nykyaikaiset keksinnöt
kamera
näinä kertakäyttökameroiden, digikameroiden ja kamerapuhelimien päivinä on vaikea kuvitella aikaa, jolloin ihmiset eivät voisi tallentaa muistojaan värillisenä napin painalluksella. Ennen vuotta 1888 valokuvaus oli kallista ja tarvittavat laitteet hankalia. Mutta sitten George Eastman kehitti rullafilmin ja patentoi ensimmäisen kannettavan, kädessä pidettävän Kodak-kameran. Kamera tuli valmiiksi filmillä ladattuna, ja otettuaan 100 valotusta omistaja lähetti koko kameran Eastman Kodak Companylle, jossa filmi poistettiin ja kehitettiin. Kodak latasi uuden filmin kameraan ja lähetti kuvat ja kameran takaisin omistajalle. Toisin sanoen Eastmanin iskulause ”sinä painat nappia ja me teemme loput” oli hyvin tarkka!
kamera voi olla hyvin monimutkainen kone, jossa on tarkennusmekanismeja, välähdyksiä ja muita ominaisuuksia, mutta yksinkertaisimmillaan se tarvitsee vain kolme pääelementtiä:
- linssi. Valo heijastuu kohteesta kaikkiin eri suuntiin. Kupera linssi taivuttaa valonsäteet ja keskittää ne niin, että ne yhtyvät yhteen pisteeseen. Tällöin kohteesta muodostuu ylösalaisin käännetty, Käänteinen ”reaalikuva”. (Voit nähdä, miten linssi tarkentaa valoa pitämällä sitä valkoisen paperin päällä ikkunan edessä. Auringonvalon tulisi näkyä paperilla pienenä kirkkaana säteenä.) Kuvan ottamiseksi kameran linssin on kohdistettava edessä olevasta kohtauksesta heijastuva valo pienelle alueelle valoherkälle pinnalle.
- valoherkkä materiaali. Kamerassa Objektiivi keskittää valon pisteeseen filmille. Filmi käsitellään kemikaaleilla,jotka joutuvat kemialliseen reaktioon altistuessaan valolle, jolloin kuva tallentuu. Koska elokuva on valoherkkä, se on kehitettävä pimeässä huoneessa. Kehittäminen vaatii useita vaiheita ja erilaisia kemikaaleja ennen kuin saat kuvan valmiiksi leikekirjaasi.
- suljin. Koska filmi on erittäin herkkä valolle, se menee pilalle, jos sitä altistetaan valolle liian pitkään. Suljin on kameran osa Objektiivin ja filmin välissä – se ohjaa, milloin ja kuinka kauan valo pääsee filmiin. Kun otat kuvan, suljin avautuu, jolloin valo osuu filmiin, sulkeutuu sitten lähes välittömästi. Kuinka kauan suljin pysyy auki (valotusaika) riippuu siitä, kuinka herkkä filmisi on ja kuinka paljon valoa on. Kirkkaina aurinkoisina päivinä sulkimen on pysyttävä auki paljon vähemmän aikaa kuin yöllä.
saatat ihmetellä, miksi todellinen kuva on ylösalaisin ja käänteinen. Tämä johtuu siitä, että kohteen pohjasta kimpoava valo on taivutettava linssin avulla ylöspäin ja ylhäältä tuleva valo alaspäin. He menevät ristiin, joten kun he tekevät kuvan, se on ylösalaisin. Sama tapahtuu puolelta toiselle, minkä vuoksi kuva on myös päinvastainen.
varhaisin kameratyyppi oli nimeltään camera obscura, joka on latinaa ja tarkoittaa ” pimeää huonetta. Se koostui pimeästä huoneesta, jossa oli pieni aukko, josta valo tuli läpi. Reikä toimi kuin linssi, koska se salli valon tulla sisään vain yhtenä kapeana säteenä; tämä säde tuotti päinvastaisen kuvan ulkoesineistä reikää vastapäätä olevalla seinällä. Koska Aristoteles mainitsee tämän tyyppisen kameran kirjoituksissaan, niin tiedämme, että sitä käytettiin auringon katseluun jo vuonna 300 eKr.! Lopulta camera obscura tehtiin suuresta laatikosta, ja siinä oli linssit, joilla kuva käännettiin oikealta puolelta ylöspäin. Historioitsijat uskovat, että taiteilijat kuten Johannes Vermeer käyttivät näitä nähdäkseen kuvan kohtauksesta, jonka he halusivat maalata.
camera obscura sai aikaan vain puolet siitä, mitä nykykamera tekee – se keskitti kohteista heijastuvan valon yhdeksi kapeaksi säteeksi, joka tuotti kohteista todellisen kuvan. Mutta tämä vain tuotti kuvan; se ei tallentanut sitä. Vasta 1800-luvun alussa tutkijat kehittivät valoherkät levyt, jotka pystyivät vastaanottamaan kuvan. Ja varhaiset menetelmät eivät olleet kovin tehokkaita – valokuvauskuvat olivat seurausta vähintään 8 tunnin valolle altistumisesta. Lopulta Ranskalainen Daguerre keksi daguerreotypian-menetelmän, jossa valokuvataan metallilevyillä. Valotusaika oli huomattavasti lyhyempi – noin 10-20 minuuttia-mutta silti tarpeeksi pitkä selittääkseen, miksi ihmiset eivät yrittäneet hymyillä noissa vanhoissa valokuvissa! Monien eri ihmisten ponnistelujen ansiosta valotusaika lyheni muutamaan sekuntiin 1800-luvun puolivälissä. kun Eastman keksi, miten filmi rullataan niin, että se mahtuisi käsikameraan, valokuvaus tuli massojen käyttöön, ja kamerat ovat olleet siitä lähtien välttämättömiä!
kameratekniikka etenee edelleen. Nykypäivän digitaalikamerat poistavat filmin kokonaan. Valo kohdistetaan puolijohteeseen, joka tallentaa sen elektronisesti eikä kemiallisesti kuten filmi. Sitten elektroniset impulssit muunnetaan tietokonekielen 1: ksi ja 0: ksi, jolloin syntyy kuva, joka koostuu pienistä värillisistä pisteistä eli pikseleistä. Nämä kuvat voidaan helposti muuttaa, kokoa, sähköpostitse, tai ladata verkkosivuilla.
Haluatko tehdä oman camera obscuran? Sitä kutsutaan myös neulanreikäkameraksi, ja sellaisen voi tehdä tämän tiedeprojektin avulla.
pölynimuri
Kuvittele haluavasi imuroida mattosi 1900-luvun alkuvuosina. Sinun pitäisi soittaa ovelta ovelle-imurointipalveluun, joka lähettäisi valtavan hevosvetoisen koneen kotiisi. Letkuja syötettäisiin ikkunoista,-jotka olisi kiinnitetty bensiinikäyttöiseen tyhjiöön ulkona kadulla. Ei kovin kätevää, vai mitä? Ja kun ensimmäinen kannettava sähköinen tyhjiö keksittiin vuonna 1905, se painoi 92 kiloa…ei myöskään kovin kätevä!
imureihin on tehty monia muutoksia vuosien varrella, aina yksinkertaisista matonlakaisimista suuritehoisiin sähköisiin imukoneisiin. Pölynimurin keksi James Murray Spangler vuonna 1907. Hän käytti imuun vanhaa puhallinmoottoria ja tyynyliinaa siivilänkahvaan. Hän patentoi ”imulakaisimensa”, mutta pian sen jälkeen William H. Hoover osti hänen patenttinsa ja perusti imureita valmistavan Hoover-yhtiön. Hooverin kymmenen päivän ilmainen kokeiluversio ja ovelta ovelle-myynti toivat pian imureita koteihin ympäri maata. Vuosien varrella Hoover lisäsi osia (kuten ”vatkainpalkin”) irrottaakseen lian matosta, jotta tyhjiö voisi imeä sen itseensä.
Pölynimurit toimivat Bernoullin periaatteen vuoksi, jonka mukaan ilman nopeuden kasvaessa paine laskee. Korkeapaineen alueelta virtaa aina ilmaa matalapaineen alueelle, jotta paine saadaan tasapainotettua. Pölynimurissa on imuportti, josta ilma tulee sisään, ja poistoportti, josta ilma poistuu. Alipaineen sisällä oleva tuuletin pakottaa ilmaa suurella nopeudella kohti poistoporttia, mikä alentaa sisällä olevan ilman painetta Bernoullin periaatteen mukaisesti. Tämä luo imua-korkeapaineinen ilma tyhjiön ulkopuolelta syöksyy sisään imuportin kautta matalapaineisen ilman tilalle. Saapuva ilma kuljettaa mukanaan likaa ja pölyä matostasi. Tämä lika on juuttunut suodatinpussiin, mutta ilma kulkee suoraan pussin läpi ja ulos pakokaasusta. Kun pussi on täynnä likaa, ilma hidastuu ja paine kasvaa. Tämä alentaa imutehoa tyhjiössä, minkä vuoksi se ei toimi yhtä hyvin, kun pussi on täynnä.
tee Imuri
Imuri pystyy imemään likaa matolta, koska sen ulkopuolelta tuleva korkeapaineilma virtaa sisälle matalapaineista ilmaa kohti. Sähkötyhjiössä tuuletin saa tyhjiön sisällä olevan ilman liikkumaan nopeasti, mikä alentaa ilmanpainetta aiheuttaen imua. Matalapaineisen ilman tilalle imetään imurin ulkopuolelta korkeapaineista ilmaa, jolloin lika ja pöly jäävät kiinni suodatinpussiin.
tässä projektissa voi tehdä käsipumppuimurin, joka muuttaa sen sisällä ilmanpainetta ja luo imun puhaltimen sijaan männällä. Noudata menettelyä tehdä tyhjiö, lue sitten selitys siitä, miten se toimii! Aikuinen tarvitsee apua leikkaamisessa.
mitä tarvitset:
- 2-litran muovinen soodapullo
- pingispallo
- partakoneen terä, mattoveitsi tai terävät sakset
- nauha
- Lanka
- paperi
- pehmopaperi
mitä teet:
1. Leikkaa limsapullon pohja pois noin 1/3 matkalta tyvestä ylöspäin. Leikkaa nyt viilto alas pullon alaosan kolmanneksesta – näin voit liu ’ uttaa sen pullon yläosaan, jotta se voi toimia mäntänä.
2. Leikkaa 6′ X3 ’ kaistale paperia ja taita se pituussuunnassa, jotta saat lisää voimaa. Teippaa tämän nauhan molemmat päät pullon pohjaan, jotta männästä tulee kahva.
3. Leikkaa pullon yläosaan 3/4-tuumainen reikä noin 1-1 / 2 tuumaa kaulan alapuolelle. Tämä reikä johtaa suodatinpussiin.
4. Tee tyhjiölle suodatinpussi, jossa on 6′ X4 ’ pala pehmopaperia. Taita paperi suorakulmio kahtia ja teippaa sivut tehdä pussi. Teippaa tämä pullon kaulan lähelle tekemäsi reiän päälle.
5. Teippaa langan toinen pää pingispalloon. Laita pallo pullon yläosaan. Syötä langan vapaa pää pullon suun kautta ja teippaa se pullon ulkopuolelle niin, että pingispallo roikkuu vain hieman kaulan alapuolella.
miten tämä vehje toimii? Työnnä pullon alaosa yläosaan ja vedä se sitten voimakkaasti takaisin. Tämä laskee ilmanpainetta pullon sisällä, koska nyt on isompi tila samalle ilmamäärälle. Pullon sisällä oleva matalapaineinen ilma luo imua, joka vetää korkeapaineista ilmaa ulkopuolelta sisään suun kautta. Työnnä nyt mäntä takaisin sisään; tämä puristaa ilmaa ja lisää painetta, joten ilma virtaa takaisin ulos pullosta. Pingispallo toimii venttiilinä-kun mäntää painaa sisään, se pakottaa pallon pullon kaulaan niin, että ilma poistuu reiän kautta suodatinpussin mukana eikä mene ulos suun kautta.
laita nyt imurisi töihin! Kokeile imeskellä leivänmuruja tai pieniä paperipalloja. Kun männän vetää ulos, ne imetään pulloon, ja kun männän työntää sisään, ne pakotetaan suodatinpussiin.
kokeile, mikä on paras tapa käyttää pullon tyhjiötä. Onko parempi pumpata mäntä nopeasti? Pitäisikö männästä vetää ulos nopeammin kuin työntää sisään? Keksitkö ideoita imurisi suunnittelun ja tehokkuuden parantamiseksi? Anna heille yrittää!
mikroaaltouunin keksiminen
joskus ihmiset keksivät asioita, koska he yrittävät – heillä on idea, ja he kokeilevat tapoja toteuttaa se. Muina aikoina keksinnöt tapahtuvat ilman, että kukaan suunnittelee niitä; näin keksittiin mikroaaltouuni.
toisen maailmansodan aikana joukko tiedemiehiä työskenteli lentokoneiden tutkajärjestelmien parantamiseksi. Nämä järjestelmät tarvitsivat magnetroneja – tyhjiöputkia, jotka tuottavat korkeataajuisia radioaaltoja-ja niitä tarvittiin paljon. Mutta niiden monimutkaisuuden vuoksi niitä voitiin valmistaa vain alle 20 päivässä. Sitten Raytheon-yhtiön työntekijä Percy Spencer keksi tavan yksinkertaistaa magnetronia ja lisätä tuotantoa. Hänen innovaatioidensa ansiosta tuotanto hyppäsi 2600 magnetroniin päivässä, mikä auttoi suuresti sotaponnisteluja.
pian sodan päättymisen jälkeen Spencer keksi vahingossa toisen käyttötarkoituksen magnetroneille. Hän jatkoi tutkatutkimusta Raytheonin laboratoriossa, ja seistessään magnetronin edessä hän tajusi taskussaan olevan suklaapatukan sulavan. Hänen uteliaisuutensa heräsi henkiin ja hän testasi nopeasti magnetronin vaikutusta popcorniin, jota ei poksautettu. Kun ytimet räjähtivät, hän tiesi olevansa oikeilla jäljillä!
Magnetronit lähettivät energiaa suurtaajuisina radioaaltoina, joita kutsutaan mikroaalloiksi. (Lue radioaalloista ja sähkömagneettisesta säteilystä energiaa käsittelevästä artikkelistamme.) Tällä taajuudella mikroaallot läpäisevät lasin, keraamisen ja muovin, mutta imeytyvät veteen, rasvoihin ja sokereihin. Tämä energian imeytyminen ”kiihottaa” atomeja ja ruoka lämpenee.
Spencer ja Raytheon alkoivat kehittää mikroaaltouunia, ja vuonna 1947 he valmistivat ensimmäisen kaupallisen version. Se maksoi 5000 dollaria, painoi 750 kiloa ja oli 5’6′ pitkä. Eikä siinä kaikki, vaan siinä käytettiin vesijäähdytysjärjestelmää, joka vaati ylimääräisen putkiston asentamista sinne, missä mikroaaltouunia käytettiin. Kuten voitte kuvitella, se ei ollut välitön menestys.
menestys ei välttämättä ollut välitöntä, mutta tässä tapauksessa se oli väistämätöntä. Jatkuva kehitys ja teknologinen edistys tuottivat lopulta ne pienet, tehokkaat mikroaallot, joita meillä on nykyään lähes jokaisessa kodissa Amerikassa. Kaikki alkoi tahmeasta, tahmeasta onnettomuudesta!
Lue Lisää!
Lue Alexander Graham Bellistä, Thomas Edisonista ja Wrightin veljeksistä sekä tee oma lamppu! Etsi kaikki tämä meidän ensimmäinen moderni keksintöjen tieteen Oppitunti.