гильзы от патрона для охотничьего ружья. Если крышка латунная, то гильзу можно к ней припаять. Если алюминиевая — припаяйте к гильзе жестяной фланец и прикрутите к крышке винтами-саморезами.

Поршень лучше выточить на токарном станке, но, если станка нет, можно спаять его из жести. Для этого отрежьте полоску жести и несколько раз протяните ее вокруг гладкого стержня. В результате она приобретет упругость и способность сворачиваться в спираль.

Вставьте два куска такой спирали в гильзу и, постепенно выдвигая, пропаяйте в ней шов. К получившемуся цилиндрику припаяйте крышку, опилите, просверлите отверстие, и у вас получится поршень.

Вытеснитель вырежьте из пенопласта при помощи раскаленной нихромовой проволоки. (Нихром можно взять от старого паяльника.) Схема приспособления для изготовления вытеснителя показана на рисунке.

Поршень и шток вытеснителя, как уже сказано, соединяются с кривошипом при помощи шатунов. Коленчатый вал выгибается из стальной проволоки. Он установлен на жестяных стойках. На одном его конце закрепите подходящий пропеллер. Чтобы избежать продольного сдвига вала, наденьте на него муфты с винтами от детского конструктора.

Отрезание кольца от пластиковой бутылки.

«Пушечное» сверло и его работа.

Изготовление поршня без помощи токарного станка:

_{1 — силовой цилиндр; 2 — жестяная вставка.}

Схема простейшего станка для резки пенопласта:

_{1 — трансформатор 12/220 В с изолированной вторичной обмоткой; 2 — нихромовая проволока.}

Этот стирлинг работает от тепла руки.

Вентилятор, работающий от свечи.

…а этому для работы достаточно чашки кофе.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

Казалось бы, стоит присоединить к телескопу микроскоп, и мы получим громадное увеличение, позволяющее видеть самые далекие галактики или гуляющих по Луне ее жителей, если, конечно, они там есть. Это пробовали не раз, но в окуляре прибора появлялись лишь детали изображения, которых в природе нет.

Казалось бы, стоит только добавить к микроскопу несколько линз, и станут видны если не атомы, то вирусы. Но и здесь та же история: появляются какие-то ложные изображения.

Виновато в этом явление дифракции — огибания преграды световыми лучами. Но нет худа без добра. Та же дифракция очень полезна, поскольку позволяет делать красочные наклейки и объемные голограммы, сверхточные химические приборы и антенны радиолокаторов. Так что об этом явлении стоит поговорить подробнее.

Дифракцию света нетрудно наблюдать в опытах. Они описаны в книге: Башкатов М.Н., Огородников Ю.Ф. Школьные опыты по волновой оптике. М., 1960. Вот один из них.

Обычная булавка с колечком укреплена па кусочке дерева и освещена лампой карманного фонаря с расстояния 1–1,5 м. Если на булавку посмотреть через лупу, то станет отчетливо видна дифракционная картина (рис. 1).

Точно так же рассмотрение мелких предметов через микроскоп с очень большим увеличением позволяет отчетливо видеть их дифракционные картины. Они так причудливы, что их нередко принимают за реальные детали, и это иногда приводило к ложным открытиям.

Нетрудно увидеть дифракцию света на круглом отверстии в листе черной бумаги. Для начала сделайте большое отверстие, например, при помощи дырокола. Тогда под лупой будет видна легкая цветная кайма по его краям снаружи. У луча света, выходящего из большого отверстия, дифракционная картина почти незаметна. В большинстве случаев ее можно вообще не учитывать, полагая, что свет распространяется исключительно прямолинейно. Дифракционная картина крохотного отверстия, проколотого в бумаге иглой, гораздо больше, чем оно само (рис. 2). И выглядит как система колец.

Примечательно, что отверстие здесь выступает лишь как источник света с малыми угловыми размерами. Его можно заменить светящейся точкой любого происхождения. Взяв, например, отражение солнца в шарике от подшипника, лежащем на черном фоне, можно увидеть отчетливую картину, состоящую из колец, как дифракция на отверстии.

Отражение солнца в шарике — не что иное, как его оптически уменьшенное изображение. Так, например, в шарике диаметром 3 мм мы видим солнце таким, каким бы оно виделось с очень далекой планеты. Поэтому звезды, находящиеся от нас гораздо дальше, предстают перед окуляром обычного телескопа как крохотные светящиеся точки, при увеличении которых можно видеть лишь их дифракционные картины.

Показать дифракцию целому классу большая проблема. Обычно для этого применяют универсальный проектор. Но во всех опытах получаются большие потери света, поэтому без затемнения они, как правило, не удаются.

Вот как можно показать с помощью такого проектора дифракцию на щели. С помощью установки, состоящей из осветителя с конденсором, двух раздвижных щелей и объектива (рис. 3).

Начнем с того, что развернем лампу на 80–85 градусов, чтобы ее спираль посылала в направлении оси прибора максимум света. Первую щель раздвиньте при помощи регулировочного винта до ширины 1,5–2 мм, установив се в таком месте, где покрывающий ее световой ноток наиболее ярок. Далее поставьте объектив и получите с его помощью четкое яркое изображение щели на экране. Установите за объективом вторую раздвижную щель так, чтобы просвет ее был строго параллелен просвету первой щели.

Теперь — самое интересное. Медленно уменьшите просвет второй щели примерно до 0,02 — 0,05 мм, и вы получите на экране четкую картину дифракции.

При наличии учебного газоразрядного лазера опыты по дифракции можно показывать целому классу почти без затемнения. Желательно лишь избегать попадания в комнату прямых солнечных лучей.

Вот как может быть поставлен опыт. Луч лазера направляется в объектив микроскопа со стороны резьбы. Выходящий из него луч фокусируется на крохотном отверстии. За ним на экране возникает четкая яркая картина дифракции. Если на пути луча лазера поставить дифракционную решетку, на стене можно получить яркое изображение ее максимумов.

Интересный способ демонстрации опытов по дифракции предложен за рубежом. Дифракционная картина, полученная при освещении предмета лампой карманного фонаря или светодиодом, подается при помощи телекамеры на телевизионный проектор и хорошо видна в большой аудитории практически без затемнения, да еще при очень большом увеличении.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

Подробности для любознательных

В основе явления дифракции лежит принцип Гюйгенса — Френеля, который гласит, что любая точка, застигнутая фронтом волны, как бы сама становится источником колебаний. Это объяснение легче понять, показав дифракцию волн воды. Для этого применяется специальная волновая ванна с прозрачным дном. Подсветив ее снизу точечным источником света, например, автомобильной лампой, можно увидеть на потолке класса четкую яркую картину волн, бегущих по поверхности воды.

Прежде всего, нужно при помощи вертикально колеблющейся с частотой 10–15 Гц пластины получить параллельный пучок волн. Он покажется в виде узкой, слабо расходящейся дорожки. На рисунке 1 показано огибание этими волнами преграды.

Видно, как, дойдя до преграды, основной поток волн пошел дальше, но та их часть, которая оказалась вблизи нее, дала начало нескольким новым дорожкам волн, или, если так можно выразиться, лучам.

Объяснить это сравнительно нетрудно. Мысленно выделим на гребне волны несколько небольших элементарных объемов воды, а затем проследим за ними. Если любой из них удалить из общей массы воды, то он растечется во все стороны. Но процесс этот своеобразен. Нет нужды напрягать голову, чтобы постичь его суть. Достаточно капнуть из пипетки на ровную поверхность воды и увидеть, как по ней во все стороны побегут круговые волны. Как только гребень волны оказывается срезан преградой, элементарные объемы воды начинают давать вторичные волны, что хорошо заметно на фото. Это дифракция волн воды, ограниченных полуплоскостью.

Особенно ярко проявляется суть процесса при прохождении волны через щель (рис. 2).

Здесь ставшие свободными элементарные объемы воды создают вторичные волны, которые интерферируют между собою. На снимке виден главный поток энергии волн и несколько побочных, полученных в результате интерференции. Если поток волн до щели имел прямолинейные гребни и был собран в параллельный пучок, то после щели главный поток заметно расходится, а гребни его волн имеют круговую форму. Если щель уменьшить, то это расхождение возрастет.

Мы говорили сейчас о вторичных волнах, которые создаются элементарными объемами воды на краю потока. Но такие объемы имеются на всем протяжении гребня волны, и каждый из них постоянно создает вторичные волны. Эти волны интерферируют между собою, что приводит к образованию следующего гребня.

Следует отметить, что первая теория света исходила из того, что пространство заполнено жидким эфиром, а все законы их распространения были навеяны наблюдениями над волновой ванной. Теория Д.К.Максвелла показала, что свет является электромагнитной волной, но и она опиралась на представления об эфире. Сто лет назад по призыву Эйнштейна физики от эфира отказались. Но как следует из проделанного московским профессором В.А. Ацюковским анализа записей экспериментов Майкельсона, Морли и Миллера, эфир двадцать лет спустя, в 1930 году, был обнаружен. Подробнее читайте об этом в «ЮТ» № 2/04.

Вопрос — ответ

Деревянные коньки начала XIX века.

Немецкие коньки с креплениями для обуви.

Производство коньков.

* * *

_{А почему? Бывает ли гром среди ясного неба? Сколько лет египетскому Большому Сфинксу? Ездил ли Шерлок Холмс на такси? Кто стал первым чемпионом Олимпийских игр нового времени? На эти и многие 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 в знаменитый нью-йоркский музей Метрополитен.}

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

_{ЛЕВША Невиданной для своего времени скоростью отличался созданный советскими конструкторами в начале 30-х годов прошлого столетия торпедный катер «Г-5». По нашим эскизам в рубрике «Музей на столе» вы сможете собрать модель глиссирующего катера в двух вариантах — стендовом и движущемся.}

_{— Украсить свое жилье оригинальным камином поможет наша новая разработка. Любители электроники смогут собрать простой, но очень эффектный прибор, сигнализирующий об опасном скоплении бытового газа.}

_{Как всегда, мы раскроем секрет головоломок от Красноухова и дадим полезные советы в помощь садоводам и домашним умельцам.}