В этом выпуске Патентного бюро рассказываем о работах конкурса «Юный Кулибин», представленных на 6-м Московском международном форуме «Одаренные дети».
• Первый этап конкурса включал в себя выполнение домашнего задания. Ребята представляли свои изобретения, модели, рацпредложения, устройства, макеты. Все участники — а на конкурс было представлено 68 работ — независимо от количества баллов допускались во второй тур, проходивший в Москве, в Институте гуманитарного образования. По его итогам были отобраны 22 лучшие работы.
• Второй тур. Чтобы пройти дальше, ребята участвовали в дискуссии на темы: «Какие изобретения прошлого века можно считать самыми нравственными и самыми безнравственными», «Что бы я сделал для одаренных детей, если бы был меценатом?»
• Третий тур был решающий. Все работы были представлены на выставке, где ведущие ученые и изобретатели страны могли познакомиться не только с экспонатами, оценить их актуальность, оригинальность и практическое значение, но и с их авторами, убедиться в их умении ясно и четко объяснять суть представленных работ.
На форуме побывали и эксперты Патентного бюро журнала. Они внимательно осмотрели выставку, послушали выступления ребят. Лучшие работы представлены на суд читателей журнала.
Работа жюри конкурса «Юный Кулибин» Московского международного форума «Одаренные дети».
Эксперименты продолжаются.
Измерительный прибор можно подключить к компьютеру.
Вот такая она — лунная электростанция.
Демонстрация тренажера «Атлет».
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИНЫ
Линейка, рулетка, курвиметр — эти приборы для измерения длины изобретены давно. Используются они и сегодня. Но во многих случаях пользоваться ими уже нельзя. Вот лишь один пример. В текстильной промышленности после каждой смены количество выработанной ткани измеряется рулонами, а пересчет на метры производится весьма неточно. А измерить ткань и вовсе невозможно. Не разматывать же!
После серии экспериментов Александр Кайзер, ученик 10-го класса гимназии № 42 города Барнаула, собрал экспериментальную установку. Ее электронная часть состоит из источника питания (9-вольтовой батарейки), измерительного узла (геркона) и суммирующего счетного устройства на микросхемах. Полученный результат фиксируется семисегментными знакосинтезирующими индикаторами.
Измерительный узел состоит из ролика, насаженного на один конец вала. На другом его конце закреплен постоянный магнит. Вал размещен в металлической трубке, жестко закрепленной на корпусе прибора. Внутренний диаметр трубки немного больше диаметра вала, что не препятствует валу свободно вращаться.
Так как у постоянного магнита два полюса, то геркон за один оборот колеса замыкается дважды. Длина окружности ролика выбрана равной 20 мм. Поэтому при перемещении по измеряемой поверхности ролик вращается, вынуждая вращаться и магнит. Таким образом, за один оборот на счетчики поступают 2 сигнала, соответствующие каждый 10 мм пройденного расстояния. Остается только сосчитать эти импульсы, а конечный результат вывести на световое табло.
Новый прибор можно подключить к компьютеру. Для этого достаточно вывести сигнал или со счетчиков импульсов, или с дешифраторов двоичного кода. А измерять с его помощью можно длину не только ткани, но и бумаги, проволоки, пленки…
«АТЛЕТ» — ДОМАШНИЙ СТАДИОН
Инга Захарова, ученица 11-го класса Саврушской средней школы Самарской области, подсчитала: занятия в школе продолжаются с утра до 15… 16 часов, а вечером — консультации и факультативы. Бросить все это лично она не может, так как хочет получить хорошее образование. Но на занятия спортом времени не остается, хотя физические нагрузки необходимы каждый день.
Спортивный зал школы занят целый день различными спортивными секциями. Заниматься хотя бы в одной можно, но часы тренировок, как назло, не совпадают с перерывами в учебе. Так что остается заниматься дома. Потому Инга решила построить у себя в квартире малогабаритный стадион, отвечающий всем условиям безопасности, имеющий современный дизайн, небольшой вес и низкую стоимость.
Сначала Инга походила по магазинам и познакомилась с различными импортными тренажерами и домашними стадионами. А потом начала с определения основных параметров.
Прежде всего, она хотела потренировать мышцы рук, предплечья, живота, спины, шеи — от минимальных нагрузок до средних. А вот нагрузки на мышцы ног определила от минимальных до высоких. Для выполнения динамических нагрузок (изготовление беговой дорожки не предполагалось) решила использовать велотренажер. Все силовые упражнения должны проводиться в положениях стоя, лежа, сидя и полусидя. Необходимо было также учесть и то, что тренажеры должны быстро перестраиваться под рост и степень нагрузки. Конечно, проще было бы спроектировать стадион под себя, но Инга учитывала и то, что у нее есть братья и родители. По ее прикидкам, габариты стадиона не должны превышать 1,5 м в длину и 1 м в ширину, а его высоту определила высота комнаты. Все рабочие элементы должны надежно закрепляться, но при этом легко и быстро демонтироваться. Вращающиеся и качающиеся узлы и детали не должны шуметь или скрипеть. Наконец, максимальная стоимость стадиона — 400…600 рублей. В итоге Инга спроектировала два варианта стадиона.
Пока полностью завершила работу над одним и назвала его «Атлет». Главной проблемой было крепление его корпуса и расширение функциональных возможностей. Решение было найдено в применении телескопической стойки из труб, входящих одна в другую. Верхний конец стойки упирается в потолок, а нижний — в пол. Стойка составляет основу, и все дополнительные узлы крепятся к ней.
Основной тренажер устанавливается на стойке и представляет собой подвижный двуручный рычаг. Нагрузочным элементом служат пружины. Рычаг можно передвигать по высоте, а также поворачивать в разные стороны.
Велотренажер крепится к раме скамейки. Тут же устанавливается и двухвилковый тренажер для развития кистей, а также узлы для тренировки различных групп мышц в положении сидя, лежа и стоя.
ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА
Одним из основных требований к качеству бензинов является их антидетонационные свойства, выраженные октановым числом. Чем оно выше, тем больше степень сжатия, тем совершеннее и экономичнее двигатели.
А как быстро отличить низкооктановый бензин от высокооктанового? Экспресс-анализ топлива стал темой разработки Анатолия Найдина, ученика 10-го класса гимназии № 44 города Новокузнецка.
Обычная лабораторная установка для определения октановых чисел представляет собой одноцилиндровый четырехтактный ДВС, соединенный ременной передачей с мотор-генератором. Основная особенность такого двигателя — возможность изменять степень сжатия. Это достигается подъемом и опусканием цилиндра с помощью червячной передачи. Переменная степень сжатия позволяет создавать стандартный детонационный режим при работе на любых видах топлива. Фиксирование детонации на установке осуществляется электронным детонатором, который усиливает и преобразует импульсы, получаемые от датчика. В качестве вторичного эталонного топлива здесь применяется технический изооктан с октановым числом 99 +_0,5. И вот потому, что этот прибор очень громоздкий, с его помощью нельзя проводить экспресс-анализы в полевых условиях.
Как считает Анатолий, определять октановое число можно другим, более доступным, способом. Например, измерять давление насыщенных паров бензина в герметичном сосуде при нагревании, ведь оно зависит от температуры нагрева, а значит, и от октанового числа. Дело в том, что давление насыщенных паров бензина зависит от давления паров компонентов, входящих в его состав. При кипении сначала испаряются преимущественно низкокипящие фракции. Чем больше их содержится в бензине, тем больше у него октановое число.
Свое предположение Анатолий Найдин подтвердил серией опытов. Для этого собрал экспериментальную установку (см. рис.), которая состоит из стеклянной колбы, герметично соединенной с манометром резиновым шлангом.
В колбу по очереди заливаются равные количества бензинов с разными октановыми числами. Бензин — легковоспламеняющаяся жидкость, поэтому нагревание его даже до не слишком высоких температур необходимо проводить на водяной бане. Температура измерялась электронным термометром, имеющим преимущество в томности и инерционности измерения перед обычным. В первом случае взят бензин с октановым числом, равным 76, во втором — 92, а потом — 95. По полученным кривым можно судить, что при определенной температуре топлива с большим октановым числом давление насыщенных паров больше.
ЛУННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Валерий Громов, учащийся ЦТТУМ города Курска, предлагает проект энергетического комплекса «Молния», предназначенного для той же цели, что и КЭС (см. «ЮТ» № 5 за 2001 год), но имеющего ряд существенных отличий. Данный комплекс является доработкой проекта лунной базы, где будет производиться огромное количество электроэнергии. Зачем? Ответ таков: без АЭС не обойтись уже в ближайшем будущем. А из соображений безопасности их нужно строить не на Земле, а вынести подальше, и Луна как нельзя лучше подходит для этих целей. Как же представляет себе весь этот комплекс юный изобретатель?
Источником электрической энергии будет служить АЭС, состоящая из 10 энергоблоков, мощностью по 1,5 ГВт каждый. На них будут применены реакторы на тепловых нейтронах водо-водяного типа на уране-235 с гетерогенным расположением ядерного топлива.
Все основные узлы электростанции будут расположены под поверхностью Луны, на глубине около 100 м в слое базальтовых пород. Каждый энергоблок размещается в отдельной ячейке. Ядерное горючее будет доставляться с Земли, а позже возможна добыча природного урана из лунного грунта. Вода в последнем контуре будет охлаждаться в грунте Луны на глубине около 200 м либо использоваться для отопления помещений на лунной базе. Располагаться станция будет на экваторе Луны, на ее видимой с Земли стороне. Так что Земля постоянно будет находиться на минимальном расстоянии от лунного комплекса.
Недалеко от лунной базы будет оборудован аргоно-ионный лазер непрерывного действия. Именно благодаря ему электроэнергия будет преобразовываться в лазерное излучение. Активной средой послужит разряженная горячая плазма с высокой степенью ионизации.
Далее мощный лазерный луч через космическое пространство направляется на орбитальную станцию, расположенную на околоземной селеносинхронной орбите. Ее роль будет заключаться в преобразовании лазерного излучения в СВЧ-излучение с частотой 2,45 ГГц. Лазерное излучение примет развернутая в космосе конструкция диаметром 25 м, представляющая собой совокупность множества антенн. В них электромагнитные колебания возбуждают переменный ток высокой частоты. Соединив множество таких антенн с выпрямителями, можно получить устройство, преобразующее электромагнитные колебания высокой частоты в постоянный электрический ток. А тот, в свою очередь, будет использоваться для генерации СВЧ-колебаний.
Полученное СВЧ-излучение по волноводам подается на СВЧ-излучающие антенны. Необходимость преобразования лазерного излучения в СВЧ обусловливается прежде всего тем, что лазерный луч сильно рассеивается и преломляется земной атмосферой, в то время как на СВЧ-излучение она практически не оказывает воздействия. Для передачи же на большие расстояния значительного количества энергии с минимальными потерями в космосе более пригодно лазерное излучение. Орбитальная станция будет находиться на расстоянии около 2000 км от Земли, за пределами ее атмосферы. Коэффициент передачи энергии по волноводам и антеннам 98 %, через атмосферу составит не менее 85 %.
Для приема СВЧ-излучения на Земле и его преобразования в электрический ток будет использоваться система из СВЧ-антенн, расположенных по экватору Земли, что обеспечит постоянную трансляцию энергии с Луны. Диаметр каждой приемной антенны 8 км.
Экспертный совет ПБ наградил Почетными дипломами Александра КАЙЗЕРА из Барнаула, Ингу ЗАХАРОВУ из Самарской области, Анатолия НАЙДИНА из Новокузнецка и Валерия ГРОМОВА из Курска.
Выпуск ПБ подготовили В. РОТОВ и В. ГУБАНОВ