moderní vynálezy
fotoaparát
v těchto dnech jednorázových fotoaparátů, digitálních fotoaparátů a telefonů s fotoaparátem je těžké si představit dobu, kdy lidé nemohli zaznamenat své vzpomínky barevně stisknutím tlačítka. Před rokem 1888 byla fotografie drahá a potřebné vybavení těžkopádné. Ale pak George Eastman vyvinul rolovací film a patentoval první přenosný, ruční fotoaparát Kodak. Fotoaparát byl předem nabitý filmem a po pořízení 100 expozic majitel poslal celou kameru společnosti Eastman Kodak, kde byl film odstraněn a vyvinut. Kodak načetl nový film do kamery a poslal obrázky a fotoaparát zpět majiteli. Jinými slovy, Eastmanův slogan „stisknete tlačítko a my uděláme zbytek“ byl velmi přesný!
fotoaparát může být velmi složitý stroj se zaostřovacími mechanismy, záblesky a dalšími funkcemi, ale ve své nejzákladnější podobě potřebuje pouze tři hlavní prvky:
- objektiv. Světlo se odráží od objektu ve všech různých směrech. Konvexní čočka ohýbá světelné paprsky a zaostřuje je tak, aby se sbíhaly V jednom bodě. V tomto okamžiku se vytvoří obrácený „skutečný obraz“ objektu vzhůru nohama. (Můžete vidět, jak objektiv zaostří světlo tím, že drží jeden přes kus bílého papíru před oknem. Sluneční světlo by se mělo na papíře objevit jako malý jasný paprsek.) Chcete-li pořídit snímek, objektiv fotoaparátu musí zaostřit světlo odrážející se od scény před ním do malé oblasti na světlocitlivém povrchu.
- materiál citlivý na světlo. Ve fotoaparátu objektiv zaostří světlo do bodu na filmu. Film je ošetřen chemikáliemi, které při vystavení světlu podléhají chemické reakci, čímž zaznamenávají obraz. Vzhledem k tomu, že je citlivý na světlo, musí být film vyvinut v temné místnosti. Vývoj zahrnuje několik kroků a různé druhy chemikálií, než získáte obrázek připravený pro váš zápisník.
- závěrka. Vzhledem k tomu, že film je vysoce citlivý na světlo, bude zničen, pokud bude vystaven světlu příliš dlouho. Závěrka je součástí fotoaparátu mezi objektivem a filmem-řídí, kdy a jak dlouho může světlo dosáhnout filmu. Když pořídíte snímek, závěrka se otevře, aby světlo zasáhlo film, pak se téměř okamžitě zavře. Jak dlouho zůstane závěrka otevřená (doba expozice) závisí na tom, jak citlivý je váš film a kolik světla je. V jasných slunečných dnech bude muset závěrka zůstat otevřená mnohem méně času než v noci.
možná se divíte, proč je skutečný obraz vzhůru nohama a obrácen. Je to proto, že světlo odrážející se od spodní části objektu musí být čočkou ohnuto nahoru a světlo shora musí být ohnuto dolů. Budou se křížit, takže když vytvoří obraz, bude vzhůru nohama. Totéž se děje ze strany na stranu,a proto je obraz také obrácen.
nejčasnější typ kamery byl nazýván camera obscura, což je latinsky „temná místnost“. Sestávala z temné místnosti s malou dírkou pro světlo. Díra se chovala jako čočka, protože umožňovala vstup světla pouze jako jediný úzký paprsek; tento paprsek vytvořil obrácený obraz vnějších objektů na stěně naproti otvoru. Vzhledem k tomu, že Aristoteles zmiňuje tento typ kamery ve svých spisech, víme, že byl použit k pohledu na slunce již v roce 300 před naším letopočtem! Nakonec byla kamera obscura vyrobena z velké krabice a měla čočky pro převrácení obrazu pravou stranou nahoru. Historici věří, že umělci jako Johannes Vermeer je použili k zobrazení obrazu scény, kterou chtěli malovat.
kamera obscura dokázala jen polovinu toho, co dělá moderní kamera-zaměřila světlo odrážející se od objektů do jediného úzkého paprsku, který vytvořil skutečný obraz objektů. Ale to jen vytvořilo obraz; nezaznamenalo to. Až na počátku 19. století vědci vyvinuli desky citlivé na světlo, které by mohly získat obraz. A rané metody nebyly příliš účinné-fotografické obrazy byly výsledkem 8 hodin nebo více vystavení světlu. Nakonec Francouz jménem Daguerre vynalezl daguerrotypii-proces fotografování na kovových deskách. Doba expozice byla podstatně kratší-asi 10 na 20 minut – ale stále dost dlouho na to, aby vysvětlila, proč se lidé na těchto starých fotografiích nesnažili usmívat! Díky úsilí mnoha různých lidí byla doba expozice snížena na několik sekund do poloviny roku 1800. když Eastman přišel na to, jak film natočit, aby se vešel do ruční kamery, Fotografie byla k dispozici masám a kamery byly od té doby nepostradatelné!
technologie kamer pokračuje v pokroku. Dnešní digitální fotoaparáty s filmem úplně skoncují. Světlo je zaměřeno na polovodič, který jej zaznamenává elektronicky, místo chemicky jako film. Poté jsou elektronické impulsy převedeny na 1s a 0s počítačového jazyka a vytvářejí obraz tvořený malými barevnými tečkami nebo Pixely. Tyto obrázky lze snadno změnit, změnit velikost, e-mailem, nebo nahrát na webové stránky.
chcete vytvořit svůj vlastní fotoaparát obscura? Říká se tomu také dírková kamera a můžete ji vytvořit s tímto vědeckým projektem.
Vysavač
Představte si, že chcete vysávat koberce v prvních letech 20. století. Museli byste zavolat službu vysávání od dveří ke dveřím, která by do vašeho domu poslala obrovský stroj tažený koňmi. Hadice by byly přiváděny okny, připojené k vakuu poháněnému benzínem venku na ulici. Není to moc pohodlné, že? A když byl v roce 1905 vynalezen první přenosný elektrický vysavač, vážil 92 liber … také ne příliš pohodlné!
vysavače prošly v průběhu let mnoha úpravami, od jednoduchých zametačů koberců až po vysoce výkonné elektrické sací stroje. Vysavač, jak ho známe, vynalezl James Murray Spangler v roce 1907. Použil starý motor ventilátoru k vytvoření sání a povlak na polštář na rukojeti koště pro filtr. Patentoval svůj „sací zametač“, ale brzy poté, William H. Hoover koupil svůj patent a založil společnost Hoover na výrobu vysavačů. Hooverova desetidenní bezplatná zkušební verze a prodej od dveří ke dveřím brzy umístily vysavače do domácností po celé zemi. V průběhu let Hoover přidával komponenty (například „šlehač“), aby uvolnil nečistoty v koberci, aby ho vakuum mohlo vysát.
vysavače pracují kvůli Bernoulliho principu, který uvádí, že se zvyšující se rychlostí vzduchu se tlak snižuje. Vzduch bude vždy proudit z vysokotlaké oblasti do nízkotlaké oblasti, aby se pokusil vyrovnat tlak. Vysavač má sací otvor, do kterého vstupuje vzduch, a výfukový otvor, kde vystupuje vzduch. Ventilátor uvnitř vakua nutí vzduch směrem k výfukovému otvoru vysokou rychlostí, což snižuje tlak vzduchu uvnitř, podle Bernoulliho principu. To vytváří sání-vyšší tlak vzduchu z vnějšku vakua spěchá přes sací otvor nahradit nižší tlak vzduchu. Přiváděný vzduch s sebou nese nečistoty a prach z vašeho koberce. Tato nečistota je zachycena ve filtračním sáčku, ale vzduch prochází přímo skrz vak a ven z výfuku. Když je vak plný nečistot, vzduch se zpomaluje a zvyšuje tlak. Tím se sníží sací výkon vašeho vakua, a proto nebude fungovat stejně dobře, když je vak plný.
vyrobte Vysavač
vysavač je schopen nasávat nečistoty z koberce, protože vysokotlaký vzduch zvenčí proudí směrem k nízkotlakému vzduchu uvnitř. V elektrickém vakuu způsobuje ventilátor rychlý pohyb vzduchu uvnitř vakua, což snižuje tlak vzduchu a způsobuje sání. Vysokotlaký vzduch z vnějšku vakua je nasáván, aby nahradil nízkotlaký vzduch, čímž se do filtračního sáčku zachytí nečistoty a prach.
v tomto projektu můžete vytvořit vysavač s ručním čerpadlem, který mění tlak vzduchu uvnitř a vytváří sání pomocí pístu místo ventilátoru. Postupujte podle pokynů, aby se vaše vakuum, pak si přečtěte vysvětlení, jak to funguje! Dospělý bude muset pomoci s řezáním.
co potřebujete:
- 2-litrová plastová soda láhev
- Ping-pongový míček
- žiletka, řezačka krabic nebo ostré nůžky
- páska
- závit
- papír
- hedvábný papír
co děláte:
1. Odřízněte dno láhve sody asi 1/3 cesty nahoru od základny. Nyní odřízněte štěrbinu dolů na jednu stranu spodní třetiny láhve – to vám umožní zasunout ji dovnitř horní části láhve, aby mohla působit jako píst.
2. Odřízněte 6′ x3 ‚ proužek papíru a přeložte jej na polovinu podélně pro větší pevnost. Přilepte každý konec tohoto proužku na dno láhve, abyste vytvořili rukojeť pro váš píst.
3. V horní části láhve vyřízněte 3/4 palcový otvor asi 1-1/2 palce pod krkem. Tento otvor povede k filtračnímu vaku.
4. Vytvořte filtrační sáček pro vakuum s kusem hedvábného papíru 6′ x4′. Přeložte obdélník papíru na polovinu a přilepte boky, abyste vytvořili tašku. Přilepte to přes otvor, který jste udělali poblíž hrdla láhve.
5. Přilepte jeden konec nitě na ping-pongový míček. Vložte míč do horní části láhve. Volný konec nitě nasypte ústy láhve a přilepte ji na vnější stranu láhve, aby pingpongová koule visela těsně pod krkem.
jak ta mašinka, kterou jsi právě udělal, funguje? Zatlačte spodní část láhve do horní části a poté ji ostře vytáhněte. Tím se snižuje tlak vzduchu uvnitř láhve, protože nyní je větší prostor pro stejné množství vzduchu. Nízkotlaký vzduch uvnitř láhve vytváří sání a vtahuje vysokotlaký vzduch zvenčí dovnitř ústy. Nyní zatlačte píst zpět; to stlačuje vzduch a zvyšuje tlak, takže vzduch proudí zpět z láhve. Ping-pongový míček funguje jako ventil – když zasunete píst dovnitř, tlačí míč do hrdla láhve tak, aby vzduch vystupoval otvorem s filtračním vakem, spíše než ven ústy.
nyní dejte vakuum do práce! Zkuste nasát drobky chleba nebo malé kuličky papíru. Když vytáhnete píst ven, budou nasávány do láhve, a když zatlačíte píst dovnitř, budou tlačeni do filtračního sáčku.
experimentujte, abyste zjistili nejlepší způsob použití vakua láhve. Funguje lépe pumpovat píst rychle? Měli byste vytáhnout píst rychleji, než na něj zatlačíte? Dokážete vymyslet nápady, jak zlepšit design a efektivitu vašeho vakua? Vyzkoušejte je!
vynález mikrovlnné trouby
někdy lidé vymýšlejí věci, protože se snaží – mají nápad a experimentují se způsoby jeho provedení. Jindy se vynálezy stávají, aniž by je někdo plánoval; takto byla vynalezena mikrovlnná trouba.
během druhé světové války řada vědců pracovala na zlepšení radarových systémů pro letadla. Tyto systémy potřebovaly magnetrony-vakuové trubice, které generují vysokofrekvenční rádiové vlny – a potřebovaly mnoho z nich. Ale kvůli jejich složitosti mohly být vyráběny pouze rychlostí nižší než 20 za den. Poté Percy Spencer, zaměstnanec společnosti Raytheon, vypracoval způsob, jak zjednodušit magnetron a zvýšit výrobu. Díky jeho inovacím vyskočila výroba na 2 600 magnetronů denně, což značně napomáhalo válečnému úsilí.
krátce po skončení války Spencer náhodou objevil další použití magnetronů. Pokračoval v radarovém výzkumu v laboratoři Raytheon, a když stál před magnetronem, uvědomil si, že tyčinka v kapse taje. Jeho zvědavost ožila a rychle otestoval účinek magnetronu na nepopsaný popcorn. Když jádra explodovala, věděl, že je opravdu na něčem!
magnetrony emitovaly energii ve formě vysokofrekvenčních rádiových vln, nazývaných mikrovlny. (Další informace o rádiových vlnách a elektromagnetickém záření naleznete v našem článku o energii.) Při této frekvenci mikrovlny procházejí sklem, keramikou a plasty, ale jsou absorbovány vodou, tuky a cukry. Tato absorpce energie „vzrušuje“ atomy a jídlo se zahřívá.
Spencer a Raytheon začali vyvíjet mikrovlnnou troubu a v roce 1947 vyrobili první komerční verzi. To stálo $ 5,000, vážil 750 lbs, a byl 5’6′ vysoký. Nejen to, ale používal systém chladicí vody, který vyžadoval instalaci další instalace všude tam, kde byla použita mikrovlnná trouba. Jak si dokážete představit, nebyl to okamžitý úspěch.
úspěch nemusí být okamžitý, ale v tomto případě to bylo nevyhnutelné. Pokračující vývoj a technologický pokrok nakonec vytvořily malé, účinné mikrovlny, které dnes máme téměř v každém domě v Americe. A všechno to začalo lepkavou, lepkavou nehodou!
Zjistěte Více!
Přečtěte si o Alexander Graham Bell, Thomas Edison, a bratři Wright, a vytvořit si vlastní žárovku! To vše najdete v naší první lekci vědy o moderních vynálezech.