moderne uitvindingen
Camera
in deze tijd van wegwerpcamera ‘s, digitale camera’ s en cameratelefoons is het moeilijk voor te stellen dat mensen hun herinneringen niet in kleur konden opnemen met een druk op de knop. Voor 1888 was Fotografie duur en de benodigde apparatuur omslachtig. Maar toen ontwikkelde George Eastman roll film en patenteerde de eerste draagbare, draagbare Kodak camera. De camera werd vooraf geladen met film, en na het nemen van 100 opnames stuurde de eigenaar de hele camera naar de Eastman Kodak Company, waar de film werd verwijderd en ontwikkeld. Kodak laadde nieuwe film in de camera en stuurde de foto ‘ s en camera terug naar de eigenaar. Met andere woorden, De slogan van Eastman ‘you Press the Button and We Do the Rest’ was zeer accuraat!
een camera kan een zeer complexe machine zijn met scherpstelmechanismen, flitsen en andere functies, maar op zijn meest basale manier heeft hij slechts drie hoofdelementen nodig:
- Lens. Licht wordt gereflecteerd van een object in alle verschillende richtingen. Een convexe lens buigt de lichtstralen en focust ze zodat ze samenkomen in een enkel punt. Op dat moment wordt een omgekeerd omgekeerd ‘echt beeld’ van het object gevormd. (Je kunt zien hoe een lens licht focust door er een boven een stuk wit papier voor een raam te houden. Het zonlicht moet op het papier verschijnen als een kleine heldere bundel. Om een foto te maken, moet een cameralens het licht dat reflecteert van de scène ervoor focussen op een klein gebied op een lichtgevoelig oppervlak.
- lichtgevoelig materiaal. In een camera focust de lens het licht in een punt op film. De Film wordt behandeld met chemische producten die een chemische reactie ondergaan wanneer blootgesteld aan licht, waarbij het beeld wordt geregistreerd. Omdat het lichtgevoelig is, moet de film in een donkere kamer worden ontwikkeld. Ontwikkelen omvat verschillende stappen en verschillende soorten chemicaliën voordat u een foto klaar voor uw plakboek.
- sluitertijd. Aangezien film zeer gevoelig is voor licht, zal het worden geruïneerd als het te lang aan licht wordt blootgesteld. De sluiter is het deel van de camera tussen de lens en de film – het bepaalt wanneer en hoe lang het licht de film kan bereiken. Wanneer u een foto maakt, opent de sluiter waardoor het licht op de film kan drukken en sluit hij bijna onmiddellijk. Hoe lang de sluiter open blijft (belichtingstijd) hangt af van hoe gevoelig uw film is en hoeveel licht Er is. Op heldere zonnige dagen moet de sluiter veel minder lang open blijven dan ‘ s nachts.
je vraagt je misschien af waarom het echte beeld ondersteboven en omgekeerd is. Dit komt omdat het licht dat van de onderkant van een object stuitert, door de lens omhoog moet worden gebogen, en het licht van de bovenkant naar beneden moet worden gebogen. Ze zullen elkaar kruisen, dus als ze het beeld maken, zal het ondersteboven zijn. Hetzelfde gebeurt naast elkaar, daarom is het beeld ook omgekeerd.
het vroegste type camera werd een Camera obscura genoemd, wat Latijn is voor ‘donkere kamer’.’Het bestond uit een donkere kamer met een klein gaatje waar licht doorheen kon komen. Het gat werkte als een lens, omdat het licht slechts als een enkele smalle bundel binnen kon komen; deze balk produceerde een omgekeerd beeld van externe objecten op de muur tegenover het gat. Omdat Aristoteles dit type camera noemt in zijn geschriften, weten we dat het al in 300 v. Chr. werd gebruikt om de zon te bekijken! Uiteindelijk werd de Camera obscura gemaakt van een grote doos en had lenzen om het beeld rechts omhoog te draaien. Historici geloven dat kunstenaars als Johannes Vermeer deze gebruikten om een beeld te bekijken van de scène die ze wilden schilderen.
de Camera obscura bereikte slechts de helft van wat een moderne camera doet – het focuste licht dat van objecten reflecteerde in een enkele smalle bundel die een echt beeld van de objecten produceerde. Maar dit leverde alleen het beeld op; het nam het niet op. Pas in het begin van de 19e eeuw ontwikkelden wetenschappers lichtgevoelige platen die het beeld konden ontvangen. En de vroege methoden waren niet erg efficiënt – fotografische beelden waren het resultaat van 8 uur of meer blootstelling aan licht. Uiteindelijk vond een Fransman genaamd Daguerre het Daguerreotype uit – een proces van fotograferen op metalen platen. De belichtingstijd was aanzienlijk korter – ongeveer 10 tot 20 minuten-maar nog steeds lang genoeg om uit te leggen waarom mensen niet probeerden te glimlachen op die oude foto ‘ s! Door de inspanningen van veel verschillende mensen, werd de belichtingstijd teruggebracht tot een paar seconden door het midden van de jaren 1800. toen Eastman bedacht hoe de film te rollen, zodat het kon passen in een hand-held camera, fotografie werd Beschikbaar voor de massa ‘s, en camera’ s zijn onmisbaar sindsdien!
de cameratechnologie ontwikkelt zich verder. De digitale camera ‘ s van vandaag elimineren film helemaal. Het licht is gericht op een halfgeleider die het elektronisch registreert, in plaats van chemisch zoals film dat doet. Dan worden de elektronische impulsen omgezet in de 1s en 0s van de computertaal, het produceren van een beeld dat bestaat uit kleine gekleurde stippen, of pixels. Deze afbeeldingen kunnen eenvoudig worden gewijzigd, aangepast, gemaild of geüpload op websites.
wilt u uw eigen Camera obscura maken? Het wordt ook wel een pinhole camera genoemd, en je kunt er een maken met dit wetenschapsproject.
Stofzuiger
stel je voor dat je je tapijten wilt stofzuigen in de vroege jaren van de 20e eeuw. Je zou een deur-tot-deur stofzuigservice moeten bellen, die een enorme paarden getrokken machine naar je huis zou sturen. De slangen zouden door je ramen worden gevoerd, vastgemaakt aan het benzine-aangedreven vacuüm buiten in de straat. Niet erg handig, toch? En toen de eerste draagbare elektrische vacuüm werd uitgevonden in 1905, woog het 92 Pond … ook niet erg handig!
stofzuigers hebben in de loop der jaren vele wijzigingen ondergaan, gaande van eenvoudige tapijtvegers tot krachtige elektrische zuigmachines. De stofzuiger zoals we die kennen werd uitgevonden door James Murray Spangler in 1907. Hij gebruikte een oude ventilatormotor om zuigkracht te creëren en een kussensloop op een bezemsteel voor het filter. Hij patenteerde zijn ‘zuigveger’, maar kort daarna kocht William H. Hoover zijn patent en startte de Hoover Company om de stofzuigers te produceren. Hoover ‘ s tien dagen gratis proefperiode en deur-tot-deur verkoop al snel geplaatst stofzuigers in huizen over het hele land. In de loop der jaren voegde Hoover componenten toe (zoals de ‘klopper bar’) om vuil in het tapijt los te maken zodat het vacuüm het kon opzuigen.
Stofzuigers werken volgens het principe van Bernoulli, dat stelt dat naarmate de luchtsnelheid toeneemt, de druk afneemt. Lucht zal altijd van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied stromen, om te proberen de druk uit te balanceren. Een stofzuiger heeft een inlaatpoort waar lucht binnenkomt en een uitlaatpoort waar lucht uitgaat. Een ventilator in het vacuüm dwingt lucht naar de uitlaatpoort met een hoge snelheid, wat de druk van de lucht binnen verlaagt, volgens Bernoulli ‘ s Principe. Dit creëert zuigkracht – de hogere druk lucht van buiten het vacuüm raast in door de inlaatpoort om de lagere druk lucht te vervangen. De binnenkomende lucht draagt vuil en stof mee van uw tapijt. Dit vuil zit vast in de filterzak, maar de lucht gaat dwars door de zak en uit de uitlaat. Wanneer de zak vol vuil zit, vertraagt de lucht, waardoor de druk toeneemt. Dit verlaagt de zuigkracht van uw vacuüm, dat is de reden waarom het niet zo goed werkt als de zak vol is.
Maak een stofzuiger
een stofzuiger is in staat om vuil van tapijt af te zuigen omdat hoge druk lucht van buiten stroomt naar lage druk lucht binnen. In een elektrisch vacuüm zorgt een ventilator ervoor dat de lucht in het vacuüm snel beweegt, wat de luchtdruk verlaagt en zuiging veroorzaakt. De hogere druk lucht van buiten het vacuüm wordt aangezogen om de lage druk lucht te vervangen, waardoor vuil en stof mee worden opgevangen in de filterzak.
in dit project kunt u een handpomp stofzuiger maken die de luchtdruk verandert en zuigt met een zuiger in plaats van een ventilator. Volg de procedure om uw vacuüm te maken, lees dan de uitleg van hoe het werkt! Een volwassene zal moeten helpen met het snijden.
wat u nodig hebt:
- 2-liter plastic fles
- tafeltennisbal
- scheermesje, kistsnijder of scherpe schaar
- Tape
- draad
- papier
- tissuepapier
wat u doet:
1. Snijd de bodem van de frisdrankfles ongeveer 1/3 van de weg omhoog van de basis af. Snijd nu een spleet naar beneden een kant van de onderste derde van de fles – dit zal u toelaten om het te schuiven in het bovenste deel van de fles, zodat het kan fungeren als een zuiger.
2. Knip een strook papier van 6′ x3 ‘ en vouw deze in de lengte doormidden voor extra stevigheid. Plak elk uiteinde van deze strip aan de onderkant van de fles om een handvat voor je zuiger te maken.
3. In het bovenste deel van de fles, snijd een 3/4-inch gat ongeveer 1-1/2 inch onder de nek. Dit gat leidt naar de filterzak.
4. Maak een filterzak voor je stofzuiger met een 6′ x 4 ‘ stuk zijdepapier. Vouw het papier rechthoek in de helft en tape de zijkanten om een zak te maken. Plak dit over het gat dat je gemaakt hebt bij de hals van de fles.
5. Plak een uiteinde van de draad vast aan de pingpongbal. Doe de bal in het bovenste deel van de fles. Voer het vrije uiteinde van de draad door de mond van de fles, en plak het aan de buitenkant van de fles zodat de pingpongbal net iets onder de nek hangt.
Hoe werkt dit apparaat dat je net hebt gemaakt? Duw het onderste deel van de fles in het bovenste deel en trek het dan scherp terug. Dit vermindert de luchtdruk in de fles, omdat er nu een grotere ruimte is voor dezelfde hoeveelheid lucht. De lagere druk lucht in de fles creëert zuigkracht, trekken in hogere druk lucht van buiten in door de mond. Duw nu de zuiger weer naar binnen; dit comprimeert de lucht en verhoogt de druk, zodat de lucht weer uit de fles stroomt. De ping-pong bal werkt als een klep – wanneer u de zuiger in te duwen, het dwingt de bal in de hals van de fles, zodat de lucht uit het gat met de filterzak, in plaats van uit te gaan door de mond.
zet nu uw stofzuiger aan het werk! Probeer broodkruimels of kleine balletjes papier op te zuigen. Als je de zuiger eruit trekt, worden ze in de fles gezogen, en als je de zuiger erin duwt, worden ze in de filterzak geduwd.
experimenteer om de beste manier te vinden om uw flessenvacuüm te gebruiken. Werkt het beter om de zuiger snel te pompen? Moet je de zuiger sneller uittrekken dan er op duwen? Kunt u ideeën bedenken om het ontwerp en de efficiëntie van uw stofzuiger te verbeteren? Probeer ze eens!
de uitvinding van de magnetron
soms vinden mensen dingen uit omdat ze proberen – ze hebben een idee, en ze experimenteren met manieren om het uit te voeren. Andere keren uitvindingen gebeuren zonder dat iemand van plan voor hen; Dit is hoe de magnetron werd uitgevonden.Tijdens de Tweede Wereldoorlog werkte een aantal wetenschappers aan de verbetering van radarsystemen voor vliegtuigen. Deze systemen hadden magnetrons nodig-vacuümbuizen die hoogfrequente radiogolven genereren-en ze hadden er veel nodig. Maar vanwege hun complexiteit, konden ze alleen worden vervaardigd met een snelheid van minder dan 20 per dag. Toen werkte Percy Spencer, een werknemer bij de Raytheon Company, een manier uit om de magnetron te vereenvoudigen en de productie te verhogen. Dankzij zijn innovaties steeg de productie naar 2.600 magnetrons per dag, wat de oorlogsinspanning enorm hielp.Kort na het einde van de oorlog ontdekte Spencer per ongeluk een ander gebruik voor magnetrons. Hij zette radaronderzoek voort in een Raytheon-lab, en terwijl hij voor een magnetron stond, realiseerde hij zich dat de reep in zijn zak aan het smelten was. Zijn nieuwsgierigheid kwam tot leven en hij testte snel het effect van de magnetron op ongepikte popcorn. Toen de kernels explodeerden, wist hij dat hij echt iets op het spoor was!
de magnetrons zenden energie uit in de vorm van hoogfrequente radiogolven, microgolven genoemd. (Meer informatie over radiogolven en elektromagnetische straling in ons artikel over energie. Op deze frequentie gaan microgolven door glas, keramiek en plastic, maar worden geabsorbeerd door water, vetten en suikers. Deze absorptie van energie ‘prikkelt’ de atomen en het voedsel warmt op.Spencer en Raytheon begonnen met de ontwikkeling van de magnetron, en in 1947 produceerden ze de eerste commerciële versie. Het kostte $ 5000, woog 750 lbs, en was 1.75 ‘ 6 ‘ lang. Niet alleen dat, maar het gebruikte een water-koelmiddel systeem dat extra sanitair nodig om te worden geïnstalleerd waar de magnetron werd gebruikt. Zoals je je kunt voorstellen, was het geen onmiddellijk succes.
succes was misschien niet direct, maar in dit geval was het onvermijdelijk. Voortdurende ontwikkeling en technologische vooruitgang produceerde uiteindelijk de kleine, efficiënte microgolven die we vandaag hebben in bijna elk huis in Amerika. En het begon allemaal met een plakkerig, kleverig ongeluk!
Ontdek Meer!
lees over Alexander Graham Bell, Thomas Edison en de gebroeders Wright, plus maak je eigen gloeilamp! Vind dit allemaal in onze eerste moderne uitvindingen wetenschapsles.