moderna uppfinningar
kamera
i dessa dagar av engångskameror, digitalkameror och kameratelefoner är det svårt att föreställa sig en tid då människor inte kunde spela in sina minnen i färg med en knapptryckning. Före 1888 var fotografering dyr och nödvändig utrustning besvärlig. Men sedan utvecklade George Eastman rullfilm och patenterade den första bärbara, handhållna Kodak-kameran. Kameran kom förinstallerad med film, och efter att ha tagit 100 exponeringar skickade ägaren hela kameran till Eastman Kodak-företaget, där filmen togs bort och utvecklades. Kodak laddade in ny film i kameran och skickade tillbaka bilderna och kameran till ägaren. Med andra ord, Eastmans slogan ’du trycker på knappen och vi gör resten’ var mycket exakt!
en kamera kan vara en mycket komplex maskin med fokuseringsmekanismer, blixtar och andra funktioner, men som mest grundläggande behöver den bara tre huvudelement:
- Lens. Ljus reflekteras från ett objekt i alla olika riktningar. En konvex lins böjer ljusstrålarna och fokuserar dem så att de konvergerar i en enda punkt. Vid den tidpunkten bildas en upp och ner, omvänd ’verklig bild’ av objektet. (Du kan se hur en lins fokuserar ljus genom att hålla en över ett vitt papper framför ett fönster. Solljuset ska visas på papperet som en liten ljusstråle.) För att ta en bild måste en kameralins fokusera ljuset som reflekterar från scenen framför det i ett litet område på en ljuskänslig yta.
- ljuskänsligt material. I en kamera fokuserar linsen ljuset i en punkt på film. Film behandlas med kemikalier som genomgår en kemisk reaktion när de utsätts för ljus, vilket registrerar bilden. Eftersom den är ljuskänslig måste filmen utvecklas i ett mörkt rum. Utveckling innebär flera steg och olika typer av kemikalier innan du får en bild redo för din klippbok.
- slutare. Eftersom filmen är mycket känslig för ljus kommer den att förstöras om den utsätts för ljus för länge. Slutaren är den del av kameran mellan linsen och filmen – Den styr när och hur länge ljuset kan nå filmen. När du tar en bild öppnas slutaren så att ljuset träffar filmen och stängs sedan nästan omedelbart. Hur länge slutaren är öppen (exponeringstid) beror på hur känslig din film är och hur mycket ljus det finns. På ljusa soliga dagar måste slutaren vara öppen under mycket mindre tid än på natten.
du kanske undrar varför den verkliga bilden är upp och ner och omvänd. Detta beror på att ljus som studsar från botten av ett föremål måste böjas uppåt av linsen och ljus från toppen måste böjas nedåt. De kommer att korsa, så när de gör bilden kommer den att vara upp och ner. Samma sak händer sida vid sida,varför bilden också vänds.
den tidigaste typen av kamera kallades en kamera obscura, vilket är Latin för ’mörkt rum. Det bestod av ett mörkt rum med ett litet hål för ljus att komma igenom. Hålet fungerade som en lins, eftersom det bara tillät ljus att komma in som en enda smal stråle; denna stråle producerade en omvänd bild av yttre föremål på väggen mittemot hålet. Eftersom Aristoteles nämner denna typ av kamera i sina skrifter vet vi att den användes för att se solen så tidigt som 300 f. Kr.! Så småningom gjordes camera obscura av en stor låda och hade linser för att vända bilden höger sida uppåt. Historiker tror att konstnärer som Johannes Vermeer använde dessa för att se en bild av scenen de ville måla.
camera obscura åstadkom bara hälften av vad en modern kamera gör – den fokuserade ljus som reflekterade av objekt till en enda smal stråle som gav en riktig bild av objekten. Men detta producerade bara bilden; det spelade inte in det. Det var inte förrän i början av 19-talet som forskare utvecklat ljuskänsliga plattor som kunde ta emot bilden. Och de tidiga metoderna var inte särskilt effektiva – fotografiska bilder var resultatet av 8 timmar eller mer exponering för ljus. Så småningom uppfann en fransman vid namn Daguerre daguerreotypen – en process för fotografering på metallplattor. Exponeringstiden var betydligt kortare-cirka 10 till 20 minuter – men fortfarande tillräckligt länge för att förklara varför människor inte försökte le i de gamla fotografierna! Genom många olika människors ansträngningar reducerades exponeringstiden till några sekunder i mitten av 1800-talet. när Eastman räknade ut hur man rullar filmen så att den kunde passa i en handhållen kamera blev fotografering tillgänglig för massorna och kameror har varit oumbärliga sedan dess!
kameratekniken fortsätter att utvecklas. Dagens digitala kameror tar bort film helt och hållet. Ljuset är fokuserat på en halvledare som registrerar det elektroniskt, istället för kemiskt som film gör. Sedan omvandlas de elektroniska impulserna till 1s och 0s av datorspråk, vilket ger en bild som består av små färgade prickar eller pixlar. Dessa bilder kan enkelt ändras, ändra storlek, e-post, eller laddas upp på webbplatser.
vill du göra din egen kamera obscura? Det kallas också en pinhole kamera, och du kan göra en med detta vetenskapsprojekt.
Dammsugare
Tänk dig att vilja dammsuga dina mattor under de första åren av 20-talet. Du skulle behöva ringa en dörr-till-dörr-dammsugningstjänst, som skulle skicka en enorm hästdragen maskin till ditt hus. Slangar skulle matas genom dina fönster, fäst vid det bensindrivna vakuumet ute på gatan. Inte särskilt bekvämt, eller hur? Och när det första bärbara elektriska vakuumet uppfanns 1905 vägde det 92 Pund … inte heller mycket bekvämt!
dammsugare har genomgått många modifieringar genom åren, från enkla mattsopare till kraftfulla elektriska sugmaskiner. Dammsugaren som vi känner den uppfanns av James Murray Spangler 1907. Han använde en gammal fläktmotor för att skapa sug och en örngott på ett kvasthandtag för filtret. Han patenterade sin ’sug sweeper,’ men strax efter det, William H. Hoover köpte hans patent och startade Hoover företaget att tillverka dammsugare. Hoovers tio dagars gratis provperiod och dörr-till-dörrförsäljning placerade snart dammsugare i hem över hela landet. Under åren har Hoover lagt till komponenter (som ’beater bar’) för att lossa smuts i mattan så att vakuumet kan suga upp det.
dammsugare arbetar på grund av Bernoullis princip, som säger att när luftens hastighet ökar minskar trycket. Luft kommer alltid att strömma från ett högtrycksområde till ett lågtrycksområde för att försöka balansera trycket. En dammsugare har en inloppsport där luft kommer in och en avgasport där luft kommer ut. En fläkt inuti vakuumet tvingar luften mot avgasporten med hög hastighet, vilket sänker lufttrycket inuti, enligt Bernoullis princip. Detta skapar sug – den högre tryckluften från utsidan av vakuumet rusar in genom insugningsporten för att ersätta den lägre tryckluften. Den inkommande luften bär med sig smuts och damm från din matta. Denna smuts är instängd i filterpåsen, men luften passerar rakt igenom påsen och ut avgaserna. När påsen är full av smuts, saktar luften ner och ökar i tryck. Detta sänker sugkraften i ditt vakuum, varför det inte fungerar lika bra när påsen är full.
gör en dammsugare
en dammsugare kan suga smuts från mattan eftersom högtrycksluft från utsidan strömmar mot lågtrycksluft inuti. I ett elektriskt vakuum får en fläkt luft inuti vakuumet att röra sig snabbt, vilket sänker lufttrycket och orsakar sugning. Den högre tryckluften från utsidan av vakuumet sugs in för att ersätta lågtrycksluften, vilket medför smuts och damm för att fångas i filterpåsen.
i det här projektet kan du göra en handpumpdammsugare som förändrar lufttrycket inuti den och skapar sug med en kolv istället för en fläkt. Följ proceduren för att göra ditt vakuum och läs sedan förklaringen på hur det fungerar! En vuxen kommer att behöva hjälpa till med skärningen.
vad du behöver:
- 2-liter plast soda flaska
- Ping-pong boll
- rakblad, box cutter, eller vass sax
- tejp
- tråd
- papper
- mjukpapper
vad du gör:
1. Skär botten av läskflaskan av ungefär 1/3 av vägen upp från basen. Skär nu en slits ner på ena sidan av flaskans nedre tredjedel – det här låter dig skjuta den inuti flaskans övre del så att den kan fungera som en kolv.
2. Skär en 6′ X3 ’ pappersremsa och vik den i halva längden för extra styrka. Tejpa varje ände av denna remsa till botten av flaskan för att göra ett handtag för din kolv.
3. I den övre delen av flaskan skär du ett 3/4-tums hål ca 1-1/2 tum under nacken. Detta hål leder till filterpåsen.
4. Gör en filterpåse för ditt vakuum med en 6′ x4 ’ bit mjukpapper. Vik pappersrektangeln i halva och tejpa sidorna för att göra en påse. Tejpa detta över hålet du gjorde nära flaskans hals.
5. Tejpa ena änden av tråden till ping-pongbollen. Sätt bollen i den övre delen av flaskan. Mata den fria änden av tråden genom flaskans mun och tejpa den på utsidan av flaskan så att ping-pongbollen hänger strax under nacken.
Hur fungerar den här grejen du just gjort? Skjut den nedre delen av flaskan i den övre delen och dra sedan tillbaka den kraftigt. Detta minskar lufttrycket inuti flaskan, för nu finns det ett större utrymme för samma mängd luft. Den lägre tryckluften inuti flaskan skapar sug och drar in högre tryckluft från utsidan in genom munnen. Tryck nu in kolven igen; detta komprimerar luften och ökar trycket, så att luften flyter tillbaka ut ur flaskan. Ping-pong-bollen fungerar som en ventil – när du trycker in kolven tvingar den bollen in i flaskans hals så att luften kommer ut genom hålet med filterpåsen, snarare än att gå ut genom munnen.
sätt nu ditt vakuum i arbete! Försök suga upp brödsmulor eller små pappersbollar. När du drar ut kolven sugs de in i flaskan, och när du trycker in kolven tvingas de in i filterpåsen.
experimentera för att ta reda på det bästa sättet att använda ditt flaskvakuum. Fungerar det bättre att pumpa kolven snabbt? Ska du dra ut kolven snabbare än du trycker in på den? Kan du tänka på ideer för att förbättra designen och effektiviteten i ditt vakuum? Ge dem ett försök!
uppfinningen av mikrovågsugnen
ibland uppfinner människor saker för att de försöker – de har en uppfattning och de experimenterar med sätt att utföra det. Andra gånger händer uppfinningar utan att någon planerar för dem; så här uppfanns mikrovågsugnen.
under andra världskriget arbetade ett antal forskare med att förbättra radarsystem för flygplan. Dessa system behövde magnetroner-vakuumrör som genererar högfrekventa radiovågor-och de behövde många av dem. Men på grund av deras komplexitet kunde de bara tillverkas med en hastighet på mindre än 20 per dag. Sedan utarbetade Percy Spencer, anställd på Raytheon-företaget, ett sätt att förenkla magnetronen och öka produktionen. Tack vare hans innovationer hoppade produktionen till 2600 magnetroner per dag, vilket i hög grad hjälpte krigsansträngningen.
strax efter krigets slut upptäckte Spencer av misstag en annan användning för magnetroner. Han fortsatte radarforskning vid ett Raytheon-laboratorium, och när han stod framför en magnetron insåg han att godisbaren i fickan smälte. Hans nyfikenhet kom till liv och han testade snabbt magnetronens effekt på opoppad popcorn. När kärnorna exploderade visste han att han verkligen var på något!
magnetronerna emitterade energi i form av högfrekventa radiovågor, kallade mikrovågor. (Läs om radiovågor och elektromagnetisk strålning i vår artikel om energi.) Vid denna frekvens passerar mikrovågor genom glas, keramik och plast, men absorberas av vatten, fetter och sockerarter. Denna absorption av energi ’exciterar’ atomerna och maten värms upp.
Spencer och Raytheon började utveckla mikrovågsugnen och 1947 producerade de den första kommersiella versionen. Det kostade $5000, vägde 750 lbs och var 5’6′ lång. Inte bara det, men det använde ett vattenkylmedelssystem som krävde att extra VVS skulle installeras varhelst mikrovågsugnen användes. Som du kan föreställa dig var det inte en omedelbar framgång.
framgång kanske inte har varit omedelbar, men i det här fallet var det oundvikligt. Fortsatt utveckling och tekniska framsteg producerade så småningom de små, effektiva mikrovågorna vi har idag i nästan alla hem i Amerika. Och det hela började med en klibbig, sliskig olycka!
Ta Reda På Mer!
läs om Alexander Graham Bell, Thomas Edison och bröderna Wright, Plus gör din egen glödlampa! Hitta allt detta i vår första moderna uppfinningar vetenskap lektion.