moderne opfindelser
kamera
i disse dage med engangskameraer, digitale kameraer og kameratelefoner er det svært at forestille sig en tid, hvor folk ikke kunne optage deres minder i farve med et tryk på en knap. Før 1888 var fotografering dyrt og det nødvendige udstyr besværligt. Men så udviklede George Eastman rullefilm og patenterede det første bærbare, håndholdte Kodak-kamera. Kameraet kom forudindlæst med film, og efter at have taget 100 eksponeringer sendte ejeren hele kameraet til Eastman Kodak Company, hvor filmen blev fjernet og udviklet. Kodak indlæste ny film i kameraet og sendte billederne og kameraet tilbage til ejeren. Med andre ord, Eastmans slogan ‘du trykker på knappen, og vi gør resten’ var meget præcis!
et kamera kan være en meget kompleks maskine med fokuseringsmekanismer, blink og andre funktioner, men på det mest basale har det kun brug for tre hovedelementer:
- linse. Lys reflekteres fra et objekt i alle forskellige retninger. En konveks linse bøjer lysstrålerne og fokuserer dem, så de konvergerer i et enkelt punkt. På det tidspunkt dannes et omvendt, omvendt ‘rigtigt billede’ af objektet. (Du kan se, hvordan en linse fokuserer lys ved at holde en over et stykke hvidt papir foran et vindue. Sollyset skal vises på papiret som en lille lysstråle.) For at tage et billede skal et kameralinse fokusere det lys, der reflekteres fra scenen foran det, i et lille område på en lysfølsom overflade.
- lysfølsomt materiale. I et kamera fokuserer linsen lyset til et punkt på film. Film behandles med kemikalier, der gennemgår en kemisk reaktion, når de udsættes for lys, og optager således billedet. Da den er lysfølsom, skal filmen udvikles i et mørkt rum. Udvikling involverer flere trin og forskellige former for kemikalier, før du får et billede klar til din scrapbog.
- lukker. Da film er meget følsom over for lys, vil den blive ødelagt, hvis den udsættes for lys for længe. Lukkeren er den del af kameraet mellem linsen og filmen – Den styrer hvornår og hvor længe lys kan nå filmen. Når du tager et billede, åbnes lukkeren, så lyset rammer filmen og lukker derefter næsten øjeblikkeligt. Hvor længe lukkeren forbliver åben (eksponeringstid) afhænger af, hvor følsom din film er, og hvor meget lys der er. På lyse solrige dage skal lukkeren forblive åben i meget mindre tid end om natten.
du undrer dig måske over, hvorfor det virkelige billede er på hovedet og vendt. Dette skyldes, at lys, der hopper ud af bunden af et objekt, skal bøjes opad af linsen, og lys fra toppen skal bøjes nedad. De vil krydse, så når de laver billedet, vil det være på hovedet. Det samme sker side om side, hvorfor billedet også vendes.
den tidligste type kamera blev kaldt en camera obscura, som er Latin for ‘mørkt rum.’Det bestod af et mørkt rum med et lille hul til lys at komme igennem. Hullet fungerede som en linse, fordi det kun tillod lys at komme ind som en enkelt smal stråle; denne stråle producerede et omvendt billede af udvendige genstande på væggen overfor hullet. Da Aristoteles nævner denne type kamera i sine skrifter, ved vi, at det blev brugt til at se solen så tidligt som 300 F. kr.! Til sidst blev camera obscura lavet af en stor kasse og havde linser til at vende billedet højre side op. Historikere mener, at kunstnere som Johannes Vermeer brugte disse til at se et billede af den scene, de ønskede at male.
camera obscura opnåede kun halvdelen af, hvad et moderne kamera gør – det fokuserede lys, der reflekterede af objekter i en enkelt smal stråle, der producerede et rigtigt billede af objekterne. Men dette producerede kun billedet; det registrerede det ikke. Det var først i begyndelsen af det 19.århundrede, at forskere udviklede lysfølsomme plader, der kunne modtage billedet. Og de tidlige metoder var ikke særlig effektive – fotografiske billeder var resultatet af 8 timers eksponering for lys. Til sidst opfandt en franskmand ved navn Daguerre daguerreotypen – en proces med fotografering på metalplader. Eksponeringstiden var betydeligt kortere – omkring 10 til 20 minutter-men stadig lang nok til at forklare, hvorfor folk ikke forsøgte at smile i de gamle fotografier! Gennem mange forskellige menneskers indsats blev eksponeringstiden reduceret til et par sekunder i midten af 1800-tallet. da Eastman fandt ud af, hvordan man rullede filmen, så den kunne passe i et håndholdt kamera, blev fotografering tilgængelig for masserne, og kameraer har været uundværlige lige siden!
kamerateknologi fortsætter med at gå videre. Dagens digitale kameraer gøre op med film helt. Lyset er fokuseret på en halvleder, der registrerer det elektronisk, i stedet for kemisk som film gør. Derefter konverteres de elektroniske impulser til 1s og 0s af computersprog, hvilket producerer et billede bestående af små farvede prikker eller billedpunkter. Disse billeder kan nemt ændres, skaleres, e-mailes, eller uploades på hjemmesider.
vil du lave dit eget kamera obscura? Det kaldes også et pinhole-kamera, og du kan lave et med dette videnskabsprojekt.
Støvsuger
Forestil dig at ville støvsuge dine tæpper i de tidlige år af det 20.århundrede. Du bliver nødt til at ringe til en dør-til-dør støvsugningstjeneste, som ville sende en enorm hestetrukket maskine til dit hus. Slanger føres gennem dine vinduer, fastgjort til det gasdrevne vakuum udenfor på gaden. Ikke særlig praktisk, ikke? Og da det første bærbare elektriske vakuum blev opfundet i 1905, vejede det 92 Pund…heller ikke særlig praktisk!
støvsugere har gennemgået mange ændringer gennem årene, der går fra enkle tæppefejemaskiner til kraftige elektriske sugemaskiner. Støvsugeren, som vi kender den, blev opfundet af James Murray Spangler i 1907. Han brugte en gammel ventilatormotor til at skabe sugning og en pudebetræk på et kosthåndtag til filteret. Han patenterede sin ‘sugefejer’, men kort efter købte Hoover sit patent og startede Hoover Company til at fremstille støvsugere. Hoovers ti-dages gratis prøveperiode og dør-til-dør-salg placerede snart støvsugere i hjem over hele landet. I årenes løb tilføjede Hoover komponenter (såsom ‘beater bar’) for at fjerne snavs i tæppet, så vakuumet kunne suge det op.
støvsugere arbejder på grund af Bernoullis princip, der siger, at når luftens hastighed stiger, falder trykket. Luft vil altid strømme fra et højtryksområde til et lavtryksområde for at forsøge at afbalancere trykket. En støvsuger har en indsugningsport, hvor luft kommer ind, og en udstødningsport, hvor luft kommer ud. En ventilator inde i vakuumet tvinger luft mod udstødningsporten med høj hastighed, hvilket sænker luftens tryk inde i henhold til Bernoullis princip. Dette skaber sugning – den højere trykluft udefra suges vakuumet ind gennem indsugningsporten for at erstatte den lavere trykluft. Den indkommende luft bærer snavs og støv fra dit tæppe. Denne snavs er fanget i filterposen, men luften passerer lige gennem posen og ud af udstødningen. Når posen er fuld af snavs, sænker luften og stiger i tryk. Dette sænker sugekraften i dit vakuum, hvorfor det ikke fungerer så godt, når posen er fuld.
lav en støvsuger
en støvsuger er i stand til at suge snavs af tæppet, fordi højtryksluft udefra strømmer mod lavtryksluft inde. I et elektrisk vakuum får en ventilator luft inde i vakuumet til at bevæge sig hurtigt, hvilket sænker lufttrykket og forårsager sugning. Luften med højere tryk udefra suges ind for at erstatte lavtryksluften, hvilket bringer snavs og støv med sig for at blive fanget i filterposen.
i dette projekt kan du lave en håndpumpestøvsuger, der ændrer lufttrykket inde i det og skaber sugning ved hjælp af et stempel i stedet for en ventilator. Følg proceduren for at lave dit vakuum, og læs derefter forklaringen på, hvordan det fungerer! En voksen skal hjælpe med skæringen.
hvad du har brug for:
- 2-liter plast soda flaske
- Ping-pong bold
- barberblad, kasse cutter, eller skarpe saks
- Tape
- tråd
- papir
- tissuepapir
hvad du gør:
1. 1/3 af vejen op fra bunden. Skær nu en slids ned på den ene side af den nederste tredjedel af flasken – dette giver dig mulighed for at skubbe den inde i den øverste del af flasken, så den kan fungere som et stempel.
2. Skær en 6′ 3 ‘ stribe papir og fold den i halv længde for ekstra styrke. Tape hver ende af denne strimmel til bunden af flasken for at lave et håndtag til dit stempel.
3. I den øverste del af flasken skal du skære et 3/4-tommer hul omkring 1-1 / 2 tommer under nakken. Dette hul fører til filterposen.
4. Lav en filterpose til dit vakuum med et 6′ 4 ‘ stykke silkepapir. Fold papirrektanglet i halvdelen og tape siderne for at lave en taske. Tape dette over hullet, du lavede nær flaskehalsen.
5. Tape den ene ende af tråden til bordtennisbolden. Sæt bolden i den øverste del af flasken. Før den frie ende af tråden gennem munden på flasken, og tape den på ydersiden af flasken, så ping-pong-kuglen hænger lige lidt under nakken.
Hvordan fungerer denne tingest, du lige har lavet? Skub den nederste del af flasken ind i den øverste del, og træk den derefter skarpt tilbage. Dette reducerer lufttrykket inde i flasken, for nu er der større plads til den samme mængde luft. Den lavere trykluft inde i flasken skaber sugning og trækker luft med højere tryk udefra ind gennem munden. Skub nu stemplet ind igen; dette komprimerer luften og øger trykket, så luft strømmer tilbage ud af flasken. Ping-pong-kuglen fungerer som en ventil – når du skubber stemplet ind, tvinger den bolden ind i flaskehalsen, så luften kommer ud gennem hullet med filterposen i stedet for at gå ud gennem munden.
nu sætte din vakuum til at arbejde! Prøv at suge brødkrummer eller små kugler papir. Når du trækker stemplet ud, suges de ind i flasken, og når du skubber stemplet ind, bliver de tvunget ind i filterposen.
eksperiment for at finde ud af den bedste måde at bruge dit flaskevakuum på. Fungerer det bedre at pumpe stemplet hurtigt? Skal du trække stemplet hurtigere ud, end du skubber ind på det? Kan du tænke på ideer til at forbedre designet og effektiviteten af dit vakuum? Giv dem en chance!
opfindelsen af mikrobølgeovnen
nogle gange opfinder folk ting, fordi de forsøger at – de har en ide, og de eksperimenterer med måder at udføre det på. Andre gange sker opfindelser uden at nogen planlægger dem; sådan blev mikrobølgeovnen opfundet.
under Anden Verdenskrig arbejdede en række forskere på at forbedre radarsystemer til fly. Disse systemer havde brug for Magnetroner-vakuumrør, der genererer højfrekvente radiobølger-og de havde brug for mange af dem. Men på grund af deres kompleksitet kunne de kun fremstilles med en hastighed på mindre end 20 pr. Derefter udarbejdede Percy Spencer, en medarbejder hos Raytheon-firmaet, en måde at forenkle magnetronen på og øge produktionen. Takket være hans innovationer sprang produktionen til 2.600 Magnetroner om dagen, hvilket i høj grad hjalp krigsindsatsen.
kort efter krigen sluttede, opdagede Spencer ved et uheld en anden anvendelse til Magnetroner. Han fortsatte radarforskning på et Raytheon-laboratorium, og da han stod foran en magnetron, indså han, at candy bar i lommen smeltede. Hans nysgerrighed blev levende, og han testede hurtigt magnetronens virkning på ikke-poppet popcorn. Da kernerne eksploderede, vidste han, at han virkelig var på noget!
magnetronerne udsendte energi i form af højfrekvente radiobølger, kaldet mikrobølger. (Lær om radiobølger og elektromagnetisk stråling i vores artikel om energi.) Ved denne frekvens passerer mikrobølger gennem glas, keramik og plast, men absorberes af vand, fedt og sukker. Denne absorption af energi ‘ophidser’ atomerne, og maden opvarmes.
Spencer og Raytheon begyndte at udvikle mikrobølgeovnen, og i 1947 producerede de den første kommercielle version. Det kostede $ 5.000, vejede 750 lbs og var 5’6′ høj. Ikke kun det, men det brugte et vandkølesystem, der krævede ekstra VVS, der skulle installeres, uanset hvor mikrobølgeovnen blev brugt. Som du kan forestille dig, var det ikke en øjeblikkelig succes.
succes har måske ikke været øjeblikkelig, men i dette tilfælde var det uundgåeligt. Fortsat udvikling og teknologiske fremskridt producerede til sidst de små, effektive mikrobølger, vi har i dag i næsten ethvert hjem i Amerika. Og det hele startede med en klæbrig, klæbrig ulykke!
Find Ud Af Mere!
Læs om Aleksandr Graham Bell, Thomas Edison og Brødrene, og lav din egen pære! Find alt dette i vores første moderne opfindelser videnskab lektion.