現代の発明：カメラと掃除機

現代の発明

カメラ

使い捨てカメラ、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話の最近では、人々がボタンを押すだけで記憶を色で記録することができなかった時代を想像するのは難しい。 1888年以前は、写真撮影は高価であり、必要な機器は面倒でした。しかし、ジョージ-イーストマンはロールフィルムを開発し、最初のポータブル、ハンドヘルドコダックカメラの特許を取得しました。カメラにはフィルムがプリロードされ、100回の露出を撮影した後、所有者はカメラ全体をイーストマン-コダック社に送り、そこでフィルムが除去されて開発された。コダックは、カメラに新しいフィルムをロードし、所有者に戻って写真やカメラを送信しました。言い換えれば、イーストマンのスローガン”あなたはボタンを押して、私たちは残りを行う”は非常に正確でした！

カメラは、フォーカス機構、フラッシュ、およびその他の機能を備えた非常に複雑なマシンになることができますが、最も基本的には三つの主要な要素:

レンズ… 光は、すべての異なる方向にオブジェクトから反射されます。凸レンズは、光線を曲げ、それらを集束させて、それらが一点に収束するようにします。その時点で、オブジェクトの逆さま、逆さまの”実像”が形成されます。（あなたは、レンズが窓の前に白い紙の上に一つを保持することにより、光を集中する方法を見ることができます。日光は小さな明るいビームとして紙の上に現れるはずです。）写真を撮るには、カメラのレンズは、光に敏感な表面上の小さな領域にそれの前にシーンから反射する光を集中する必要があります。
感光材料。カメラでは、レンズはフィルム上の点に光を集中させます。フィルムは、このように画像を記録し、光にさらされたときに化学反応を受ける化学物質で処理されます。それは光に敏感であるので、フィルムは暗い部屋で開発されなければならない。あなたのスクラップブックの準備ができた映像を得る前に成長は化学薬品の複数のステップそして異なった種類を含む。
フィルムは光に非常に敏感であるため、光に長時間さらされると台無しになります。シャッターは、レンズとフィルムの間のカメラの一部であり、いつ、どのくらいの長さの光がフィルムに到達できるかを制御します。あなたが写真を撮るとき、シャッターは光がフィルムに当たることを可能にして開き、そしてほとんどすぐに閉じます。シャッターが開いたままになる時間（露光時間）は、フィルムの感度と光の量によって異なります。明るい晴れた日には、シャッターは夜間よりもはるかに短い時間開いたままにする必要があります。

なぜ実際の画像が逆さまになって逆になっているのか疑問に思うかもしれません。これは、物体の底部から跳ね返る光はレンズによって上方に曲げられ、上部からの光は下方に曲げられなければならないためです。彼らは交差するので、彼らはイメージを作るとき、それは逆さまになります。同じことが左右に起こるので、画像も逆になります。

最も初期のタイプのカメラはカメラ-オブスクラと呼ばれ、ラテン語で”暗い部屋”を意味します。”それは光が通ってくるための小さな穴を持つ暗い部屋で構成されていました。それだけで光が単一の狭いビームとして入力することができたので、穴は、レンズのように機能しました; このビームは穴の反対側の壁の外の目的の逆のイメージを作り出した。アリストテレスが彼の文章でこのタイプのカメラに言及しているので、我々はそれが紀元前300年には早くも太陽を見るために使用されたことを知って最終的にカメラオブスクラは大きな箱から作られ、画像を右に反転させるためのレンズを持っていました。歴史家は、ヨハネス-フェルメールのような芸術家は、彼らが描くことを望んだ場面のイメージを見るためにこれらを使用したと信じています。

カメラ–オブスクラは、現代のカメラの半分だけを達成しました-物体から反射する光を単一の狭いビームに集中させ、物体の実際の画像を生成しました。しかし、これは画像を生成しただけで、それは記録しませんでした。科学者が画像を受け取ることができる感光板を開発したのは19世紀初頭までではありませんでした。そして、初期の方法はあまり効率的ではありませんでした–写真画像は8時間以上の光への暴露の結果でした。最終的にDaguerreという名前のフランス人がDaguerreotypeを発明しました–金属板上で撮影するプロセス。露光時間はかなり短かった–約10-20分-しかし、まだ人々がそれらの古い写真で笑顔をしようとしなかった理由を説明するのに十分な長さ！多くの人々の努力によって、露出時間は1800年代半ばまでに数秒に短縮されました。イーストマンが手持ちのカメラに収まるようにフィルムを転がす方法を考え出したとき、写真は大衆に利用できるようになり、以来、カメラは不可欠でした！

カメラ技術は進歩を続けています。今日のデジタルカメラは完全にフィルムとする。光は、フィルムのように化学的にではなく、電子的に記録する半導体に焦点を当てています。それから電子衝動はコンピュータ言語の1sそして0sに変えられ、小さい着色された点から成っているイメージ、かピクセルを作り出す。これらの画像は、簡単に変更、サイズ変更、電子メールで送信、またはウェブサイトにアップロードすることができます。

あなた自身のカメラオブスクラを作りたいですか？これはピンホールカメラとも呼ばれ、この科学プロジェクトで作ることができます。

掃除機

20世紀の初期にあなたのカーペットを掃除したいと想像してみてください。あなたはあなたの家に巨大な馬に描かれたマシンを送るだろうドアツードア掃除機サービスを呼び出す必要があります。ホースはあなたの窓を通して供給され、通りの外のガソリン式の真空に取り付けられます。あまり便利ではないでしょうか？そして、最初のポータブル電気真空が1905年に発明されたとき、それは92ポンドの重量を量った…また、非常に便利ではありません！

掃除機は、単純なカーペットスイーパーから高出力の電気吸引機に至るまで、長年にわたって多くの変更を受けてきました。私たちが知っているように掃除機は、1907年にJames Murray Spanglerによって発明されました。彼はフィルターのためのほうきのハンドルの吸引そして枕カバーを作成するのに古いファンモーターを使用した。彼は彼の’吸引の掃除人の特許を取ったが、すぐにその後、ウィリアムH.フーバーは彼のパテントを買い、掃除機を製造するためにフーバーの会社を始めた。フーバーの10日間の無料トライアルとドアツードアの販売はすぐに全国の家庭で掃除機を配置しました。長年にわたりフーバーは、真空がそれを吸うことができるようにカーペットの汚れを取り除くために（そのような”ビーターバー”など）コンポーネントを追加しました。

掃除機は、空気の速度が上がるにつれて圧力が低下するというベルヌーイの原理のために機能します。空気は常に高圧領域から低圧領域に流れ、圧力のバランスを取ろうとします。掃除機には、空気が入る吸気ポートと、空気が出る排気ポートがあります。真空の中のファンはBernoulliの主義に従って中空気の圧力を下げる排気港の方に高速で空気を強制する。これは吸引を作成します–真空の外からの高圧空気は取入口の港を通って低圧の空気を取り替えるために突進します。入って来る空気はそれとあなたのカーペットからの土そして塵を運ぶ。この土はフィルター-バッグで引っ掛かるが、空気は袋を通ってそして排気を正しく渡る。袋が汚れでいっぱいになると、空気が減速し、圧力が上昇します。これはあなたの真空の吸引力を低下させるので、バッグがいっぱいになったときにも機能しません。

掃除機を作る

掃除機は、外部からの高圧空気が内部の低圧空気に向かって流れるので、カーペットから汚れを吸うことができます。電気真空では、ファンにより真空の中の空気は吸引を引き起こす空気圧を下げるすぐに動くために引き起こします。真空の外からの高圧空気は低圧の空気を取り替えるために吸われフィルター-バッグでつかまえられるべきそれが付いている土および塵を持って来

このプロジェクトでは、ファンの代わりにピストンを使用して、内部の空気圧を変化させ、吸引を作成するハンドポンプ掃除機を作ることができます。あなたの真空を作るための手順に従ってください、そしてそれがどのように動作するかの説明を読んでください！大人は切断を手助けする必要があります。

必要なもの:

2-プラスチックソーダびん
卓球の球
かみそりの刃、箱のカッター、または鋭いはさみ
テープ
糸
ペーパー
ティッシュペーパー

する何:

1 ソーダボトルの底をベースから約1/3の方法で切り落とします。今、ボトルの下三分の一の側の下にスリットをカット–これは、それがピストンとして機能することができるように、ボトルの上部の内側にそれをスラ

2. 紙の6’x3’ストリップをカットし、余分な強度のために縦半分にそれを折ります。あなたのピストンのためのハンドルを作るためにびんの底にこのストリップの各端をテープで止めて下さい。

3. ボトルの上部には、首の下に約1-1/2インチの3/4インチの穴をカットします。この穴はフィルター-バッグに導きます。

4. ティッシュペーパーの6’x4’部分が付いているあなたの真空のためのフィルター-バッグを作りなさい。紙の長方形を半分に折り、側面をテープで包んで袋を作ります。あなたがボトルの首の近くに作った穴の上にこれをテープしてください。

5. 糸の一端をピンポンボールにテープで固定します。ボールをボトルの上部に置きます。ボトルの口から糸の自由端を供給し、ピンポンボールが首のわずかに下にぶら下がるようにボトルの外側にテープを巻いてください。

どのようにあなただけの仕事をしたこのからくりはありませんか？ボトルの底部を上部に押し込み、急激に引き戻します。これは今同じ量の空気のためのより大きいスペースがあるので、びんの中の空気圧を減らす。びんの中の低圧の空気は口を通って外からの高圧空気で引っ張る吸引を作成します。今度はピストンを押し戻して下さい;これは空気を圧縮し、圧力を高めます、従ってびんから気流を戻して下さい。ピンポンの球は弁として働きます–ピストンを押すとき、びんの首に空気が口を通って行くよりもむしろフィルター-バッグが付いている穴を通って出

今、あなたの真空を動作させる！パン粉や紙の小さなボールを吸ってみてください。ピストンを引き出す場合、それらはびんに吸われ、ピストンを押す場合、フィルター-バッグに強制されます。

あなたのボトルの真空を使用するための最良の方法を見つけるために実験します。それはピストンを急速にポンプでくむことをよく働かせますか。あなたはそれを押し込むよりも速くピストンを引き出す必要がありますか？あなたの真空の設計そして効率を改善する考えについて考えることができるか。それらを試してみてください！

電子レンジの発明

時には人々は物事を発明しようとしているので、彼らはアイデアを持っていて、それを実行する方法を試しています。他の回の発明はそれらのために計画しているだれでもなしで起こる;これは電子レンジが発明されたかである。

第二次世界大戦中、多くの科学者が航空機用レーダーシステムの改良に取り組んだ。これらのシステムは、高周波電波を発生させる真空管であるマグネトロンを必要とし、それらの多くを必要としていました。しかし、その複雑さのために、彼らは一日あたり20未満の割合でのみ製造することができました。その後、レイセオン社の従業員であるパーシー-スペンサーは、マグネトロンを簡素化し、生産を増やす方法を考え出しました。彼の革新のおかげで、生産は一日あたり2,600マグネトロンに急増し、戦争の努力を大きく助けました。

戦争が終わった直後、スペンサーは誤ってマグネトロンのための別の使用を発見した。彼はレイセオンの研究室でレーダー研究を続けていた、と彼はマグネトロンの前に立っていたとして、彼は彼のポケットの中にキャンディーバーが溶けていた実現しました。彼の好奇心は生きて来て、彼はすぐにポップコーンをポップされていない上にマグネトロンの効果をテストしました。カーネルが爆発したとき、彼は彼が何かに本当にあった知っていた！

マグネトロンは、マイクロ波と呼ばれる高周波の電波の形でエネルギーを放出しました。（エネルギーに関する私たちの記事で電波と電磁放射について学びます。）この周波数では、マイクロ波はガラス、セラミック、プラスチックを通過しますが、水、脂肪、糖に吸収されます。エネルギーのこの吸収は原子を”刺激し”、食糧は熱する。

SpencerとRaytheonは電子レンジの開発を開始し、1947年に最初の商用版を生産しました。それは$5,000を要し、750のlbsを重量を量られ、そして5’6’背が高かった。それだけでなく、それは電子レンジが使用された場所に余分な配管を設置する必要がある水冷システムを使用しました。あなたが想像できるように、それは瞬間的な成功ではありませんでした。

成功は一瞬ではなかったかもしれませんが、この場合は避けられませんでした。継続的な開発と技術の進歩は、最終的に我々はアメリカのほぼすべての家庭で今日持っている小さく、効率的なマイクロ波を生産しました。そして、それはすべて粘着性の、ねばねばした事故から始まりました！

アレクサンダー-グラハム-ベル、トーマス-エジソン、ライト兄弟について読んで、プラスあなた自身の電球を作る！私たちの最初の近代的な発明の科学のレッスンでこのすべてを見つけます。