Чтение онлайн

а. Линейный электродвигатель выдвигает стойку седла на полную высоту. Если ограничить ускорение величиной а = 0,5g ~ 5 м/с^2, то вертикальная составляющая скорости в верхней точке (т.е. на расстоянии l = 0,15 м) составит v = (2аl)1/2 = (2x5x0,15)1/2 = 1,25 м/с и будет достигнута за время t = (2l/а)1/2 = (2x0,15/5)1/2 = 0,25 с. Если принять максимальную массу седока равной 100 кг, то мощность, которую должен развить электродвигатель, составит Р = 100 x 5 x 0,15 : 0,25 = 300 Вт; аккумуляторы вполне способны выдержать такую кратковременную перегрузку (напомним, что мощность равна произведению силы на расстояние, деленному на время). Одновременно сила реакции опоры сожмет пневматическую сферу.

б. Теперь седок продолжает движение вверх по инерции. Его центр массы движется по параболе, причем горизонтальная составляющая скорости равна скорости движения моносферы перед ступенькой, а максимальная высота над первоначальным уровнем центра масс составит h = v^2/2g = (1,25)^2/20 = 0,075 м, после чего начнется движение вниз. Во время этого симметричного взлета — падения вертикальная составляющая скорости будет меняться от +1,25 м/с до -1,25 м/с за время t = v/g = (2x1,25)/10 = 0,25с. В этот промежуток времени моносфера не испытывает действия веса седока. Дойдя до верхней точки, электродвигатель немедленно начинает движение в обратном направлении, сжимая пружину. За счет этого, а также вследствие упругости пневматической сферы моносфера «вспрыгнет» под седоком на ступеньку. Чтобы она могла подпрыгнуть на высоту 30 см, необходима начальная скорость v = (2gh)1/2 = (2x10x0,3)1/2 = 2,5 м/с (что вполне реально); прыжок займет время t = v/g = 2,5/10 = 0,25 с — ровно столько, сколько времени имеется в нашем распоряжении.

в. Моносфера преодолела ступеньку, поднявшись на высоту 30 см. Линейный электродвигатель находится в нижней точке хода, так что седло — вместе с седоком — поднялось только на 15 см. Теперь двигатель выключается, и сжатая пружина амортизатора возвращается в нормальное среднее положение, поднимая седло на оставшиеся 15 см. Если ступенька одна, то на этом программа заканчивается, если же ступенек несколько, то вся последовательность действий повторяется необходимое число раз. Программа для совершения прыжка записана в памяти микропроцессора, управляющего движением сферы, и необходимая последовательность действий выполняется по команде ездока или при срабатывании датчика, определяющего наличие ступеньки. Выполнение аналогичных действий в обратной последовательности позволит моносфере спускаться по лестницам.

Примечание. Для подъема по лестнице необходима некоторая минимальная горизонтальная составляющая скорости. Аппарат должен перемещаться вперед на расстояние, равное одному радиусу пневматической сферы (мы приняли его равным 15 см), за время, которое занимает прыжок (0,5 с); в противном случае при подъеме на ступеньку сфера (вместе с ездоком!) опрокинется назад. Отсюда получаем, что минимальная скорость перед прыжком равна hv = l/t = 0,15/0,5= 0,3 м/с.

Как бы тщательно ты ни вытирал пыль, сокрушается Дедал, она все равно оседает обратно. Для решения этой бытовой проблемы Дедал начал исследовать аэродинамические свойства пыли. Каждая частица пыли, представляющая собой, как правило, волокно неправильной формы, занимает при падении устойчивое положение, в котором ее центр масс находится точно под центром аэродинамического сопротивления. Представьте себе теперь, что мы нашли способ раскрутить пылинку вокруг вертикальной оси. Если пылинка хотя бы слегка асимметрична, она имеет «закрутку» по отношению к этой оси и действует как пропеллер, хоть и не слишком эффективный. Если подъемная сила при этом направлена вверх, то пылинка станет набирать высоту. Если же «подъемная сила» направлена вниз, то характер приложения аэродинамических сил к пылинке изменится: центр аэродинамического сопротивления станет точкой приложения направленной вниз аэродинамической подъемной силы, пылинка перевернется (поскольку центр тяжести должен находиться сзади по потоку) и начнет двигаться вверх.

Таким образом, утверждает Дедал, если принудить каждую пылинку совершать вращательное движение, то пыль будет оседать на потолке. Этой цели можно достигнуть, разместив под обоями электроды, создающие вращающееся электрическое поле. Каждая пылинка, плавающая в воздухе, превратится в крошечный электрический диполь и начнет вращаться вслед за полем. Сила, необходимая для закручивания пылинки, настолько мала, что, по мнению Дедала, можно обойтись полем с напряженностью не выше нескольких сотен вольт на метр. При частоте вращения 50 Гц. (3000 об/мин), получаемой при использовании переменного тока промышленной частоты, подъемная сила будет достаточной, чтобы пылинки поднимались к потолку и прилипали к нему (а то и ввинчивались в штукатурку!). Таким образом, комната, оснащенная электродами, спрятанными под обоями и подключенными к электросети, будет неизменно сверкать стерильной чистотой, в то время как на потолке станет нарастать аккуратный ковер, служащий прекрасной звуко– и теплоизоляцией. Для тех же, кто одержим манией чистоты, Дедал разрабатывает пылесос для чистки потолков, летающий подобно воздушному шару.

Этот же замечательный принцип можно применить для предотвращения снежных заносов на дорогах. Сами по себе кристаллы льда симметричны, но снежинки, как правило, асимметричны и в большей или меньшей степени обладают пропеллерной «закруткой». Поэтому вращающееся электрическое поле, которое создают электроды, вмонтированные в ограждающий барьер, заставит снежинки подниматься вверх. Оседать же на землю снежинки будут только за пределами дороги.

New Scientist, March 27, 1980

Прибор КОШМАР с вращающимся электрическим полем эффективно отпугивает комаров

Имеется очень интересная работа Н. Б. Барановой и Б. Я. Зельдовича (Chemical Physics Letters, 57 (3), 1978, p. 453). Авторы указывают, что любая молекула, не обладающая зеркальной симметрией, должна иметь право- или левовинтовую спиральность. Другими словами, она ведет себя как пропеллер. Если такую молекулу в растворе привести во вращение, на нее будет действовать суммарная гидродинамическая сила, направленная вдоль оси вращения.

Предполагается, что этот принцип можно использовать для разделения пространственных изомеров, вращая молекулы в растворе с помощью высокочастотного поля. Не уверен, что эту идею удастся реализовать для молекул, но нет сомнений, что подобный принцип вполне осуществим в случае более крупных объектов, таких, как пылинки, плавающие в воздухе. Абсолютно симметричные пылинки встречаются крайне редко, так что почти каждая частица пыли представляет собой крошечный пропеллер и может перемещаться в заданном направлении, вращаемая внешним электрическим полем. (При этом следует только учесть, что, как говорилось выше, пылинки будут переворачиваться.) Поле, вращающееся вокруг вертикальной оси, будет двигать пылинки вбок — в результате они станут оседать на стенах.

Этому принципу, однако, можно найти и более достойное применение. Нет сомнения, что пылеуловитель с вращающимся электрическим полем окажется гораздо более эффективным средством для очистки промышленных газовых отходов, чем обычные электростатические фильтры. Кроме того, каждая новая пылинка, оседающая на стенки установки, станет ввинчиваться в уже образовывающийся слой; таким образом, мы получим нетканый материал с тесно переплетенными волокнами. Скорее всего, это будет нечто вроде бумаги, которая представляет собой не что иное, как слой целлюлозных волокон, осажденных из водной суспензии. Не исключено, что путем осаждения во вращающемся электрическом поле частиц, которые содержатся в дыме электростанций или газе печей для обжига цемента, можно получить новые виды абразивных и огнестойких бумаг. А если развивать эту идею дальше, то что вы скажете о копировальной бумаге, сделанной целиком из спрессованной сажи? Учитывая свойства углеродных волокон, можно надеяться, что такая копирка окажется невероятно прочной. (Но будет ли такая копирка оставлять след на бумаге? — Ред.)

 Весенние повадки лягушек, отмечает Дедал, нуждаются в некоторых объяснениях. Когда наступает пора брачных игр, эти забавные создания мигрируют на десятки километров в поисках воды, безошибочно определяя правильное направление. Расхожее мнение, будто животные «чуют» воду как таковую, не имеет под собой никаких оснований хотя бы потому, что носы у них всегда влажные. Более того, на фоне естественной влажности воздуха почувствовать удаленный водоем практически невозможно. Тот факт, что лягушки из года в год посещают одни и те же водоемы и, как ни странно, пренебрегают другими, навел Дедала на мысль, что они ориентируются по запаху какого-то вещества, обычно (но не всегда) присутствующего в воде прудов и озер. Произведя химический анализ воды из тех прудов, которые особенно активно посещают лягушки, Дедал надеется выделить этот специфический химический «индикатор» воды в чистом виде. Это вещество не только послужит неотразимой приманкой для лягушек, на радость натуралистам и французам — любителям лягушатины, но и станет основой для дальнейших исследований. Дело в том, что существует много других примеров «вынюхивания» воды; неуверенные, но порой довольно убедительные опыты «лозохождения» ([4] , с. 162–163, 246) наводят на мысль, что водоискатели руководствуются в своих поисках аналогичным чувством. «Лозоходцы» редко могут дать вразумительное объяснение своим способностям, но, по мнению Дедала, они подсознательно идут по пути, указываемому им обонянием, не ощущая при этом явного запаха, так же как мы не ощущаем запаха тех флюидов, которые создают эмоциональную атмосферу митингов и собраний.