L’Appareil Photo et l’Aspirateur

Inventions modernes

Appareil photo

En ces temps d’appareils photo jetables, d’appareils photo numériques et de téléphones avec appareil photo, il est difficile d’imaginer une époque où les gens ne pouvaient pas enregistrer leurs souvenirs en couleur en appuyant sur un bouton. Avant 1888, la photographie était coûteuse et le matériel nécessaire encombrant. Mais George Eastman a ensuite développé un film en rouleau et a breveté le premier appareil photo Kodak portable et portatif. L’appareil photo était préchargé avec du film, et après avoir pris 100 expositions, le propriétaire a envoyé l’ensemble de l’appareil photo à la société Eastman Kodak, où le film a été retiré et développé. Kodak a chargé un nouveau film dans l’appareil photo et a renvoyé les images et l’appareil photo au propriétaire. En d’autres termes, le slogan d’Eastman « Vous appuyez sur le bouton et nous faisons le reste » était très précis!

Une caméra peut être une machine très complexe avec des mécanismes de mise au point, des flashs et d’autres fonctionnalités, mais à la base, elle ne nécessite que trois éléments principaux:

• Lentille. La lumière est réfléchie par un objet dans toutes les directions différentes. Une lentille convexe plie les rayons lumineux et les focalise afin qu’ils convergent en un seul point. À ce moment-là, une « image réelle » inversée et inversée de l’objet se forme. (Vous pouvez voir comment un objectif focalise la lumière en en tenant un sur un morceau de papier blanc devant une fenêtre. La lumière du soleil devrait apparaître sur le papier comme un petit faisceau lumineux.) Pour prendre une photo, un objectif de caméra doit concentrer la lumière qui se reflète sur la scène devant lui dans une petite zone sur une surface sensible à la lumière.
• Matériau sensible à la lumière. Dans un appareil photo, l’objectif focalise la lumière en un point sur le film. Le film est traité avec des produits chimiques qui subissent une réaction chimique lorsqu’ils sont exposés à la lumière, enregistrant ainsi l’image. Comme il est sensible à la lumière, le film doit être développé dans une pièce sombre. Le développement implique plusieurs étapes et différents types de produits chimiques avant d’obtenir une image prête pour votre album.
• Obturateur. Le film étant très sensible à la lumière, il sera ruiné s’il est exposé trop longtemps à la lumière. L’obturateur est la partie de l’appareil photo entre l’objectif et le film – il contrôle quand et combien de temps la lumière peut atteindre le film. Lorsque vous prenez une photo, l’obturateur s’ouvre permettant à la lumière de frapper le film, puis se ferme presque immédiatement. La durée pendant laquelle l’obturateur reste ouvert (temps d’exposition) dépend de la sensibilité de votre film et de la quantité de lumière qu’il y a. Par beau temps, l’obturateur devra rester ouvert beaucoup moins de temps que la nuit.

Vous vous demandez peut-être pourquoi l’image réelle est à l’envers et inversée. En effet, la lumière qui rebondit sur le bas d’un objet doit être pliée vers le haut par la lentille et la lumière du haut doit être pliée vers le bas. Ils se croiseront, alors quand ils feront l’image, elle sera à l’envers. La même chose se produit d’un côté à l’autre, c’est pourquoi l’image est également inversée.

Le premier type de caméra était appelé camera obscura, qui signifie en latin « chambre sombre ». » Il s’agissait d’une pièce sombre avec un petit trou pour que la lumière passe. Le trou agissait comme une lentille, car il ne permettait à la lumière d’entrer que sous la forme d’un seul faisceau étroit; ce faisceau a produit une image inversée d’objets extérieurs sur la paroi opposée au trou. Puisque Aristote mentionne ce type d’appareil photo dans ses écrits, nous savons qu’il était utilisé pour voir le soleil dès 300 av.J.-C.! Finalement, la camera obscura était faite d’une grande boîte et avait des lentilles pour retourner l’image du côté droit vers le haut. Les historiens pensent que des artistes tels que Johannes Vermeer les utilisaient pour visualiser une image de la scène qu’ils souhaitaient peindre.

La camera obscura n’a accompli que la moitié de ce que fait une caméra moderne – elle focalisait la lumière réfléchie par les objets en un seul faisceau étroit qui produisait une image réelle des objets. Mais cela ne produisait que l’image; il ne l’enregistrait pas. Ce n’est qu’au début du 19ème siècle que les scientifiques ont développé des plaques sensibles à la lumière qui pourraient recevoir l’image. Et les premières méthodes n’étaient pas très efficaces – les images photographiques étaient le résultat de 8 heures ou plus d’exposition à la lumière. Finalement, un Français nommé Daguerre a inventé le Daguerréotype – un processus de photographie sur des plaques de métal. Le temps d’exposition était considérablement plus court – environ 10 à 20 minutes – mais toujours assez long pour expliquer pourquoi les gens n’essayaient pas de sourire sur ces vieilles photos! Grâce aux efforts de nombreuses personnes différentes, le temps d’exposition a été réduit à quelques secondes au milieu des années 1800.Lorsque Eastman a compris comment rouler le film pour qu’il puisse tenir dans un appareil photo portatif, la photographie est devenue disponible pour les masses, et les appareils photo sont devenus indispensables depuis!

La technologie des caméras continue de progresser. Les appareils photo numériques d’aujourd’hui éliminent complètement le film. La lumière est focalisée sur un semi-conducteur qui l’enregistre électroniquement, au lieu de chimiquement comme le fait un film. Ensuite, les impulsions électroniques sont converties en 1s et 0s du langage informatique, produisant une image composée de minuscules points colorés, ou pixels. Ces images peuvent être facilement modifiées, redimensionnées, envoyées par courrier électronique ou téléchargées sur des sites Web.

Vous voulez créer votre propre camera obscura? C’est aussi ce qu’on appelle une caméra à sténopé, et vous pouvez en faire une avec ce projet scientifique.

Aspirateur

Imaginez vouloir aspirer vos tapis dans les premières années du 20ème siècle. Vous devriez appeler un service d’aspirateur porte-à-porte, ce qui enverrait une énorme machine tirée par des chevaux chez vous. Les tuyaux seraient alimentés par vos fenêtres, attachés à l’aspirateur à essence à l’extérieur dans la rue. Pas très pratique, non? Et lorsque le premier aspirateur électrique portable a été inventé en 1905, il pesait 92 livresalso pas très pratique non plus!

Les aspirateurs ont subi de nombreuses modifications au fil des ans, allant de simples balayeuses à tapis à des machines d’aspiration électriques à haute puissance. L’aspirateur tel que nous le connaissons a été inventé par James Murray Spangler en 1907. Il a utilisé un vieux moteur de ventilateur pour créer une aspiration et une taie d’oreiller sur une poignée de balai pour le filtre. Il a breveté sa « balayeuse aspirante », mais peu de temps après, William H. Hoover a acheté son brevet et a créé la société Hoover pour fabriquer les aspirateurs. L’essai gratuit de dix jours de Hoover et les ventes porte-à-porte ont rapidement placé les aspirateurs dans les maisons de tout le pays. Au fil des ans, Hoover a ajouté des composants (tels que la « barre de batteur ») pour déloger la saleté dans le tapis afin que l’aspirateur puisse l’aspirer.

Les aspirateurs fonctionnent selon le principe de Bernoulli, qui stipule que lorsque la vitesse de l’air augmente, la pression diminue. L’air s’écoulera toujours d’une zone à haute pression vers une zone à basse pression, pour essayer d’équilibrer la pression. Un aspirateur a un orifice d’admission où l’air entre et un orifice d’échappement où l’air sort. Un ventilateur à l’intérieur du vide force l’air vers l’orifice d’échappement à grande vitesse, ce qui abaisse la pression de l’air à l’intérieur, selon le principe de Bernoulli. Cela crée une aspiration – l’air à plus haute pression provenant de l’extérieur du vide se précipite à travers l’orifice d’admission pour remplacer l’air à plus basse pression. L’air entrant transporte la saleté et la poussière de votre tapis. Cette saleté est emprisonnée dans le sac filtrant, mais l’air passe directement à travers le sac et sort de l’échappement. Lorsque le sac est plein de saleté, l’air ralentit, augmentant la pression. Cela réduit la puissance d’aspiration de votre aspirateur, c’est pourquoi cela ne fonctionnera pas aussi bien lorsque le sac est plein.

Faire un aspirateur

Un aspirateur est capable d’aspirer la saleté du tapis car l’air à haute pression de l’extérieur s’écoule vers l’air à basse pression à l’intérieur. Dans un aspirateur électrique, un ventilateur provoque un mouvement rapide de l’air à l’intérieur du vide, ce qui abaisse la pression de l’air, provoquant une aspiration. L’air à plus haute pression provenant de l’extérieur du vide est aspiré pour remplacer l’air à basse pression, apportant de la saleté et de la poussière dans le sac filtrant.

Dans ce projet, vous pouvez fabriquer un aspirateur à pompe manuelle qui modifie la pression de l’air à l’intérieur et crée une aspiration à l’aide d’un piston au lieu d’un ventilateur. Suivez la procédure pour faire votre aspirateur, puis lisez l’explication de son fonctionnement! Un adulte devra aider à la coupe.

Ce dont vous avez besoin:

• 2- bouteille de soda en plastique d’un litre
• Balle de ping-pong
• Lame de rasoir, coupe-boîte ou ciseaux tranchants
• Ruban adhésif
• Fil
• Papier
• Papier de soie

Ce que vous faites:

1. Coupez le fond de la bouteille de soda à environ 1/3 de la hauteur de la base. Maintenant, coupez une fente sur un côté du tiers inférieur de la bouteille – cela vous permettra de la faire glisser dans la partie supérieure de la bouteille afin qu’elle puisse agir comme un piston.

2. Coupez une bande de papier de 6’x3′ et pliez-la en deux dans le sens de la longueur pour plus de résistance. Collez chaque extrémité de cette bande au fond de la bouteille pour faire une poignée pour votre piston.

3. Dans la partie supérieure de la bouteille, percez un trou de 3/4 pouces à environ 1-1 / 2 pouces sous le goulot. Ce trou mènera au sac filtrant.

4. Faites un sac filtrant pour votre aspirateur avec un morceau de papier de soie de 6 ‘x4’. Pliez le rectangle de papier en deux et collez les côtés pour faire un sac. Collez-le sur le trou que vous avez fait près du goulot de la bouteille.

5. Collez une extrémité du fil sur la balle de ping-pong. Mettez la balle dans la partie supérieure de la bouteille. Faites passer l’extrémité libre du fil à travers l’embouchure de la bouteille et collez-le à l’extérieur de la bouteille pour que la balle de ping-pong pend légèrement sous le cou.

Comment fonctionne cet engin que vous venez de fabriquer? Poussez la partie inférieure de la bouteille dans la partie supérieure, puis tirez-la brusquement. Cela diminue la pression d’air à l’intérieur de la bouteille, car il y a maintenant un plus grand espace pour la même quantité d’air. L’air à plus basse pression à l’intérieur de la bouteille crée une aspiration, aspirant l’air à plus haute pression de l’extérieur par la bouche. Maintenant, poussez le piston vers l’intérieur; cela comprime l’air et augmente la pression, de sorte que l’air retourne hors de la bouteille. La balle de ping-pong fonctionne comme une valve – lorsque vous poussez le piston, elle force la balle dans le goulot de la bouteille afin que l’air sorte par le trou avec le sac filtrant, plutôt que de sortir par la bouche.

Maintenant, mettez votre aspirateur au travail! Essayez d’aspirer des miettes de pain ou de minuscules boules de papier. Lorsque vous retirez le piston, ils seront aspirés dans la bouteille et lorsque vous poussez le piston, ils seront forcés dans le sac filtrant.

Expérimentez pour trouver la meilleure façon d’utiliser l’aspirateur de votre bouteille. Fonctionne-t-il mieux pour pomper le piston rapidement? Devriez-vous tirer sur le piston plus rapidement que vous n’y poussez? Pouvez-vous penser à des idées pour améliorer la conception et l’efficacité de votre aspirateur? Essayez-les!

L’invention du four à micro–ondes

Parfois, les gens inventent des choses parce qu’ils essaient de – ils ont une idée, et ils expérimentent des façons de la réaliser. D’autres fois, les inventions se produisent sans que personne ne les planifie; c’est ainsi que le four à micro-ondes a été inventé.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, un certain nombre de scientifiques ont travaillé à l’amélioration des systèmes radar pour avions. Ces systèmes avaient besoin de magnétrons – des tubes à vide qui génèrent des ondes radio à haute fréquence – et ils en avaient besoin de beaucoup. Mais en raison de leur complexité, ils ne pouvaient être fabriqués qu’à un rythme inférieur à 20 par jour. Ensuite, Percy Spencer, un employé de la société Raytheon, a trouvé un moyen de simplifier le magnétron et d’augmenter la production. Grâce à ses innovations, la production a bondi à 2 600 magnétrons par jour, contribuant grandement à l’effort de guerre.

Peu après la fin de la guerre, Spencer découvrit accidentellement une autre utilisation des magnétrons. Il poursuivait ses recherches radar dans un laboratoire de Raytheon, et alors qu’il se tenait devant un magnétron, il s’est rendu compte que la barre chocolatée dans sa poche fondait. Sa curiosité s’anima et il testa rapidement l’effet du magnétron sur le maïs soufflé non éclaté. Quand les grains ont explosé, il savait qu’il était vraiment sur quelque chose!

Les magnétrons émettaient de l’énergie sous forme d’ondes radio à haute fréquence, appelées micro-ondes. (En savoir plus sur les ondes radio et le rayonnement électromagnétique dans notre article sur l’énergie.) À cette fréquence, les micro-ondes traversent le verre, la céramique et le plastique, mais sont absorbées par l’eau, les graisses et les sucres. Cette absorption d’énergie « excite » les atomes et la nourriture se réchauffe.

Spencer et Raytheon ont commencé à développer le four à micro-ondes et, en 1947, ils ont produit la première version commerciale. Il coûtait 5 000 $, pesait 750 lb et mesurait 5’6′. Non seulement cela, mais il utilisait un système de refroidissement par eau qui nécessitait une plomberie supplémentaire pour être installé partout où le micro-ondes était utilisé. Comme vous pouvez l’imaginer, ce n’était pas un succès instantané.

Le succès n’a peut-être pas été instantané, mais dans ce cas, il était inévitable. Le développement continu et les progrès technologiques ont fini par produire les petits micro-ondes efficaces que nous avons aujourd’hui dans presque tous les foyers américains. Et tout a commencé par un accident collant et gluant!

En Savoir plus !
Lisez à propos d’Alexander Graham Bell, de Thomas Edison et des frères Wright, et fabriquez votre propre ampoule! Retrouvez tout cela dans notre première Leçon de Science des Inventions Modernes.