Moderne Oppfinnelser
Kamera
I disse dager med engangskameraer, digitale kameraer og kameratelefoner, er det vanskelig å forestille seg en tid da folk ikke kunne registrere sine minner i farger med et trykk på en knapp. Før 1888 var fotografering dyrt og nødvendig utstyr tungvint. Men Da Utviklet George Eastman rollfilm og patenterte det første bærbare, håndholdte Kodak-kameraet. Kameraet ble forhåndslastet med film, og etter å ha tatt 100 eksponeringer sendte eieren hele kameraet Til Eastman Kodak Company, hvor filmen ble fjernet og utviklet. Kodak lastet ny film inn i kameraet og sendte bildene og kameraet tilbake til eieren. Med Andre ord, Eastmans slagord ‘Du Trykker På Knappen Og Vi Gjør Resten’ var veldig nøyaktig!
et kamera kan være en svært kompleks maskin med fokuseringsmekanismer, blinker og andre funksjoner, men på sitt mest grunnleggende trenger det bare tre hovedelementer:
- Linse. Lys reflekteres av et objekt i alle forskjellige retninger. En konveks linse bøyer lysstrålene og fokuserer dem slik at de konvergerer i et enkelt punkt. På det tidspunktet dannes et opp-ned, reversert ‘ekte bilde’ av objektet. (Du kan se hvordan et objektiv fokuserer lys ved å holde en over et stykke hvitt papir foran et vindu. Sollyset skal vises på papiret som en liten lysstråle.) For å ta et bilde må en kameralinse fokusere lyset som reflekterer fra scenen foran den inn i et lite område på en lysfølsom overflate.
- lysfølsomt materiale. I et kamera fokuserer linsen lyset inn i et punkt på film. Film behandles med kjemikalier som gjennomgår en kjemisk reaksjon når de blir utsatt for lys, og registrerer dermed bildet. Siden det er lysfølsomt, må filmen utvikles i et mørkt rom. Utvikling innebærer flere trinn og ulike typer kjemikalier før du får et bilde klar for din utklippsbok.
- Lukker. Siden filmen er svært følsom for lys, vil den bli ødelagt hvis den blir utsatt for lys for lenge. Lukkeren er den delen av kameraet mellom linsen og filmen – den styrer når og hvor lenge lyset kan nå filmen. Når du tar et bilde, åpner lukkeren slik at lyset kan treffe filmen, og lukkes nesten umiddelbart. Hvor lenge lukkeren forblir åpen (eksponeringstid) avhenger av hvor følsom filmen er og hvor mye lys det er. På solfylte dager må lukkeren være åpen for mye mindre tid enn om natten.
Du lurer kanskje på hvorfor det virkelige bildet er opp-ned og reversert. Dette er fordi lys spretter av bunnen av et objekt må bøyes oppover av linsen, og lys fra toppen må bøyes nedover. De vil krysse, så når de lager bildet, blir det opp ned. Det samme skjer side til side, og derfor er bildet også reversert.
den tidligste typen kamera ble kalt camera obscura, som er Latin for ‘ mørkt rom. Det besto av et mørkt rom med et lite hull for lys å komme gjennom. Hullet fungerte som en linse, fordi det bare tillot lys å komme inn som en enkelt smal stråle; denne strålen ga et omvendt bilde av utvendige gjenstander på veggen motsatt hullet. Siden Aristoteles nevner denne typen kamera i hans skrifter, vet vi at det ble brukt til å se solen så tidlig som 300 F. KR.! Til slutt ble camera obscura laget av en stor boks og hadde linser for å vende bildet høyre side opp. Historikere mener at kunstnere Som Johannes Vermeer brukte disse til å vise et bilde av scenen de ønsket å male.
camera obscura oppnådde bare halvparten av hva et moderne kamera gjør – det fokuserte lys som reflekterte fra objekter til en enkelt smal stråle som ga et ekte bilde av objektene. Men dette produserte bare bildet; det registrerte det ikke. Det var ikke før tidlig i det 19. århundre at forskere utviklet lysfølsomme plater som kunne motta bildet. Og de tidlige metodene var ikke veldig effektive – fotografiske bilder var resultatet av 8 timer eller mer eksponering for lys. Til Slutt oppfant En Franskmann Ved Navn Daguerre Daguerreotypen – en prosess med fotografering på metallplater. Eksponeringstiden var betydelig kortere-omtrent 10 til 20 minutter-men fortsatt lang nok til å forklare hvorfor folk ikke prøvde å smile i de gamle fotografiene! Gjennom mange forskjellige menneskers innsats ble eksponeringstiden redusert til noen få sekunder ved midten av 1800-tallet. Da Eastman fant ut hvordan Man kunne rulle filmen slik at den kunne passe inn i et håndholdt kamera, ble fotografering tilgjengelig for massene, og kameraer har vært uunnværlig siden!
Kamerateknologien fortsetter å utvikle seg. Dagens digitale kameraer gjøre unna med film helt. Lyset er fokusert på en halvleder som registrerer det elektronisk, i stedet for kjemisk som film gjør. Deretter konverteres de elektroniske impulser til 1s og 0s av dataspråket, og produserer et bilde som består av små fargede prikker eller piksler. Disse bildene kan enkelt endres, endre størrelse, e-post, eller lastet opp på nettsteder.
Vil du lage ditt eget camera obscura? Det kalles også et pinhole kamera, og du kan lage en med dette vitenskapsprosjektet.
Støvsuger
Tenk deg som ønsker å støvsuge tepper i de tidlige årene av det 20.århundre. Du må ringe en dør-til-dør støvsuging tjeneste, som ville sende en stor hest og maskin til huset ditt. Slanger ville bli matet gjennom vinduene, festet til bensindrevet vakuum ute på gaten. Ikke veldig praktisk, ikke sant? Og da det første bærbare elektriske vakuumet ble oppfunnet i 1905, veide det 92 pounds … også ikke veldig praktisk!
Støvsugere har gjennomgått mange modifikasjoner gjennom årene, fra enkle teppefeiere til kraftige elektriske sugemaskiner. Støvsugeren slik vi kjenner den ble oppfunnet Av James Murray Spangler i 1907. Han brukte en gammel viftemotor til å lage sug og et putevar på et kosthåndtak for filteret. Han patenterte sin ‘sug sweeper,’ men kort tid etter at, William H. Hoover kjøpte sin patent og startet Hoover Selskapet å produsere støvsugere. Hoover ti-dagers gratis prøveversjon og dør-til-dør-salg snart plassert støvsugere i boliger over hele landet. Gjennom årene la Hoover til komponenter (som ‘beater bar’) for å løsne smuss i teppet slik at vakuumet kunne suge det opp.
Støvsugere fungerer på Grunn Av Bernoullis Prinsipp, som sier at når lufthastigheten øker, reduseres trykket. Luft vil alltid strømme fra et høytrykksområde til et lavtrykksområde, for å prøve å balansere trykket. En støvsuger har en inntaksport hvor luft kommer inn og en eksosport hvor luft kommer ut. En vifte inne i vakuumet tvinger luft mot eksosporten med høy hastighet, noe som senker trykket av luften inni, i Henhold Til Bernoullis Prinsipp. Dette skaper sug-jo høyere trykkluft fra utsiden av vakuumet rushes inn gjennom inntaksporten for å erstatte den lavere trykkluften. Den innkommende luften bærer med seg smuss og støv fra teppet. Dette smuss er fanget i filterposen, men luften passerer rett gjennom posen og ut eksos. Når posen er full av smuss, senker luften, øker i trykk. Dette senker sugekraften til vakuumet ditt, og derfor fungerer det ikke så bra når posen er full.
Lag En Støvsuger
en støvsuger kan suge smuss av teppet fordi høytrykksluft fra utsiden strømmer mot lavtrykksluft inni. I et elektrisk vakuum forårsaker en vifte luft inne i vakuumet å bevege seg raskt, noe som senker lufttrykket og forårsaker suging. Den høyere trykkluften fra utsiden av vakuumet suges inn for å erstatte lavtrykksluften, og bringer smuss og støv med seg for å bli fanget i filterposen.
i dette prosjektet kan du lage en håndpumpe støvsuger som endrer lufttrykket inne i den og skaper sug ved hjelp av et stempel i stedet for en vifte. Følg prosedyren for å lage vakuum, og les deretter forklaringen på hvordan det fungerer! En voksen trenger å hjelpe med kutting.
Hva Du Trenger:
- 2-3281>
- Ping-pong ball
- Barberblad, boks kutter, eller skarp saks
- Tape
- Tråd
- Papir
- Silkepapir
Hva Du Gjør:
1. Klipp bunnen av brusflasken av ca 1/3 av veien opp fra basen. Nå kutt en spalt ned den ene siden av bunnen av flasken-dette vil tillate deg å skyve den inne i toppen av flasken slik at den kan fungere som et stempel.
2. Klipp en 6′ x3 ‘ papirstrimmel og brett den i halv lengde for ekstra styrke. Tape hver ende av denne stripen til bunnen av flasken for å lage et håndtak for stempelet.
3. I den øverste delen av flasken, kuttet en 3/4-tommers hull ca 1-1 / 2 inches under halsen. Dette hullet vil føre til filterposen.
4. Lag en filterpose for vakuum med en 6′ x4 ‘ stykke silkepapir. Brett papirrektangelet i halve og tape sidene for å lage en pose. Tape dette over hullet du har gjort nær halsen på flasken.
5. Tape den ene enden av tråden til pingpongballen. Sett ballen i toppen av flasken. Mate den frie enden av tråden gjennom munnen på flasken, og tape den på utsiden av flasken slik at ping-pong ballen henger like under halsen.
Hvordan fungerer denne innretningen? Skyv bunnen av flasken inn i toppdelen, og trekk den deretter skarpt tilbake. Dette reduserer lufttrykket inne i flasken, fordi nå er det større plass til samme mengde luft. Den lavere trykkluften inne i flasken skaper sug, og trekker inn høyere trykkluft fra utsiden inn gjennom munnen. Skyv stempelet inn igjen; dette komprimerer luften og øker trykket, slik at luften strømmer tilbake ut av flasken. Ping-pong-ballen fungerer som en ventil – når du skyver stempelet inn, tvinger den ballen inn i flaskenes hals slik at luften kommer ut gjennom hullet med filterposen, i stedet for å gå ut gjennom munnen.
sett nå vakuumet ditt på jobb! Prøv å suge opp brødsmuler eller små baller av papir. Når du trekker stempelet ut, vil de bli sugd inn i flasken, og når du skyver stempelet inn, vil de bli tvunget inn i filterposen.
Eksperimenter for å finne ut den beste måten å bruke flaskevakuumet på. Fungerer det bedre å pumpe stempelet raskt? Skal du trekke ut stempelet raskere enn du skyver inn på det? Kan du tenke på ideer for å forbedre design og effektivitet av vakuum? Gi dem en sjanse!
Oppfinnelsen Av Mikrobølgeovnen
noen ganger oppdager folk ting fordi de prøver å – de har en ide, og de eksperimenterer med måter å utføre den på. Andre ganger oppfinnelser skje uten noen planlegging for dem; dette er hvordan mikrobølgeovnen ble oppfunnet.
Under Andre Verdenskrig jobbet en rekke forskere med å forbedre radarsystemer for fly. Disse systemene trengte magnetroner-vakuumrør som genererer høyfrekvente radiobølger-og de trengte mange av dem. Men på grunn av deres kompleksitet kunne de bare produseres med en hastighet på mindre enn 20 per dag. Deretter utarbeidet Percy Spencer, en ansatt Hos Raytheon-Selskapet, en måte å forenkle magnetronen og øke produksjonen. Takket være hans innovasjoner hoppet produksjonen til 2600 magnetroner per dag, noe som bidro sterkt til krigsinnsatsen.
Kort tid etter at krigen sluttet, oppdaget Spencer ved et uhell en annen bruk for magnetroner. Han fortsatte radar forskning På En Raytheon lab, og da han sto foran en magnetron han innså candy bar i lommen var smelter. Hans nysgjerrighet ble levende og han testet raskt magnetronens effekt på un-popped popcorn. Da kjernene eksploderte, visste han at han virkelig var inne på noe!
magnetronene sendte ut energi i form av høyfrekvente radiobølger, kalt mikrobølger. (Lær om radiobølger og elektromagnetisk stråling i vår artikkel om energi.) Ved denne frekvensen passerer mikrobølger gjennom glass, keramikk og plast, men absorberes av vann, fett og sukker. Denne absorpsjonen av energi ‘excites’ atomene og maten varmes opp.
Spencer og Raytheon begynte å utvikle mikrobølgeovnen, og i 1947 produserte De den første kommersielle versjonen. Det kostet $ 5000, veide 750 lbs, og var 5 ‘ 6 ‘ høy. Ikke bare det, men det brukes en vann-kjølesystem som kreves ekstra avløp skal installeres der mikrobølgeovn ble brukt. Som du kan forestille deg, var det ikke en umiddelbar suksess.
Suksess har kanskje ikke vært øyeblikkelig, men i dette tilfellet var det uunngåelig. Fortsatt utvikling og teknologiske fremskritt produserte til slutt de små, effektive mikrobølgene vi har i dag i nesten alle hjem i Amerika. Og det hele startet med en klissete, gooey ulykke!
Finn Ut Mer!
Les Om Alexander Graham Bell, Thomas Edison og brødrene wright, pluss lag din egen lyspære! Finn alt dette i vår Første Modern Inventions Science Leksjon.