Modern találmányok
kamera
az eldobható kamerák, digitális fényképezőgépek és kameratelefonok napjain nehéz elképzelni egy olyan időszakot, amikor az emberek egy gombnyomással nem tudták színes módon rögzíteni emlékeiket. 1888 előtt a fényképezés drága volt, a szükséges felszerelés pedig nehézkes. De aztán George Eastman kifejlesztette a roll film-et, és szabadalmaztatta az első hordozható, kézi Kodak kamerát. A kamerát előre feltöltötték filmmel, és 100 expozíció után a tulajdonos elküldte a teljes kamerát az Eastman Kodak Company-nak, ahol a filmet eltávolították és kifejlesztették. A Kodak új filmet töltött be a kamerába, majd visszaküldte a képeket és a kamerát a tulajdonosnak. Más szavakkal, Eastman szlogenje ‘Ön nyomja meg a gombot, mi pedig a többit’ nagyon pontos volt!
a fényképezőgép nagyon összetett gép lehet fókuszáló mechanizmusokkal, villanásokkal és egyéb funkciókkal, de a legalapvetőbb módon csak három fő elemre van szüksége:
- lencse. A fény visszaverődik egy tárgyról minden különböző irányban. A konvex lencse meghajlítja a fénysugarakat, és fókuszálja őket, így egyetlen pontban konvergálnak. Ezen a ponton egy fejjel lefelé fordított ‘valós kép’ alakul ki az objektumról. (Láthatja, hogy egy lencse hogyan fókuszálja a fényt, ha az ablak előtt egy darab fehér papír fölé tartja. A napfénynek kis fényes sugárként kell megjelennie a papíron.) A kép elkészítéséhez a kamera lencséjének az előtte lévő jelenetről visszaverődő fényt egy fényérzékeny felület kis területére kell fókuszálnia.
- fényérzékeny anyag. A fényképezőgépben az objektív a fényt a film egy pontjára fókuszálja. A filmet olyan vegyi anyagokkal kezelik, amelyek kémiai reakción mennek keresztül, amikor fénynek vannak kitéve, így rögzítik a képet. Mivel fényérzékeny, a filmet sötét szobában kell kifejleszteni. A fejlesztés több lépést és különböző vegyi anyagokat foglal magában, mielőtt elkészítené a képet a scrapbook számára.
- redőny. Mivel a film nagyon érzékeny a fényre, akkor tönkremegy, ha túl hosszú ideig van kitéve a fénynek. A redőny a fényképezőgépnek az objektív és a film közötti része – ez szabályozza, hogy mikor és mennyi ideig érheti el a fény a filmet. Amikor képet készít, a redőny kinyílik, hogy a fény elérje a filmet, majd szinte azonnal bezáródik. Az, hogy a redőny meddig marad nyitva (expozíciós idő), attól függ, hogy mennyire érzékeny a film, és mennyi fény van. Fényes napsütéses napokon a redőnynek sokkal kevesebb ideig kell nyitva maradnia, mint éjszaka.
lehet, hogy kíváncsi vagy, miért van a valódi kép fejjel lefelé és fordítva. Ennek oka az, hogy a tárgy aljáról visszapattanó fényt a lencsének felfelé, a felülről érkező fényt pedig lefelé kell hajlítani. Keresztezni fognak, így amikor elkészítik a képet, fejjel lefelé lesz. Ugyanez történik oldalról oldalra, ezért a kép is megfordul.
a legkorábbi kameratípust camera obscura-nak hívták, ami latinul sötét szoba. Egy sötét szobából állt, egy apró lyukkal, amin keresztül a fény átjöhetett. A lyuk lencseként viselkedett, mert csak egyetlen keskeny sugárként engedte be a fényt; ez a gerenda fordított képet készített a lyukkal szemközti falon lévő külső tárgyakról. Mivel Arisztotelész megemlíti ezt a típusú kamerát írásaiban, tudjuk, hogy már Kr. e. 300-ban használták a nap megtekintésére! Végül a camera obscura egy nagy dobozból készült, és lencsékkel volt ellátva, hogy a képet jobb oldalával felfelé fordítsa. A történészek úgy vélik, hogy az olyan művészek, mint Johannes Vermeer, ezeket használták a festeni kívánt jelenet képének megtekintésére.
a camera obscura csak a felét érte el annak, amit egy modern kamera csinál – a tárgyakról visszaverődő fényt egyetlen keskeny sugárba fókuszálta, amely valós képet készített a tárgyakról. De ez csak a képet hozta létre; nem rögzítette. A tudósok csak a 19.század elején fejlesztettek ki fényérzékeny lemezeket, amelyek képesek fogadni a képet. A korai módszerek pedig nem voltak túl hatékonyak – a fényképészeti képek 8 órás vagy annál hosszabb fénynek való kitettség eredményei voltak. Végül egy Daguerre nevű francia feltalálta a Dagerrotípust-a fémlemezeken történő fényképezés folyamatát. Az expozíciós idő lényegesen rövidebb volt-körülbelül 10-20 perc – , de még mindig elég hosszú ahhoz, hogy megmagyarázza, miért nem próbáltak mosolyogni az emberek azokon a régi fényképeken! Sok ember erőfeszítései révén az expozíciós idő néhány másodpercre csökkent az 1800-as évek közepére. amikor Eastman kitalálta, hogyan kell forgatni a filmet, hogy elférjen egy kézi fényképezőgépben, a fényképezés elérhetővé vált a tömegek számára, és a kamerák azóta nélkülözhetetlenek!
a Kameratechnika tovább fejlődik. A mai digitális fényképezőgépek teljesen megszüntetik a filmet. A fény egy félvezetőre összpontosul, amely elektronikusan rögzíti, nem pedig kémiailag, mint a film. Ezután az elektronikus impulzusokat átalakítják a számítógépes nyelv 1s és 0s-jévé, apró színes pontokból vagy pixelekből álló képet hozva létre. Ezek a képek könnyen megváltoztathatók, átméretezhetők, e-mailben elküldhetők vagy feltölthetők a webhelyekre.
szeretné, hogy a saját camera obscura? Ezt lyukkamerának is nevezik, és ezzel a tudományos projekttel készíthetsz egyet.
Porszívó
képzelje el, hogy a 20.század első éveiben porszívózni akarja a szőnyegeit. Hívnia kellene egy háztól házig porszívózási szolgáltatást, amely hatalmas lóvontató gépet küldene a házába. A tömlőket az ablakokon keresztül táplálják, az utcán kívül a benzinüzemű vákuumhoz rögzítve. Nem túl kényelmes, igaz? Amikor pedig 1905-ben feltalálták az első hordozható elektromos vákuumot, 92 fontot nyomott…szintén nem túl kényelmes!
a porszívók az évek során számos módosításon mentek keresztül, az egyszerű szőnyegseprőktől a nagy teljesítményű elektromos szívógépekig. A porszívót, amint tudjuk, James Murray Spangler találta fel 1907-ben. Egy régi ventilátormotort használt, hogy szívást hozzon létre, és egy párnahuzatot egy seprű fogantyúján a szűrőhöz. Szabadalmaztatta a szívó seprőjét, de nem sokkal később William H. Hoover megvásárolta a szabadalmát, és elindította a Hoover céget a porszívók gyártására. Hoover tíz napos ingyenes próbaverziója és háztól házig történő értékesítése hamarosan porszívókat helyezett el az egész országban. Az évek során Hoover hozzáadott alkatrészeket (például a ‘verőrudat’), hogy eltávolítsa a szennyeződéseket a szőnyegen, hogy a vákuum felszívhassa.
a porszívók Bernoulli elve miatt működnek, amely kimondja, hogy a levegő sebességének növekedésével a nyomás csökken. A levegő mindig nagynyomású területről alacsony nyomású területre áramlik, hogy megpróbálja kiegyenlíteni a nyomást. A porszívónak van egy szívónyílása, ahol a levegő belép, és egy kipufogónyílása, ahol a levegő kilép. A vákuum belsejében lévő ventilátor nagy sebességgel kényszeríti a levegőt a kipufogónyílás felé, ami Bernoulli elve szerint csökkenti a belső levegő nyomását. Ez szívást hoz létre-a vákuumon kívülről érkező nagyobb nyomású levegő a szívónyíláson keresztül rohan be, hogy helyettesítse az alacsonyabb nyomású levegőt. A bejövő levegő szennyeződést és Port hordoz a szőnyegen. Ez a szennyeződés beszorult a szűrőzsákba, de a levegő áthalad a zsákon, és kiáramlik a kipufogóból. Amikor a zsák tele van szennyeződéssel, a levegő lelassul, növekszik a nyomás. Ez csökkenti a vákuum szívóerejét, ezért nem fog olyan jól működni, ha a táska tele van.
Készítsen porszívót
a porszívó képes leszívni a szennyeződéseket a szőnyegről, mert kívülről nagynyomású levegő áramlik az alacsony nyomású levegő felé. Elektromos vákuumban a ventilátor a vákuum belsejében lévő levegő gyors mozgását okozza, ami csökkenti a légnyomást, szívást okozva. A nagyobb nyomású levegő kívülről a vákuum szívja be, hogy cserélje ki az alacsony nyomású levegő, így a szennyeződés és a por, hogy fogott a porzsák.
ebben a projektben kézi pumpás porszívót készíthet, amely megváltoztatja a benne lévő légnyomást, és ventilátor helyett dugattyúval szívást hoz létre. Kövesse az eljárást a vákuum elkészítéséhez, majd olvassa el a működésének magyarázatát! Egy felnőttnek segítenie kell a vágásban.
amire szüksége van:
- 2-liter műanyag szóda palack
- Ping-pong labda
- borotvapenge, doboz vágó, vagy éles olló
- szalag
- menet
- papír
- selyempapír
mit csinálsz:
1. Vágja le a szódásüveg alját az alaptól felfelé körülbelül 1/3-át. Most vágjon le egy rést a palack alsó harmadának egyik oldalán – ez lehetővé teszi, hogy becsúsztassa a palack felső részébe, hogy dugattyúként működjön.
2. Vágjon egy 6′ X3 ‘ papírcsíkot, és hajtsa félbe hosszában az extra szilárdság érdekében. Ragassza a szalag mindkét végét a palack aljára, hogy fogantyút készítsen a dugattyú számára.
3. A palack felső részében vágjon egy 3/4 hüvelykes lyukat körülbelül 1-1/2 hüvelykkel a nyak alatt. Ez a lyuk a szűrőzsákhoz vezet.
4. Készítsen egy szűrőzsákot a vákuumhoz egy 6 ‘ x4 ‘ darab selyempapírral. Hajtsa félbe a papír téglalapot, majd ragassza fel az oldalakat, hogy zsákot készítsen. Ragassza ezt a lyuk fölé, amelyet az üveg nyaka közelében készített.
5. Ragassza fel a szál egyik végét a ping-pong labdához. Tegye a labdát a palack felső részébe. Táplálja a szál szabad végét a palack száján keresztül, és ragassza rá a palack külsejére, hogy a ping-pong labda csak kissé lógjon a nyak alatt.
hogy működik ez a szerkezet, amit most csináltál? Tolja a palack alsó részét a felső részbe, majd élesen húzza vissza. Ez csökkenti a palack belsejében lévő légnyomást, mert most nagyobb hely van ugyanannyi levegő számára. A palack belsejében lévő alacsonyabb nyomású levegő szívást hoz létre, a szájon keresztül kívülről nagyobb nyomású levegőt húz be. Most nyomja vissza a dugattyút; ez összenyomja a levegőt és növeli a nyomást, így a levegő visszatér a palackból. A ping-pong labda szelepként működik-amikor benyomja a dugattyút, a labdát a palack nyakába kényszeríti úgy, hogy a levegő a szűrőzsákkal a lyukon keresztül távozzon, nem pedig a szájon keresztül.
most tegye működésbe a vákuumot! Próbáljon felszívni zsemlemorzsát vagy apró papírgolyót. Amikor kihúzza a dugattyút, beszívja őket a palackba, amikor pedig benyomja a dugattyút, a szűrőzsákba kényszerítik őket.
kísérlet, hogy megtudja, a legjobb módja annak, hogy használja a palack vákuum. Jobban működik a dugattyú gyors szivattyúzása? Ha gyorsabban húzza ki a dugattyút, mint nyomja be? Tud ötleteket találni a vákuum tervezésének és hatékonyságának javítására? Adj nekik egy próbát!
a mikrohullámú sütő feltalálása
néha az emberek azért találnak fel dolgokat, mert megpróbálják – van egy ötletük, és kísérleteznek a megvalósítás módjaival. Máskor találmányok történnek anélkül, hogy bárki tervezné őket; így találták ki a mikrohullámú sütőt.
a második világháború alatt számos tudós dolgozott a repülőgépek radarrendszereinek fejlesztésén. Ezeknek a rendszereknek magnetronokra volt szükségük-vákuumcsövekre, amelyek nagyfrekvenciás rádióhullámokat generálnak-és sokra volt szükségük. De összetettségük miatt csak napi 20-nál kevesebb sebességgel lehetett gyártani. Ezután Percy Spencer, a Raytheon cég alkalmazottja kidolgozta a magnetron egyszerűsítésének és a termelés növelésének módját. Újításainak köszönhetően a termelés napi 2600 magnetronra ugrott, ami nagyban segítette a háborús erőfeszítéseket.
nem sokkal a háború befejezése után Spencer véletlenül felfedezte a magnetronok újabb felhasználását. Radarkutatást folytatott egy Raytheon laborban, és amikor egy magnetron előtt állt, rájött, hogy a zsebében lévő cukorka olvad. Kíváncsisága életre kelt, és gyorsan tesztelte a magnetron hatását a pattogatott kukoricára. Amikor a magok felrobbantak, tudta, hogy valóban készül valamire!
a magnetronok nagyfrekvenciás rádióhullámok, úgynevezett mikrohullámok formájában bocsátottak ki energiát. (Tudjon meg többet a rádióhullámokról és az elektromágneses sugárzásról az energiáról szóló cikkünkben.) Ezen a frekvencián a mikrohullámok áthaladnak az üvegen, a kerámián és a műanyagon, de a víz, a zsírok és a cukrok felszívják őket. Az energia elnyelése ‘gerjeszti’ az atomokat és az étel felmelegszik.
Spencer és Raytheon elkezdték fejleszteni a mikrohullámú sütőt, és 1947-ben elkészítették az első kereskedelmi változatot. 5000 dollárba került, súlya 750 font volt, és 5’6′ magas volt. Nem csak, hogy, de használt víz-hűtőfolyadék rendszer, amely szükséges extra vízvezeték kell telepíteni, ahol a mikrohullámú sütőt használták. Ahogy el tudod képzelni, nem volt azonnali siker.
lehet, hogy a siker nem volt azonnali, de ebben az esetben elkerülhetetlen volt. A folyamatos fejlődés és a technológiai fejlődés végül olyan kicsi, hatékony mikrohullámokat hozott létre, amelyek ma szinte minden otthonban megtalálhatók Amerikában. És az egész egy ragacsos, ragacsos balesettel kezdődött!
Tudjon Meg Többet!
Olvass Alexander Graham Bellről, Thomas Edisonról és a Wright fivérekről, és készíts saját villanykörtét! Találja meg mindezt az első Modern találmányok Tudományos leckében.