nowoczesne wynalazki
Aparat fotograficzny
w dzisiejszych czasach jednorazowych aparatów fotograficznych, aparatów cyfrowych i telefonów z aparatami fotograficznymi, trudno wyobrazić sobie czas, w którym ludzie nie mogliby nagrać swoich wspomnień w Kolorze za naciśnięciem przycisku. Przed rokiem 1888 fotografia była droga, a niezbędny sprzęt uciążliwy. Ale wtedy George Eastman opracował film rolkowy i opatentował pierwszy przenośny, ręczny aparat Kodak. Kamera została wstępnie załadowana filmem, a po wykonaniu 100 ekspozycji właściciel wysłał całą kamerę do firmy Eastman Kodak, gdzie film został usunięty i opracowany. Kodak załadował nowy film do aparatu i wysłał zdjęcia i aparat z powrotem do właściciela. Innymi słowy, slogan Eastmana „Ty wciskasz przycisk, a my robimy resztę” był bardzo trafny!
aparat może być bardzo złożoną maszyną z mechanizmami ustawiania ostrości, lampami błyskowymi i innymi funkcjami, ale w swojej najbardziej podstawowej potrzebuje tylko trzech głównych elementów:
- Obiektyw. Światło odbija się od obiektu we wszystkich różnych kierunkach. Wypukła soczewka wygina promienie światła i skupia je tak, że zbiegają się w jednym punkcie. W tym momencie powstaje odwrócony do góry nogami „rzeczywisty obraz” obiektu. (Możesz zobaczyć, jak soczewka skupia światło, trzymając ją nad kawałkiem białego papieru przed oknem. Światło słoneczne powinno pojawić się na papierze jako mała jasna wiązka.) Aby zrobić zdjęcie, obiektyw aparatu musi skupić światło odbijające się od sceny przed nim na małym obszarze na światłoczułej powierzchni.
- materiał światłoczuły. W aparacie obiektyw skupia światło w punkcie na filmie. Film jest traktowany chemikaliami, które przechodzą reakcję chemiczną pod wpływem światła, rejestrując w ten sposób obraz. Ponieważ jest wrażliwy na światło, film musi być rozwijany w ciemnym pomieszczeniu. Opracowanie obejmuje kilka kroków i różne rodzaje chemikaliów, zanim przygotujesz zdjęcie do swojego albumu z wycinkami.
- Ponieważ film jest bardzo wrażliwy na światło, zostanie zniszczony, jeśli będzie zbyt długo wystawiony na działanie światła. Migawka jest częścią aparatu między obiektywem a filmem – kontroluje, kiedy i jak długo światło może dotrzeć do filmu. Po zrobieniu zdjęcia migawka otwiera się, umożliwiając światło uderzające w film, a następnie zamyka się niemal natychmiast. Jak długo migawka pozostaje otwarta (czas ekspozycji) zależy od wrażliwości filmu i ilości światła. W jasne słoneczne dni migawka będzie musiała pozostać otwarta znacznie krócej niż w nocy.
być może zastanawiasz się, dlaczego prawdziwy obraz jest odwrócony i odwrócony. Dzieje się tak, ponieważ światło odbijające się od dna obiektu musi być wygięte w górę przez soczewkę, a światło od góry musi być wygięte w dół. Będą się krzyżować, więc kiedy zrobią obraz, będzie do góry nogami. To samo dzieje się z boku na bok, dlatego też obraz jest odwrócony.
najwcześniejszy typ Kamery był nazywany Camera obscura, co po łacinie oznacza ” ciemny pokój.”Składał się z ciemnego pokoju z maleńką dziurką, przez którą mogło przenikać światło. Otwór działał jak soczewka, ponieważ wpuszczał światło tylko jako pojedynczą wąską wiązkę; wiązka ta wytworzyła odwrócony obraz zewnętrznych obiektów na ścianie naprzeciwko otworu. Ponieważ Arystoteles wspomina ten typ aparatu w swoich pismach, wiemy, że był używany do oglądania słońca już w 300 pne! Ostatecznie Camera obscura została wykonana z dużego pudełka i miała obiektywy, które odwracają obraz po prawej stronie w górę. Historycy uważają, że artyści tacy jak Johannes Vermeer używali ich do oglądania obrazu sceny, którą chcieli namalować.
camera obscura osiągnęła tylko połowę tego, co robi nowoczesna kamera – skupiała światło odbijające się od obiektów w jedną wąską wiązkę, która wytwarzała rzeczywisty obraz obiektów. Ale to stworzyło tylko obraz; nie zarejestrowało go. Dopiero na początku XIX wieku naukowcy opracowali światłoczułe płyty, które mogły odbierać obraz. A wczesne metody nie były zbyt skuteczne – zdjęcia fotograficzne były wynikiem 8 godzin lub więcej ekspozycji na światło. Ostatecznie Francuz o imieniu Daguerre wynalazł dagerotyp-proces fotografowania na metalowych płytkach. Czas ekspozycji był znacznie krótszy-około 10 do 20 minut – ale wciąż wystarczająco długi, aby wyjaśnić, dlaczego ludzie nie próbowali się uśmiechać na tych starych zdjęciach! Dzięki wysiłkom wielu różnych ludzi, czas ekspozycji został skrócony do kilku sekund w połowie 1800 roku. kiedy Eastman zorientował się, jak kręcić film, aby zmieścił się w ręcznym aparacie fotograficznym, fotografia stała się dostępna dla mas, a aparaty są niezbędne od tego czasu!
Technologia kamer nadal się rozwija. Dzisiejsze aparaty cyfrowe całkowicie eliminują film. Światło skupia się na półprzewodniku, który rejestruje je elektronicznie, a nie chemicznie, jak film. Następnie impulsy elektroniczne są konwertowane na 1s i 0s języka komputerowego, tworząc obraz złożony z maleńkich kolorowych kropek lub pikseli. Obrazy te można łatwo zmienić, zmienić rozmiar, wysłać e-mailem lub przesłać na strony internetowe.
chcesz zrobić własny Camera obscura? Nazywa się to również kamerą otworkową i można ją stworzyć dzięki temu projektowi naukowemu.
Odkurzacz
wyobraź sobie, że chcesz odkurzyć swoje dywany na początku XX wieku. Trzeba by było wezwać serwis odkurzający „od drzwi do drzwi”, który wysłałby ogromną maszynę do ciągnięcia koni do Twojego domu. Węże były doprowadzane przez okna, podłączone do próżni zasilanej benzyną Na Zewnątrz Na ulicy. Niezbyt wygodne, prawda? A kiedy pierwszy przenośny elektryczny odkurzacz został wynaleziony w 1905 roku, ważył 92 funty … również niezbyt wygodne!
Odkurzacze przeszły wiele modyfikacji na przestrzeni lat, począwszy od prostych zamiatarek do dywanów po elektryczne maszyny ssące o dużej mocy. Odkurzacz, jaki znamy, został wynaleziony przez Jamesa Murraya Spanglera w 1907 roku. Użył starego silnika wentylatora do stworzenia ssawki i poszewki na uchwyt miotły do filtra. Opatentował swoją „zamiatarkę ssącą”, ale wkrótce potem William H. Hoover kupił jego patent i założył firmę Hoover, która produkowała odkurzacze. Dziesięciodniowa bezpłatna wersja próbna Hoovera i sprzedaż door-To-door wkrótce umieściły odkurzacze w domach w całym kraju. Z biegiem lat Hoover dodawał komponenty (takie jak „pasek bijaka”), aby usunąć brud z dywanu, aby próżnia mogła go zasysać.
Odkurzacze działają zgodnie z zasadą Bernoulliego, która mówi, że wraz ze wzrostem prędkości powietrza zmniejsza się ciśnienie. Powietrze zawsze będzie przepływać z obszaru wysokiego ciśnienia do obszaru niskiego ciśnienia, aby spróbować zrównoważyć ciśnienie. Odkurzacz ma port wlotowy, do którego wchodzi powietrze, i port wylotowy, do którego wychodzi powietrze. Wentylator wewnątrz próżni wypycha powietrze do otworu wylotowego z dużą prędkością, co obniża ciśnienie powietrza wewnątrz, zgodnie z zasadą Bernoulliego. Powoduje to zasysanie-powietrze o wyższym ciśnieniu z zewnątrz podciśnienia wpada przez port wlotowy, aby zastąpić powietrze o niższym ciśnieniu. Przychodzące powietrze niesie ze sobą brud i kurz z dywanu. Ten brud jest uwięziony w worku filtracyjnym, ale powietrze przechodzi przez worek i wylot spalin. Gdy worek jest pełen brudu, powietrze spowalnia, zwiększając ciśnienie. Obniża to moc ssania próżni, dlatego nie będzie działać tak dobrze, gdy worek jest pełny.
zrób Odkurzacz
odkurzacz jest w stanie zasysać brud z dywanu, ponieważ powietrze pod wysokim ciśnieniem z zewnątrz przepływa w kierunku powietrza pod niskim ciśnieniem wewnątrz. W próżni elektrycznej wentylator powoduje szybkie przemieszczanie się powietrza wewnątrz próżni, co obniża ciśnienie powietrza, powodując zasysanie. Powietrze o wyższym ciśnieniu z zewnątrz próżni jest zasysane, aby zastąpić powietrze o niskim ciśnieniu, przynosząc brud i kurz z nim, aby zostać złapany w worku filtracyjnym.
w tym projekcie można wykonać odkurzacz z pompą ręczną, który zmienia ciśnienie powietrza wewnątrz i tworzy ssanie za pomocą tłoka zamiast wentylatora. Postępuj zgodnie z procedurą, aby zrobić próżnię, a następnie przeczytaj wyjaśnienie, jak to działa! Dorosły będzie musiał pomóc w cięciu.
czego potrzebujesz:
- 2-litrowa butelka z tworzywa sztucznego
- piłka do ping-ponga
- ostrze do brzytwy, nóż do pudełek lub ostre nożyczki
- Taśma
- Gwint
- Papier
- bibułka
co robisz:
1. Odetnij dno butelki z sodą około 1/3 drogi w górę od podstawy. Teraz Wytnij rozcięcie z jednej strony dolnej trzeciej butelki-pozwoli Ci to wsunąć ją do górnej części butelki, aby mogła działać jak tłok.
2. Wytnij pasek papieru o wymiarach 6 ’ X3 ’ i złóż go na pół wzdłuż, aby uzyskać dodatkową wytrzymałość. Przyklej każdy koniec tego paska do dna butelki, aby zrobić uchwyt dla tłoka.
3. W górnej części butelki Wytnij otwór 3/4 cala około 1-1 / 2 cala poniżej szyi. Ten otwór doprowadzi do worka filtracyjnego.
4. Zrób Worek filtracyjny do próżni z kawałkiem bibuły 6 'X4′. Złóż papierowy prostokąt na pół i przyklej boki do torby. Przyklej to do otworu, który zrobiłeś przy szyjce butelki.
5. Przyklej jeden koniec nici do piłki pingpongowej. Umieść piłkę w górnej części butelki. Wsuń Wolny koniec nici przez wylot butelki i przyklej go na zewnątrz butelki, aby piłka Pingpongowa wisiała nieco poniżej szyi.
jak działa to ustrojstwo, które właśnie stworzyłeś? Wciśnij dolną część butelki do górnej części, a następnie pociągnij ją ostro. Zmniejsza to ciśnienie powietrza wewnątrz butelki, ponieważ teraz jest większa przestrzeń dla tej samej ilości powietrza. Powietrze o niższym ciśnieniu wewnątrz butelki tworzy ssanie, wciągając powietrze o wyższym ciśnieniu z zewnątrz przez usta. Teraz wciśnij tłok z powrotem; to spręża powietrze i zwiększa ciśnienie, więc powietrze wypływa z butelki. Piłka do ping-ponga działa jak zawór-kiedy wciśniesz tłok, wpycha kulkę w szyjkę butelki tak, że powietrze wychodzi przez otwór z workiem filtracyjnym, zamiast wychodzić przez usta.
Teraz uruchom odkurzacz! Spróbuj ssać bułkę tartą lub małe kulki papieru. Po wyciągnięciu tłoka zostaną zasysane do butelki, a po wciśnięciu tłoka zostaną wciśnięte do worka filtracyjnego.
eksperymentuj, aby znaleźć najlepszy sposób na wykorzystanie próżni w butelce. Czy lepiej jest szybko pompować tłok? Czy powinieneś wyciągać tłok szybciej niż wciskać go? Czy możesz wymyślić pomysły na poprawę konstrukcji i wydajności próżni? Spróbuj!
wynalezienie kuchenki mikrofalowej
czasami ludzie wymyślają rzeczy, ponieważ próbują – mają pomysł i eksperymentują ze sposobami jego realizacji. Innym razem wynalazki zdarzają się bez planowania dla nich; w ten sposób wynaleziono kuchenkę mikrofalową.
podczas II wojny światowej wielu naukowców pracowało nad ulepszeniem systemów radarowych dla samolotów. Systemy te potrzebowały magnetronów – lamp próżniowych, które generują fale radiowe o wysokiej częstotliwości-i potrzebowały wielu z nich. Ale ze względu na ich złożoność, mogły być produkowane tylko w tempie mniejszym niż 20 dziennie. Następnie Percy Spencer, pracownik firmy Raytheon, opracował sposób na uproszczenie magnetronu i zwiększenie produkcji. Dzięki jego innowacjom produkcja wzrosła do 2600 magnetronów dziennie, znacznie wspomagając działania wojenne.
krótko po zakończeniu wojny Spencer przypadkowo odkrył inne zastosowanie magnetronów. Kontynuował badania radarowe w laboratorium Raytheona, a gdy stanął przed magnetronem, zdał sobie sprawę, że batonik w jego kieszeni topi się. Jego ciekawość ożyła i szybko przetestował działanie magnetronu na popcornie. Kiedy jądra eksplodowały, wiedział, że naprawdę coś knuje!
Magnetrony emitowały energię w postaci fal radiowych o wysokiej częstotliwości, zwanych mikrofalami. (Dowiedz się więcej o falach radiowych i promieniowaniu elektromagnetycznym w naszym artykule na temat energii.) Z tą częstotliwością mikrofale przechodzą przez szkło, ceramikę i plastik, ale są wchłaniane przez wodę, tłuszcze i cukry. Ta absorpcja energii „pobudza” Atomy, a jedzenie się nagrzewa.
Spencer i Raytheon zaczęli opracowywać kuchenkę mikrofalową, a w 1947 roku wyprodukowali pierwszą komercyjną wersję. Kosztował $5,000, ważył 750 funtów i miał 160 cm wzrostu. Nie tylko to, ale używał systemu chłodzenia wodą, który wymagał dodatkowej instalacji hydraulicznej wszędzie tam, gdzie była używana kuchenka mikrofalowa. Jak można sobie wyobrazić, nie był to natychmiastowy sukces.
sukces może nie był natychmiastowy, ale w tym przypadku był nieunikniony. Ciągły rozwój i postęp technologiczny w końcu wyprodukował małe, wydajne mikrofale, które mamy dzisiaj w prawie każdym domu w Ameryce. A wszystko zaczęło się od lepkiego, lepkiego wypadku!
Dowiedz Się Więcej!
przeczytaj o Alexandrze Grahamie Bellu, Thomasie Edisonie i braciach Wright, a także stwórz własną żarówkę! Znajdź to wszystko w naszej pierwszej lekcji nauki o nowoczesnych wynalazkach.