доступное
Загрузите в
• Арр Store
аям
Wnnder
-/Jtanma
* Google Play
ЭНЦИКЛОПЕДИИ С ДОПОЛНЕННОЙ
Механические часся: магия шестеренок
Прямозубая зубчатая передача
передача
о
4.^
Цепная передача
30
□минированных моделей 6 r-lO*GUr1(lrttihOH ГН-иближ
 -| т о п! I £
КАК ЭТО РАБОТАЕТ 250 УСТРОЙСТВ И МЕХАНИЗМОВ
ЭНЦИКЛОПЕДИИ ASTAR Wonder СДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТЬЮ
ЛИКСО ВЯЧЕСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ
КАК ЭТО РАБОТАЕТ 250 УСТРОЙСТВ И МЕХАНИЗМОВ
УДК 62(03)
ББК 30я2
Л56
Серия «Энциклопедии ASTAR Wonder с дополненной реальностью» основана в 2024 году
Ликсо, Вячеслав Владимирович.
Л56 Как это работает 250устройств и механизмов/В R, Ликсо,—Москва: Издательство ACT, 2025,— 159, [1] с 'ил — (Энциклопедии ASTAR Wonder с дополненной реальностью).
ISBN 978-5-17-168172-2.
Эта книга раскрывает секреты работы множества устройств, сконструированных человеком на протяжении тысячелетий от простых механизмов, таких как винт и колесо, замок и велосипед, до настоящих технологических чудес вроде смартфонов и ракетных двигателей. Каждая страница знакомит с детальным исследованием принципов их действия, и что очень важно — все эти выдающиеся изобретения объединяются в группы согласно законам физики, лежащим > основе их конструкции Таким образом, даже не очень хорошо подкованному в техническом плане читателю легко будет проследить, как базовые природные силы — тяжести, трения, инерции, упругости, давления и другие — заставляют работать современные машины, приборы и аппараты. Показывая глубинную суть окружающих нас вещей, книга дает ответ на один из главных вопросов как всё устроено?
Красочные иллюстрации, понятные схемы и исчерпывающие пояснения делают сложные инженерные концепции доступными даже для детей и подростков. Со страниц книги они узнают, как устроены бытовая техника и электроника, строительные инструменты и энергетические установки, автомобили, самолеты, космические станции и многое многое другое. Но и это еще не все с помощью бесплатного приложения на смартфс не или планшете изучаемые объекты можн э оживить! Теперь статичные изображения превращаются на экране в 4D модели, которые можно передвигать и вращать, наблюдая за их рабогой в реальном времени Кроме того, это увлекательное действо сопровождается познавательной информацией, которую можно прослушать в звуковом формате.
Данное издание не только удовлетворит детское любопытство, но и подтолкнет к более близкому знакомству с техническими науками, что в наше время особенна важно
Для среднего и старшего школьного возраста
УДК 62(03)
ББК 30я2
© Оформление, иллюстрации. ООО «Интеджер», 2024
© ООО «Издательство АСТ», 2025
В оформлении использованы материалы, пред!ставленные Фотобанком Shutterstock, Inc., Shutterstock com
Б оформлении использованы материалы, предоставленные
ISBN 978-5-17-168172-2	Фотобанком Dreamstime, inc., Dreamstrme.com
яиивввввь
Содержание
Сила трения почему предметы не скользят?.4
0) Дисковый, барабанный и клещевой тормоза..6
Шлифовальные инструменты.................8
Подземный тоннелепроходческий комплекс..10
КОЛЕСА...................................-.12
Колесо: уменьшаем силу трения и ускоряем движение.....................12
0 Прядильное колесо, прялки и прядильные станки....................14
0 Подшипники устройства против силы трения......16
Ступальное колесо — герой стройки и .. битвы.18
СИЛА ТЯЖЕСТИ...............................20
0 Сила тяжести: почему мы не улетаем в космос?..20
Лифты и катки: сила тяжести в действии..22
СИЛА ИНЕРЦИИ...............................24
0 Сила инерции - почему все продолжает двигаться само по себе?................24
ЛЕБЕДКИ, РЫЧАГИ И БЛОКИ....................26
Ручная лебедка / ворот: «мускулы» для тяжестей............................26
Мосты: подъемные и разводные............28
Кабестан и гелеполис..................  30
© Полиспаст — как превратить в силача кого угодно?.........................  32
Такелаж корабельный — помощник в управлении кораблем...................34
РЫЧАГИ...................................  36
Рычаг — простой помощник с большой силой.....36
Как строили древнеегипетские пирамиды?..38
0! Рычаги в повседневной жизни.............40
Замок, подъемный кран и самосвал — рычажные механизмы......................42
Бульдозер, харвестер и погрузчик........44
ПИЛА УПРУГОСТИ.............................46
0 Упругость: сила, которая всегда возвращается..46
0 Рогатка, лук и арбалет...................48
0 Метательные машины древности.............50
тИНТЫ...........................................52
Винт: кручение и движение вперед........52
Прессы: винтовая передача творит чудеса......54
(0 Винт: от архимедова до корабельного.....56
ШЕСТЕРНИ И ПЕРЕДАЧИ........................58
0 Шестерни и передачи — как усилить маленькое колесо?......................58
0 Часы: счетчики времени...................60
Коробка передач автомобиля магия скорости и шестеренок...........................62
Водяная магия: как течение и давление превращаются в энергию......................64
0 Водяное колесо и гидравлические механизмы.....66
Нория, сакия и акведук.....................68
0 Насосы устройства, которые двигают жидкости...................................70
Как работает водяная мельница?............72
Почему корабль не тонет: изучаем закон Архимеда...........................74
Ракетный корабль, ракеты вместо пушек.....76
0 Авианосец: плавучий аэропорт...............78
Транспортные корабли: плавающие «грузовики»..............................80
Корабли на воздушной подушке, на подводных крыльях и катамараны........82
Физические секреты санузлов и ванных комнат........................  84
0 Гидротурбина электроэнергия из воды........86
Подводные лодки: железные «рыбы»......... 88
СИЛА ВЕТРА И СИЛА ВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ.....................................9С
Сила ветра и атмосферное давление.........90
Парус и ветряная мельница: «ловцы ветра»..92
0 Ветрогенераторы и ветровые электростанции..94
Почему и как летает самолет?..............96
Пожарные и транспортные самолеты..........98
Самолеты с вертикальным взлетом..........100
Парашют и катапультируемое кресло........102
CD Вертолеты: металлические стрекозы........104
ОПТИКА......................................106
Линза: что умеет волшебное стекло?.......106
0 Астролябия и секстант — космическая оптика.108
0 Фотоаппарат и кинокамера..................110
Телескопы и обсерватории.................112
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА..............114
Батарейки: «хранители» электроэнергии....114
0 Генераторы: как создать электроэнергию?...116
0 Лампочки: потребители электроэнергии......118
Телевидение: волшебные панели............120
Электромотор: загадочный «волчок»........122
Электроинструменты: герои мастерских.....124
Кухонные «электроинструменты»............126
Утюги и гладильные машины...........-....128
Охотник за грязью........................130
0 Посудомоечная и стиральная машины.........132
Смартфон, мобильник и сотовая связь......134
0 Солнечные панели и солнечные электростанции.........................136
ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕПЛОВЫЕ /СТРОЙСТ8А...................................13
(,'] Паровой двигатель: энергия пара.......138
Металлургический горн и доменная печь.....140
0 Двигатель внутреннего сгорания............142
0 Мотор поршневой и реактивный..............144
Гибридный двигатель: на топливе и электричестве.........................146
Холодильник и кондиционер...............148
Парогенераторы и теплоэлектростанции....150
Газотурбина и газоэлектростанция........152
CJ Атомный реактор и атомная электростанция..154
Ракетный двигатель...................    156
@) «Восток», «Кедр», «Заря» и «Весна».......158
Й
Сила трения: почему предметы не скользят?
Сила трения обладает удивительной «магией» — она не дает нашей планете превратиться в гигантский каток. Например, когда ты идешь по полу, подошвы твоей обуви «цепляются» за его поверхность. Но если бы не было силы трения, ты просто скользил бы! Все вокруг ходили бы, как по льду, постоянно падая и сталкиваясь друг с другом. И это только один из примеров практической пользы силы трения для всех обитателей Земли.
КАК РАБОТАЕТ СИЛА ТРЕНИЯ?
Допустим, ты хочешо передвинуть по полу коробку от телевизора, в которой уютно устроился кот, прикладываешь к ней определенную силу, но коробка не сразу сдвигается с места. Почему? Правильно виновато трение! Когда поверхности коробки и пола трутся друг о друга, возникает сила трения. Она создает сопротивление, направлен
ное в противоположную от твоего усилия сторону
РУЧНАЯ КОФЕМОЛКА
Предстг вь себе прибор, который может превратить ароматные кофейные зерна в мелкий порошок, это и есть кофемолка! Кофе сперва выращивают, затем собирают и перерабатывают (обжаривают). Прежде чем приступить к приготовлению кофе, зерна необходимо измельчить, то есть перемолоть Снутри кофемолки находятся жернова Когда любитель этого напитка крутит ручку кофемолки, жернова начинают быстро вращаться. Сила трения,
возникающая между жерновами, позволяет им перемалывать зерна. Тот же принцип используется и в мельницах.
pywofl  офт—фл < •
Рукоятка для придания жерновам вращательных движений
Общая ось рукоятки и вращающихся жерновов
Зазоо между вращающимися и неподвижными жерновами регулируется- он определяет качество помола
Неподвижные жернова
Вращающиеся жернова
Стенка корпуса
винт для регулировки зазора и помола чем меньше зазор, тем тоньше помол кофе
Верхний жернов (бегун) -вращающийся камень, который перетирает зерно о нижний камень
ЖЕРНОВА
Человек изобрел множество механизмов, в основе работы которых лежит сила трения. Некоторые из них были поидуманы и сконстру-
Ось жерновов
Рабочая
поверхность жерновов покрыта канавками и ребрами, которые способствуют эффективному перемалыванию зерен
ированы очень давно Например, жернова — настоящие «супергерои» древности. Без них не было бы хлеба - основного продукта питания в те времена. Представь себе два огромных тяжелых камня Один из них лежит неподвижно, а другой крутится над ним, и воз-
никающая между ними сила трения перемалывает зерно, превращая его в муку В этом есть что-то волшебное, не правда ли?
Нижний жерн.>ь (лежак) — неподвижный камень, который служит основой для измельчения зерна
Стойки для крепления
К Гт Г
Рукоять для вращения -верхнего камня (вручную либо с приводом от водяного колеса или ветровой крыльчатки)
Перетертая мука
Отверстие в верхнем жернове, через которое зерно попадает между камнями
Вращающийся точильный камень
ТОЧИЛЬНЫЙ КАМЕНЬ С НОЖНЫМ ПЕДАЛЬНЫМ ПРИВОДОМ
Много тысяч лет назад люди изобрели особое приспособление для заточки металлических инструментов — механический точильный камень. Как он работал? Все просто точильщик нажимал ногой на педаль, а она в свию очередь через специальный передаточный механизм вращала большой круглый точильный камень, покрытый трещинами и бугорками, которые увеличивают силу трения. Когда к такому крутящемуся камню прижимали нож или топор, он начинал стачивать металл, делая инструмент острым.
I ч Как видим, наряду с полезными свойствами силы трения существуют и непреодолимые неудобства, которые она создает. Из-за нее трудно перемещать крупные и тяжелые грузы, быстро изнашиваются трущиеся поверхности. Кстати, она виновна и в том, что вечный двигатель до сих пор остается лишь мечтой изобретателей: из-за трения любое движение рано или поздно останавливается, требуя постоянного стороннего воздействия.
Передаточный механизм превращает силу нажатия педали (вверх-вниз) во вращательное движение оси камня
механизма с педалью
---Ножная педаль
Дисковый, барабанный
4DJ
и клещевой тормоза
Тормоза являются очень важной частью любого транспортного средства. Моторы приводят машины в движение, а тормоза заставляют их останавливаться. Если вдруг тормоза перестанут работать, может произойти авария! Существует множество типов тормозов, но принцип их рабо ты одинаков для всех и основан на силе трения. Чем она сильнее, тем быстрее останавливается машина или велосипед. Это значит, что хорошие тормоза должны быть мощными.
ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ
Дисковый тормоз работает так На оси колеса неподвижно крепится круглый тормозной диск, который вращается вместе с ним Когда необходимо остановиться, специальные тормозные колодки сжимают вращающийся диск, как будто пытаясь «поймать» его. В результате транспортное средство замедляется или останавливается. Все это происходит благодаря трению Быстро, четко и, главное, безопасно1 Такой тормоз обычно можно увидеть на спортивных велосипедах и в автомобилях Он очень эффективен даже в дождливую погоду, ведь
Ось колеса
Тормозные колодки
Тормозной диск, который вращается вместе с колесом
Основные узлы дискового тормоза.
- Суппорт — узел тормозной системы, который представляет собой устройство, прижимающее колодки к юрмсзному диску
диск почти не боится воды и грязи!
Д * Тормозные диски и тормозные барабаны колес выполняются из жаропрочного сплава, а тормозные колодки — из специального материала, обеспечивающего хорошее сцепление с тормозными дисками и барабанами. Все эти сплавы и материалы выдерживают высокие температуры, возникающие при трении колодок о тормозной диск / барабан.
БАРАБАННЫЙ ТОРМОЗ
Барабанные тормоза устанавливают внутри колеса Они не такие мощные, как дисковые, зато долго не изнашиваются и хороши для автомобилей, которые не разгоняются до скоростей гоночных болидов. Барабанный тормоз так же, как и дисковый, вращается вместе с колесом. Внутри него находятся тормозные колодки, которые при торможении раздвигаются и прижимаются к стенкам барабана Возникает мощная сила трения,
и транспорт останавливается
Пружина возврата колодок в исходное (разжатое) положение
Основа тормозного барабана колеса
Тормозной цилиндр прижимает колодки к тормозному диску
Тормозные колодки
Пружина ручного (стояночного) тормоза
Конструкция барабанного тормоза.
ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЯ
Каждый автомобиль оборудован рабочей и стояночной тормозными системами Рабочая тормозная система (ножной тормозной механизм) необходима для регулирования скорости движения и остановки автомобиля, Стояночная тормозная система (ручной тормозной механизм) служит для удержания машины в неподвижном состоянии. Для рабочей тормозной системы применяется гидравлический привод, а для стояночной — механический. Барабанные тормоза в автомобилях обычно устанавливают на задние колеса (они же оборудуются стояночным тормозом), а на передние - дисковые,так как они более мощные.
Устройство тормозной системы автомобиля
Тормозные колодки барабанного тормоза
Цилиндр при нажатии на тормозную педаль вкачивает тормозную жидкость в систему тормозов
Заднее колесо
возвратная пружина
Барабанный тормоз
Тормозной цилиндр барабанного тормоза
Тормозной диск дискового тормоза
Переднее колесо
КЛЕЩЕВОЙ ТОРМОЗ: СИЛА ДВУХ РУК
Клещевой тормоз работает по тому же принципу, что и клешни ракообразных, и применяется чаще всего на велосипедах. Все начинается с тормозных рукояток, установленных на руле двухколесника. При нажатии на них усилие передается с помощью тросов на две колодки, расположенные по обе стороны обода колеса. Эти колодки прижимаются к ободу и с помощью силы трения зажимают его Чем сильнее ты сожмешь рукоятки на руле, тем крепче прижмутся колодки и тем быстрее остановится велосипед. А когда отпустишь рычаги,тормоза разожмутся автоматически.
Трос свая передача от рукояток к тормозу
Тормозные колодки закреплены по бокам колеса и прижимаются к нему при нажатии на рулевые рычаги
I
Шлифовальные
инструменты
Когда неровную или шероховатую поверхность нужно сделать гладкой и аккуратной, на помощь приходят шлифовальные инструменты, принцип работы которых основан на силе трения. Они работают как настоящие скульпторы: постепенно убирают лишнее, чтобы в результате все стало ровным и красивым. Для шлифовки используются абразивные материалы  очень твердые и грубые вещества, которые при трении о поверхность стирают с нее неровности. Абразивы бывают разными: это и наждачная бумага, и шлифовальные круги, и пасты, и порошки.
ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ «НА МУСКУЛЬНОЙ СИЛЕ»
•	Напильник - длинная металлическая «терка» с рукояткой. Он помогает сглаживать и обтачивать древесину и даже металл Когда ты водишь напильником туда-сюда,его острые зубчики срезают маленькие кусочки материала, словно ты строгаешь кусок дерева острым ножом. Чем крупнее зубцы, тем больше снимается материала с обрабатываемой заготовки Его можно сравнить с грубой кистью художника.

Напильник полукруглый тупоносый
Напильник плоский тупоносый
Надфиль трехгранный остроносый
Надфиль полукруглый остроносый
Напильник круглый тупоносый
шш
Надфиль круглый остроносый
Рашпиль плоский тупоносый
Надфиль плоский----
тупоносый
м
Сила трения
Рашпиль круглый тупоносый
Надфиль плоский остроносый
Надфиль квадратный остроносый
Рашпиль полукруглый тупоносый
•	Рашпиль похож на напильник, но он гораздо «круче и сильнее», ведь его главная задача — быстро обрабатывать мягкие материалы, такие как дерево или пластик Главное отличие оашпиля от напильника в том, что у него зубчики крупные и острые, как у настоящей пилы Напильник выполняет работу аккуратно и медленно, а вот рашпиль - это настоящий «скоростной мастер», который быстро срезает крупные куски материала
•	Надфиль намного тоньше напильника, его предназначение — работа с мелкими деталями. Когда тебе нужно что-то подправить в труднодоступных местах с ювелирной точностью, надфиль справится на ура! Надфили используют ювелиры и мастера, когда важно уделять внимание мелочам.
ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНАЯ МАШИНА
Особое место а арсенале современного плотника занимают шлифовальные машины. Шлифовальный электроинструмент вращает шлифовальный круг или ленту с высокой скоростью, как если бы мастер использовал обычный напильник, но в сто раз быстрее! Рабочим узлом плоскошлифовальной машины является прямоугольная подошва, на которой закрепляется лист наждачной бумаги. Шлифование осуществляется путем движения подошвы вперед-назад с высокой скоростью — примерно 100- 300 колебаний в секунду
Принцип работы плоскошлифовальной машины — шлифование поверхностей быстрыми движениями наждачной плоскости вперед-назад
J |, Многие современные виды шлифовальных машин имеют функцию сбора пыли в специальные резервуары — пылесборники, иногда к ним подключают строительный пылесос Это делает работу мастеров комфортной и «чистой», им не приходится вдыхать строительную пыль.
ОРБИТАЛЬНАЯ ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАШИНА
Рукоять Блок электромотора управления
Шлифовальный круг
вокруг своей оси
Принципиальная схема устройства эксцентриков >й машины работа осуществляется двумя видами одновременных движений подошвы.
Вращение по орбите
Еще одним видом шлифовального электроинструмента является эксцентриковая шлифовальная машина, другое ее название — орбитальная шлифмашина. Рабочим узлом этого инструмента является круглая подошва, на которой закрепляется шлифовальный круг. !’ отличие от плоскошлифовальной машины, подошва этого аппарата движется по довольно сложной круговой траектории
Подземный тоннеле-проходческий комплекс
Тоннели — один из видов подземных сооружений в виде длинных коридоров, по которым пролегают транспортные пути. Инженеры прокладывают их в горах, когда строят дороги. Иногда проще пробить прямой тоннель сквозь гору, чем проектировать и возводить объездной путь. Кроме того, тоннели являются основной составной частью метрополитена. В старину словом «тоннель» французы называли бочку. И действительно, тоннели похожи на вереницу огромных бочек без крышек и днищ, уложенных одна за другой.
Основные конструктивные
узлы проходческого щита.

Гидравлические домкраты позволяют комплексу продвигаться вперед, отталкиваясь от уже построенного кольца тюбингов
Блокоукладчик тюбингов
Винтовой конвейер для срезанной породы
Режущая головка (ротор) проходческого щита
Сила трения
подземный «крот» и его
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
При прокладывании подземного тоннеля или шахты не обойтись без специальной техники, которую называют тоннелепроходческим комплексом, или же проходческим щитом Основу этой огромной машины составляет вращающийся резак, который «вгрызается» в землю или горную породу. Его еще называют режущей головкой. От диаметра этого резака напрямую зависит диаметр тоннеля.
Головка проходческого комплекса — это огромный вращающийся вокруг своей оси диск, расположенный вертикально Поверхность этого диска оснащена множеством «зубов», выполненных из самых прочных материалов, доступных человеку. Предназначение этой «терки», ни много ни мало, — крошить скалы и перемалывать камни. И использует она для резки породы силу трения.
ЧТО ПОЗАДИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА?
После измельчения пооода подается на конвейер, грузится в вагонетки и вывозится по уже проложенному тоннелю Резак продвигается вперед при помощи мощных гидравлических домкратов. Заднюю часть комплекса составляет оборудование, которое сразу же, в процессе прокладки тоннеля, укрепляет его стены и потолок железобетонными щитами — тюбингами.
При прокладке тоннеля его стены сразу же укрепляют тюбингами - блоками постоянной тоннельной обшивки, то есть строительство тоннеля кроме «прогрызания» горной или подземной породы предполагает

Колесо: уменьшаем силу трения и ускоряем движение
Этот простой с виду круглый предмет буквально перевернул наш мир. Колесо, изобретенное в глубокой древности, стало тем самым «магическим кругом», который позволил нам передвигаться быстрее и перевозить больше. А все благодаря тому, что колесо значительно уменьшает силу трения. Так что в следующий раз, когда будешь кататься на велосипеде или ехать в машине, подумай о том, что это стало возможным благодаря колесу - одному из самых гениальных изобретений человечества.
ч Великим открытием также является изобретение спиц. До их появления колеса были цельнодеревянными. Считается, что колеса со спицами были придуманы в нынешней Турции. Благодаря спицам колеса стали значительно легче и, следовательно, быстрее.
КАК КОЛЕСО РАБОТАЕТ?
Теперь давай посмотрим на принцип работы колеса с научной точки зрения Почему оно вообще катится7 Все дело в форме этого предмета. Во-первых,у колеса нет углов — и это необычайно важно. Округлый предмет катится плавно по ровной поверхности Во-вторых, колесо имеет меньшую площадь соприкосновения с опорой по сравнению с плоским предметом. А значит, сила трения между ним и опорой значительно мень
ше, следовательно, колесо катится несравнимо быстрее.
Плоский предмет
плоского предмета
предмета велика
колеса с поверхностью незначительна
Силы, действующие на плоский предмет (вверху) и на колесо.
КАК ВСЕ НАЧАЛОСЬ?
Итак, начнем с того, что жизнь людей до изобретения колеса была, скажем так, довольно медленной. Наши далекие предки тащили грузы на себе, использовали сани, волокуши и другие способы перемещения тяжелых предметов. Но однажды, около 500(1 лет назад, кто-то (до сих пор неизвестно, кто именно) сконструировал круглый объект, способный катиться. Сначала это были грубые деревянные диски, возможно, бревна, которые уже решали главную задачу: они катились! Установив на них опору (плоскую доску, короб для песка, сани), а на опору водрузив груз, можно было с легкостью его передвигать. Для своего времени это было сродни ьолшебству!
КОЛЕСО В ДРЕВНЕМ МИРЕ
После изобретения колеса началась настоящая революция во всех сферах жизни Люди вдруг осознали, что с помощью круглых предметов можно перемещать тяжелые вещи гораздо быстрее и легче, чем другими способами Многие лиды деятельности, от строительства до торговли, стало намного проще осуществлять Сперва в Древнем Египте и Месопотамии, а затем и во всем мире появились повозки — первые транспортные средства. С их помощью стало проще перевозить товары, строить дома и даже отправляться в дальние путешествия.
СОВРЕМЕННЫЕ КОЛЕСА
А теперь перенесемся г наши дни. Колеса повсюду! Без них не было бы автомобилей, велосипедов, поездов и даже самолетов (да-да, у них тоже есть колеса) Наш мир, образно говоря, вертится вокруг колеса. Современные колеса стали намного сложнее по конструкции. Теперь у них есть резиновые шины, которые лучше сцепляются с поверхностью дороги. Кроме того, они оборудованы специальными механизмами, например дисковыми тормозами для безопасной остановки Но суть остается прежней, колесо — это круглый предмет, который позволяет нам передвигаться
Тормозная колодка, сжимающая тормозной диск при торможении
Металлическая ступица — основа для сборки колеса
Гайки крепления
Подшипник — приводное звено между колесом и осью
Тормозной диск колеса
Конструкция современного колеса.
Резиновая покрышка с пневматической шиной внутри
। Прядильное s. колесо, прялки " и прядильные станки

И вновь вездесущее колесо! В Древнем Риме, где прялка и была изобретена, ее называли coins - именно от этого латинского слова произошло русское «колесо». История пряжи (сырья для производства одежды) начинается с ручного веретена — катушки, на которую наматывали нить, скрученную пальцами из пряжи. В таком виде прялка просуществовала тысячелетия, и процесс прядения нити был весьма трудоемким и сложным. Прядильщица должна была выполнять ряд однообразных двих<ений: вытягивать пряжу, скручивать нить и наматывать ее на веретено. Производительность была низкой, а руки быстро уставали. И тут появилось прядильное колесо.
Установленный на оси цилиндр с горизонтально закрепленной
катушкой / веретеном
Педаль ножного привода прядильного колеса
Колесо с горизонтальным расположением относительно веретена
Корзина с овечьей шерстью
Нить из пряжи вытягивалась и скручивалась вручную, вращение прядильным колесом веретена L значительно I облегчало эту | работу
Колесо было связано с веретеном и вращало его
Веретено ьращалось и наматывалс скрученную из пряжи тонкую нить
Устройство самопрялки-лежака.
Прядильное колесо использовалось как двигатель, ' который вращали вручную или ножной педалью
САМОПРЯЛКА-ЛЕЖАК
Важнейшим этапом в истории прялок стало изобретение в начале XIV столетия, скорее всего, в Германии, самопрялки с ножным приводом, с помощью которого эта машина и приводилась в действие. При этом обе руки освобождались для работы. Самопрялка с горизонтальным расположением колеса по отношению к веретену на Руси называлась самопрялкой-лежаком.
САМОПРЯЛКА-СТОЯК
Примерно в XV столетии к прялке добавили рогульку (головку U-образной формы с крючками вдоль лапок), что обеспечило полную автоматизацию процесса прядения, который уже не надо было прерьрвать для намотки нити Самопрялкой-стояком на Руси называлась прялка с вертикальным расположением колеса относительно веретена
_ При вращении колеса нить перескакивала с крючка на крючок рогульки, чтобы катушка заполнялась равномерно
Стержень ___вращающего ролика служил осью, на которой закреплены катушка / веретено и рогулька
Колесо с вертикальным расположением относительно веретена
— Педаль ножного привода прядильное колеса
Существует легенда о том. что на мысль об изобретении машины с несколькими вертикальными веретенами Харгривса натолкнул такой случай. Однажды его маленькая дочь будто бы нечаянно опрокинула работавшую прялку, однако ее колесо продолжало вертеться, а веретено продолжало прясть пряжу, хотя и находилось в вертикальном, а не горизонтальном положении.
«ДЖЕННИ»: МАШИНА
ДЛЯ МАССОВОГО ПРЯДЕНИЯ
Изобретенная в 1764-1765 гг. британским инженером Джеймсом Харгривсом многоверетенная прядильная машина «Дженни» стала одним из важнейших промышленных устройств эпохи начала промышленной революции. «Дженни» автоматизировала процесс производства тканей Рабочий служил «двигателем» и мог работать с госемью и более катушками одновременно По мере развития технологий их число выросло до 120.
Устройство самопрялки l-vfw
Конструкция первой прядильной машины
Колесо ручного t-ращения, обеспечиваишее общий циклический и автоматический процесс прядения
Вытяжной пресс Харгривса заменил руку прядильщика
Прядильная станина с веретенами
Подшипники: устройства против силы трения
Общеизвестно, что сила трения не всегда приносит пользу: в большинстве механизмов она играет отрицательную роль, замедляя их действие, заставляя нагреваться и в конечном итоге выходить из строя.
401
Для уменьшения силы трения часто применяют различные смазки. Однако два столетия
назад были изобретены специальные механизмы, довольно эффективно устраняющие
трение. Подшипники можно сравнить с роликовыми коньками — в них точно так
же при движении по поверхности трение уменьшается за счет вращения маленьких
колесиков, шариков или иголок.
Элементы качения —
Вал Внешнее кольцо
КАК РАБОТАЮТ
ПОДШИПНИКИ?
Подшипники применяются, когда ось какого-либо механизма (например, колеса роликового конька) вращается в проушинах (местах крепления). Как мы уже выяснили, когда части механизма трутся друг о друга при вращении, трение замедляет их движение. Подшипники с шариками, роликами либо иголками уменьшают силу прения Процесс скольжения заменяется процессом качения внутри подшипника шариков, роликов или что значительно облегчает вращение.
это множество колесиков, крутящихся в направлении, противоположном направлению вращения вала
ИГОЛОК,
ШАРИКОВЫЙ
ПОДШИПНИК- МАСТЕР РАВНОМЕРНОГО ВРАЩЕНИЯ
Шарики - элементы качения Сепаратор —__________
держатель элементов качения
подшипника неподвижно крепится в проушине корпуса
Направление вращения вала
Внутреннее кольцо подшипника жестко крепится к валу и вращается вместе с ним
внешнее кольце
Внутреннее кольцо
Шариковый подшипник, как можно догадаться, имеет элементы качения в виде маленьких прочных шариков, которые вращаются между двумя кольцами. Принцип их работы описан выше. Шариковые подшипники применяются повсеместно от велосипедов до стиральных машин.
Шариковые подшипники установлены на осях колес у велосипеда.
Шариковый подшипник в собранном виде
Сепаратор — держатель-элементов качения
В тяжелых грузовиках используются не шариковые, а именно роликовые подшипники.
Внешнее кольце
Внутреннее кольце-
РОЛИКОВЫЙ подшипник -СИЛАЧ СРЕДИ СЕБЕ ПОДОБНЫХ
Роликовый подшипник очень похож на шариковый, но вместо шариков внутри у него маленькие цилиндре!, похожие на мини-батарейки. Эти цилиндры намного прочнее шариков и могут выдерживать значительно большую нагрузку Роликовые подшипники чаще всего используются в крупных машинах, грузовиках А если такие подшипники делать двухрядными (с двумя рядами роликов), они выдерживают огромные нагрузки и благодаря этому нашли применение, например, в железнодорожном транспорте.
Ролики - элементы качения (в двухрядном варианте)
। Сепаратором подшипника называется металлический или пластмассовый держатель, который служит для разделения и удержания в нужном положении элементов качения подшипника; шариков, роликов или иголок.
ИГОЛЬЧАТЫЙ подшипник -МОЩНЫЙ МАЛЫШ
Игольчатый подшипник — это подвид роликового, только цилиндры в нем
Внешнее кольцо
Сепаратор
Внутреннее кольцо г игольчатых подшипниках часто не ставится его образуют элементы качения — иголки
тонкие, как иголочки. Они могут быть очень маленькими, но при этом способны выдерживать высокие нагрузки за счет своего количества. Такой подшипник часто используется там, где места совсем мало, но надо, чтобы что-то очень быстро вращалось, например, в маленьких моторчиках копировальных аппаратов, принтеров и многих других бытовых и офисных устройств
КОНИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
Как сделать подшипник еще более сильным? Перед вами конический подшипник — настоящий чемпион, который выдерживает меганагрузки. Например, такие подшипники применяются в огромных двигателях гигантских морских грузовых кораблей, в турбинах электростанций. Конические подшипники бывают только роликовыми. В них ролики расположены наклонно под углом к основной оси (такое расположение называют конусным). Это позволяет справляться не только с осевыми нагрузками, но и с нагрузками, направленными под углом к оси. Такие нагрузки возникают, когда ось сильно вибрирует от нагрузки во время вращения, то есть практически всегда.
Внутреннее	Сепаратор	Ролики, установленные	Внешнее
кольцо	конической под углом к оси —	КОЛЬЦО
1 Ступальное колесо — герой стройки и...
I битвы
Сила, прикладываемая к колесу ногами рабочего
Человек идет вперед — колесо вращается назад
Человек идет назад — колесо вращается вперед
Представь себе колесо, сильно увеличенное в размерах, внутрь которого забирается человек и начинает шагать, как хомяк в колесе. Но это вовсе не веселая забава, как может сперва показаться. Ступальное колесо, а именно так назывался этот древний механизм, до изобретения электричества и моторов помогало строить замки и даже побеждать в сражениях.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КРАНЫ
СО СТУПАЛЬНЫМИ КОЛЕСАМИ
Вершиной средневековой инженерно-строительной мысли стали подъемные краны, оборудованные ступальными колесами Такое колесо обычноимело диаметр от4до 5м и на порядок увеличивало человеческие усилия, давая возможность одному рабочему поднимать вес до 3,5 тонны. Если ступальных кранов было два, и оба они были достаточно широкими, чтобы вместить двух человек, то четыре человека в двух ступальных колесах могли поднимать каменные блоки весом до 14 тонн1
Ступальное колесо
Стрела крана поднимается
Направление движения колеса, которое вращается под действием силы тяжести (массы человека) и усилия мускулов ног рабочего
Средневековый подъемный кран.
Секрет ступального колеса - в использовании силы человека. Когда рабочий внутри него начинал шагать, он прилагал силу своих ног к внутренней поверхности колеса, часто имевшую ступени. Это усилие передавалось на весь барабан, который веревкой был связан с крановым подъемным механизмом. И это не магия, а чистая физика! Чем сильнее надавливал на ступени и быстрее шагал человек, тем скорее кран поднимал тяжести.
ТРЕБУШЕТЫ СО СТУПАЛЬНЫМИ КОЛЕСАМИ
Самыми мощными метательными машинами Средневековья были требушеты, также называемые требюше (от фр trebuchet — «весы (рычажные) с коромыслом») Такие артиллерийские установки крупного калибра стреляли тяжелыми камнями на большие дистанции. Некоторые из этих машин оснащались ступальными колесами, которые ускоряли перезарядку установки и позволяли создавать требушеты огромного размера и невероятной мощности
| ч Здесь мы рассматриваем конструкцию и принцип работы ступального колеса, однако следует помнить, что и кран, и требушет в основе своего основного механизма (подъемного и метательного) имеют рычаг.

в космос
закон природы — закон всемирного тяготения.
I V Помните историю о том, как Ньютон сидел под яблоней
КАК РАБОТАЕТ СИЛА ТЯЖЕСТИ?
Наша планета Земля очень большая и тяжелая. Согласно законам физики, чем больше объект,тем сильнее он притягивает к себе другие предметы. Поскольку Земля просто гигантская, она притягивает все, что находится рядом, — людей, машины, здания, самолеты (и даже находящиеся в полете все равно притягиваются к Земле!). Именно поэтому мы уверенно стоим на ее поверхности, а не плаваем в воздухе.
Поговорим об удивительной силе, которая не дает " нам улететь в космос. Она заставляет абсолютно все объекты и тела падать на землю. Речь пойдет о силе тяжести. Это невидимая сила, которая притягивает все к Земле. Представь себе, что наша планета — огромный магнит, который постоянно тянет нас к своей поверхности. Но при этом мы не «приклеиваемся» к ней намертво, как магнит к холодильнику, а можем ходить, бегать, кататься на велосипедах и даже прыгать — все это мы делаем, не улетая к звездам!
I I I I I
Сила тяжести: почему 1 i мы не улетаем
и ему на голову упало яблоко? Спелый плод был притянут к Земле силой тяжести.
По легенде, именно благодаря этому событию великий ученый и открыл для всех нас незыблемый
Сила тяжести I
Зацепы на шестерне для поднятия молота
Ось внешнего привода (от водяного колеса, электромотора и т. д.)
Молот поднят зацепом в верхнее положение
Зацепы на шестерне для поднятия молота
Противовес, падающий действием силы тяжести
Спчл ИЛ ЧНВ Гу|Н*Ч№ГЧ смен.
Молот — закреплен у рукоятки
перед стрельбой
Корзина с камнем для метания
Рычаг
Поплавок
Клапан перекрытия подачи воды
Сливной рычаг
L—>
ТРЕБУШЕТ: СИЛА ТЯЖЕСТИ
ДВИЖЕТ РЫЧАГ
Уже описанная в книге эта средневековая машина напоминала гигантские качели, которые вместо того чтобы катать детей бросали огромные камни1 В требушете использовалась энергия гигантского противовеса, падающего под действием силы тяжести. Противовес был закреплен на одном конце рычага, а другой конец с камнем взлетал вверх. Камень устремлялся в воздух и с громким звуком бил по стенам и башням вражеской крепости
СЛИВНОЙ БАЧОК
Это чудо-устройстно все мы используем ежедневно, но о принципах его действия вряд ли задумываемся. Речь идет о сливном бачке. Как только ты нажимаешь на сливной рычаг, внутри бачка открывается сливной клапан, который позволяет воде под действием силы тяжести стремительно выливаться в унитаз. После того как бачок опустел, поплавок опускается (тоже под действием силы тяжести), закрывает клапан перекрытия, и вода снова начинает заполнять бачок. Все готово к следующему «запуску»!
КУЗНЕЧНЫЙ СТАНОК С ВНЕШНИМ ПРИВОДОМ
Долгое время для изготовления металлических предметов кузнецы вручную махали тяжелыми молотами Некоторые из них работают так и в наши дни, но много столетий назад придумали механизмы, кующие металл без усилий со стороны человека — кузнечные станки с внешним присодом (от водяного колеса, электромотора и т. д.) Когда механизм приводится п движение, молот начинает подниматься, накапливая энергию падения. Потом механизм отпускает молот, и он падает под силой собственной тяжести, ударяя по раскаленному металлу
Перелив
Тяга сливного клапана
Сливной клапан
ПНННИНЙК1
Лифты и катки: сила
тяжести в действии
Представь себе тяжелую машину с огромными железными валиками вместо колес — именно так выглядит асфальтоукладочный каток. Это один из главных дорожных «работяг», который делает дороги гладкими и ровными. Сила тяжести, давление и вибрации помогают ему уплотнять материалы, делая их крепкими и устойчивыми. Другой вид дорожного катка, компактор, помогает создавать прочное основание под асфальтом, чтобы дороги служили долго. И еще один вид техники, использующий силу тяжести, — лифты.
ТРАМБОВЩИК АСФАЛЬТА
Когда строят асфальтированную дорогу, сначала на заранее подготовленную «подушку» кладут горячий асфальт, похожий на мягкое тесто. Вот тут и вступает в дело асфальтоукладочный каток. Его большие, тяжелые и гладкие валики катятся по асфальту, выравнивая его и делая поверхность ров-
ной и плотной Это происходит благодаря силе тяжести и большому весу катка — чем больше давление на асфальт, тем плотнее он становится. Может быть, ты когда-нибудо наблюдал, как мама раскатывает тесто скалкой? То же самое каток делает с асфальтом.

- ч । Некоторые (как правило, самые тяжелые) упл отнител ьные катки работают не только за счет своего огромного веса.
В их механизма?, есть специальные вибраторы, которые солтают мелкие колебания Эти вибрации помогают уплотнять материал быстрее и эффект ивнее. Это как если бы ты не просто давил на песок: рукой, а еще и тряс его, чтобы песчинки плотнее сжались друг с другом.
Ролики перемещения лифтовой кабины по рельсам
КОМПАКТОРЫ - «ЗУБАСТЫЕ» ТЯЖЕЛОВЕСЫ
Когда нужно уплотнить что-то более твердое, например, землю или щебень на дорожном покрытии перед укладкой асфальта, на помощь приходит уплотнительный каток, или компактор Он тоже использует силу тяжести, чтобы утрамбовать грунт, но имеет отличительную конструктивную черту — мощные зубья, наваренные на барабаны, Они позволяют за счет своей заостренной формы глубже проникать в грунт, а также измельчать крупные куски и таким образом более эффективно уплотнять твердую основу Особенно важна такая функция при уплотнении мусора на свалке, ведь чем компактнее спрессованы отходы, тем меньше места они занимают, соответственно, площадь свалки становится значительно меньше, чем могла бы быть
Лифтовая
Рельсы передвижения кабины
Рельсы перемещения противовеса
Устройство лифта.
Пружинные амортизаторы на дне лифтовой шахты предохраняют пассажиров от травм при аварийном падении кабины
ЛИФТЫ: КАБИНЫ И ПРОТИВОВЕСЫ
В мире многоэтажных городов огромное значение имеют устройства, поднимающие горожан на нужный им этаж офисного или жилого здания. Основным компонентом лифта является двигатель, который поднимает и опускает кабину. Двигатель соединен с кабиной через систему тросов. Имеет
ся также противовес, предохраняющий от резкого падения кабины. Тросы, кабина, двигатель и противовес соединены в замкнутую цепь таким образом, что если двигатель вращается в одну сторону, то кабина поднимается, в другую - опускается. Основное предназначение противовеса заключается в уменьшении необходимой мощности двигателя, он участвует в поднятии и опускании кабины своим весом при помощи силы тяжести
ПОЧЕМУ ЭТО ПРОИСХОДИТ?
Сила инерции — почему все продолжает двигаться само по себе?
Согласно закону инерции, который объяснил великий ученый Исаак Ньютон, любое тело будет продол-
Одна из самых удивительных сил, которая словно играет с нами в прятки, — сила инерции. Благодаря ей твое тело продолжает двигаться вперед, когда ты резко останавливаешься, и именно из-за нее на качелях нужно быть осторожным, чтобы не взлететь, как птица. Инерция — это не совсем сила, а скорее «привычка» объектов J при остановке продолжать двигаться в том же направлении, в котором они двигались до момента торможения. Представь себе, когда ты прыгаешь с качелей, инерция все | равно толкает тебя вперед, даже если качели возвращаются обратно.
жать двигаться с постоянной скоростью в том же напоавлении, если на него не действуют другие силы. Это значит, что когда ты, например, едешь в машине, и она вдруг резко тормозит, все, что находится в са
лоне (включая водителя и пассажиров), будет продолжать движение вперед
Платформа — — плоская поверхность, на которую кладут глину
УСТРОЙСТВО ГОНЧАРНОГО КРУГА
При помощи этого древнего приспособления можно превратить мягкую глину в красивые вазы, чашки и другую посуду. Гончарный круг представляет собой своеобразную крутящуюся платформу, на которой гончар лепит из глины разные полезные вещи. Около пяти тысяч лет назад был изобретен гончарный круг с разделенным маховиком, посаженным на одной оси. Маховик чаще всего расположен близко к земле, вращается ногами и использует силу инерции для быстрого вращения платформы.
Схема гончарного круга.
Вращаемый ногами маховик
Маховик приводился в движение с помощью палки, вставляемой в специальный паз на гончарном круге
Руками гончар сглаживал «колбаски», формируя симметричную форму посуды, пока круг вращался благодаря силе инерции
Гончар сидел на корточках возле круга и формировал из глиняных «колбасок» основу сосуда, медленно вращая колесо
ШртЧЦКНН-Й ’Мартын i.pys.np*IHip*C ИФЙ Н. >.
ТАРАН: СРЕДНЕВЕКОВЫЙ «ВЫШИБАЛА»
Самым слабым местом любого средневекового замка являлись деревянные ворота. В арсеналах армий того времени имелось сред ство для их пробивания — таран, со крушитель замковых ворот. Главным рабочим органом средневекового тарана было тяжелое деревянное бревно. Конец тарана обычно снабжался железным наконечником Бревно свободно подвешивалось на стойках так, чтобы его можно было раскачивать взад-вперед. Рас
чет тарана отводил бревно как можно дальше назад, как бы размахиваясь для удара. Затем под действием сил тяжести и инерции окованная железом «голова» тарана врезалась в вооота.
Древние корабли зачастую тоже имели своеобразный таран - нос специальной формы, предназначенный для пробивания бортов вражеских судов.
Ручная лебедка / ворот: «мускулы» для тяжестей
Барабан — центральная часть лебедки
Рукоятка
ИИ
Колесо многократно увеличивает прилагаемую силу и облегчает подъем тяжести
На барабан наматывается трос с грузом, и именно он вращается, когда ты начинаешь крутить рукоятку
Возможно, ты уже видел ручную лебедку на стройке или в мастерской, но никогда не задумывался, что это за чудо-механизм! Ручная лебедка — простое устройство, которое помогает человеку поднимать или перемещать очень тяжелые веши без больших усилий. В ее конструкции работает принцип «немного усилий, много пользы». Если объяснить проще, то лебедка - это как суперсила для тех, кто не хочет таскать тяжести. С ее помощью можно вытянуть машину из грязи или поднять тяжелый груз в одиночку.
ДРЕВНЕГРЕЧЕСКИЙ КРАН ТЕТРАКОЛОС
Давным-давно, около 2500 лет назад, был изобретен древнегреческий кран тетраколос. Он был более сложным и мощным подъемным устройством по сравнению с диколосом. Его название происходит от греческих слов «тетра» (четыре) и «колос» (столб), что указывает на использование четырех колонн в его конструкции. Принцип работы тетраколоса был аналогичен диколосу, но благодаря прочной и устойчивой конструкции он мог поднимать более тяжелые грузы на большую высоту.
Лебедки, рычат и и опоки
Лебедочный механизм поднятия грузов
Пятиэлементный полиспаст
Опоры в виде П-образной стойки
КлешеЕ с й захват крана
МП
ДРЕВНЕГРЕЧЕСКИЙ КРАН ДИКОЛОС
Еще раньше, около 2600 лет назад, о Древней Греции появился кран диколос, один из ранних типов подъемных механизмов, позже использовавшийся и в Древнем Риме. Диколос состоял из двух наклонных столбов, установленных треугольником под углом к земле и поддерживаемых веревками,которые привязывались к нби-тым в землю кольям Подъем тяжестей осуществлялся парой лебедок,закрепленных на столбах,
Тройной полиспаст
Лебедочный механизм поднятия грузов
Рычажный подъемник установлен под углом к земле
Клещевой захват крана
Противовес отсутствовал, вместо него имелись крепления с вбитыми в землю кольями
а сни в свою очередь образовывали рычаг
РУЧНЫЕ ЛЕБЕДКИ В ДЕЙСТВИИ
С помощью ручных лебедок древние греки добились больших успехов в деле строительства. Некоторые возведенные еще до нашей эры древнегреческие храмы стоят до сих пор, радуя туристов Схема использования древнегреческих строитель-
Ч р _ Полиспаст — это специальное приспособление ' для подъема грузов, состоящее из двух и более блоков, которые последовательно обвиваются канатом либо цепью. Схема полиспаста может быть рассчитана на выигрыш в подъемной скорости или силе.
ных машин при возведении храма была примерно
следующей.
Самые мелкие
строительные машины — установки с ручными лебедками (воротами) — применялись для горизонтального подтягивания строительных блоков к месту подъема ,
Самая крупная машина, тетраколос, испольэсвэлась для поднятия самых крупных и тяжелых архитектурных элементов
Lj+i-u re п-:г> io в я ны । древ и ил е«роглел>-,1>  машин
Основные строительные машины -диколосы — использовались для подъема основной массы стройматериалов и инструментов на высоту
Мосты: подъемные
Лебедки, рычаги и блоки
Замки в Европе начали строить более тысячи лет назад, в IX веке. Самый крупный древний замок в мире — Пражский Град в современной Чехии — был возведен в XII-XIV веках.
В него ведут несколько ворот, оснащенных защитными техническими сооружениями.
В Средние века, времена насилия и войн, не было более важного сооружения, чем крепость. За крепостными стенами жили и оборонялись от врагов граждане городов феодальной эпохи: ремесленники, купцы и знать. Богатые аристократы воздвигали для себя персональные крепости, они назывались замками. Все крепости или замки оснащались набором важнейших технических приспособлений, облегчавших их оборону. Большинство из таких приспособлений использовало силу тяжести и приводилось в действие мускульной силой рабочих с помощью лебедок.
ОБОРОНЯЕМ ВХОД И ВЫХОД
Главнейший узел любой крепости,но ’месте с тем и самое слабое место в обороне, — это вход / выход Деревянные крепостные ворота, встроенные в каменные стены и башни, легко пробивались таранами или просто сжигались. Поэтому они чаще всего были защищены входным узлом В него входили башни, где располагались лучники Поскольку вокруг крепостных стен, как правило, был выкопан рсв, мост делали подъемным Б поднятом состоянии он служил дополнительной защитой. К тому же ворота закрывались стальной решеткой — аналогом современных оконных решеток. Она представляла собой набор надежно скрепленных между собой прутьев из стали. Решетки средневековых крепостей были подъемными. Внутри крепостных стен имелись ручные механизмы поднятия моста,а опускались и решетка, и мост под действием силы тяжести.
КОНСТРУКЦИЯ СРЕДНЕВЕКОВОГО ПОДЪЕМНОГО МОСТА
Для переправы через небольшие ручьи и речушки средневековые инженеры создавали двухстворчатые подъемные мосты. В принципе, их аналоги, более прочные и оснашенные двигателями, строят и в наше время. Створки моста соединялись цепями или канатами со свободными концами коромысел. На другом конце этих коромысел укреплялись противовесы. Потянув за противовес через блочные передачи, можно было поднять створки А опускались они в исходное состояние под действием собственной тяжести
Противовесы
Коромысла подъемниког
Стойки коромысел
Створки моста
Лебедки для подъема моста
- Балка подъема и опускания моста
Подъемная решетка ворот
Ручная лебедка подъема решетки
Ручная лебедка подъема моста
Подъемный мост
Ров с водой
Р Кабестан и гелеполис
Представь, что ты находишься на борту пиратского корабля, где пираты с криками «Ио-хо-хо!» поднимают паруса или вытаскивают сундуки с сокровищами из морских глубин. При этом на помощь джентльменам удачи приходит один хитрый механизм — кабестан. Он позволяет команде из нескольких человек выполнять работу, которую изначально могли осилить лишь гиганты. Благодаря этому устройству моряки вытягивали на палубу тяжелые якоря, поднимали на борт крупногабаритные грузы и даже стаскивали обратно в море суда, севшие на мель. Но кабестан мог использоваться не только на кораблях. Его применяли в портах для погрузки и разгрузки товаров, на стройках для перемещения тяжелых каменных блоков, а иногда даже в театрах, чтобы поднимать и опускать сцену или декорации.
КАК РАБОТАЕТ КАБЕСТАН?
f
? В старину на парусных кораблях вращение кабестана часто сопровождалось пением, чтобы морякам веселее работалось.
Но не только для этого! Песни помогали держать ритм, чтобы все толкали кабестан синхронно.
Кабестан представляет собой стоящую вертикально катушку или барабан, на которые наматывается веревка. Его можно назвать перевернутой вертикально лебедкой. Кабестан использует в своей работе принцип рычага Рабочие толкают ручки (или рычаги), закрепленные на кабестане лучевым способом Чем длиннее рычаг, тем меноше усилий нужно приложить, чтобы повернуть барабан
«ЗАХВАТЧИК ГОРОДОВ»
Гелеполис (в переводе с греческого «захватчик городов») представлял собой гигантскую осадную башню Он был изобретен в древние аремена для штурма укрепленных городов Башня была построена по приказу полководца из Афин Деметрия I Полиоркета, одного из преемников знаменитого полководца Александра Македонского. Башня имела высоту около 45 м и состояла из 9 ярусов, вес конструкции достигал 150 т. Для передвижения башни использовались большие колеса, которые позволяли придвигать ее к гооодским стенам, а поворот башни производил-
ся при помощи гигантского рулевого кабестана
На каждом этаже башни находились различные виды осадных орудий,
такие как катапульты и баллисты
штурмовые мосты на башне не устанавливались, она использовалась
как передвижная артиллерийская батарея
Открывающиеся орудийные порты
На верхних пяти орудийных этажах
На нижних этажах
под орудийными ярусами размещались подвижная платформа и устройство управления
Подъемные штурмовые мосты перекидывались на стены
вражеской крепости
Внешний вид гелеполиса.
Вь'сота башни позволяла ей возвышаться над любыми вражескими стенами
Конструкция башни включала дерег.янные балки и поперечины, укрепленные железом для обеспечения прочности
Для защиты от зажигательных — снарядов башня была покрыта железными пластинами и свежими шкурами животных
стояло по три (по другим сведениям, по две) 14-и 27-килограм-мовые
Рулевой кабестан
Ходовая часть гелепол1кл
На первом орудийном этаже располагались три катапульты, дне из которых метали снаряды весом до 30 кг, и одна — 27-килограммовые камни
Поворотные элементы колес, управляемые от кабестана через цепи
Колеса
Башня управлялась и приводилась , действие множеством рабочих, число которых достигало 3400 человек
Полиспаст —
как превратить
в силача кого угодно
Это устройство помогает человеку поднимать и перемещать такие тяжелые вещи, которые даже самые сильные супергерои поднимут с трудом! Но, в отличие от героев комиксов, людям не нужны сверхспособности, чтобы справиться с этой задачей. Понадобятся лишь длинная веревка, несколько блоков и знания о том, как работает полиспаст. Если кратко — подвижные блоки полиспаста существенно уменьшают силу, необходимую для поднятия груза, как если бы у рабочего внезапно выросли невидимые мускулы, которые помогают ему выполнять тяжелую работу.
ЧТО ТАКОЕ ПОЛИСПАСТ?
Точка опоры
Сила тяжести груза
Точка споры рычага
Неподвижный блок полиспаста можно рассматривать как рычш ч: реж-,ы“н rwih Сам по себе такой блок не дает выигрыша в силе, но позволяет г знание -aru a ip*-на действия приложенной силы: гирю надо не поднимать вверх, а гя-гуть шик.
Прилагаемая сила
Полиспаст — это такой механизм, который помогает поднимать тяжелые предметы с использованием системы блоков и тросов. Его изобретение приписывают Архимеду. Блок у полиспаста может быть один, а может быть и несколько, Вращающийся подвижный блок
Лебедки, рычаги и опоки
Простой полиспаст с единственным неподвижным шкивом не дает выигрыша в силе (выигрыш только в направлении приложения силы)
Двойной полиспаст с двумя шкивами (один подвижный, один неподвижный) дает выигрыш в силе в два раза
Сила	Прилагаемая
тяжести сила груза
Тройной полиспаст с двумя подвижными шкивами дает выигрыш в силе в четыре раза, он называется степенным, выигрыш от силы с каждым последующим подвижным шкивом не складывается, а умножается на два
значительно уменьшает усилие, необходимое для подъема груза,
распределяя вес между несколькими участками веревки. Чем больше блоков в системе, тем легче поднимать тяжести Когда вращающихся блоков много и они связаны в еди-
ную систему, человек реально ста-
новится сверхсильным суперменом.
НАГЛЯДНЫЙ ЭФФЕКТ ПОЛИСПАСТА
Одним из самых известных примеров применения полиспаста Архимедом является легенда о том, как он якобы переместил практически в одиночку тяжелый корабль в присутствии всей знати города Сиракузы. При этом ученый использовал лебедку (или несколько лебедок) и систему блоков и канатов неизвестной конструкции
В степенном полиспасте с пятью шкивами (четыре подвижных, один неподвижный) сила, которая действует на первую веревку, равна половине груза, на вторую веревку — четверти
груза, на третью — восьмой части, на четвертую — шестнадцатой и т. д. Таким образом, выигрыш в силе равен 16
УЧЕНЫЙ С ОСТРОВА СИРАКУЗЫ
Архимед Сиракузский жил примерно 2300 лет назад на острове Сиракузы. Этот выдающийся древнегреческий ученый внес значительный вклад в математику, физику, инженерию и астрономию Он известен своими многочисленными открытиями и изобретениями, которые оказали огромное влияние на развитие техники
Такелаж корабельный — \ помощник гв управлении кораблем
В первую очередь полиспаст позволил существенно нарастить и усилить систему корабельного такелажа. А это значительно облегчило управление самым сложным парусным кораблем своего времени. Любой матрос на парусном корабле должен был знать назубок каждый канат такелажа — этой сложнейшей системы канатов и блоков. На страницах этой книги мы не сможем описать все составные части такелажа - мы лишь познакомимся с общими принципами устройства и работы некоторых частей этой системы.
Hliwun
1КШПШ
fl ь* Корабельный такелаж (от нидерландского take!, что означает «оснастка») представляет собой набор всех снастей, которые обеспечивают выполнение ключевых задач: управление парусами, перемещение и фиксацию грузов и т. д.
ТАКЕЛАЖНЫЙ БЛОК -ВАЖНАЯ «МЕЛОЧЬ»
Важнейшим звеном системы такелажа является такелажный блок диаметром 20-30 см Его можно назвать деойным (или тройным) полиспастом «в сборке». Такой блок состоит из прочных стальных роликов-шкивов, крепящихся на оси внутри деревянного корпуса. Через ролики протягивают канаты, веревки и цепи. На од-ном-единственном парусном судне моглс быть несколько сотен таких блоков - настолько важна эта небольшая, но очень
полезная деталь.
Скобы крепления веревок
такелажною блока
КАК РАБОТАЕТ ТАКЕЛАЖНЫЙ БЛОК: ВАРИАНТ1
Блоки могут использоваться как по одному, так и в парах. В представленном варианте трос намотан на шкивы двух блоков - верхнего и нижнего - по системе полиспаста Верхний блок закреплен неподвижно, нижний — подвижный. Один конец троса закреплен на скобе верхнего троса. Фокус такой конфигурации вот в чем. При натяжении свободного конца троса нижний блок будет подниматься вверх. Если к скобе ниж-
него блока прикрепить крючок, получится подъемный кран, с помощью которого можно поднимать и опускать грузы.
КАК РАБОТАЕТ ТАКЕЛАЖНЫЙ БЛОК: ВАРИАНТ 2
Конфигурация пары блоков почти такая же, как в варианте 1 Однако в этом случае нижний блок также закреплен неподвижно (например, прибит к деревянному борту судна). Через оба блока пропущен трос такелажа. Если потянуть за свободный конец троса, он начнет натягиваться. Такой механизм используется при необходимости очень сильного натяжения такелажа
ТАКЕЛАЖНЫЙ ЮФЕРС: МОРСКОЕ КОЛЕСО
БЕЗ МАШИНЫ
Юферс — это такой морской «бублик» с дырочками. Такое приспособление используется вместе с канатами как небольшой, но очень важный механизм в такелаже. В парусном флоте юферсы применяются в парах. Один из них крепится неподвижно к основе, другой служит для натяжения каната такелажа. Система натяжения юферсов похожа на завязывание ботиночных шнурков Канат поочередно вдевается во все шесть отверстий двух юферсов, создавая
ВЕРЕВКИ, КОТОРЫЕ ПРАВЯТ МОРЕМ!
Такелаж парусного корабля — это сложная система канатов, тросов и блоков, которая управляет парусами. Казалось бы, обычные веревки, но именно они повелевают ветром. С помощью такелажа моряки могут поднимать, опускать и натягивать паруса, направляя корабль по нужному курсу. Без него парус просто висел бы, как занавеска, и корабль не смог бы отправиться в путь. Такелаж — это как руки и ноги корабля, благодаря которым он уверенно бороздит морские просторы!
Рычаг — простой помощник с большой силой
Внимательный читатель уже не раз встречал термин
«рычаг» в этой книге: по правилу рычага работают многие механизмы. Рычаг — одно из самых простых и вместе с тем незаменимых изобретений всех времен. На первый взгляд рычаг - эго всего лишь палка, но при правильном применении она становится настоящей волшебной палочкой, которая помогает людям двигать горы (ну почти). Правило рычага простое и понятное каждому. Рычаг имеет точку опоры. Когда человек нажимает на один его конец, другой поднимается вместе с грузом. Это один из самых «умных» способов использования физики в повседневной жизни.
Усилие, которое прикладывается к одному из концов рычага
Рычаг — палка
КАК РАБОТАЕТ РЫЧАГ?
Здесь важен один секрет: чем дальше от точки опоры прикладывается сила, тем легче поднимать тяжелые вещи на другом конце То есть если рычаг длинный, ты сможешь поднять что-то намного более тяжелое, чем если бы рычаг был коротким.
1 м _ ~	1 м
Точка опоры
Тяжесть в '00 кг при расстоянии от точки опоры в 1 и уравновешивает усилие в 100 кг
1м _ ”
Точка опоры
Тяжесть в 10.' кг при расстоянии от ТОЧКИ поры в 2 м уравновешивает усилие в 50 кг
f
J * Архимед, один из величайших ученых Древней Греции, однажды сказал: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Конечно, он немного преувеличивал, но смысл был ясен: с правильным рычагом можно сделать почти что угодно!
1 м
Точка
опоры
4м
Тяжесть в 100 кг при расстоянии от точки .-поры в 4 м уравновешивает усилие в 25 кг
2 м
ИЗ ИСТОРИИ РЫЧАГА
Рычаг — одно из самых древних изобретений человечества Нам доподлинно неизвестно, применяли ли древние египтяне — великая строительная цивилизация — подъемные краны. Но мы точно знаем, что для перемещения крупных строительных блоков они использовали рычаги
Подъемный конец рычага с кувшином
ШАДУФ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ
И СТРОИТЕЛЬНЫЙ
Около 200г.-150С гг. до. н. э. в Египте, а также в Индии появился шадуф Поначалу этот механизм использовали для подъема воды. С конструктивной точки зрения шадуф представлял собой простой рычаг, состоявший из вертикального столба (опоры рычага) и подвижно установленной горизонтальной балки На противоположных концах балки были закреплены емкость для черпания воды и противовес Со временем появился увеличенный и значительно укрепленный по сравнению с сельскохозяйственным строительный шадуф — своеобразный древний подъемный кран.
Точка опоры рычага
Конец рычага с отягощением
Система блоков и канатов использовалась для передачи механической силы при подъеме грузов
Ступальное колесо опускало и поднимало груз через систему блоков и канатов у —	 Г
ПРЕДОК СОВРЕМЕННЫХ КРАНОВ
 Шадуф (или колодец-журавль) — особое подъемное колодезное устройство, состоящее из массивной балки.
установленной на оси, с ведром или цепью на одном конце и грузом на противоположном.
Крупная барабанная лебедка применялась для подъема и опускания вертикальной мачты
f Основная вертикальная мачта крепилась к земле, где расположена точка опоры
। рычага
1С0 г. до н. э. Древнеримский кран, известный как витрувиан-ский кран, получил свое название в честь Марка Витрувия Поллиона, римского архитектора и механика, который у* описал конструкцию и использование подъемных механизмов Считается, что именно римский кран стал прототипом средневековых кранов. \ , jf
Как строили древнеегипетские пирамиды?
Пирамиды Древнего Египта — это огромные каменные «горы» совершенной геометрической
формы. Каждая пирамида была местом захоронения фараона - правителя Древнего Египта, который считался ни много ни мало божеством. Поэтому пирамиды были гигантскими и величественными, как и полагается усыпальницам божества. Как же египтяне возводили эти сооружения? Все очень просто: они использовали хитроумные приемы и... законы физики.
СЕКРЕТЫ НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ
В чем уверены абсолютно все историки, так это в том,
что никаких пирамид древним египтянам построить не удалось бы без такого физического явления, как наклонная плоскость. Наклонная сторона плоскости всегда длиннее, чем вертикальная. Поэтому, перемещая груз по наклонной пло
Деревянные наклонные пандусы строились для перемещения стройматериалов с уровня на уровень
Строительство пирамиды
Колесные повозки, уменьшающие трение волочения, были сложнейшими древними-
устройства
скости, а не поднимая его вертикально, мы всегда проигрываем в расстоянии. Но зато выигрываем в работе! Ведь тащить предмет по наклонной плоскости намного легче, чем подни-
мать его вертикально вверх.
Полное усилие
Вертикальная сторона наклонной плоскости Наклонная сторона
Для перемещения
использовались
вьючные животные
*
СТУПЕНЧАТАЯ СИСТЕМА
Сохранилось описание строительства древнеегипетских пирамид, сделанное древнегреческим историком Геродотом Галикарнасским (жил в V в. до н. э., то есть примерно 250G лет назад) Из описания следует, что египтяне использовали ступенчатую систему строительных подъемников С одного уровня на другой самые массивные и тяжелые строительные материалы поднимали шадуфами Более мелкие и легкие стройматериалы перемещались по наклонным пандусам с помощью колесных повозок, тачек, а также вручную и на вьючных животных Строители пирамид поднимали грузы, возводя наклонные рампы, по которым их тянули Эти рампы были пологими,так что тянуть было легче по сравнению с вертикальным подъемом вручную
С другой стороны, древнегреческий историк Диодор Сицилийский (жил в I в. до и. э., то есть примерно 2100 лет назад) отмечал: «Постройка пирамид велась при помощи насыпей, так как в те времена еще не были изобретены подъемные орудия». Откуда оба историка черпали информацию — неизвестно, ведь пирамиды были построены за полтора-два тысячелетия до рождения этих двух ученых мужей.
Рычаги
жизни
в повседневной
Хочешь узнать, где можно встретить рычаги в наши дни? Они буквально повсюду! Оказывается, каждый инструмент и механизм, использующий принцип рычага, относится к одному из трех родов, ведь рычаги бывают первого, в торого и третьего рода. И вот здесь начинается самое интересное! Каждый род рычага отличается тем, где находятся опора и груз, а также тем, в каком месте прикладывается сила.
РЫЧАГИ ПЕРВОГО, ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО РОДА
Рычаги первого рода имеют точку опоры посередине, а на противоположных концах рычага — прилагаемую силу и нагрузку Когда ты нажимаешь
на один конец, нагрузка на другом конце поднимается. В рычагах второго рода нагрузка находится в середине между точкой опоры и прилагаемой силой. В рычагах третьего рода сила прикладыва-
САДОВЫЕ КУСАЧКИ, НОЖНИЦЫ, ОТКРЫВАЛКА И ГВОЗДОДЕР
Вот несколько примеров рычагов первого Когда ты режешь бумагу ножницами, твои
рода, руки
действуют как рычаги, а точка опоры — это место, где скреплены лезвия. То же самое справедливо и по отношению к садсвым кусачкам, только они обрезают веточки деревьев или кустоь. Гвоз-
ется между точкой опоры и грузом
Точка опоры
Нагрузка
Усилие
Ножницы,
Гвоздодер.
Нагрузка
Точка опоры
Усилие
Усилие
ЩИПЦр. д->. .ЛГ.л орй-.сь
Точка опоры
Нагрузка
Усилие
Усилие
Точка опоры
Усилие
Нагрузка
Гаечный ключ
Точка опоры
Усилие
ПИНЦЕТ И ЛОПАТА
Нагрузка
Нагрузка
Точка опоры
ЩИПЦЫ для колки ОРЕХОВ, ТАЧКА, ОТВЕРТКА И ГАЕЧНЫЙ КЛЮЧ
додеры тоже действуют по правилу рычага точкой опоры служит место упора гвоздодера в доску Бутылочная открывалка открывает твой любимый лимонад по правилу рычага с точкой опоры в той части, которая упирается в крышку бутылки
Когда ты пользуешься щипцами для колки орехов, ты применяешь рычаги второго рода - ручки помогают сжимать орехи, а место их соединения является точкой опоры. Садовая тачка — в чистом виде рычаг второго рода вес поднимается руками садовника за рукоятки тачки, а точкой опоры служит ось колеса Отвертка тоже закручивает / выкручивает винты и шурупы по правилу рычага второго рода с точкой опоры в головку ьинта / шурупа. Гаечный ключ закручивает / откручивает гайки также по принципу рычага с точкой опоры в центре гайки.
Пинцет — инструмент для оперирования
мелкими предметами (к примеру, если нужно вытащить занозу из пальца) — работает как рычаг третьего рода сточкой опоры в месте соединения рычагов. Если ты когда-либо копал землю лопатой, то ты точно пользовался рычагом третьего рода Деревянная рукоятка и есть ро(чаг, а точка опоры — это рукоять, за которую мы держим лопату.
Пинцет
Замок, подъемный кран и самосвал — рычажные механизмы
Наверняка ты уже хоть раз пробовал закрыть или открыть замок в своей квартире. Никогда не задавался вопросом, что происходит, когда ты вставляешь ключ в замочную скважину? И как с этим связаны строительные краны, а также самосвалы? Давай разбираться вместе.
Исполнительная часть цилиндрового замка — это набор подпружиненных штифтов, состоящий из трех частей: пружин, запорных штифтов и кодовых штифтов. Штифты запирают поворотную часть (сердечник), если ключ не вставлен или вставлен не тот ключ.
Пружины
Кодовые штифты
Запорные штифты
Освобожденная
от стопора дужка открывает замок
Провернутый сердечник
Только когда вставлен нужный ключ.зубцы которого подогнаны к размеру кодовых штифтов, запорные штифты устанавливаются выше линии открытия замка. Это позволяет провернуть ключ
Ты, наверное, уже заждался ответа, где же тут рычаг? Так вот он: ключ проворачивает сердечник по закону рычага против часовой стрелки —
ВОЛШЕБНЫЙ КЛЮЧИК
Каждый раз, вставляя клюй в замок, ты словно по волшебству запускаешь целую цепочку физических законов и сил. Сам ключ играет роль длинной наклонной поверхности, облегчающей усилия по открытию / закрытию замка Все штифты, а также дужка замка, подперты пружинками, использующими силу упругости пружинящего материала. И, наконец, сердечник проворачивается по правилу рычага.
КРАН САМОПОДЪЕМНЫЙ
Наверное, ты уже догадался по примерам древних подъемных кранов, что краны поднимают груз по принципу рычага. Однако существуют краны, которые сами себя достра-
ивают по этому же принципу. Это самоподъемные башенные краны. Они самонаращивают свое основание для строительства этажей все
и замок открывается.
вь!ше и выше.
Основные пролеты башни (выделены белым)
— Башня крановщика
Основные пролеты башни закончены: выше уже не подняться.
Дополнительный пролет надстраивается над основным, кран может подниматься выше.
Технический пролет башни (выделен красным)
Технический пролет
Дополнительный пролет
Кран поднимает дополнительный пролет, устанавливает его на площадку техническсго пролета.
САМОСВАЛЫ
Уже по названию этого типа грузовых автомобилей понятно и их общее устройство и предназначение. Эти грузовики «сами сваливают» свои грузы. Водителю самосвала необходимо лишь поднять кузов с помощью специального механизма на гидравлике. Он работает по правилу рычага второго рода приложенная сила гидравлики на одном конце рычага, точка опоры — на другом, нагрузка (содержимое кузова) расположена между ними. Далее груз (песок, земля, щебень и прочее) сам высыпается на землю под действием силы тяжести. Существуют две схемы опрокидывания кузова самосвала. Самая распространенная - опрокидывание назад. Реже
Самосвал в исходном состоянии.
Самосвал с опрокидыванием кузова назад
Открыт задний борт
Гидравлический — подъемник
Приложенное усилие рычага
Высыпание
Гидравлический подъемник поднимает переднюю часть куз- за
Приложенное усилие рычага
1очка опоры рычага  задней части кузона
Высыпание груза Точка опоры рычага Открыт боковой борт
применяется схема с опрокидыванием вбок.
поднимает боковую часть кузова
Самосвал с опрокидыванием кузова вбок
Бульдозер,харвестер и погрузчик
Задумывался ли ты, с помощью каких физических законов такие огромные машины, как бульдозеры или погрузчики, поднимают и перемещают горы земли или гигантские ящики? Каждый из этих мощных агрегатов — настоящий силач в мире механизмов, но их секрет заключается не только в размерах. Все они используют древний и надежный физический принцип - закон рычага, который помогает им поднимать и перемещать тяжести, экономя силы. Поэтому, когда в следующий раз увидишь, как трудится бульдозер или погрузчик, знай: их сила не только в металле, но и в науке!
БУЛЬДОЗЕР - ВЫРАВНИВАТЕЛЬ ГРУНТА
С помощью бульдозеров разравнивают грунт на строительных площадках, возводят насыпи, разрабатывают котлованы, копают траншеи под фундаменты домов, засыпают рвы и ямы, расчищают территории от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев и строительного мусора Основной инструмент бульдозера — отвал, закрепленный в носовой части машины, перед двигательным отсеком Оператор
из кабины управляет отвалом через мощные гидравлические подъемники, действующие по принципу рычага
Точка опоры рычага подъемного механизма машины
Точка опоры рычага бульдозерного козша
/----------------------------------------
В 1970 году японская машиностроительная компания Komatsu Limited смогла создать настоящий подводный бульдозер D155W, способный работать на глубине до 60 метров! На данный момент произведено всего 36 подобных машин.
-
ХАРВЕСТЕР - СБОРЩИК «ДЕРЕВЯННОГО УРОЖАЯ»
Древесина — древнейший материал из всех доступных человеку, из которого изготавливают многие предметы обихода В первую очередь это
мебель, кроме того, из дерева строят теплые и уютные дома. Большим подспорьем лесорубам — заготовщикам древесины служат специализированные лесозаготовительные машины Главной из них считается лесозаготовительный комбайн, называв-
Точка опоры рычага хвата
Харвестер.
Точка опоры рычага подъемного механизма
мый харвестером. Он спиливает деревья, обрезает сучья и нарезает стволы на бревна определенной длины Главный инструмент харвестера — рабочая головка, установленная на длинной складной «руке» с гидравлическим приводом.
КОВШОВЫЕ ПОГРУЗЧИКИ -ПОМОЩНИКИ ГРУЗОВИКОВ
Если необходимо заполнить кузов самосвала или грузовика, насыпать гору песка или гоа-вия, не обойтись без машин, оборудованных погрузочным ковшом Они так и называются — ковшовые погрузчики. Ковшовый погрузчик — это еще один мастер рычага! Используя его принцип, он поднимает большие кучи песка, земли или камней с помощью своего ковша Погрузочный ковш и погрузочная стрела составляют рабочий инструмент машины. Он управляется от гидравлического привода
ВИЛОЧНЫЙ ПОГРУЗЧИК -ПОДЪЕМНИК ДЛЯ КОРОБОК
Не следует путать ковшовые погрузчики с техникой другого типа — вилочными погрузчиками Эти небольшие машины оснащаются погрузочным механизмом, похожим на вилку с двумя зубьями. Вилочный погрузчик своей вилкой может поднять только грузы в виде твердых тел контейнеры, тюки или ящики, крупные автомобильные детали и агрегаты и прочее. Как же ему это удается? Снова с помощью рогчага!
Вилочный погрузчик.
Точка опоры рычага подъемного вилочного
механизма
Сила упругости пружины.
Сила упругости
А теперь поговорим о чудесной способности некоторых материалов принимать прежнюю форму после того, как их согнули, растянули или сжали, Речь пойдет об упругих материалах. Представь себе: ты растягиваешь резинку, а она, стоит только ее отпустить, возвращается к исходной форме. Это происходит благодаря силе упругости!
ЧТО ТАКОЕ УПРУГОСТЬ?
Давай проведем несложный эксперимент: возьми небольшую пружину, сожми ее в пальцах, а затем отпусти Что произойдет? Пружина вернется к своей изначальной форме Такие метаморфозы определяются силой упругости Когда некоторые силы воздействуют на упругий материал, внутри него происходят значительные изменения Атомь! и молекулы сдвигаются, но при этом всегда стараются вернуться на свои места, как только сила перестает действовать, как будто материал «помнит», каким он был до деформации, и хочет таким остаться
Я	Б 1943 году инженер Ричард Джеймс Томпсон
работал нац пружинящим устройством, которое позволяло бы компенсировать морскую качку для чувствительных корабельных приборов. Однажды он случайно столкнул пружину с полки и увидел, как она сначала «шагнула» на стол, затем на пол и собралась в тугом положении. Томпсон решил, что такая пружина может стать отличной игрушкой. Благодаря его изобретательности шагающие по лестницам пружины, получившие название Slinky, завоевали огромную популярность. Позже появились и пластиковые пружины с яркой окраской, известные как «радуга».
ПРУЖИННЫЕ АМОРТИЗАТОРЫ АВТОМОБИЛЯ
Когда машина едет по ухабам и кочкам, она трясется и подпрыгивает. Чтобы перемещаться по неровной поверхности с комфортом, люди изобрели пружинные амортизаторы, которые помогают автомобилю плавно преодолевать небольшие препятствия. Они используют силу упругости, накапливаемую в пружине и гидравлическом механизме. Когда машина наезжает на камень или кочку, пружина сжимается, а затем плавно возвращает колеса в исходное положение. Гидравлическая жидкость внутри амортизатора контролирует скорость этого движения, делая его более плавным.
АМОРТИЗАТОР
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ: ПРУЖИННАЯ ТЕЛЕЖКА
Когда поезд мчится по рельсам, он не подпрыгивает, как мячик, а плавно катится вперед. Секрет его ровного хода заключается в железнодорожной амортизационной тележке Внутри нее есть специальные устройства — пружинные амортизаторы. Когда колеса поезда наталкиваются на неровности рельсоз, амортизаторы сжимаются, поглощая вибрации. Поэтому поезд едет мягко, создавая тем самым удобства
Пружина сжимается при ударе, поглощая энергию неровностей, а затем выпрямляется, возвращая автомо6иль на равную дорогу
под нагрузкой
без нагрузки
предотвращая чрезмерное «подпрыгивание» и обеспечивая комфортную езду
Колесо
Верхний рычаг
Дисковые
тормоза
Нижний рычаг
Ось колеса
А
Вертикальная стойка
/ * / -г & X о*
ПОДВЕСКА НА ЛИСТОВЫХ РЕССОРАХ
Листовая рессора — это набор металлических пластин, уложенных друг на друга в форме дуги и использующих силу упругости. Когда автомобиль наезжает на кочку, эти пластины слегка изгибаются, поглощая удары и распределяя вес машины по всей длине рессоры. Рессора действует как пружина, но, в отличие от обычных пружин,она лучше справляется с большими нагрузками. Чем больше листов в рессоре, тем увереннее она может поддерживать тяжелые грузы Листовые рессоры вместо пружин-
для пассажиров и сохраняя в целости грузы.
Комплект рессорных
Сила упругости пружин амсртизатс
Сила тяжести
Рессорная балка
Колесная пара
Боковая рама
Букса — стальная коробка с подшипником и смазочным
ных амортизаторов используются в грузовых машинах.
материалом
I Рогатка, лук и арбалет
Знаешь, что общего у рогатки, стрелкового лука и арбалета? Все они используют силу упругости, чтобы накапливать энергию и потом отдавать ее метательному снаряду. Как это происходит? Во-первых, в этих устройствах используются материалы, способные накапливать энергию натяжения. Во-вторых, они изготовлены по особой конструкции, которая также содействует этому процессу. Специальные механизмы накапливают энергию, когда их тянут, сжимают или изгибают, а потом мгновенно отдают ее метательным снарядам, заставляя их лететь с высокой скоростью.
РОГАТКА: СИЛА ТЕТИВЫ
Самый простой материал, накапливающий энергию, хорошо тебе знаком — это резина. Когда ты ее растягиваешь, она накапливает энергию, как сжатая пружина. Отпустишь — резинка резке зернется в исходное положение, передав накопленную энергию какому-либо предмету. Именно по такому принципу работает простейший метательный механизм — рогатка В современных рогатках в качестве тетивы используется резинка, в древности для этих целей применяли жилы животных и упругие веревки.
Тетива рогатки оттянута назад до максимума, накопив энергию натяжения
ЛУК: СИЛА ТЕТИВЫ ПЛЮС СИЛА ИЗГИБА
ПЛЕЧ
Лук работает по тому же принципу, что и рогатка, но у него есть существенная особенность; сила упругости кроме тетивы накапливается еще и благодаря изгибу деревянных плеч лука. Когда стрелок отпускает тетину, стрела летит, используя накопленную энер-
гию сразу двух материалов.
тетивы и плеч лука.
начинает возвращаться
в исходное состояние,	И	II
отдавая накопленную	И	I
энергию снаряду	Н
Тетива полностью отдала энергию натяжения метательному предмету (камню)
Плечи лука изготавливают из упругих материалов, например, из дерева особых пород
Тетивз
Лук в исходном состоянии
АРБАЛЕТ: ЛУК ПЛЮС ТЕТИВА ПЛЮС МЕХАНИЗМ НАТЯЖЕНИЯ
Для стрельбы из арбалета используются специальные стрелы, называемые болтами, они намного тяжелее стрел луков и способны пробить более толстую и прочную броню
Больше тысячи лет назад был изобретен арбалет, который можно назвать суперлуком Он гораздо мощнее обычного лука, потому что в его конструкции используется натяжной механизм, который натягивает тетиву дальше, чем человек может сделать это рукой. Кроме того, в арбалете имеется механизм фиксации тетивы в натянутом положении Эыстрел происходит после нажатия на спуско вой крючок, как у ружья. Это приспособление позволяет точнее прицелиться и значительно облегчает стрельбу
БЛОЧНЫЕ ЛУКИ И АРБАЛЕТЫ
Примерно полвека назад были изобретены блочные луки и арбалеты с системой колесиков-шкивов (блоков), расположенных на концах дуг. Это видоизмененный аналог полиспаста. Блоки дают стрелку механическое преимущество в силе натяжения тетивп! и способствуют особому комфорту при прицеливании. В луках используется система тросов для накопления энергии и уменьшения силы напряжения руки до 90 процентов. Другое преимущество блочного лука — это ускорение стрелы В обычном луке максимальное усилие, передаваемое стреле, достигается при полной растяжке тетивы. В блочном луке усилие от тетивы к стреле за счеттросов нарастает постепенно до полного вылета метательного снаряда.
Механизм фиксации тетивы
могут устанавливаться железные плечи, они намного мощнее деревянных плеч луков
в натянутом положении эблегчает
прицеливание
S Самая простая конструкция, которая используется в блочных луках и арбалетах, — одинарный блок. Применяется один ведущий блок, закрепленный на нижнем плече, и один ведомый блок на верхнем плече. Тетива одним концом крепится к нижнему блоку, проходит через верхний блок и затем идет обратно на нижний блок. Трос обеспечивает правильное вращение блоков во время натяжения тетивы и сжимает оба плеча, чтобы запасти энергию, передаваемую стреле.
Тетива в исходном положении
Плечо лука
— Плечо лука
Ось верхнеп. блока
Ось нижнего блока
Натянутая тетива
Метательные машины древности
Ты когда-нибудь хотел запустить что то
далеко-далеко, например, перебросить камушек через речку? Древние греки
и римляне делали это очень давно, но только они метали не камушки, а огромные снаряды, чтобы проламывать крепостные стены и побеждать врагов. Все эти метательные механизмы использовали силы натяжения и упругости и работали по принципу рычага.
ДРЕВНЕГРЕЧЕСКАЯ КАТАПУЛЬТА
Предположительно, в 399 г до н. э. была изобретена древнегреческая катапульта. Она стреляла навесом камнями, чугунными ядрами, зажигательными бомбами Катапульта работала как рычаг третьего рода на одном конце рычага крепилась корзина с ядром, на другом — торсион с запасаемой энергией. Торсион скручивался, накапливая энергию. После спуска конец рычага с корзиной резко выбрасывался вперед-вверх. Затем рычаг тормозился, ударяясь о мягкий стопор, а ядро летело дальше под действием силы инерции.
ДРЕВНЕРИМСКИЙ ОНАГР
Древнеримским аналогом греческой катапульты был онагр. Энергия для метания у него накапливалась перед выстрелом не только в скручиваемых жгутах, но и в тетиве, и в дугах громадного лука. Онагр использовал для метания тяжелую балку, которая резко взлетала вверх, как мощная рука, по принципу того же рычага, и отправляла снаряды вверх-вперед.
жгутах жестких волокон (как правило, конского волоса), находившихся в точке опоры рычага
жгуты располагались
у осноьания	Тетива громадного лука также
метательного рычага
запасала энергию метания
Метательные торсионы из скрученных волокон, запасающие энергию метания
Направляющая для снарядов
Древнеримские метательные машины (слева баллиста, справа катапульта) во время осады города
Метательные плечи
ДРЕВНЕРИМСКАЯ БАЛЛИСТА: ГИГАНТСКИЙ КАМНЕМЕТ
Основным видом метательных машин Древнего Рима были баллисты. Их можно назвать увеличенными арбалетами, но при стрельбе из них использовались камни или железные шары Впрочем, стрелами баллисты тоже могли стрелять. Принцип работы был таким же, как у арбалета, но размер и мощность куда больше. Баллиста использовала два мощных рычага, установленных в метателоные торсионы, и механизм натяжения тетивы.
Упругие плечи метательного механизма
Скорпион, он же уменьшенная баллиста, был основным видом метательных машин Древнего Рима. В качестве снарядов для скорпиона использовались огромные стрелы длиной до 4 5 м. Он работал так: натянутая тетива и плечи за счет упругости запасали энергию. Эта энергия во время выстрела запускала метательный снаряд, установленный в пусковом желобе.
_________—______/
Винт: кручение и движение вперед
Винт - настоящий волшебник в мире механизмов. Он может показаться неприметным, но как только ты узнаешь, на что он способен, ты точно удивишься. На первый взгляд, винт - это простой стальной цилиндр с витками резьбы на поверхности. Резьба здесь сплошная, непрерывная и винтообразная: она начинается на конце винта и часто доходит до головки. 11 именно она превращает винт в настоящий механизм, хотя и простейший.
КАК РАБОТАЕТ ВИНТ?
Пинтовая резьба - это та самая закрученная линия выступе" вокруг гинта, благодаря которой он может ввинчиваться в поверхность Когда мастер начинает закручивать винт, он не просто юащается, но и постепенно погружается в материал, будь то дерево, пластик либо заранее сделанное отверстие с такой же резьбой. Винт используется как приспособление для получения выигрыша в силе, поскольку резьба — это длинная непрерывная наклонная плоскость, обернутая вокруг цилиндра (вспомним, как древние египтяне строили пирамиды и как им при этом помогала наклонная плоскость).
СВЕРЛО ПО ДЕРЕВУ
Примерно 23G0 лет назад люди начали применять винтовое сверло по дереву Его изобретение приписывают знаменитому Архимеду, хотя, видимо, это не совсем так. Важно то, что сверло играло огромную роль в деревянном кораблестроении вплоть до XIX в.
ШУРУПЫ, БОЛТЫ И САМОРЕЗЫ
Около 1678 г. с помощью режущих штампов кузнецы начали изготавливать шурупы / саморезы, а также винты — крепежную «мелочь», без которой невозможно представить ни современную промышленность, ни домашнее хозяйство С их помощью скрепляются детали предметов и механизмов
Винтовое сверло.
Виды крепежа.
Шуруп с заостренным кончиком, _ ввинчивается е дерево
Фланцевый болт предназначен для создания устойчивых к вибрации соединений
Винт с шестигранным углублением под особый (торцевой) ключ
Винт с полупотайной головкой, частично утапливаемой в отверстие
Винт с потайной головкой, полностью утапливаемой
головкой и гайкой

СОВРЕМЕННЫЕ СВЕРЛА
Современные сверла представляют собой режущий инструмент в Форме правильного штыря, выполненного из высококачественной прочнейшей стали. Поверхность этого инструмента покрыта заостренной пинтовой резьбой. Сверло своими режущими кромками может вворачиваться в различные материалы — дерево, пластмассу, сталь — и образовывать в них отверстия, к примеру, для последующего соединения крепежом.
ДРЕЛЬ: СИЛА
В СКОРОСТИ
Сверло по металлу
Ручная развертка для финишной обработки отверстий после сверления
предварительного отверстия для последующего сверления
части отверстии под головки шурупов и
ВРАЩЕНИЯ
Дрель — это инструмент, который использует вращательное движение, чтобы проделывать отверстия в разных материалах, от дерева до бетона. Инструмент дрели — это сверло, а мотор внутри нее заставляет это сверло очень быстро вращаться вокруг своей оси За счет своего вращения свер-
болтов
ло проходит сквозь материал, как маленький бур, который роет тоннель. Существует и модификация дрели — шуруповерт. В него вместо сверла в качестве инструмента вставляется отвертка для закручивания шурупов и саморезон
Чтобы проиллюстрировать значимость винтовых соединений различного вида в технических устройствах, можно привести несколько примеров. В бытовой стиральной машине их насчитывается около сотни, в грузовом железнодорожном вагоне — около тысячи, в легковом автомобиле — примерно три тысячи, а в авиалайнере их число достигает 1,5 миллиона!
Прессы: винтовая
передача творит
чудеса
При вращении рукоятки винта по часовой стрелке давящая головка пресса идет вверх
Оказывается, сжать и придавить что-то с большой силой можно без особого труда, если у тебя есть правильный инструмент. Это возможно благодаря специальным устройствам, которые называют винтовыми прессами. Они используют силу винта, чтобы давить, сжимать и удерживать разные предметы. Давай разберемся, что такое винтовые прессы, на примере знакомых и незнакомых тебе инструментов,
ЧТО ТАКОЕ ВИНТОВОЙ ПРЕСС?
Пинтовой пресс — это устройство, которое использует винт, чтобы создавать огромное давление на предметы Если крутить рукоятку пресса, то винт постепенно закручивается, двигая одну часть механизма к другой и превращая вращательную силу в силу давления. Винтовые прессы полезны, когда нужно что-то крепко зафиксировать или спрессовать
Винтовой пресс-
Станина винтового пресса
Винтовой механизм позволял поднимать и -пускать давящую плиту
Рукоято вращения винтового механизма
Давящая плита
Бочка с виноградом / оливками
Слив виноградного сока / оливкового масла
Винты
При вращении рукоятки пинта против часовой стрелки давящая головка пресса идет вниз
ВИНОГРАДНЫМ
И ОЛИВКОВЫЙ ПРЕССЫ
Древнейшими механизмами, в которых использовалась винтовая подача, были прессы — простые устройства, где для выполнения различных задач применяется давление. Изначально это были задачи, связанные с приготовлением пищи, такие как измельчение и отжим продуктов, а использовались древнейшие прессы для винограда и оливок. Винтовая подача головки в прессе обеспечивает устойчивое и постепенно нарастающее давление на виноградную / оливковую массу. Пресс был важным устройством в сельском хозяйстве Римской империи
шнни
ПРЕССОВЫМ СТАНОК ГУТЕНБЕРГА
Станок Гутенберга.
Под действием винтового механизма пресс опускался, создавая равномерное давление и отпечатывая набранный текст на бумаге
Бумага аккуратно укладывалась на литерах шрифта
Наборный металлический шрифт, отлитый из металла и смазанный печатным составом, помещался  специальные рамки подвижной печатной формы
В эпоху позднего Средневековья и Возрождения появился печатный прессовый станок, который произвел революцию е производстве книг. В середине 1440-х гг. великий первопечатник Иоганн Гутенберг для своей новаторской технологии печатания книг не стал «изобретать велосипед», а позаимствовал технологию и конструкцию римского пресса для винограда и оливок и адаптировал ее для печати на бумаге Благодаря печатному прессу производство книг значительно ускорилось и удешевилось, они стали доступны широкой аудитории, что привело к бурному развитию образования и науки.
Подвижная печатная форма на салазках --
закатывалась под пресс

' । Сила давления в винтовом прессе была настолько велика, что его использовали в том числе и для чеканки монет, то есть он мог выдавливать четкие изображения на поверхности металла!
тиски - НЕЗАМЕНИМЫЙ ИНСТРУМЕНТ В МАСТЕРСКОЙ
Тиски являются настоящими чемпионами по распространенности среди винтовых прессов Практически не найдешь мастерских без верстака с тисками, хотя бы небольшими. Слесари,столяры, плотники и механики используют их для удержания деталей при обработке, ремонте или сборке Тиски могут сжимать очень прочные и тяжелые предметы, такие как металлические детали или трубы Они крепятся к ьерста-ку винтовой передачей, затем, когда мастер крутит рукоять тисков, их губки сжимаются и удерживают предмет как своеобразный железный захват. Теперь можно спокойно работать, не боясь, что какая-то деталь либо заготовка выскользнет или сдвинется с места.

о
о
Работа тисков.
СТРУБЦИНА - ЖЕЛЕЗНАЯ ХВАТКА
Действие струбцины.
Струбцина — это маленький винтовой пресс, который помогает прижать друг к другу две детали. Маленькая струбцина работает как сильные пальцы. Когда винт закручивается, он медленно стягивает губки струбцины вместе, а те сжимают помещенные между ними предметы. Например, если нужно склеить две доски, на помощь придет струбцина! Необходимо разместить доски с нанесенным на них клеем между губками, крепко закрутить винт, и струбцина будет сжимать их, пока клей не высохнет.
I ,
Винт: от архимедова
В период с 287 г. до н. э. до 212 г. до н. э. (разбежка большая, но точнее сказать невозможно) великий греческий изобретатель Архимед сделал открытие, которое сегодня кажется нам довольно простым. Он изобрел винт - казалось бы, что может быть проще? Однако винт Архимеда до сих пор используется, правда, в видоизмененной форме. Когда ты видишь огромный корабль, плывущий по воде, задумываешься ли ты о том, что заставляет его двигаться? Оказывается, секрет именно в винте, очень похожем на изобретение великого грека.
Вращая ось винта Направление Нижний
движения винтовой части
по часовой стрелке, можно было поднимать воду порцию за порцией на высоту
АРХИМЕДОВ ВИНТ:
КАК ВОДА «ПОЛЗЕТ» ВВЕРХ
Архимедов винт, на основе которого, как считается, было придумано з том числе и сверло по дереву, был похож на штопор, размещенный наклонно в трубе Это устройство использовали для специфической работы — для подъема поды из водоемов (рек, озер, шахт или колодцев). При вращении рукояти винта из трубы начинала выливаться вода, поднимаемая со дна реки / колодца / шахты.
КОРАБЕЛЬНЫЕ ВИНТЫ -ДВИГАТЕЛИ МОРСКИХ ПРИКЛЮЧЕНИЙ
Водоподъемный архимедов винт вполне подходил и для обратной работы — отталкивания самого винта от водяной массы Так появилась идея применения гребного винта как корабельного движителя, по этой схеме перемещаются по воде и под водой все современные корабли и подводные лодки
винт.
конец трубы погружен в воду
Винты тяииийни
СХЕМА РАБОТЫ КОРАБЕЛЬНОГО ВИНТА
Форма лопастей винта и его общая конструкция заставляют потоки отбрасываемой воды закручиваться особым упорядоченным рихрем Получается, что этот узел как бы «ввинчивается» в воду, за что он и получил свое название — винт
Лопасти винта часто сравнивают с крыльями птиц, рассекающими воздух Скорее, лопасть можно сравнить с лопатой особой формы При вращении гребного винта каждая лопасть зачерпывает своей рассекающей кромкой массу воды из набегающего потока и отбрасывает ее назад, сообщая ей дополнительный импульс.
Красным цветом выделены рабочие поверхности каждой из лопастей — кромки, рассекающие воду
Направление вращения i-инта
Направление движение корабля
Направление вращения вита
Винтовые потоки отбрасываемой воды
Устройство корабельного винта.
Направление движения отбрасываемой воды
ШННИНППГ
Без винтового движущего механизма, аналогичного винту Архимеда, в наши дни не обходится ни одна подводная лодка или батискаф. Дедушка Архимед был бы сильно удивлен, если бы смог увидеть подобные аппараты и такое необычное применение своего изобретения.
С О
Шестерни и передачи — как усилить маленькое колесо?
Познакомимся с удивительными инженерными решениями: шестернями и их верными помощниками — передачами. Они чрезвычайно важны в механике, ведь если бы их не было, многие механизмы просто не смогли бы работать. Только представь: велосипеды не тронулись бы с места, часы не тикали бы, машины не заводились бы, и даже роботы не смогли бы работать! Давай разберемся, как же шестерни и передачи выполняют свою важную работу.
ЧТО ТАКОЕ ШЕСТЕРНИ?
Шестерня — это, по сути, колесо с зубцами по краям С их помощью одна шестерня может цепляться за другую, Когда шестерня крутится, она заставляет иращаться ту, с которой соединяется через зубцы. Это можно сравнить с парным танцем, один танцор двигается, а другой следует за ним. Но вот в чем хитрость: если шестерни разного размера, то меньшая в этой паре будет вращаться быстро, а большая — медленно. Вот почему шестерни так важны - они помогают регулировать скорость вращения и прилагаемое усилие
ПРЯМОЗУБЫЕ
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Шестерни работают вместе, передавая силу от одной к другой. Этот процесс так и называется — передача. Системы передач — это целые сети шестеренок, которые могут изменять направление, скорость и силу движения. Передачи по форме зубцов делятся на прямозубые и косозубые
Цилиндрическая передача — это классические шестерни с прямыми зубчиками, которые чаще всего (но не всегда) работают на параллельных осях. Представь их как два обычных колеса с зубьями, которые крутятся навстречу друг другу
Зубчатые рейки — это когда одна част» (шестерня) крутится, а другая (рейка) перемещается по прямой линии, как если бы «лес о катил ось по прямому пути. такой механизм используется, когда необходимо преобразовать вращательное движение в прямолинейное под углом 90 градусов, например, в рулевом управлении автомобилей.
В цепной передаче зубчатые колеса не имеют физического контакта, а связаны роликовой цепью, посредством которой и происходит передача энергии с одного колеса на другое.
КОСОЗУБЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Косозубые передачи оснащаются зубчатыми колесами с наклоненными зубьями. Они намного сложнее по конструкции и дороже в производстве, однако поз; оляют передавать вращение на оси, расположенные под углом друг к другу.
Конические шестерни похожи на усеченные конусы с наклонными зубьями.
Они передаю-движение между пересекающимися осями и применяются тогда, когда нужно изменить направление вращения с оси на ось, расположенную под углом 90 градусов.
В червячных передачах одна шестерня напоминает спираль, а другая является шестеренкой с наклонными относительно оси шестерни зубьями. Это как винт и гайка: когда винт крутится, шестерня начинает вращаться. Данные передачи удобны, когда нужно передать энергию между осями, расположенными под прямым углом друг к другу.
КАК РАБОТАЕТ
ДИФФЕРЕНЦИАЛ
Ведущая шестерня
Оснт зная ось от двигателя (точнее, от коробки передач)
Сателлиты
(солнечные) шестерни колес
Оси колес
Кооонная (ведомая) шестерня
Дифференциал (в пер. с лат. — разность, различие) — это механизм передачи мощности с коническими шестернями Применяется он в автомобилях для перераспределения мощности от двигателя на два потока между ведущими колесами и позволяет колесам вращаться с разными скоростями при повороте или движении по неровной дороге. Вращение двигателя от основной оси через пару шестерней «ведущая / коронная (ведомая)» передается под углом 90 градусов на две оси колес через их полуосевые (солнечные) шестерни. Шестерни-сателлиты связаны с шестернями колес, и при обычном движении остаются в покое. При повороте сателлиты начинают вращение, позволяя менее нагруженному колесу крутиться с большей скороствю. чем более нагруженному.
Часы: счетчики
ППРМРМИ
___Камень (пятка-опора)
пружинного механизма
Тик так, тик так. Этот звук люди слышат уже несколько столетий, и издают его часы — специальные устройства, отсчитывающие время. Это настоящие волшебники, делающие нас хозяевами нашего времени. И сразу следует отметить: когда мы слышим тиканье часов, мы слышим работу шестереночного механизма.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ЧАСЫ: МАГИЯ ШЕСТЕРЕНОК
внутри обычных механических часов спрятаны маленькие шестеренки, а также пружины. Самая маленькая из шестеренок крутится быстрее всех — она вращает секундную стрелку. Движение секундной шестеренки передается на другие шестерни, которые заставляют двигаться более медленную минутную и совсем медленную часовую стрелки. Двигателем механических часов является спиралевидная пружина, которую время от времени приходится заводить, иначе часы остановятся. Когда ты заводишь часы, пружина сжимается, а потом медленно раскручивается, передавая энергию шестеренкам
Пружинный механизм
Рычаг подзавода пружины
Спиралевидная пружина двигатель механических часов
Маховик — небольшое колесо,
Камень пружинного механизма
вращающееся вперед-назад под воздействием пружины
Подвес пружинного механизма на общем корпусе
Шестеренки стрелок
Центральная шестерня принимает импульсы вращения от маховика и передает их на шестеренки стрелок
Камень одной из шестеренок Камень
колеса
Шестерни и передачи
часовой стрелки
Шестеренка минутной стрелки
Головка КВАРЦЕВЫЕ ЧАСЫ: МАГИЯ для перевода КРИСТАЛЛА стрелок
Шестеренка секундной стрелки
Кварцевые часы — прямые наследники механических. Они даже выглядят точно так же и показывают время с помощью стрелок. Но в их механизме применяют кварц с пьезоэлектрическим эффектом — способностью вибрировать под воздействием электрического поля, создавая колебания постоянной частоты Этими колебаниями управляется катушка электродвигателя, который через систему зубчатых колес приводит в движение стрелки часов Механизм кварцевых часов питается от батарейки или сетевого блока питания и поэтому не нуждается в подзаводке
Передаточные тросы и штанги, управляющие приводом стрелок и маховиком колокола
Этаж с основным часовым механизмом
_____Шестеренки и колеса часового механизма устанавливались на прочной станине
Этаж с гиревым двигателем и уравновешивающими I	грузами
---------- Маховик когокола
----------- Этаж с колоколом
---Механизм привода стрелок и циферблата
Этаж с одним или несколькими циферблатами
БАШЕННЫЕ ЧАСЫ: ГИГАНТЫ ВРЕМЕНИ
Задолго до того, как в карманах и на руках у людей появились механические часы, «счетчики времени» устанавливали на башнях крепостей, замков и костелов. Циферблаты, шестеренки и стрелки башенных часов были огромными. Жители городов и окрестных деревень могли узнавать время, просто подняв таза на шпиль башни, церкви или замка. Верхний этаж башенных часов занимал механизм привода стрелок и циферблата, часто рядом располагался колокол (или система колоколов) со своим приводом, В другом помещении устанавливали основной часовой механизм и гиревые подвесы.
Один из символов России — куранты на Спасской башне Московского Кремля. Это часы с регулярной подачей сигнала не одним, а целой системой колоколов, отбивающих каждый час особым перезвоном. Куранты были построены в 1625 году, хотя простые часы на Спасской башне существовали задолго до этого. Механизм занимает 8-10-й ярусы Спасской башни. Циферблаты курантов диаметром 6,12 метра выходят на четыре стороны башки. Обшии вес часового механизма — 25 тонн. Механизм приводится в действие тремя гирями весом от 160 до 224 килограммов.
Коробка передач автомобиля: магия
скорости и шестеренок
Через коробку передач двигатель машины передает всю свою мощь на колеса безопасно и равномерно. Этот механический агрегат состоит из набора шестеренок, которые, как дружная команда, работают вместе, чтобы автомобиль мог двигаться с разной скоростью. Когда он только начинает движение,
двигателю нужно больше усилий, чтобы сдвинуть с места транспортное средство Но как только машина наберет постоянную скорость, двигателю уже гораздо легче
поддерживать равномерное движение.
—
- В L Возникает вопрос: почему бы просто не ездить на одной передаче с самого начала? Представь, что ты пытаешься взобраться по лестнице, сразу запрыгнув на самый верх. Невозможно, правда? Намного проще пройти все ступеньки по порядку, от первой до последней. Точно так же машине нужно ступенчато набирать обороты.
МЕХАНИКА ИЛИ АВТОМАТ: ВЫБОР ЗА ВОДИТЕЛЕМ
Бывают автоматическая и механическая коробки передач. Механическая — это когда водитель сам переключает передачи. Но не всем это нравится, ведь можно и запутаться в переключении! Автоматическая коробка передач выполняет все переключения за водителя.
Рычаг механической коробки передач-
1-я передача 3-я передача
Режим парковки блокирс ,ка вала и ведущих колес
Основной
режим движения с автоматическим переключением передач
2 я передача
Задний ход
Нейтральная____
передача
Режим «Одна скорость»: движение только на первой „	„ скорости
Задний
Режим «Две скорости» движение только на первых двух скоростях
Рычаг автоматической коробки передач,
ход
4-я передача
КАК УСТРОЕНА КОРОБКА ПЕРЕДАЧ?
В коробке пеоедач каждой скорости соответствует пара сцепляющихся шестерен одна всегда расположена на оси трансмиссии, другая — на промежуточной оси Первой передаче соответствуют самые малые шестерни, последней передаче — самые большие. Чем меньше шестерня, тем большее усилие ей приходится тратить на вращение шестерни, стоящей ей в паре, и тем большее усилие приходится тратить мотору для вращения колес
трансмиссии
Шестерни заднего хода ___]
Шестерни общего
третьей передачи
Шестерни второй передачи
сцепления Промежуточная ось Шестерни первой передачи
Ось сцепления отделена от оси трансмиссии и связывается с ней через шестерни
Чем больше скорость, тем большие шестерни задействуются в коробке передач, при этом мотор работает в более щадящих режимах.
Первая передача; самая маленькая шестерня на промежуточной оси начинает двигать большую шестеренку на оси трансмиссии, поэтому последняя вращается намного медленнее, чем ось сцепления.
КАК РАБОТАЕТ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ?
А сейчас с помощью рисунксп попробуем разобраться, как переключаются передачи Фиолетовыми стрелками показаны направления усилия от мотора (ось сцепления) к колесам (ось трансмиссии). Усилие всегда передается через две пары шестерен (кроме четвертой передачи), одной из которых ягляются шестерни общего сцепления Фиолетовые стрелки показывают, какие пары шестерен задействуются при каждой передаче. Красными круговыми стрелками показано
направление вращения вала и колес.
Ось трансмиссии
Ось
Шестерни общего сцепления
Промежуточная ось
Шестерни третьей передачи
При четвертой передаче оси сцепления и трансмиссии соединяются между собой без промежуточных шестерней
Ось сцепления
Ось трансмиссии
Шестерни общего сцепления
Шестерни первой передачи
Промежуточная ось
Ось трансмиссии
Ось сцепления
Промежуточная ось
Вторая и третья передачи работают потому же принципу, что и первая,только каждый раз шестеренка на промежуточной оси будез иметь больший диаметр.
Осо сцепления
Шестерни задней передачи
Ось сцепления
Ось трансмиссии
общего
сцепления Промежуточная ось
Для движения задним ходом используется дополнительная шестеренка, и направление вращения меняется на противоположное.
Водяная магия: как
течение и давление
превращаются
в энергию
Представь себе, что вода — это волшебник, который может не только утолить жажду, но и дать огромную силу! Как? Все дело в двух ее способностях: течении и давлении. Давление — это первая из способностей воды. Она вытекает из силы тяжести воды, которая значительно тяжелее воздуха. Сила течения возникает, когда река мчится с возвышенностей к низинам, то есть и в этом случае сила течения обусловлена силой тяжести воды. Благодаря давлению и течению вода
может двигать водяные колеса на мельницах или даже заставлять вращаться турбины гидроэлектростанций, превращая движение воды в электричество!
КЛЕПСИДРА ДРЕВНИХ ГРЕКОВ
Примерно в 4000 г. до н. э. (шесть тысяч лет назад!) была изобретена клепсидра, или водяные часы, — древнейшее устройство для измерения времени с помощью воды. Она использовала силу тяжести воды, которая стекала через отверстия тщательно просчитанного диаметра, отсчитывая время. В Древней Греции и Древнем Риме этот простой прибор широко применялся для измерения времени в судебных прениях и политических дебатах Использовались клепсидры до XVII столетия уже нашей эры.
Главный резервуар, из которого через нижнее отверстие вытекает вода под силой тяжести
Ц-ЧНфг
Тщательно рассчитанное маленькое отверстие, обеспечивающее стабильный и равномерный поток
Нижний резервуар имеет шкалу с делениями, нанесенную на внутренней или внешней стороне резервуара, для определения того, сколько времени прошло
Сила течения и выталкивающая сила воды
ФОНТАН ГЕРОНА АЛЕКСАНДРИЙСКОГО
Ученый по имени Герои жил приблизительно и 10-70 гт. в городе Александрии в Египте, который в то время входил в состав Римской империи Фонтан Герона — один из примеров использования гидравлических сил для создания движения воды в античных городах. Конструкция фонтана обеспечивает длительное фонтанирование струи воды на значительную высоту без внешнего воздействия и какого-либо двигателя. Это происходит при использовании силы тяжести и давления воды, а также силы давления сжатого воздуха.
Верхний резервуар на вершине фонтана j для постоянного хранения воды
£ ф s л н и iS Ф
о L. ф I х а ф и
ч о а>
Нижняя емкость
Вода из промежуточна емкости фонтанирует в верхний резервуар
ф ф X I? о
га
с X X ф
•W л о. 2
В промежуточной емкости воздух силой давления
I вытесняет воду t вверх
Вытесняемый водой -оздух из нижней емкости поступает в промежуточную емкость
Труба для пополнения
Жгдойстод фонтана Герона Александрийского
г эздуха в нижней емкости
ч о
ф *
ф m ф

о>
В наши дни увидеть полторы сотни фонтанов, одновременно работающих без единого насоса, можно в дворцово-парковом ансамбле Петергофа (Россия). Вода поступает в них самотеком по специально сооруженным каналам из родников.
у , В XVIII веке уже вовсю использовались механические часы. Тем не менее мастера-часовщики создавали и водяные часы, по конструкции сходные с клепсидрой. Они использовали как силу тяжести, так и силу давления воды.. Неудобство было в том, что для подзавода таких часов было необходимо выливать воду из нижнего резервуара и доливать ее в верхний. Хлопотное и мокрое это было дело!
Водяные часы.
Нижний цилиндр с поршнем
Циферблат со стрелкой
Силой давления вода в цилиндре толкает поршень
Шестеренка час< г ой стрелки вращается реечной передачей
Поршень толкает реечную передачу
Из основного резервуара под действием силы тяжести вода стекае, в цилиндр
Основной резервуар с водой установлен сверху
Канал стока воды
Реечная шестереночная — передача к стрелке часов
F Водяное колесо х и гидравлические Р механизмы
Более 5000 лет назад человек научился превращать энергию движущейся воды в механическую работу. Именно вода использовалась древними людьми для приведения в действие первых механизмов. Водяные колеса начали применяться более чем за 3000 -3500 лет до н. э. в Египте, Месопотамии, Индии и Китае.
ПОДЛИВНЫЕ И НАЛИВНЫЕ КОЛЕСА
Использовались два типа водяных колес: с нижней и верхней подачей воды Колеса с нижней подачей (подливные колеса) были частично утоплены в воду (ручей, реку) и использовали силу течения. Колеса с верхней подачей (наливные) использовали энергию падающего с высоты водного потока. Наливные колеса были более эффективны, чем подливные
Направление вращения колеса
Поток &ОДЫ
Подливное водяное колесо с нижней подачей водь*
ПИЛА ПЛЮС ВОДЯНОЕ КОЛЕСО
Водяное колесо позволило механизировать множество процессов, ранее выполнявшихся вручную. Во II-III вв. в Иераполисе (современный г. Памук-кале в Турции, тогда это была Римская империя) действовала гидравлическая лесопилка. Она представляла собой один из ранних пример в использования водяной энергии для механизации процессов распиловки леса На рисунке представлена общая схема ее действия: водяное колесо через зубчатую шестерню передавало усилие
Наливное водяное колесо с верхней подачей воды.
пилы.
Гидравлическая лесопилка.
Водяное колесо с нижней подачей воды
Зубчатая передача понижала скорость вращения колеса для равномерного движения пилы
Большое водяное колесо верхнего действия вращало шестерню
Механическая пила
Кривошипный механизм преобразования — вращательного движения колеса в возвратно-поступательное движение пилы
Направление течения воды
Механизм поднятия молота располагался на валу колеса
Вал и передаточный механизм преобразовывали вращательное движение колеса
на кривошип, который преобразовывал вращательное движение в поступательное движение
VC’PO“L-|D ^«ХЯ“>«ЗЧ|
ОЛ1 F.OIFH НГ'КЛЛХ
Кузнечный молот поднимался механизмом от колеса, а опускался под действием силы тяжести
КУЗНЕЧНЫЙ молот плюс ВОДЯНОЕ КОЛЕСО
Кузнечные молоты на основе водяного колеса — механизированные устройства для коеки металла — в VIII в. н. э. стали важной новинкой в истории кузнечного дела. Они способствовали повышению производителоности, а также значительному увеличению скорости обработки металла и уменьшению физической нагрузки на кузнецов
В XII столетии высокопроизводительные сталеплавильные горны стали
специально строить рядом с реками для механизации кузнечных мехов за счет гидравлического привода от водяного колеса. Это способствовало увеличению
температуры плавки и скорости плавления металла.
Водяное колесо вращало вал
Механический кузнечный горн.
Рычаг преобразования вращательной энергии от колеса в поступательное (вверх-вниз) движение рукояток горна
Полные кувшины двигаются вверх
Желоб с поднятой норией зодой
Устройство нории
Ьылиеающие воду в желоб кувшины
Пустые кувшины движутся вниз
Нория предназначалась для перемещения воды (а позже и сыпучих материалов)в вертикальном направлении. Колесо доставляло жидкость на нужную высоту Закрепленные на колесе кувшины проходили цикл из четырех состояний: черпание воды, поднятие воды, выливание воды в верхней точке и опускание в пустом состоянии
Нория, сакия
и акведук
Еще одно древнее гидравлическое устройство — нория (в переводе с испанского — «водяное колесо», «водокачка»). Это тоже колесо и тоже связанное с водой, однако от водяного колеса отличается принципиально.
Если водяное колесо использует силу воды для вращения, то нория — наоборот, использует силу своего вращения для поднятия воды с целью водоснабжения, орошения полей, наполнения резервуаров.
КАК РАБОТАЕТ НОРИЯ?
Ось нории
Черпающие воду кувшины

Упрощенный вариант нории, поднимающий воду колесом и вращаемый вьючным животным, называется сакия, или чигирь. В саки и животное вращало сравнительно небольшое колесо. С ним был связан длинный
замкнутый канат с черпаками, который и брал на себя основную часть функции
по поднятию воды.
БЕТОННЫЕ «РУЧЬИ»
Нории часто работали в связке с акведуками Древний трубопровод, предназначенный для водоснабжения городов, назывался акведуком Акведук — это искусственный «ручей» для воды, проложенный по сложной местности. По этому «ручью» вода самотеком поступала из источника в город. Чтобы сделать ее путь прямым и ровным, с ложбинах и оврагах приходилось озводить из бетона высокие опоры. Особенно прославились своими акведуками древние римляне, которые достигли в их строительстве совершенства. Древнеримские инженеры научились создавать акведуки длиной в сотни километров, неко
торые из них стоят по сей день — уже почти 2000 лет.
Уровень акведука выше
“наиление движения
Уровень акведука ниже
Акведук устроен по принципу постоянного перепада высоты (незначительного и заранее просчитанного) на всем протяжении»
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА
На иллюстрации представлена нория с приводом от водяного колеса, черпавшая воду для городского акведука. Подобный механизм одновременно и черпал воду, и работал от нее Основным механизмом было водяное колесо, работавшее от силы течения воды Через систему зубчатых передач, поднимавшую и поворачивавшую два раза (от горизонтального в вертикальное и снова в горизонтальное положение), усилие воды передавалось на норию. Кувшины нории черпали воду внизу и поднимали ее на уровень акведука.
Колесо нории крепилось
на горизонтальной оси, которая
Ндяной желоб акведука — рукотворный каменный «ручей» для воды
Основной элемент
нории—вертикально расположенное колесо ----------
вращения водяного колеса высоту с п .поротом оси
на 90 градус л
Зубчатый механизм подъема силы
на
На тросе нойии крепились кувшины, которые захватывала воду из рекц при вращении колеса 1
поддерживалась на опорах и вращалась на подшипниках или в упорах
Зубчатый механизм передачи силы вращения от водяного колеса на норию с П1 воротом оси на 90 градусов
Механизм, приводящий во '.ращение норию — водяное колесо с нижней подачей воды
жидкости
устройства,
которые двигают
4D
Насос - это устройство, которое заставляет воду двигаться в нужном направлении. Насосы делают много полезных вещей! Они помогают перекачивать воду, нефть, бензин, масла и даже воздух. Без них у нас не было
бы водопровода, фонтанов в парках и даже стиральных машин. Вода не может сама подниматься вверх по трубе, нот насосы и берут на себя эту задачу.
КАК РАБОТАЮТ НАСОСЫ?
Насосы работают за счет двух ключевых сил силы давления воды и силы всасывания. В целом насос можно сравнить с пылесосом, которо1Й втягивает жидкость с одной стороны и выталкивает с другой. Он создает область пониженного давления, куда вода и устремляется После этого жидкость выталкивается,туда, куда нужно Поршневые насосы движутся вверх-вниз, втягивая в себя воду и затем выталкивая ее.
ПОРШНЕВОЙ НАСОС КТЕСИБИЯ
В III в. до н.э. древнегреческий изобретатель и математик из Александрии Ктесибий изобрел двухцилиндровый поршневой насос,снабженный есасывающе-нагне-тательными клапанами, воздушным уравнительным механизмом и рычагом-балансиром с ручным приводом. Считается, что это был первый из образцов подобной техники. Удивительно, но подобные устройства применяются в том или ином виде до сих пор
Один из первых насосов
Пои движении поршня вверх вода втягивается в поршень через впускной клапан
- Ьыпускной клапан закрыт
Выпускной клапан открыт
Впускной клапан
При движении поршня вниз вода из поршня | выталкивается
За счет эффекта всасывания (эффекта вакуума) вода поднимается
Поршень в верхнем положении
Нижний клапан открыт
Этап набора воды.
в нижнем положении
Рукоять коромысла насоса
Вода выливается через носик
закрыт
Рукоять коромысла насоса в верхнем положении
Выпускной клапан
под даелением воздуха открыт
Под давлением Виды нижний клапан закрывается
Этап слива воды.
Поршень в нижнем положении
Два цилиндра с поршнями, работающими попеременно
I__
Впускной клапан открыт
КИВАЮЩИЕ ЖИРАФЫ»
Насосы нефтедобывающих установок по-научному называются
процессом «кивания» специальный кривошипно-шатунныи меха
низм. совершающий вращательно-тянущие движения
Опора балансира
Начало подъема головки
постоянно соиершают возвратно-поступательные движения вверх-вниз (как будто кивают), Причем на движении «головы» виерх происходит откачка нефти из скважины по законам насоса Управляет
Кривошипно шатунный механизм
Балансир-коромысло насоса -
Головка балансира-коромысла насоса в нижнем положении
Головка балансира* коромысла насоса в среднем положении
Схема работы головки и кривошипно шатунного механизма насоса.
Продолжение подъема головки
Схема работы нефтедобывающего насоса
«индивидуальные механические приводы штанговых насосов» Однако по-простому их называют станками-качалками, внешне они похожи на жирафов с длинными шеями Эти огромные насосы
Головка балансира коромысла насоса в верхнем положении
Головка -балансира
Прочная заглушка осадной колонны
Осадная колонна
Цилиндр насоса
Добытая нефть
Как работает
Вода является бесплатным и бесконечным источником энергии. Во времена, когда не было электричества, механизмы, приводимые в действие течением воды, были просто незаменимы. Водяные колеса (совместно с ветряными двигателями) привели к настоящей революции в сельском хозяйстве. Они позволили автоматизировать самую простую и привычную работу -размол зерна, исключив монотонный и тяжелый труд крестьян, растиравших зерно жерновами вручную.
Г
В h Уже в Древней Греции и Древнем Риме водяные колеса использовались для вращения мельничных жерновов, а принцип работы водяной мельницы таков. В центре мельницы находится водяное колесо. Вода толкает его, и оно начинает вращаться, приводя в движение другие механизмы мельницы, в частности, большие камни - жернова. Таким образом сила воды, сила тяжести, колесо и камни* жернова творили историю.
Сила п«щния и выталкивающая сила воды	s	Чь
ВОДЯНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ СЕГОДНЯ
Хотя сегодня мельницы, оборудованные водяными колесами, не так широко распространены, как раньше, их все еще можно увидеть в некоторых уголках планеты. Б наши дни для того, чтобы молоть зерно, люди используют электричество и другие виды энергии. Но все же водяные мельницы - это напоминание о том, как природа и человек могут работать вместе, создавая настоящие чудеса.
Рычаг запуска / тормоза водяного колеса
Канал г еда ода воды с перегородкой, открывающей / закрывающей канал
Вращение водяного колеса передается на вал, который соединен с механизмом, приводящим в движение жернова
Водяное колесо горизонтального расположения
Бункер с зерном
Жернова на отдельном этаже
УСТРОЙСТВО водяной МЕЛЬНИЦЫ
Водяная мельница с нижним расположением водяного колеса и верхним расположением жерновов запитывается энергией горного ручья Падая под действием силы тяжести на черпающие элементы колеса, вода приводит его во вращательное движение Через вал колеса начинает вращаться нижний жернов, перетирая зерно Зерно сыплется из бункера под действием силы тяжести
Скана работы водяной мельницы

Выталкивающая сила воды
Почему корабль
МИН
Выталкивающая сила позволяет телу плавать. Если тело тяжелее,чем жидкость, вытесненная его объемом, оно утонет. «Парение» полностью погруженного в жидкость тела возможно только тогда, когда его вес равен выталкивающей силе. При плавании тела в жидкости, например, судна на воде, вес корабля должен находиться в равновесии с выталкивающей силой. Если суди-: дополнительно заполнить грузом, оно будет погоужаться до тех пор, пока вес добавленного груза не станет равен весу дополнительно вытесненной воды.
не тонет: изучаем закон Архимеда
Когда видишь перед собой огромный корабль, первый вопрос, который возникает в голове, — почему эта громадина не тонет Как могут сотни и тысячи тонн металла держаться на поверхности воды, да еще и перевозить грузы и людей? Первым на этот вопрос дал ответ выдающийся древнегреческий ученый Архимед. По легенде, свое главное открытие он совершил, принимая ванну, заполненную до самых краев. Когда ученый погрузился в воду, на пол хлынул поток. «Сколько же воды вылилось из ванны?» — задумался ученый. И тут его озарило: из емкости был вытеснен такой же объем воды, какой имеет часть его тела, погруженная в жидкость.
Закон Архимеда гласит: «На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, численно равная весу объема жидкости, - ' вытесненного телом». Эту силу стали называть силой Архимеда.
СИЛА ТЯЖЕСТИ ПРОТИВ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ
Сила тяжести погруженною тела
выталкивающая сила воды
«БОЧОНКИ» С ВОЗДУХОМ
Неважно, что мы возьмем в качестве примера - небольшой деревянный парусник или гигантский круизный лайнер из прочнейшей стали, h обоих случаях корабль можно рассматривать как контейнер для воздуха, заключенного внутри корпуса. Этот воздух превращает корабль в своеобразный бочонок, опирающийся на воду Почему он не тонет9 Потому что плотность воздуха намного меньше плотности воды,
то есть воздух легче воды.
Сравнение объема воздуха внутри парусного корабля и круизного лайнера
Jikok Архимеда в действии.
ЧТО ПЛАВАЕТ, А ЧТО ТОНЕТ?
Что будет, если спрессовать все дерево или весь металл, из которого создан корабль, в один большой кубик и бросить его и воду? Результат в обоих случаях будет одинаковым: кубик утонет, правда, стальной утонет быстрее Дело и том, что кубики внутри не полые и не имеют воздушной «начинки». Кроме того, важна и форма плавающего тела. Все корабли имеют схожую конструкцию корпуса: сужающееся «брюхо» заполненного воздухом корпуса как бы опирается на воду. Сила сопротивления воды (сила Архимеда) старается вытолкнуть тело на поверхность. Так корабль обретает плавучесть. При этом, согласно закону Архимеда, он вытесняет некоторое количество воды.
Сила сопротивления воды
Блок дерева, из которого сделан корабль
Блок металла, из которого сделан корабль
Ракетный корабль: ракеты вместо пушек
Только представь: корабль мчится по волнам, а на его борту - целый арсенал ракет. Таков современный ракетный корабль. Главная суперсила такого корабля — это его способность запускать ракеты во время движения. Он оснащен специальными пусковыми установками, которые могут поражать цели на огромных расстояниях. Эти ракеты летят по воздуху, самостоятельно наводятся на цели и точно в них попадают. Но для этого нужны сложное оборудование и компьютеры, которые помогают кораблю быстро находить врага.
КОРАБЛИ СТАРИННЫЕ И СОВРЕМЕННЫЕ
Много столетий морские битвы велись при помощи пушек Корабельные орудия постоянно совершенствовались — стреляли все дальше и заряжались быстрее. Их устанаг пивали на кораблях все больше, а калибр пушек и мощность их выстрела примерно каждое столетие удваивались Однако около 70 лет назад было изобретено новое оружие — ракеты. Они летели дальше артиллерийских снарядов и поражали цели намного точнее Это стало революцией и в морском деле, и в конструкции кораблей.
I
КОГДА ВОЮЕШЬ РАКЕТАМИ
На современном ракетном корабле устанавливаются всего одна-две пушки, зато он оснащается целой батареей ракет Причем пушки играют вспомогательную роль, а основным оружием являются именно ракетные установки. Их заряжают противокорабельными ракетами, а также ракетами для поражения подводных лодок, наземных и воздушных целей.
транспортно
Вертолетная палуба
Устройство ракетного корабля.
К
*<
Кормовой
Посты боевого дежурства
Жилые каюты экипажа
Пусковой трюм крылатых ракет
Торпедные аппараты на верхней палубе
Двигательные установки
Посты боевого дежурства —
Жилые каюты экипажа
Антенный пост радарной установки
Боевая рубка с капитанским мостиком
Выхлопные трубы двигательной установки
На корме — внутри корпуса располагается вертолетный ангар
Носовая артиллерийская установка
Артиллерийские и пороховые погреба пушки
Установка крупнокалиберного пулемета
пусковой трюм
В ангаре крылатых вертолет ракет в сложенном
состоянии
— 3—. Столовая
Пусковые трубы с торпедами
Установка крупнокалиберного пулемета
Установка крупнокалиберного пулемета
Носовая установка U с крылатыми
.... ------ ракетами
КАК ДЕЙСТВУЕТ СОВРЕМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ
КОРАБЛЬ?
Ракетный корабль подходит к вра^ жескому берегу и расчехляет свои ракетные установки. Наземные цели поражаются ударными ракетами класса «море — земля» (базируются на корабле, поражают цели на земле) Воздушные цели поражаются зенитными ракетами класса «море — воздух». Надводные цели уничтожаются противокорабельными ракетами класса «море - море», подводные — противолодочными ракетами
Вражеский боевой самолет
Противокорабельная ракета класса «море — море»
Зенитная ракета класса «море — । с здух»
Вражеский боевой корабль
Ударная ракета класса «море - земля»
Вражеская боевая субмарина
Важный вражеский индустриальный объект
Противолодочная ракета
Схема поражения целей ракетами
Авианосец: плавучий
аэропорт
4D
Представь себе боевой корабль, вооруженный не пушками и даже не ракетами, а боевыми самолетами. Он просто огромен и представляет собой своеобразный «стол», куда могут приземляться и взлетать военные самолеты, вертолеты и беспилотники. Это авианосец — гигантский плавучий аэропорт. Некоторые современные авианосцы являются самыми крупными кораблями,
когда либо построенными в истории кораблестроения. Л сама идея авианосца проста — перенести по морю поближе к вражеской территории мощную группировку военно-воздушных сил с боевыми самолетами и вертолетами.
МОРСКОЙ АЭРОПОРТ
Авианосец — это не просто корабль, а целый город на поде, где самолеты могут заправиться, перевооружиться и снова отправиться в небо на выполнение миссий. Чтобы увеличить количество перевозимых самолетов, авианосцы оборудуются дополнительными ангарами, расположенными внутри корпуса. Там же хранятся запасы топлива, самолетные боеприпасы и даже мастерские для ремонта летательных аппаратов Авианосцы оснащаются мощными двигателями, которые способны перемещать эту махину по океанам с доиольно высокой скоростью, а иногда и атомным реактором, который представляет собой
Остров — единственная надстройка над палубой, в которой расположены отделение управления, капитанский мостик и антенны аппаратуры
Верхняя палуба авианосца представляет собой взлетно-посадочную полосу для боевых самолетов
мини-электростанцию на борту корабля
Устройство авианосца.
силовой установки
Склады с самолетными боеприпасами (ракетами и бомбами)
Дополнительный авиационный ангар внутри корпуса
Сила течения и выталкивающая сила воды
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАНОСЦА
На пагубе этого гигантского корабля есть взлетная полоса, как в настоящем аэропорту, и специальные катапульты, которые помогают самолетам взлетать быстрее А когда истребитель возвращается, на палубе его ловят специальные тросы — как сеть для гигантской бабочки! Во время плавания самолеты рассредоточиваются по палубе авианосца равномерно. Главными «рабочими инструментами» корабля во время боя
являются катапульты и посадочные тросы
Посадочная дорожка освобождается от самолетов
Взлет и посадка самолетов на авианосце.
Четыре катапульты для азлета самолетов
Запуск самолетов производится пс очереди
_ Резкое торможение самолетов осуществляют посадочные тросы — прочные «резинки»,закрепленные на посадочной палубе
КАК ДЕЙСТВУЕТ АВИАНОСЕЦ?
Авианосец подходит к вражескому берегу и готовит к взлету свои самолеты. После взлета истребители с авианосца завязывают воздушный бой с вражескими самолетами. Самолеты-штурмовики поражают наземные цели ударными ракетами класса «воздух - земля» и бомбами. Противолодочные самолеты уничто-
Самолет-истребитель с авианосца
жают подводные цели.
Самолет-штурмовик с авианосца
Схема «работы» авианосца.
Противолодочный самолет с авианосца
Вражеский боевой самолет
Вражеская боевая субмарина
Важный вражеский индустриальный объект
п £
Транспортные корабли: плавающие «грузовики»
Основу современного флота во всем мире составляют транспортные корабли. Каждые 9 из 10 плавающих по морям и океанам кораблей — это грузовозы. Когда мы говорим «гражданское судно», в большинстве
случаев подразумеваем именно транспортник. Транспортные суда делятся на универсальные общего назначения и специализированные для перевозки определенных грузов: контейнеров, нефти, руды и прочего. Давай познакомимся с этими плавучими «грузовиками».
ГРУЗОВОЗ
Перед тобой одно из грузовых судов Посмотрим, что у него на палу-
Рубка управления грузового корабля высоко возвышается над палубой, чтобы грузы на палубе не заслоняли обзор капитану
бе, а также заглянем в трюмы. Всего у корабля семь трюмов, передний
носовой заполнен брусками меди. Затем идут листы стали, скрученные в бобины,трюм с сыпучим грузом (гравием для дорожных работ) и трюм со стройматериалами (кирпичом, строительными блоками).
На палубе транспортного судна часто монтируется кран, иногда несколько С их помощью корабль может сам себя загружать / разгружать
Трюм со скрученными в бобины листами
Сначала люки на верхней палубе открыты, и корабль загружает нижние трюмы; после закрытия люков они превращаются
Трюм с сыпучим грузом
ь прочную опору
стали
для грузоа на палубе
Трюм со стройматериалами
Трюм с брусками меди
Устройство грузовоза.
этих судов весьма разносторонни. Здесь представлены лишь три из многих вариантов загрузки
универсального сухогрузного судна: исключительно насыпным грузом, к примеру, песком, гравием или железной рудой, насыпным грузом, контейнерами и автомобилями и только автомашинами
ЛЮКИ ШИРЕ!
Реликсоблазн сделать люки корабля небольшими. Так верхняя палуба будет прочнее, ведь размер отверстий под люки в ней будет небольшим. Однако тогда необходимо иметь механизмы для перемещения грузов внутри трюмов, например, целый «штат» автомобилей-погрузчиков. Если люки расширить, то портовый кран сможет устанавливать грузы свободно по всем трюмам. Б этом случае погрузчики не нужны, и такие грузовозы получили название «суда открытого типа».
СУХОГРУЗЫ
Сухогрузы, как понятно по названию, предназначены для перевозки исключительно сухих грузов. Возможности применения
Сухогруз с насыпным грузом, контейнерами и автомобилями.
Сухогруз — автомобильный
перевозчик.
Сухогруз только с насыпным грузом, к примеру, с песком, гравием или железной рудой.
Судно открытого типа с расширенными люками
МОРСКОЙ «ТЕТРИС»
Загрузка и разгрузка огромного грузового корабля, вмещающего сотни и тысячи тонн, может растянуться на недели Это весьма сложное и ответственное дело. Нельзя просто взять и поставить в трюм и на палубу грузы как попало Необходимо их тщательно распределить по всей грузовой площади, чтобы не нарушить балансировку корабля. С точки зрения операторов кранов, осуществляющих загрузку, это иногда похоже на многодневную игру в тетрис. L; этой игре в качестве кубиков используются огромные автомобили, многотонные контейнеры и прочие «мелочи».
Специальным ковшом нижний трюм заполняется насыпным грузом
В верхний трюм по бокам устанавливаются стеллажи для автомобилей
Стеллажи заполняются автомобилями,
На верхнюю палубу устанавливаются ряды контейнеров с соблюдением балансировки относительно линии симметрии
На первом этапе люки обоих трюмов открыты
Закрываются и прочно фиксируются люки нижнего трюма (заполненного) с насыпным грузом
Центр верхнего трюма заполняется контейнерами
Последовательность загрузки корабля-сухогруза со смешанным грузом: насыпным грузом, контейнерами и автомобилями.
I Корабли на воздушной । подушке, на подводных ^крыльях и катамараны
Вертикально расположенные основные пропеллеры
Знаешь ли ты, что корабли бывают весьма необычной конструкции? Например, суда на воздушной подушке. Это настоящие летающие корабли — во время движения они не касаются воды, а скользят над ней. Корабли на подводных крыльях благодаря им приподнимаются над поверхностью воды для снижения силы трения. И. конечно, катамараны — это корабли с двумя корпусами, которые делают их устойчивыми и быстрыми.
отвечают за движение судна вперед-назад
«Юбка» судна выполнена из резины, как камера автомобильного колеса
Потоки воздуха,
Воздух под днище корабля нагнетается
Подъемная сила позволяет судну «парить» на тонкой воздушной
распределяясь внутри «юбки», создают подьемную
силу за счет толкающей силы
подушке над поверхностью
специальными горизонтально расположенными пропеллерами
ПО МОРЮ И ПОСУХУ
Это техническое изобретение похоже на сказочное чудо — корабль, который может передвигаться не только по воде, но и по суше Секрет этого «чуда» — подушка под днищем корабля, создаваемая потоком воздуха. Благодаря этой подушке корабль может зависать над любой поверхностью. Это и позволяет ему двигаться как над сушей (если нет глубоких ям и бугров), так и над водной поверхностью (при отсутствии высоких волн).
Устройство корабля на воздушной подушке.
коды и земли
ЛЕТАЮЩИЕ ПО ВОЛНАМ
По морской глади стремительно, как ракета, несется необычный корабль Его корпус едва касается поверхности воды, а опорой ему служат лишь небольшие стойки («ноги»), утопленные в воду. На концах этих «мог» имеются подводные кры
лья. В чем идея такой конструкции? Дело в том, что благодаря подводным крыльям значительнс уменьшается поверхность контакта корпуса судна с водой, а значит, и сила его трения о воду. Это позволяет развивать высокую скорость, доходящую до 180 км/ч — для судов огромная величина
Принцип работы корабля на подводных крыльях.
На стоянке или при плавании на малой скорости судно на подводных крыльях удерживается на поверхности, как и обыкновенное судно, за счет “ выталкивающей силы воды
При разгоне подводные ____I Чем выше скорость судна — тем больше
крылья создают подъемной
подъемная сила, тем выше судно
силу, и судно приподнимается над водой
КАК РАБОТАЕТ ПОДВОДНОЕ КРЫЛО?
Форма подводного крыла схожа с формой крыла самолета. Оно выполнено с каплевидным утолщением спереди. Причем утолщение снизу крыла меньше, чем сверху. Крыло такой конструкции при движении под водой искажает водную толщу так, что давление над крыльями получается существенно меньшим, чем под ними При этом создается сила, называемая подъемной: она приподнимает судно над поверхностью воды
на подводных крыльях приподнимается над водой
Существует два типа подводных крыльев - частично погруженное и полностью погруженное. Частично погруженное крыло имеет форму в виде латинской буквы U и называется U-образным. Полностью погруженное крыло выполнено в форме перевернутой перекладины, во время движения эта перекладина всегда утоплена в воде. Суда с полностью
погруженным подводным крылом.
С ПОЛНОСТЬЮ погруженным подводным крылом
погруженными крыльями менее подвержены качке, поэтому они более стабильны
и комфортны во время поездок, однако требуют постоянного и сложного управления.
ДВА КОРПУСА - ДВОЙНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ
Слово «катамаран» в переводе с тамильского языка обозначает «связанные бревна». Этим термином называется судно, состоящее из двух корпусов, соединенных между собой мостовой перемычкой Катамараны имеют меньшую ссадку (погружение), меньшее гидродинамическое сопротивление, чем однокорпусные суда сопоставимой длины. Более широкая посадка катамарана на воде может уменьшить его крен.
Общий вес корабля распределяется на два корпуса, что обеспечиьает двойную выталкивающую силу воды
Сила тяжести
Схема работы катамарана.
83
Физические секреты J
санузлов и ванных
комнат
Знаешь ли ты, почему вода всегда течет из крана, а после нажатия кнопки слива унитаза она уходит, как по волшебству? На самом деле за этими процессами стоят уже известные тебе физические силы. Давление, гравитация, винтовые механизмы и даже вакуум помогают поддерживать чистоту и порядок в ванной и туалете. Раскроем секреты того, как работают водопровод, кран и унитаз.
г~
Вакуум
(в переводе 'КГ с латыни vacuus — «пустой») представляет собой пространство, освобожденное от какого-либо вещества (к примеру, воздуха). В таком разреженном месте создается область низкого давления. А поскольку природа не терпит пустоты, близкие к точке вакуума вещества стремятся заполнить пустующее пространство.
Канализация — трубопровод, принимающий----
использованную воду
г одопрог.од холодной воды--
водопровод горячей воды
Унитаз в санузле использует холодную воду
Умывальник в ванной комнате использует и холодную, и горячую воду
Водопровод подключается к системе очистки канализационных вод
ТАЙНЫ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ
Откуда вообще берется вода в кране9 На самом деле она путешествует по длинным подземным трубам, которые соединяют твой дом с водяными подстанциями- местами, где ее очищают и собирают (например, из рек, озер или специальных резервуаров). Вода не просто гуляет по трубам сама по себе — ее подталкиваетдавление гигантских насосов, установленных на подстанциях Перед тем как вода попадет в твою квартиру ее подогревают Силой давления с и помощью мыла вода отмывает грязь с твоих рук и с посуды использованная жидкость под силой собственной тяжести отправляется в канализационные трубы, откуда попадает на очистные сооружения, где вода очищается, чтобы вернуться в природу.
КРАН: КАК ВИНТ ОСТАНАВЛИВАЕТ ВОДОПАД
Теперь давай разберемся, что происходит, когда ты открываешь кран. Оказывается, здесь тоже работают физические силы. Внутри крана есть специальный механизм, называемый клапаном, который прижимается штоком с резьбой, ввинчиваемым внутрь корпуса Когда ты поворачиваешь кран, этот клапан по правилу зинта поднимается и открывает путь воде. Вода, подталкиваемая давлением, устремляется через открытую протоку в раковину. Если же ты повернешь кран в другую сторону, клапан опустится и перекроет воду.
УНИТАЗ: СПОСОБНОСТИ ВАКУУМА
Теперь перейдем к самому интересному — унитазу. Каждый раз, когда ты нажимаешь на кнопку слива, происходит небольшое чудо — вода уносит все прочь Но как это работает? Секрет скрыт в двух вещах, гравитации и вакууме. При нажатии кнопки в бачке открывается клапан, и вода сливается вниз в чашу унитаза под действием силы гравитации. Сливной механизм устроен так, чтобы вода проходила через специальные трубы (сифон), в которых создается вакуум. Поскольку из сливного бачка резко пропадает большой объем воды, она сносит в канализацию вакуумную пробку в сифоне силой своей тяжести. Вакуум при этом работает как сила, которая помогает всасывать из чаши зоду в канализационные трубы.
Маховик Камера, подающая
крана ьоду в раковину
Камера, подключенная к общему водопроводу
Шток с резьбой
п •
Протока
Сливной бачок
J
Сифон вакуумной пробкой
"ГСТрОНС г В О СЛ rll-Dr г метоны унита з з
Канализационные трубы
О
Чаша унитаза
з поитплаиопгмст

из воды
Пожалуй, одними из самых сложных	1ц
технических сооружений, созданных человеком, являются установки,	. .
вырабатывающие электроэнергию, — электростанции. Их размер варьируется от небольших установок, помещаюшихся в автомобильном гараже, до гигантских заводов с десятками турбин, вырабатывающих ток. Однако все они делятся на два типа: на основе возобновляемых и невозобновляемых источников энергии.

JI
 х. Невозобновляемыми источниками энергии называются полезные ископаемые. Если случится так, что мы извлечем из-под земли все запасы энергоносителей, то человечество может остаться без энергии. Первые электростанции работали исключительно на полезных ископаемых, в частности, на угле и нефти. Возобновляемые источники энергии можно сравнить с вечным двигателем, они неисчерпаемы. Первый из них - сила воды.
СТЕНА ИЗ БЕТОНА
Для строительства гидроэлектростанций возводятся сооружения, называемые плотинами, или же дамбами. Плотина — это мощнейшая и прочнейшая бетонная стена, создающая резервуар воды, поверхность которого располагается на возвышении относительно русла реки. Это создает перепад высот, что позволяет использовать энергию падающей воды.
выталкивающая сила воды

АНАЛОГ ВОДЯНОГО КОЛЕСА
В основе конструкции гидротурбины лежит идея использования энергии воды Вода под естественным давлением с высоты поступает в турбину Сила тяжести воды вращает винт турбины, который представляет собой современную конструктивную «смесь» древнего водяного колеса и винта Архимеда. Лопатки турбины служат дополнительным регулятором скорости ее вращения Поворачиваясь, они расширяют или уменьшают зазоры между собой, а значит, регулируют силу давления воды на них: чем шире зазоры, тем слабее воздействие воды на лопатки и ниже скорость вращения турбины.
Турбина вертикального расположения.
Винт турбины принимает поток воды сверху и вращается под ее напором
КАК РАБОТАЕТ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ?
Вода, перетекая с верхнего уровня на нижний по специальным турбинным трубопроводам, набирает большую скорость Далее струя воды поступает на лопасти гидротурбины и вращает их. Так энергия воды превращается в механическую энергию вращения. Соединенный с турбиной осью генератор вращается, превращая механическую энергию в электрическую. Количество стекающей по трубопроводу воды (напор воды), а значит и скорость вращения гидротурбины, и мощность вырабатываемой электроэнергии, регулируется клапаном.
Подводные лодки: железные «рыбы»
Подводная лодка — это специально сконструированное судно, которое может плавать и под водой, и по ее поверхности. В отличие от обычных кораблей она способна погружаться на большие глубины и оставаться там долгое время. Подводные лодки помогают ученым изучать морских обитателей и находить затонувшие корабли. Кроме того, боевые субмарины играют важную роль в защите морских просторов. Чтобы не «лопнуть» под давлением воды, подводные аппараты имеют несколько важных секретов в своем устройстве.
ЛЕГКИЙ И ПРОЧНЫЙ КОРПУСА: СЕКРЕТЫ СУБМАРИНЫ
Главными конструктивными деталями подводной лодки являются два корпуса: легкий и прочный Легкий корпус — это внешняя обшивка субмарины, придающая ей обтекаемую форму Прочный корпус обеспечивает ее безопасное нахождение на предельной глубине Внутри прочного корпуса размещаются матросы, оружие и механизмы лодки Пространство между прочным и легким корпусами занимают балластные цистерны — «карманы» для воды, предназначенные для погружения и всплытия Чтобы погрузиться, лодка заполняет балластные цистерны ьодой. Вода делает ее тяжелее, и она начинает медленно опускаться. Чтобы всплыть, лодка выталкивает воду из балластных цистерн, заполняя их воздухом. Аппарат становится легче и поднимается, как поплавок, движимый силой выталкивания воды.
Uоздух
Клапаны стравливания воздуха Воздух
Прочный корпус
Легкий корпус
Балластные цистерны заполнены воздухом
Водозаборные порты Подводная лодка
в состоянии всплытия.	Подводная лодка в состоянии погружения.
Подводная лодка в состоянии полного погружения
Балластные цистерны частично заполняются водой
Сила течения и выталкивающая сила воды
Балластные цистерны ПОЛНОСТЬЮ заполнены аодой
ЧТО ВНУТРИ БОЕВОЙ СУБМАРИНЫ?
Этот вид плавающей техники возник в первую очередь вследствие пристального внимания со стороны военных, поэтому большинство современных подводных лодок имеют военное предназначение. Что же у них вну-три’’ Сперва мы попадаем в командный центр, объединяющий боевые рубки. Это настоящий «мозг» субмарины. Отсюда капитан и его команда управляют кораблем. Дальше расположен жилой отсек. Правда, места тут немного, как в консервной банке. Здесь же находится кухня, где судовые повара готовят пищу Внутри субмарины имеются отсек с двигательной установкой и аккумуляторами для нее. торпедные и ракетные отсеки. Каждая субмарина — это не просто корабль, а настоящая подводная крепость, готовая выполнить любую задачу на глубине1
кормовой торпедный трюм с запасными торпедами
Перископы — приборы для наблюдения
Индивидуальная внешний корпус
каюта капитана
лодки
из подводно1 о положения
Кормовая торпедная установка
Открытая наблюдательная----------
площадка
Рубка управления во время плавания в надводном положении
Открытая орудийная установка используется во гремя боя в надводном положении
Дизельная
Носо !ОЙ торпедный трюм с запасными
Руль
Общая каюта членов экипажа
двигательная установка для надводного хода
Винт двигательной установки
Носовая торпедная установка
Электромотор для подводного хода
Боевые рубки -места капитана
Общая каюта члено. экипажа
и офицеров вс время боя
Батарея аккумуляторов - «хранителей» электроэнергии для двигателей
Внутренний корпус лодки
“И
Батарея аккумуляторов
Устройство субмарины.
Сила ветра и атмосферное
давление
Еще одним источником энергии, известным человеку с древних времен, является ветер. Он, как солнечный свет и вода, был подарен нам природой. Энергия ветра неистощима - она будет существовать, пока у нашей планеты есть атмосфера. Однако прошло немало лет, прежде чем люди научились строить двигатели, способные преобразовывать энергию ветра в механическую работу.
АНЕМОМЕТР - ВЕТРОВАЯ КАРУСЕЛЬ
Прибор для измерения скорости ветра называется анемометром, й общем виде он представляет собой крутящиеся от силы ветра карусели Но зачем вообще знать, насколько сильно дует ветер? Это важно для синоптиков, составляющих прогнозы погоды. Например, если ветер усиливается, это может быть признаком приближающейся
Сила ветра
Сила тяжести объекта
бури. А если он слабый, значит, погода, скорее всего, не изменится.
Чашечный анемометр — простейший счетчик скорости ветра Он состоит из трех-четырех чашечек, прикрепленных к общему стержню. Они расположены так, что ветер, попадая на каждую из чашечек, начинает вращать эту систему, как карусель. Чем сильнее дует ветер, тем быстрее крутятся чашечки. Секрет в том, что чашечки вращают ось генератора. Генератор вырабатывает электрический ток с силой, равной скорости вращения. Этот ток отклоняет стрелку прибора: чем больше сила тока, тем болвше отклоняется стрелка.

РТУТНЫЙ БАРОМЕТР - ТОЧНЫЙ, НО ОПАСНЫЙ
Теперь познакомимся с ртутным барометром — уже довольно давно изобретенным, но очень надежным прибором для измерения давления В нем используется ртуть — металл, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии и напоминает серебро. Ртутные барометры настолько точны, что ими до сих пор пользуются на метеорологических станциях. 3 конструкцию прибора входит открытая чаша с ртутью. С ней сообщается стеклянная трубка тщательно рассчитанного диаметра с закрытым верхом, из которой предварительно выкачивается воздух, что создает вакуум Когда воздух с разной силой давит на ртуть в чаше, ее столбик поднимается или опускается внутри трубки Вот только с ртутью нужно быть осторожным — она ядовитая, поэтому с такими барометрами следует работать аккуратно
АНЕРОИДНЫЙ БАРОМЕТР -КОРОБОЧКА С СЕКРЕТОМ
Если в водяных барометрах используется жидкость, то внутри анероидного барометра ее нет, а есть только коробочка с тонкими стенками из специального сплава. Ее называют анероидной капсулой, она герметична и сжимается или разжимается в зависимости от давления воздуха снаружи. Когда давление растет, коробочка сжимается, а когда падает, она раздувается. Движения этой коробочки через очень чув-
ствительные механизмы передаются на стрелку, которая указывает текущее давление. Очень удобно, правда? А еще анероидные барометры маленькие и безопасные.
шннии
о с ф ¥
Ниже
Принцип работы анероидного барометра.
Шкала атмосферного давления
Стрелка измерения атмосферного давления
Атмосферное (1 давление VT
ф
I
о а ф
Парус и ветряная мельница: «ловцы ветра»
Простейшим ветряным двигателем является парус. Его с древних времен использовали для приведения в движение морских и сухопутных транспортных средств. Изначально парус представлял собой кусок материи, которую прикрепляли к какому-нибудь объекту и растягивали относительно ветра таким образом, чтобы его давление создавало силу, превышающую силу сопротивления среды (силу трения) и приводящую объект в движение.
Более совершенный, чем парус, ветряной двигатель придумал древнегреческий ученый Герои Александрийский в самом начале нашей эры. Его мотор представлял собой вращавшуюся на ветру крыльчатку, крутившую вал, на котором она была закреплена. Таким образом этот своеобразный «пропеллер» преобразовывал энергию ветра в механическую работу.
Сила ветра и сила воздушного давления
ФУТБОЛЬНЫЙ СТАДИОН ПАРУСОВ
Чем больше была площадь материи паруса, тем болвше она «захватывала» ветра и тем мощнее была его сила давления Кораблестроители придумали устанавливать паруса на нескольких (трех-четырех) мачтах, В конце эры парусников строили могучие парусные корабли, на которых устанавливали паруса общей площадью с футбольный стадион.
ВЕТЕР ПЛЮС КРЫЛЬЧАТКА ПЛЮС ЖЕРНОВА
Предположительно, древнейшие ветряные мельницы появились в Вавилоне примерно 5,5-6 тысяч лет назад, правда, об их конструкции сведений мало. В Европе ветряные мельницы стали использовать намного позднее, в XII в., их устройство европейцы-крестоносцы подсмотрели у арабов. Это были инженерные сооружения привычной нам конструкции: механизм располагался внутри высокой башни плюс имелась крыльчатка Герона Александрийского в качестве движителя.
Схема работы ветряной мельницы.
Количество лопастей (крыльев)и их форма могли варьироваться
Направление вращения крыльчатки мельницы
Вращение лопастей передавалось на главную шестерню, которая обеспечивала выполнение работы
Установка фасовки муки на отдельном этаже
| Установка жерновов — на отдельном этаже
Ветряные мельницы обычно строили внутри высоких башен, так как ветер на большей высоте более сильный и постоянный
Лопасти крепились к горизонтальной оси установки и приводились в движение ветром
Рычаг отсоединения крыльчатки от жерновов останавливал мукомольный процесс
Основа
каждого
крыла —
деревянная -
рама
или решетка
Направление вращения колеса
Для увеличения площади взаимодействия с ветром решетки могли обтягиваться тканью, иногда частично
Установка приемки перемолотой муки на отдельном этаже
На обратной стороне здания расположен рычаг ручной подстройки крыльчатки по вертикали и горизонтали под направление ветра

Ветрогенераторы и ветровые .. электростанции [ЯО
Готов узнать, как ветер может включить лампочку
в доме? Все началось более столетия назад.
В конце XIX в. на основе ветряного двигателя начали строить ветроэлектроустановки (ВЭУ), или, как их упрощенно называли, ветрогенераторы. С того времени популярность этого экологически чистого и дешевого способа получения электричества постоянно растет.
Ветровые электростанции абсолютно безопасны для природы, потому что ветер — возобновляемый ресурс. Это значит, что его не нужно добывать или копить — он всегда дует и никогда не закончится! Ну, разве что вдруг решит взять выходной... Но это редко происходит.
'itТрОЙС ’"ВО ЧИГТр” >	р*  ом.
пропеллера
Сила ветра и сила воздушного давления
<—— Лопасти пропеллера
Стойка вышки
Электрогенератор вырабатывает электроэнергию
Шестеренчатая передача понижает скорость вращения вала, если ветер слишком сильный
Система определения силы и направления ветра (датчики и электроника)
Механизм пгчорота ориентирует нос установки по направлению ветра
ВЕТРЯНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ФЕРМЫ
Одна-единственная ВЭУ маломощна, ее хватает для обслуживания небольшой фермы или дома. Для получения \ мощных энергетических установок множество ВЭУ объединяют в единую сеть. Эту сеть иногда называют
ветряной фермой На одном краю такой фермы может дуть сильный ветер, на другом в это же время будет полный штиль, но в целом ферма исправно и без перебоев будет выдавать электроэнергию.
КАК РАБОТАЕТ ВЕТРОГЕНЕРАТОР?
Принцип работы ветрогенератора подобен гидроэлектростанции, только источником энергии в нем является не вода, а ветер. Поэтому ветрогенератор монтируют в специальном обтекаемом корпусе, который устанавливают на верхушке высокой мачты, так как с увеличением высоты сила ветра также увеличивается Все начинается с лопастей. Когда дует ветер, он заставляет пропеллер вращаться Это движение передается на вал внутри аппарата. Вал соединен с генератором, который превращает механическую энергию (вращение лопастей) в электрическую. Корпус снабжен поворотным механизмом, позволяю
щим ветроэлектроустаноьке всегда поворачиваться к ветру «лицом»
«Ветряки» (ВЭУ) ветряной фермы Потребители электроэнергии
Электроэнергия от электрогенераторов всех «ветряков» накапливается в едином аккумулирующем устройстве
Одна из крупнейших ветряных ферм в мире расположена в Калифорнии (США). Это даже не ферма, а целый город, объединяющий около тысячи ВЭУ, размещенных на огромной территории, суммарная мощность «ветряков») превышает 100 млн Вт. Некоторые ученые уверены, что ветряные фермы способны создать серьезную конкуренцию тепловым и атомным электростанциям, значительно ухудшающим экологию нашей планеты.


Почему и как летает
Вопросом, как и почему тяжелый самолет способен оторваться от земли и долгое время находиться в воздухе, перевозя множество пассажиров и десятки тонн грузов, наверняка задавался каждый ребенок. Чтобы ответить на него, придется познакомиться с некоторыми новыми для тебя терминами.
УГОЛ АТАКИ
Самолет — это летательный аппарат, который поднимается в воздух под действием подъемной силы, создаваемой при помощи двигателя и неподвижных крыльев (крыла) Если крыле самолета движется в воздушной среде горизонтально и при этом находится под некоторым углом к направлению своего движения, то оно отбрасывает встречный воздух вниз и тем самым создает постоянно действующую подъемную силу, направленную вверх. Кстати, угол, под которым находится крыло относительно направления своего движения, в авиации называется углом атаки Изменяя его, можно регулировать подъемную силу: чем больше угол атаки, тем больше подъемная сила. Таким образом самолет набирает высоту
А Подъемная сила
Давление воздуха над крылом меньше, чем под крылом
Пршниил
Тяга двигателя
Лобовое сопротивление
Угол атаки
Вес самолета
ТУЛОВИЩЕ, СЕРДЦЕ, НОГИ, ХВОСТ
Основной деталью любого самолета является фюзеляж. Это корпус самолета, его «туловище» — к нему крепятся все остальные части конструкции. Мотор самолета тянет его вперед, захватывая воздух винтом
Вертикальное и горизонтальное xl -лотовое । 'Перение
Несущая пара крыльев специального
Двигатель и винт
расположены в носовой
Кабина пилота
Самолет с винтовым двигателем.
части
Фюзеляж самолета — его «тело» — имеет вытянутую форму, позволяющую легко преодолеватв сопротивление .оздуха
или турбиной и отбрасывая его назад, создавая тягу, движущую машину. Мотор справедливо называют сердцем самолета - если он остановится, иссякнет источник скорости, и полет прекратится. По бокам
фюзеляжа прикреплены крылья В полете они создают подъемную силу На заднем конце корпуса размещаются киль и стабилизатор Имеете они называются хвостовым оперением Самолетные «ноги» называются шасси Они нужны летающей машине для передвижения по земле при взлете и посадке. В полете
шасси убираются внутрь самолета.
Несущая пара крыльев
Двигатели расположены под крыльями и заключены в специальные обтекаемые гондолы
Кабина пилотов находится в носовой части фюзеляжа
вертикальное (киль) и горизонтальное хь >стоьое оперение
Фюзеляж
Шасси в полете складываются внутрь фюзеляжа и крыльев
LdHEiOF-
Г [МН’ННЬМ ЬАНГ^-ПТНгЫ-
ПОДВИЖНЫЕ ПЛОСКОСТИ ОПЕРЕНИЯ
Крыло современного самолета имеет на задней кромке подвижною плоскости — элероны. Кроме того, на задней кромке крыла рядом с элероном находится еще одна подвижная плоскость — закрылок На передней кромке крыла установлены предкрылки. Дополнительные элементы управления находятся о хвостовом оперении У киля это руль поворотам горизонтальные стабилизаторы снабжены рулями высоты.
Предкрылки
Фюзеляж
винглет — загнутая вверх законцовка крыла, уменьшающая образование вихревых потоков
Крыло
Киль
Закрылки
Элерон может накренять самолет влев  или впраи -
Рули высоты отвечают за вертикальное направление полета
Горизонтальные х >остовые стабилизаторы
Закрылки при взлете придают самолету дополнительную подъемную силу, а при посадке укорачивают посадочный путь
Рул о для изменения - направления горизонтального полета
Предкрылки, изменяя их угол наклона, можно обеспечить более плавное обтекание крыла воздушными массами
Крыло
Элерон


Йинглет
Пожарные
и транспортные
самолеты

Среди всех самолетов выделяются необычные летающие машины специального назначения. Они помогают спасать людей, тушить пожары и перевозить важные грузы. Это пожарные и транспортные самолеты, настоящие небесные помощники и трудяги. Готов узнать, как они работают? Тогда взлетаем!
i i
ПОЖАРНЫЕ САМОЛЕТЫ - НЕБЕСНЫЕ СПАСАТЕЛИ
Когда в лесу или на поле случается пожар, люди на земле могут не справиться с огнем! В таких случаях на помощь приходят пожарные самолеты Они могут добраться туда, куда обычные пожарные машины просто не доедут - например, г дикие леса или горные районы. А еще они умеют заливать водой огромные площади и действуют очень быстро, что важно, ведь пожар может распространиться за считанные минуты. Когда самолет сбрасывает воду, это спасает не только деревья, но и животных, дома и людей!
Сила ветра и сила воздушного давления
Некоторые пожарные самолеты оснащены узлами забора воды из водоема. Самолет прилетает к озеру или реке, пролетают над поверхностью воды, частично погрузив фюзеляж в воду, и набирает в специальные баки воду прямо во время полета!
 ' * Самый большой пожарный самолет, производимый в России, - воздушный танкер Ил-76 ТД. Он способен перевозить 42 тонны воды или других жидкостей для тушения пожаров. За 8-10 секунд этот самолет может полить водой участок в 1200 метров длиной и 90 метров шириной.
Когда самолет оказывается над эпицентром пожара, он сбрасывает воду. Это вь1глядит так, будто небеса разверзлись и дождь внезапно хлынул на пылающий лес. Мощный поток воды гасит огонь и помогает пожарным на земле быстрее справиться с бедой.
КАК РАБОТАЕТ ПОЖАРНЫЙ САМОЛЕТ?
Большинство пожарных самолетов выполнено по схеме «летающая лодка». See они оснащены вместительной емкостью для иоды, спрятанной внутри фюзеляжа. Чтобы набрать воду, самолету достаточно проплыть по поверхности озера При этом вода заливается в открытые люки водяных баков, причем чем выше будет скорость самолета, тем быстрее наполнятся баки Прилетев на пожар и хорошенько прицелившись, пилот пожарного самолета открывает створки люков Это похоже на действия самолетов-бомбардиропщи-ков, только вместо бомб на пламя под силой собственной тяжести обрушивается водяной поток.
Набор воды пожарным гидросамолетом
Кода потоком падает вниз, при этом используется сила тяжести воды
ТРИ СХЕМЫ ЗАГРУЗКИ ТРАНСПОРТНОГО САМОЛЕТА
«Упаковать» грузы в фюзеляж транспертного самолета можно несколькими способами через носовую или хвостовую часть, а также через боковые люки Схема с поднимающейся носовой частью сложна в конструкции и используется лишь на некоторых транспортниках. Схема с боковыми люками применяется в небольших грузовых самолетах. Почему? Потому что для принятия крупногабаритных грузов боковой люк придется делать слишком большим. Это отрицательно скажется на прочности корпуса самолета Самая распространенная схема крупного транспортника — с открывающимися кормовыми люками.
Поднимающаяся носовая часть
Загрузка транспортника.
Открытая кормовая аппарель
Самолеты с вертикальным
В природе практически не существует птиц, которым для взлета требуется разбег, а для посадки -посадочная дорожка. Птицы взлетают и садятся вертикально. Идея создать подобный самолет давно занимала умы
авиастроителей во всем мире. Особенно актуально создание самолетов с вертикальным взлетом и посадкой стало после появления авианосцев, Они могут подниматься с места вертикально, подобно вертолетам, а потом лететь, как обычные самолеты.
ВЕРТИКАЛЬНОГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПЕРВЕНЕЦ
Первый в истории самолет вертикального взлета и посадки приняли на вооружение англичане Это был палубный истребитель-штурмовик «Харриер». Вертикальный взлет (и посадка), а также горизонтальный полет этого самолета осуществляются за счет двигателя с «секретом». Этот «секрет» составляют четыре поворотных сопла. Они создают силу, отрывающую самолет от земли вертикально Кроме того, для балансировки машины при взлете и посадке специальные каналы направляют воздух на кончики крыльев и в хвостовой отсек.
Схема взлета самолета «Харриер».
«ЯКОВЛЕВ» ДЛЯ АВИАНОСЦЕВ
Первый в истории советской азиации серийный самолет вертикального взлета и посадки Як-38 был соз-
дан в конструкторском бюро знаменитого авиаконструктора А. С. Яковлева. Как и в случае с «Харриером»,
Засасываемый в вертикальный двигатель воздух
за горизонтальный полет машины отвечал основной двигатель с поворотными соплами Однако для вертикального взлета самолет был оборудован дополнительным двигателем, установленным за кабиной. Через открывающуюся крышку этого двигателя засасывался воздух, а реактивная струя направлялась вниз.
ВертИКиЛаныг ЬУ№! fАЬДН-И Як-38
Засасываемый в основной двигатель воздух
Основной двигатель
Поворотные сопла
Дополнительный двигатель для вертикальною взлета и посадки
Направление сил вертикального взлета и посадки
ПАЛУБНАЯ «МОЛНИЯ»
Новейший палубный самолет флота США — истребитель F -35 «Лайтнинг» (в переводе «молния») производства «Локхид-Мартин». Как и Як-38, он оборудован дополнительным двигателем для вертикального взлета и посадки. Кроме того, сопло его двигателя выполняется поворотным вниз для создания подъемной силы.
Основной двигатель
Поворотное сопло
Засасываемый в основной двигатель воздух
- Засасываемый в вертикальный двигатель воздух
Дополнительный двигатель для вертикальною взлета и посадки
Направление сил вертикальною взлета и посадки
Вертикальный взлет истребителя F-35 «Лайтнинг».
'-----------------------------------------------------------------------------
I № Почему же все самолеты не проектируют с вертикальным взлетом, ведь они обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными? Хороший вопрос! Самолеты с вертикальным взлетом — это настоящие чудеса техники, но дело в том, что такие аппараты значительно сложнее и дороже в производстве, чем традиционные воздушные машины. Кроме того, они требуют больше топлива для вертикального взлета. Обычные самолеты могут нести больше груза и летать дальше, потому что их двигатели не тратят столько энергии на подъем.
101
РПарашют
и катапультируемое
Р кресло
Что делать летчику, если его самолет терпит аварию прямо в полете или подбит в бою? Средство спасения только одно — парашют. Именно он позволяет плавно спуститься с высоты в несколько километров и не разбиться. В такой ситуации пилоту просто необходим заплечный ранец, который он надевает перед полетом. В нем особым способом уложен парашют. Но открывается он не сразу. Первым раскрывается небольшой вытяжной парашютик. Его задача — вытянуть из ранца основной парашют. Наконец над выпрыгнувшим из самолета со спасительным хлопком раскрывается основной парашют. Это кусок особой материи специальной конструкции, который при раскрытии под действием силы сопротивления воздуха образует большой купол. Этот купол — «смесь» паруса и крыла. Он работает как опора на воздух, создает подъемную силу и позволяет спускаться плавно.
Вытяжной парашют
Основные стропы парашюта
Подвесная система
Ранец парашюта
Купол парашюта
Прн-41-п
Стропы управления позволяют изменять
направление полета
Подъемная сила парашюта
£ Первая разработка устройства для медленного ' спуска с высоты относится к 1485 году и принадлежит Леонардо да Винчи. До нас дошли чертеж и описание первого парашюта;
«Если человек возьмет полотняный натянутый купол, каждая сторона которого имеет 12 локтей ширины и 12 локтей высоты, он сможет безопасно сброситься с любой высоты», — подписал свой чертеж гениальный изобретатель. 12 локтей — это примерно 5-6 метров, что явл я ется стандартным размером современного парашюта. Впрочем, до реализации задумки у величайшего мыслителя эпохи Возрождения руки не дошли.
102
СИСТЕМА, СТРЕЛЯЮЩАЯ ЛЕТЧИКОМ
Все самолеты, скорость kotodmx превышает скорость звука (около 1000 км/ч), оснащаются катапультируемыми креслами В случае аварии или сбития самолета катапультируемое кресло буквально выстреливает летчиком при помощи небольших, но мощных реактивных двигателей. Это нужно для того, чтобы побыстрее покинуть самолет
П<ТЧИК1
Срабатывает вытяжной парашют, вытаскивая основной парашют
Летчик на парашюте планирует _ к земле, автоматически раскрывается надуиная лодка (для безопасного приводнения)
Летчик принимает решение покинуть самолет и дергает за рычаг катапультирования
н лдошют.
Рктегиваются вытяжной пры/ку н выполнившее свою функцию кресло
Реактивные двигатели выстреливают кресло с летчиком вверх
Специальный	"А
механизм	_ж Л
отстреливает ’ фонарь кабины jpg* v
Кресло служило в том числе и ранцем для укладки крупного парашюта

Рычаг отстрела катапультируемого кресла
Подлокотник кресла
Кресло имело три пары роликов, которыми оно связывалось с рельсами, установленными в пусковом аппарате
Пушка ввода тормозного парашюта
Ракетные двигатели-пушки кресла
НА ПАРАШЮТЕ ИЗ КОСМОСА
Ни для кого не секрет, что во время первых космических полетов советского космического корабля «Восток» космонавты, в том числе и космонавт № 1 Юрий Гагарин, возвращались на землю путем катапультирования из спускаемого аппарата на высоте 7 км. Катапультируемое кресло «Востока» являлось рабочим местом космонавта в космосе и штатным средством покидания космического корабля, так как система мягкой посадки в то время еще отсутствовала

металлические
стрекозы
Подъемная
сила винта
Вертолет - это удивительная машина, которая умеет взлетать вертикально вверх, без разбега, и садиться подобным же способом. Кроме того, он способен
зависать в воздухе и резко менять направлении полета, то есть имеет способности, недоступные самолетам. Этим вертолет похож на большую металлическую стрекозу. Но, в отличие от стрекозы, ему не нужны крылья, чтобы летать. У него есть
другие помощники — лопасти, которые расположены сверху корпуса, на несущем винте. А работает винт по правилу самолетного пропеллера, установленного горизонтально. Он словно ввинчивается в воздух, создавая подъемную силу.
Несущий винт
Ms®
Закручивающийся
<— винтом поток воздуха
вращения несущего винта
АВТОРОТАЦИЯ И ВАЖНЫЙ «МАЛЫШ»
вертолет пришлось оснастить дополнительным маленьким винтом, расположенным в хвосте, — рулевым. Тут придется познакомиться с н< -аым термином — аиторотация. Рулевой винт создает силу, противоположную авторотации, компенсируя ее. Наличие рулевого винта позволяет вертолету летать прямо, а не крутиться на месте.
Вращение лопастей несущего винта
СХЕМА БЕЗ ХВОСТОВОГО ВИНТА
Есть мнение,что зазисимость большой сложной машины от работоспособности маленького рулевого винта — это плохо Поэтому лертолетостроители создали вертолет по схеме NOTAR (сокращение от английского No Tail Rotor — в переводе «без хвостового винта») Вместо рулевого винта такие машины имеют хвостовую балку, через которую проходит воздух от вентилятора. Он вырывается из хвостового сопла э нужном направлении, компенсируя авторотацию
Хвостовые сопла направляют воздух в сторону
Вентилятор
Снисходящие вниз потоки от несущего винта создают эффект авторотации
Компенсация авторотации
Канал передачи воздуха в хвостовой балке
Засасываемый вентилятором во здух

мОТЛЙ.
ПАРА СООСНЫХ НЕСУЩИХ ВИНТОВ
Одним из путей исключения рулевого винта из конструкции вертолета является создание машины с двумя несущими винтами, расположенными один над другим, Эта схема называется соосной (оси несущих винтов совпадают). Два несущих винта вращаются на одной оси в противоположные стороны — так происходит взаимная компенсация эффекта авторотации
 PILL
ПАРА РАЗНЕСЕННЫХ
НЕСУЩИХ ВИНТОВ
Еще одной схемой конструирования вертолетов является схема с двумя разнесенными несущими винтами. Термин «разнесенные» значит, что несущие винты располагаются не на одной оси (как в соосной схеме), а в разных местах фюзеляжа По такой схеме создан тяжелый американский вертолет СН-47 «Чинук» фирмы «Боинг».
Вращение лопастей второго винта
Взгляни в окно. Обыкновенное стекло, которым застекляются окна в наших домах, квартирах и офисах, передает картинку без искажений. Однако стоит только изменить форму поверхности стекла, как оно превратится в прибор,
искажающий световые лучи. Причем не просто искажающий, а делающий предметы в нашем зрительном восприятии больше либо меньше по размерам. Давай разберемся, как работает это волшебное стекло и как оно привело к важнейшим открытиям и техническим изобретениям.
Линза: что умеет волшебное стекло?
ЛИНЗА - ИСКРИВЛЕНИЕ И ФОКУСИРОВКА
Деталь из прозрачного материала (стекла или пластика) с полированными поверхностями сферического профиля называют линзой от латинского слова lens — «чечевица». Чтобы превратить кусок обычного стекла в линзу, необходимо зашлифовать хотя бы одну его поверхность до чуть изогнутого состояния. Изогнутая наружу, то есть выпуклая, линза по законам оптики фокусирует световые лучи в одной точке, вогнутая линза — наоборот, рассеивает свет.
Входящий световой поток
Осв симметрии линзы
Выпуклая линза
МИКРОСКОП - БЕСЦЕННЫЙ ИНСТРУМЕНТ НАУКИ
Глаз исследователя
Один из важнейших научных инструментов на основе линзы — это микроскоп Целая система увеличительных линз внутри его трубки позволяет рассмотреть невидимые глазу микроскопические объекты Общий принцип действия оптического микроскопа — это передача светового потока от подсвечиваемого исследуемого объекта к глазу с увеличением Объект для исследований помещается на предметный столик На него снизу подается свет через конденсор — линзу, фокусирующую свет на исследуемом объекте Изображение исследуемого объекта через объектив (основную увеличивающую линзу) передается в окуляр — отверстие с линзой для глаза исследователя
ЬСН работав" оптииодсрй микроскоп
 - । Благодаря микроскопу, этому действительно незаменимому прибору, совершено множество важнейших открытий в науке и медицине, получены жизненно необходимые для человека лекарства, побеждены многие некогда смертельные болезни. Увеличительная способность оптических микроскопов составляет до 2000 крат, то есть они увеличивают изображение в 2000 раз!
«ДВУГЛАЗЫЙ» СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ УВЕЛИЧИТЕЛЬ
Оптические призмы различных форм и конструкций, оборачивающие световой поток
Еще один оптический прибор для увеличения — бинокль — предназначен для наблюдения за удаленными предметами двумя глазами За счет этого наблюдатель видит стереоскопическое изображение. Бинокль включает две трубы одинаковой конструкции, включающей окуляры, объективы и систему призм внутри Расстояние между центрами окуляров всегда выполняется примерно равным расстоянию между зрачками среднестатистического наблюдателя, причем это расстояние регулируется. Чаще всего трубы биноклей имеют не прямую, а «изломанную» Форму Оп
Узел настройки расстояния между окулярами под анатомию зрительного аппарата конкретного пользователя
Устройство бинокля.
Винт наведения резкости, удаления и приближения
тический луч проходит не напрямую от объектива к окуляру, а по ломаной траектории через систему призм.

107

Астролябия и секстант -
космическая оптика
Много столетий назад человек создал достаточно точные приборы
для измерения высоты Солнца и других космических объектов над горизонтом, а также расстояния между ними. Узнав эти величины, можно вычислить координаты той местности, где находишься, то есть точно определить свое географическое положение на поверхности земного шара. Это было необходимо многим людям во все времена, например морякам в дальних плаваниях.
ПРИБОР, «БЕРУЩИЙ ЗВЕЗДЫ»
Астролябия (в переводе с древнегреческого «берущая звезды») — древнии инструмент, который использовали для определения положения небесных тел, а также траекторий их движения. Этот прибор был одним из наиболее важных астрономических инструментов до появления телескопа. Его основой служит «тарелка» с кольцом для подвешивания прибора. Также имелись вращающаяся визирная линейка с двумя диоптрическими отверстиями (иногда она оснащалась увеличительными линзами), «паук» и тимпан.
Вращающаяся визирная линейка с линзами позволяла нацеливаться
на небесные объекты
Тимпан — круглый плоский диск со стереографической проекцией
астрономических объектен,
Подвесное кольцо «X-----для точной тоизонтальной
и определять их угловую высоту
наблюдаемых с Земли
подвески прибора
Из чего состоит астролябия.
«Тарелка» — плоская круглая пластина, __ которая служила основой для всех
других частей
I астролябии
Внешний лимб «тарелки» имел шкалу в градусах и в часах
«Паук»— фигурная решетка, стрелки которой указывают
на самые яркие звезды.
и служил рамой, удерживавшей все компоненты вместе

КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ АСТРОЛЯБИЕЙ?
Измерения с помощью астролябии производились следующим образом Прибор нужно было подвесть горизонтально и «прицелиться» через диоптрические отверстия на выбранный объект (Луну, Солнце и др), указатель которого присутствовал на «пауке» астролябии. Далее вращением паука указатель совмещали с линией измеренной высоты (линию искали на тимпане). После чего можно было считать, что на астролябии восстановлен текущий вид звездного неба. Это служило основой для решения многочисленных задач, не только астрономических, например, для определения собственных координат, текущего времени и продолжительно-
Линия «прицеливания» на космический объект (в данном случае на Солнце)
Угловая высота светила — одна из измеряемых с помощью астролябии величин
сти дня, астрологических предсказаний.
Оптические фильтры помогают ловить ь прицел звезды разной яркости Система линз и обезопасить глаза при наведении для «прицеливания»
'-------------------------
Астролябия стала - ' символом науки и знаний, поэтому ее изображение можно увидеть на многих картинах и гравюрах с древности и до наших дней.
_________________________
ПРИБОР
СО ШКАЛОЙ В 60°
на особо яркие объекты
Секстант (от лат sextans — «шестой») — еще один прибор для оп-оеделения собственных координат на поверхности земного шара. Он оснащен шкалой размером 1/6 от полного круга (то есть 60°), а также небольшой подзорной трубой и системой линз.
После
визуального прицеливания получаем географические кс.<рдинаты на шкале
Линия «прицеливания» на космический объект (в данном случае — Солнце)через систему .. линз •
Указатель координат
Рукоятка
Шкала координат а 60“ (1/6 от полного круга)

КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ СЕКСТАНТОМ?
Секстант работает следующим образом Через подзорную трубу необходимо уравновесить прибор, устанавливая его на линии горизонта. Затем рукояткой наведения следует произЕодить регулировку изображения до тех пор, пока в прицеле через систему линз не будет «пойман» выбранный объект (известная наблюдателю звезда, Луна, Солнце и др.). В рукоятке наведения имеется указатель, который и показывает координаты на шкале.
109
ФОТОАППАРАТ: «ВОЛШЕБНЫЙ ГЛАЗ»
4D
Фотоаппарат
и кинокамера
Можем ли мы остановить мгновение, чтобы запомнить его навсегда, или запечатлеть важное событие и потом смотреть на него снова и снова, переживая важные моменты? Да, такая возможность существует! Подобные чудеса способны сотворить два удивительных изобретения — фотоаппарат и кинокамера. Давай узнаем, как работают эти «магические» аппараты, которые делают отличные снимки и фильмы. Ты уже наверняка догадался: внутри у них есть линзы, много линз!
Фотоаппарат — это сложный прибор, который улавливает световые лучи и превращает их о изображение. Ты смотришь в видоискатель аппарата (маленькое окошко), выбираешь, что хочешь сфотографировать, и нажимаешь на кнопку. Но что пооисходит дальше? Внутри фотоаппарата спрятаны линзы фотообъектива Они собирают свет, который отражается от предметов, и направляют егс в одну точку — на специальную пластинку или на матрицу аппарата, если он цифровой. Это словно лупа, которая фокусирует солнечные лучи в одной точке Когда ты нажимаешь на кнопку, внутри фотоаппарата открывается маленькое окошко — затвор Он быстро пропускает свет к матрице или пленке — и изображение запечатлено Этот процесс называется экспозицией — словно на бумаге делается отпечаток света.
Свет
1ШИИН
Оптика
1.	Видоискатель (окуляр)
2.	Призма видоискателя
3.	Фокусирующий экран
4	Линза
5.	Цеетоьий и инфракрасный фильтр
6	Цифровой сенсор
7.	Затвор
S Дисплей
9	Электроника
10	Система автофокусир-аки
11	. Зеркале
12	Фокусировочные линзы
13	. Диафрагма
14	. Увеличительные линзы
15	Входные линзы
16	. Элементы электропитания
110
ПЛЕНКА
И «ЦИФРА»
Фиксация изображения в пленочных фотоаппаратах осуществлялась при помощи света на светочувствительном фото-
КИНОКАМЕРА: КАК ПОЙМАТЬ ДВИЖЕНИЕ?
Кинокамера работает по тому же принципу, что и фотоаппарат.толь-ко она делает не один снимок, а много-много фотографий, очено быстро, со скоростью 24 снимка в секунду1 Кинокамеру можно упрощенно представить как скоростной фотоаппарат
материале (фотопленке) Однако такие аппараты почти ущли в прошлое. Современность искусства фотографирования — цифровые фотоаппараты. В них запись картинки происходит путем преобразования оптического изображения в цифровые данные, сохраняемые на соответствующем электронном носителе.
С1'. “'□“Hi хжпруч-W4IX цифрсеюи ру““он
Детали корпуса
Детали корпуса
Боковая скоба держателя для ладони оператора
-----------------------------------• Объектив спрятан внутри корпуса----
Плата с цифрс< ой электроникой-------
Емкости для батареек и аккумуляторов — На заднике корпуса имеются кнопки управления-----------------------------
Экран электронного видоискателя выполнен ь качестве раскладной боковой панели
 - Ученые подсчитали, что человеческий глаз воспринимает 24 кадра в секунду как плавное целостное действие. Если же кадров будет меньше, то картинка будет словно идти рывками, «дергаться». 24 кадра в секунду — основной принцип кино. Для примера просмотри полусекундный (12 кадров) цикл из фильма о беге гепарда; кстати, это очень быстрая кошка!
111
Телескопы и обсерватории
Древние астрономы изучали космическое пространство, что называется, «на глазок», порой даже не пользуясь никакими приборами. И, между прочим, добились значительных успехов! Делали они это не только ради любопытства — астрономические наблюдения в древние времена были необходимы для успешного земледелия и морской навигации по звездам. Изобретение
линз позволило ученым создавать мощные и эффективные оптические приборы — телескопы (от древнегреческого «теле» — «далеко» и «скопеин» - смотрю). Сегодня, наблюдая за другими планетами нашей Солнечной системы с помощью этих мощнейших оптических устройств, мы можем понять, как устроена Вселенная в целом.
ОПТИЧЕСКИЙ
ТЕЛЕСКОП-РЕФРАКТОР
ОПТИЧЕСКИЙ
ТЕЛЕСКОП-РЕФЛЕКТОР
Простейший оптический телескоп состоит из двух линз, которые преломляют световые лучи объектива и окуляра. Такие приборы называют телескопами-рефракторами Объектив создает значительно уменьшенное изображение удаленного объекта наблюдения. Затем это изображение рассматривается и окуляр, как через лупу Изготовление крупных рефракторов затруднено тем, что качественно обработать большую линзу очень трудно.
Е наши дни разработаны телескопы, которые действуют на основе вогнутых зеркал, концентрирующих световые лучи. Производство вогнутых зеркал технологически намного проще, чем выпуклых линз рефракторов. Это позволяет создавать гигантские устройства, получившие название «телескопы-рефлекторы». Н таком приборе огромное вогнутое зеркало собирает световые лучи в концентрированный пучок, который затем с помощью
вспомогательных линз и зеркал направляется в оку-
Устройство телескопа рефрактора
Лучи света	Глаз астропома
ляр
Вспомогательная / Лучи света Обьектив промежуточная линза
I Глаз астронома
Как устроен телескоп-рефлектор.
112
Оптика
Самый большой в мире телескоп-рефрактор находится в Йоркской обсерватории, линза его объектива имеет диаметр 10,2 м. Два самых эффективных телескопа-рефлектора задействованы в обсерватории имени Кека на острове Гавайи (США). Диаметр зеркал этих телескопов достигает 9,2 м, что позволяет рассмотреть даже самые отдаленные объекты Солнечной системы.
ОБСЕРВАТОРИЯ: ДОМ ДЛЯ ТЕЛЕСКОПА
Давным-давно начали конструировать и строить настолько огромные телескопы, что они не помещались в обычных домах Их стали располагать в обсерваториях (от латинского слова cbservatio - «наблюдение») — больших «гаражах» для телескопов. Обсерватории стали размещать в особых местах, где воздух чистый, мало облаков и нет яркого городского освещения, например в горах. Главная башня обсерватории обычно оснащена шарообразным куполом и немного похожа на храм Для приведения телескопа в рабочее состояние необходимо раздвинуть масс ивные створки купола, после чего телескоп «устремит взгляд» в холодный космос.
Внешний и внутренний вид обсерватории
Раздвижные створки купола
Здание обсерватори
Поворотный купол
Внутренности» обсерватори оптический телескоп
Площадка для технического персонала (очистка купола, протирание “ линз телескопа, смазывание механизмов наводки)

ИЗ
Батарейки: «хранители» электроэнергии
Электроны
В XVIII столетии ученые обнаружили, что некоторые вещества, в частности металлы, могут проводить электрические заряды, поэтому их начали называть проводниками. Когда такой материал	прсаодник
подвергается воздействию электричества, все свободные электроны (отрицательно заряженные частицы) в нем начинают двигаться от отрицательного полюса к положительному. Такое упорядоченное движение электронов называется электрическим током.
СОВРЕМЕННАЯ БАТАРЕЙКА
Современные батарейки — это самые маленькие химические накопители электроэнергии Внутри батарейки прячутся два полюса — плюс и минус Когда ты вставляешь батарейку в прибор, электроны бегут от минуса к плюсу Два электрода из разных материалов (цинковый отрицательный анод и угольный положительный катод) опускаются в раствор (хлорида аммония), который называется электролитом. За счет окисления цинка с электролитом на этом электроде образуется избыток отрицательных электронов, и при замыкании электродов внешней цепью по ней начинает течь элек-
ИЗ ИСТОРИИ БАТАРЕЙКИ: ЭЛЕМЕНТ ВОЛЬТА
Более 200 лет назад, е 1800 г., итальянский ученый Алессандро Вольта заметил, что прослойка из влажной ткани, пропитанной раствором соли или кислоты, может усилите электризацию пары разных металлов (например, цинка и меди), и пришел к очень важному открытию. Перепробовав несколько таких пар металлов, разделенных прослойками, он изобрел первую электрическую батарею, которая превращала энергию протекающих в ней физико-химических реакций непосредственно в электрическую энергию.
трический ток.
Графитовый стержено (положительный электрод, катод)
ЦиНкОвЫЙ стакан (отрицательный электрод, анод)
Электричество и электротехн ика
Принципиальное устройство батарейки.
Электролит
Батарейка Вольта
Электрический ток
Замкнутая
(---электрическая
цепь
Медная пластина
Цинковая пластина
Смоченная ткань

114
Пластины из свинцовых сплавов
АВТОМОБИЛЬНЫЙ
СУПЕРНАКОПИТЕЛЬ
Обязательным узлом каждого автомобиля является аккумулятор — несколько химических батарей, хранящих электрическую энергию. В одну такую батарею «вмещается» энергия десятков и даже сотен самых мощных бытовых батареек. Каждая секция батареи представляет собой пакет плоских решетчатых пластин из свинца с различными добавками для положительного и отрицательного полюсов Пластины помещены в корпус, заполненный раствором серной кислоты (электролитом) и закрытый крышкой В крышке имеются отверстия, через которые выведено по два вывода от каждой из пластин (положительный и отрицательный).
разной химической формулы
БАНКА С ЭЛЕКТРОЛИТОМ
Как правило, аккумулятор состоит из нескольких (чаше шести) простейших секций, описанных выше. Почему именно шести? Аккумулятор должен выдавать напряжение в 12 вольт, одна секция обеспечивает напряжение в 2 вольта. Для получения 12 вольт положительные и отрицательные пластины соединяют последовательно и делают два общих вывода - положительный и отрицательный. Потребителями электроэнергии от аккумулятора автомобиля являются фары, освещение в салоне, свечи зажигания двигате-
ля, генератор
, Потребитель напряжения освещение в салоне
Потребитель напряжения генератор
Потребитель напряжения, поворотные огни
Потребитель напряжения фары
** I1
ИНН
. * Ни в коем случае нельзя . ' выбрасывать использованные батарейки и автомобильные аккумуляторы! Абсолютно все химические
компоненты, находящиеся
внутри них, очень токсичны для живой
природы, в том числе и для человека.
Ч
---Потребитель напряжения; свечи зажигания двигателя
Источник напряжения последовательность из шести аккумуляторных секций
Генераторы: как создать электроэнергию?
Почти два столетия назад, в 1831 г., английский ученый Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, Оказалось, что если вращать проводник между полюсами магнита, то в нем возникнет электромагнитное поле. Такое поле возбуждает движение электронов, и по проводнику начинает течь электрический ток. Это открытие привело к созданию электрического генератора - устройства, способного
преобразовать механическую энергию
в электрическую.
Г-Щетки
Ось
Пре л ода
Контактные кольца
Потребитель электроэнергии
Магниты
ПРОСТЕЙШИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
Электрогенератор работает следующим образом в магнитном поле, то есть между полюсами магнитов, на оси вращается проволочная рамка, играющая роль ротора В каждый момент своего движения она пересекает магнитное поле, и в ней образуется электрический ток С помощью установленных на оси контактных колец и прижатых к ним щеток ток по проводам можно подвести к какому-нибудь потребителю электрической энергии, например к лампочке.
Устройство и принцип работы простейшего электрогенератора.
ЭЛЕКТРОМАГНИТ ВМЕСТО ПРОСТОГО МАГНИТА
Мощные современные электрогенераторы имеют более сложную конструкцию Катушка с проволокой (обмотка), в которой вырабатывается ток, у них расположена на неподвижной части генератора — статоре. А магнитное поле образуется при помощи электромагнитов, закрепленных на роторе генератора Они представляют собой обмотки, на которые поступает ток от отдельного источника питания Такая конструкция позволила избавиться от больших и тяжелых постоянных магнитов Расстояние между статором и ротором составляет всего лишь несколько миллиметров, поэтому между ними возникает очень сильное магнитное поле, и в )бмот-
Пропода, идущие к внешнему источнику тока ----------- Статор
Контактные кольца
Металлическая сфера накапливает заряд «+» от ленты
ке статора образуется электрический ток большой мощности.
ИЗ ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Этот прибор представляет собой генератор высокого напряжения конструкции выдающегося американского физика Роберта Ван де Граафа. Принцип его действия основан на электризации движущейся диэлектрической ленты. В 1933 г. был построен подобный прибор с напряжением до 7 млн вольт!
Диэлектрическая (шелковая или резиновая) лента вращается на двух роликах и переносит заряд «+» от нижнего ролика
Генератор Ван де Граафа
Электрод переносит заряд от ленты на внутреннюю п< 1ерхность сферы.
Двигатель вращает ролики
Верхний ролик диэлектрический
и заземлен
Нижний ролик металлический
МИНИИПИМЩ
Лампочки: потребители электроэнергии
Самыми простыми потребителями электроэнергии являются осветительные лампы накаливания.
Они повсюду: под потолками в каждой комнате наших домов, в подъездах, на столбах вдоль улиц. Первые системы освещения (газовые) устанавливались в городах примерно 150 лет назад.
Простая
ЭЛектртлейиг схема
ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ:
Vctpc-'C-ID "»НРЫ -H.kflHJHr'"
НАШ СВЕТЯЩИЙСЯ ДРУГ
В наши дни наиболее популярной лампой является лампа накаливания. Она состоит из герметичной стеклянной колбы с вольфрамовой нитью накала внутри, которая с помощью двух проводников соединяется с винтовой нарезкой цоколя и с основанием лампы, изолированной от цоколя. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфрама, из лампы выкачивают воздух и наполняют ее азотом или инертными газами. При прохождении электрического тока через вольфрамовую нить она накаляется добела и светится ярким светом
ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА
Люминесцентные лампы получили свое название из-за люминофорного (фосфорного) покрытия на внутренней стороне герметичной стеклянной трубки. Трубка заполняется инертными газами и ртутными парами. Когда на контакты лампы подается питание, по цепи начинает проходить электроток.
Как устроена люминесцентная лампа.
Видимый свет
(с ведение люминофора)
Фосфорное покрытие--- Стекляная трубка	Электроны Контакты для подачи гока
С поверхности нити исходит тепло и начинают течь электроны, активирующие инертный газ, а также обуславливающие выделение ультрафиолетовых лучей Когда ультрафиолет достигает колбы, активизируется свечение люминофора,
*
Основным компонентом свечения в люминесцентной лампе является фосфор, который способен значительно увеличить мощность светового потока по сравнению с обычными лампочками накаливания при одинаковом энергопотреблении. Поэтому люминесцентные лампы намного экономичнее ламп накаливания.
Принцип работы светодиода
СВЕТОДИОД
Самым экономичным, экологичным и безопасным видом электрических ламп является LED-элемент (сокр. от light-emitting diode —«светодиод») Это полупроводник специальной конструкции При пропускании через него электрического тока : н начинает излучать фотоны, то есть свет. Светодиод садится на внутреннюю пластину катода, к нему от анода присоединен анодный проводник тока. При подключении напряжения между катодом и анодом светодиод испускает свет, который усиливается линзой пластмассового корпуса.
Светорассеивающая полусфера
КАК УСТРОЕНА LED-ЛАМПА?
Основание LED-лампы выполняется из полимера, снизу основания имеется стандартный цоколь для вкручивания в светильник, сверху основания крепится драйвер (стабилизатор тока для выравнивания перепадов напряжения) Драйвер, а также световые элементы охлаждаются массивным радиатором (чаще -зсего алюминиевым). Сверху радиатора на теплопроводную пасту устанавливается плата со светодиодами, обеспечивающими световой поток. Она накрывается светорассеивающей полусферой.
Радиатор
Драйвер
Верх радиатора с токопрсводящей пастой
Основание LED-лампы I и цоколь
Плата со светодиодами

119
Гт
Телевидение:
ь. волшебные панели
Наверняка ты слышал выражение «посмотрим ящик» — так по-простому иногда называют телевизор. Глядя на современные плоские телевизоры, понимаешь, что это не совсем подходящее название. Откуда же оно пошло? Дело в том, что с самого своего изобретения в 1940-е годы телевизоры имели совсем иную конструкцию, нежели современные образцы. Раньше они оснащались электронно-лучевыми трубками (сокращенно ЭЛТ), которые закрывались деревянными или пластмассовыми корпусами, похожими на ящики.
-1 ч, Современные телевизоры называют жидкокристаллическими (ЖК-телевизоры). Они компактны, экономичны и более безопасны для здоровья, чем телевизоры ЭЛТ. Аппараты с ЭЛТ уже практически нигде не используются, их ты сможешь увидеть разве что в музеях. Они были очень опасны для глаз.
Вертикальный поляризационный фильтр
ЖКЯЧЕИКИ
Принцип работы жидкокристаллического экрана основан на способности молекул жидких кристаллов образовывать кристаллическую структуру, то есть становиться непрозрачными под воздействием электрического тока Каждый кристалл на экране занимает одну точку (пиксель). За матрицей, состоящей из отдельных кристаллов, установлен источник света. Когда напряжение отсутствует, кристалл прозрачный, и свет проходит через него, при этом точка на экране кажется светлой. Если на кристалл подается напряжение, он становится непрозрачным, не пропуская свет, и точка на экране кажется темной.
Принципиальная схема устройства ЖК-ячейки
Цветовой фильтр определяет цвет пикселя, если ЖК- кристалл пропускает свет
Проходящий свет
Жидкий кристалл при отключенном напряжении пропускает свет
ннини
Пиксель изображения
Горизонтальный поляризационный фильтр
Жидкий кристалл при включенном
Источник света
полностью перекрывает свет
Электричество и электротехника

120
Рассмотрим основные элементы ЖК-панели. Источник света, находящийся позади экрана, направляет свет на ЖК-матрицу. С помощью двух поляризационных фильтров (горизонтального и вертикального) свет разбивается на множество потоков, соответствующих ячейкам Ж К-матрицы (как работает отдельная ячейка, мы разобрали выше). Вертикальные и горизонтальные электроды создают электронное поле, ориентирующее молекулы каждой из ячеек определенным образом (в зависимости от силы поля — от полного перекрытия света до полной прозрачности). И, наконец, цветовой фильтр отвечает за цвет-
ность свето&сго потока.
ЖК-матрица
Вертикальные электроды
Источник света
Горизонтальный поляризационный фильтр
Внешний защитный слой экрана
Конструкция ЖК*телевизора.
Вертикальный поляризационный фильтр
Горизонтальные электроды----
Приемная антенна ретранслятора
Цветовой фильтр
ПЕРЕДАТЧИКИ, ПРИЕМНИКИ
И РЕТРАНСЛЯТОРЫ
Телевизор или радио упрощенно можно представить как приемник телевизионного сигнала или радиоволн. Он получает сигнал либо напрямую от источника, либо через спутник. В первом случае источник должен располагаться на уровне прямой досягаемости сигнала. Поскольку планета Земля имеет форму шара, сигнал не может распространяться по всей планете. Спутники, находящиеся в космосе высоко над нашей планетой, — передаточные звенья (ретрансляторы) Они принимают сигнал от пеоедатчика и передают его к приемнику, который находится вне зоны прямой досягаемости сигнала.
Спутник-ретранслятор
Линия распространения сигнала через ретранслятор
Передающая антенна ретранслятора
Граница пряной досягаемости сигнала
Источник телевизионных волн
Приемник телевизионных волн, находящийся вне пределов прямой досягаемости сигнала
121
Электромотор: загадочный «волчок»
Обмотки ротпра
Электрический мотор - это устройство, которое превращает электрическую энергию в круговое движение. Представь, что у тебя есть батарейка или розетка, откуда «бегут» электроны. Эти микроскопические заряженные частицы попадают в мотор, и тут начинается настоящая магия — они заставляют части двигателя вращаться!
ГЕНЕРАТОР
НАОБОРОТ	Ось ротора
Электродвигатель можно назвать генератором наоборот. Если генератор воащается, чтобы выработать ток, то электродвигатель с помощью электротока производит механическое вращение. Как и генератор, он состоит из двух основных частей — вращающегося ротора с подвижными обмотками и неподвижного статора, который создает магнитное поле. Статор может быть как постоянным магнитом, так и электромагнитом с неподвижными обмотками Для подведения тока к обмотке ротора используют коллектор — барабан с множеством медных пластин- К пластинам подключены витки обмотки ротора, а снаружи с ними соприкасаются графитовые щетки.
Коллектор
постоянного магнита статора
Полюс N
постоянного
магнита статора
Принципиальная схема электродвигателя.
КАК РАБОТАЕТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ?
При подаче электричества на электромотор ток через щетки поступает в ту часть ооторной обмотки, которая находится напротив магнитных полюсов статора При включении тока электромагниты, подвиж
ные и неподвижные, имеют одинаковый полюс и поэтому стремятся оттолкнуться друг от друга. Проис
ходит поворот ротора на небольшой угол, а поскольку в этот момент в магнитное поле статора попадает
следующая часть обмотки ротора, то это заставляет ротор вращаться, так как на место «вытолкнутых»
Коллектор
частей обмотки все время подходят новые и новые
Ось ротор& подключается к исполнительному механизму
Полюс N постоянного магнита статора
Обмотки ротора
Полюс S постоянного магнита статора
Магнитное поле статора
Источник тока
Самый мощный в мире электромотор весит около 75 тонн и имеет мощность 36,5 мегаватта — 49 000 лошадиных сил. Сорок девять тысяч «лошадей»! Двигатель специально разработан для питания военных кораблей ВМС США следующего поколения. Кроме того, он может использоваться на больших круизных лайнерах и торговых судах. Размеры этого гиганта — примерно 6 метров в высоту и 10 метров в длину. Внутренний диаметр статора этого мотора составляет около трех метров — внутри него в полный рост легко встает человек.
w
В наши дни в промышленности и в домашних хозяйствах задействовано огромное количество различных машин и механизмов, оснащенных электромоторами. Это электроинструменты — неутомимые помощники, которые могут резать, пилить, шлифовать. Очень часто в изделии или заготовке надо просверлить отверстие. Инструмент, позволяющий это сделать, получил название «дрель». Давай познакомимся с самыми распространенными электроинструментами: электрическим лобзиком, циркулярной пилой, болгаркой и электрическим рубанком.
ЭЛЕКТРОДРЕЛЬ: ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЛЮС СВЕРЛО
Основной деталью электродрели является электромотор. Он создает вращающую силу для сверла, закрепленного в патроне. Скорость вращения электромотора слишком велика для нормального режима сверления, поэтому между мотором и сверлом устанавливается редуктор, понижающий скорость. Для включения и выключения дрели служит курок. 6 некоторых моделях он совмещен с регулятором скорости и переключателем реверса (изменения направления вращения сверла). На вал двигателя насажен вентилятор, который обдувает его проточным воздухом и предохраняет от перегрева. Выходной вал редуктора соединен с патроном - устройством фиксации сверл различных диаметров
Подшипник выходного вала
Электродиигатель
Фиксатор курка
Кулачки
Устройство электродрели
Фиксатор шнура питания
Редуктор
Вентилятор
Курок
Электричество и электротехника
124

УГЛОВАЯ ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАШИНА
В народе такой инструмент называется болгаркой Пожалуй, это самая мошная из всех разновидностей шлифовальных машин. С ее помощью можно не только шлифовать и зачищать поверхности, но и резать, то есть болгарка может служить еще и электропилой благодаря особому (угловому) расположению режущего инструмента.
Устройство шлифмашинки.
Режущий инструмент — Ось двигателя расположена шлифовальный диск под углом 90° по отношению
Блок с двигателем
Режущий или шлифовальный---
диск
3 нижней части закрепляется пильное полотно
Режущий инструмент — пила
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДИСКОВАЯ ПИЛА
Этот инструмент, как и лобзик, тоже относится к пилам, однако он предназначен для производства только прямолинейного пропила — никаких закруглений или изгибов с его помощью не выполнишь Зато режет материал такая пила очень быстро и ровно. Дисковую электропилу еще называют ручной циркулярной пилой Ее главный рабочий орган — внушительный диск с острейшими режущими зубьями, который вращается от электромотора. Мотор получает питание либо от общей сети, либо от аккумулятора
КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОЛОБЗИКА
Лобзиком называется небольшая ручная пила, с помощью которой можно осуществлять фигурные пропилы, к примеру, в форме волны или круга. Современный электролобзик имеет корпус с плоской платформой внизу и рукояткой вверху. Снутри располагаются двигатель и механизм, преобразующий вращательное движение вала двигателя в возвратно-поступательное движение пильного полотна Выступающая часто полотна совершает возвратно-поступательные движения и осущест вляет пропил.
Опора пилы
Мотор в корпусе
Защитный кожух диска
Устройство электропилы
Рукоятка опускания / поднятия инструмента
Дисковое полотно
Ось двигателя распсложена под углом 90е по отношению к оси
Режущий инструмент — циркулярная пила
режущего инструмента
Шестеренчатая передача для смены направления вращения
’ Кухонные «электро- g \ инструменты» Ч|
Легко заметить, что наши дома полны различных технических устройств и механизмов, которые буквально окружают нас. Их можно найти в каждой комнате! Эти приборы экономят наши силы и время, помогают нам готовить и хранить пищу, стирать и сушить одежду, развлекаться - в общем, обеспечивают нам комфортное проживание в современном жилище. Совершим короткую экскурсию по нашему дому и познакомимся поближе с его техническими «обитателями», работающими от электричества. И начнем со всеми любимого помещения — с кухни.
МИКРОВОЛНОВКА: ГРЕЕМ И ГОТОВИМ ПИЩУ БЕЗ ОГНЯ
Микро волновая печь (или попросту микроволновка, а по-научному — СВЧ-печь) предназначена для приготовления и разогрева пищи. Основным внутренним агрегатом СВЧ - печи является магнетрон,совместно с системой конденсаторов (емкостных накопителей) и трансформатора создающий сверхвысокочастотные волны. Они передаются в печную камеру через голновод, многократно отражаются от внутренних стенок печи и заставляют молекулы воды, которые в избытке имеются в пищевых продуктах, быстро двигаться и вращаться Это и приводит к разогреву или приготовлению пищи.
Печная камера для закладки продуктов
1'олновод — тоннель для микроволн от магнетрона к печной камере
Магнетрон с катушкой генерации микроволн
Емкостный накопитель
Основные внутренние агрегаты СВЧ-печи.
Трансформатор, обеспечивающий высокую частоту волн
Молекулы воды в пищевых продуктах
Устройство и принцип работы микроволновой печи.
Микроволновую печь изобрел американский инженер Перси Спенсер. Идея пришла к нему случайно. Он заметил, что под действием СВЧ-волн, с которыми он тогда экспериментировал, расплавилась шоколадка в его кармане. В 1945 году инженер получил патент на это изобретение, а с 1953 года СВЧ-печи уже работали в ресторанах и на кухнях.
Т
СВЧ-ьолны

Корпус
Информационный дисплей
Дверца с герметичным уплотнителем
Металлизированное стекло препятствует выходу СВЧ-волн — наружу
о о
Печная камера
Поддон ----
для пищи выполнен вращающимся для равномерного разогрева пищи
ВМЕСТО ТЫСЯЧИ НОЖЕЙ
Кухонный комбайн создан для быстрой нарезки продуктов, измельчения и смешивания. Этот прибор состоит из электромотора, регулятора скорости, одной или нескольких рабочих емкостей (чаш) и набора рабочих насадок. Чаша выполняется из стекла или прозрачной пластмассы и закрывается крышкой, в которой имеется трубка, чтобы подавать внутрь чаши в процессе работы воду и продукты. Мотор вращает шкив, который передает через ременную передачу момент вращения на рабочий шкив и вал для насадок.
Переключатель и кнопки управления обеспечивают выбор режима работы печи, ее мощности и температуры
Электромотор
Шкив мотора
Чаша с
Вал для крепления насадок ।
с трубкой
Защитный выключатель
Конструкция
кухоныно riiifliftii
Рабочий шкив
Передаточный	Выключатель
ремень	питания
Утюги и гладильные
машины
Глажкой называется термическая обработка одежды специальным прессом с целью разгладить складки. Простейшим бытовым прибором, осуществляющим глажку, является утюг. Он справляется с самой тяжелой работой, разглаживая мятую одежду,
g Первые утюги представляли собой тяжелые чугунные коробки. Они не были электрическими — для разогрева подошвы внутрь коробки засыпали раскаленные угли.
Понятно, что это было очень пожароопасное устройство, а угли, вываливающиеся из утюга, могли испортить одежду.
ТЕПЛО, СИЛА ТЯЖЕСТИ И ПАР ПРОТИВ СКЛАДОК
Внутри утюга есть специальный элемент, называемый нагревателем. Когда прибор включают в розетку, электричество разогревает его до очень высокой температуры. Что же он греет? Внутри утюга имеется небольшой резервуар для воды. Когда нагреватель становится горячим, вода преиращается в пар, который делает ткань мягче, и утюг легче справляется с задачей разглаживания. Еще одним важнейшим конструктивным элементом является специальная металлическая подошва — гладкая и блестящая, притом горячая. Благодаря такой подошве утюг легко скользит по ткани, не застревая на складках, и силой тяже
сти разглаживает одежду.
?
Рукоятка
Кнопка подачи пара
Регулятор температуры и режимов работы _ (выбор видов ткани)
Подошва утюга может быть сделана из разных материалов — нержавеющей стали, алюминия или керамики
Принципиальная схема утюга.
Кнопка включения / выключения нагрева
Шнур электропитания з особой термостойкой оплетке
Электричество и электротехника
128
Емкость С ЬОДоЙ
Клеммы электропитания
Короб с нагревательным элементом
Задняя стенка сконструир|..1ана так, что утюг можно поставить на нее вертикальна в нерабочем положении
Металлическая основа вала
ГИГАНТСКИЙ «УТЮГ»
Для больших объемов белья требуется помощь настоящего великана. Его называют гладильным каландром Это самая крупная из всех гладильных машин, даже маленькие модели весят от 300 кг Этот станок не только гладит, но и одновременно сушит белье с помощью горячего цилиндра (вала) Количество ва-лоп может быть разным, как правило — от 1 до 4
Впитывающее магу покрытие
Рабочие направляющие
Упругая прокладка
Загрузочная линия
Станина
РАЗГЛАЖИВАЮЩИЕ «КУКЛЫ»
Для разглаживания и высушивания сложных предметов одежды - рубашек, блузок, брюк, сорочек, свитеров - применяются пароманекены (или гладильные манекены). Основой этих станков являются наду
вные манекены (куклы) в виде тканевых подушек, разогреваемых горячим воздухом Рубашка или иной
предмет одевается на пароманекен. Горячий воздух подается через такую надувную «куклу», а она вытягивает ткань, сушит и гладит одежду. Кроме того, после одевания оператор может дополнительно гладить
ткань утюгом или прижимать внешние прессы. Естественно, для каждого вида одежды требуется свой
пароманекен особой конструкции
Держателе рукавов
Зеркало заднего вида
Надувная основа
Держатель рукаьо-
Существует известное изречение: «Чистота — залог здоровья». Как минимум раз в неделю, а то и чаще, мы тщательно избавляемся от пыли, песка и грязи в наших квартирах. До сих пор при уборке применяют древние орудия -метлу (или же веник) и швабру с влажной мягкой насадкой (либо тряпкой). Между тем уже более столетия назад в помощь человеку были изобретены технические устройства, облегчающие процесс наведения чистоты. Самое распространенное из них - пылесос. Предназначение этого бытового технического прибора понятно из названия: он всасывает пыль.
Впервые устройство, облегчающее уборку, появилось в Англии в 1901 году, когда изобретатель пылесоса английский инженер Хуберт Бут основал ф компанию, сотрудники которой разъезжали по домам и с помощью этих технических новинок чистили ковры от пыли.
Корпус
Пылесбпрник с фильтром
Гибкий шланг
Насадка
— Всасывающий вентилятор
Электродвигатель
Выпускное отверстие
ПЫЛЕСОСЫ: ДОЛОЙ ЩЕТКИ И МЕТЛЫ!
Принципиальная схема пылесосе.
Когда пылесос включается в. розетку, он не просто гудит (хотя и гудит он, действительно, довольно громко). Внутри него находится электромотор, который запускает вентилятор При включении пылесоса мотор начинает вращать лопасти вентилятора, работающие на всасывание по правилу винта. Вентилятор выгоняет из корпуса воздух через выпускное отверстие, поэтому внутри пылесоса создается пониженное давление, что создает возможность всасывания воздуха извне через гибкий шланг с насадкой. Чем мощнее мотор, тем большие частицы пыли и грязи сможет втянуть в себя пылесос вместе с создухом Всасываемый воздух прогоняется внутри корпуса через пылесборник, на фильтре которого оседают пыль и грязь.
Электричество и электротехника
130
Всасывание пыли и ллаги
Всасывающая трубка —
Распыление
Моющий раствор под давлением
МОЮЩИИ ПЫЛЕСОС: ДОЛОЙ ТРЯПКИ И ШВАБРЫ!
Схема работы моющего пылесоса.
Всасывание пыли и влаги
Большую популярность в последнее время завоевали моющие пылесосы, с помощью которых можно пооводить не только сухую, но и влажную уборку Эти агрегаты оснащены более мощными моторами, ведь им необходимо всасывать не летучую пыль и легкий песок, а мокрую липкую грязь. Конструкция и принцип действия моющего пылесоса мало отличаются от обычного Самое главное отличие в том, что моющий пылесос оснащается системой распыления воды с растворенными в ней чистящими средствами. Во время уборки вода распыляется под щетку пылесоса, а затем всасывается обратно вместе с пылью и грязью

РОБОТ-ПЫЛЕСОС: ДОЛОЙ РУЧНУЮ УБОРКУ!
В начале XXI в в продажу начали поступать роботы-пылесосы. Они оснащаются камерой и сенсорами, позволяющими добраться до самого укромного уголка зашей квартиры. От хозяина такого устройства требуется заложить в электронную память робота режим ближайшей уборки, график уборки на неделю, а после выполнения программы не забывать выгружать мусор из пылесборника. Все остальное это чудо техники сделает само. Питается устройство от встроенных аккумуляторов, после уборки аппарат самостоятельно находит базу для подзарядки

Отфилотроаанный
воздух
Фильтр
Поднятый с пола мусор поступает Съемный модуль в приемный контейнер
Резин-.'чая щетка эффективна при уборке твердых поверхностей (линолеума, ламината, паркета, плитки)
Щетинистая щетка предназначена для уборки мягких поверхностей (ковров и ковровых покрытий)
боковые метущие щетки выступают за габариты устрсйства и очищают труднодоступные места и углы комнат
Две вращающиеся навстречу друг другу щетки монтируются в одном «плавающем» модуле, подстраивающемся под высоту убираемой поверхности
Контейнер-пылесборник
131
Посудомоечная и стиральная машины
В стародавние времена сильно загрязненную одежду и ткани замачивали в воде, а затем деревянными скалками выбивали из тканевых волокон частички грязи. Посуду же мыли вручную в реках и озерах. Понятно, что эти процессы были утомительными и долгими. С развитием техники появились специальные машины для стирки. К примеру, в XIX столетии использовались деревянные кадки, в которых белье перемешивалось специальными лопатками, вращавшимися вручную. С установкой на такие механизмы электромоторов появились современные стиральные и посудомоечные машины.
БАРАБАНЫ И НАСОСЫ
Основная конструктивная часть современной стиральной машине! — вращающийся внутри бака барабан, полый внутри цилиндр из нержавеющей стали с многочисленными отверстиями Он может осуществлять как непосредственно стирку, так и полоскание, и даже отжим белья путем вращения на очень большой скорости. Вращение барабана осуществляет электромотор Вода в бак поступает через водозаборный шланг и выводится в канализацию через сливной шланг насосом. Уровень воды контролирует электромагнитный клапан, подогрев воды осуществляет нагревательный элемент Машина оснащена дозатором моющих средств и панелью управления для выбора режимов работы Закладка белья
Нагревательный
осуществляется через круглую дверцу
Электромотор
с уплотнительными кольцами и про-
МАШИНА ДЛЯ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ
Поедставим следующую ситуацию: требуется постирать одежду и белье не на одну семью, а на целый отель или гостиницу, услугами которой пользуется сотня постояльцев. Или на военную часть, солдаты которой только что совершили многокилометровый марш-бросок по грязи и бездорожью. Бытовые машины не справятся с такими объемами На выручку приходят промышленные линии стирки Это настоящие комбинате! чистоты Познакомимся со структурой и порядком работы тоннельной промышленной линии стирки
Загрузочная линия
Туннельная стиральная машина представляет собой
Окончательную сушку белья
поставляет массу	огромный вращающийся барабан со специальными
осуществляет сушильная машина
белоя в приемник стиральной машины
направляющими, в процессе стирки перемещающими массу белья от начала ^туннеля» к выходу из него
Схема работы туннельной Е-иральной машины
Из машины белье попадает  отжимной пресс, который удаляет до половины воды из постиранного белья
Постиранное и высушенное белье скапливается в сборнике сухого белья
БАКИ И РАСПЫЛИТЕЛИ
Основой посудомоечной машины является герметично закро1вающийся бак, внутри которого имеются лотки и емкости для посуды (тарелок, чашек, стаканов, кастрюль и сковородок), столовых прибороа и моющих средств В нижней и верхней частях бака расположены вращающиеся распылители, которые опрыскивают посуду струей воды под сильным давлением Имеется также нагревательный элемент. Бода поступает внутрь бака через водозаборный шланг и удаляется через сливной шланг с помощью насоса.
Основные детали посудомоечной машины.
Верхний распылитель
Лоток для посуды
шланг
Водозаборный шланг
Насос
Поплавковое реле
Впускной клапан
_______I
Нагревательный элемент
Автоматическая посудомоечная машина экономит наше время и силы и имеет еще ряд достоинств. Мытье посуды происходит более качественно, так как машина использует воду большей температуры, чем при ручной мойке. Немаловажно и то, что аппарат не нуждается в горячей воде, ведь он подключается к трубе холодной воды. Это экономит наши затраты на коммунальные услуги.
133
' Смартфон, мобильник
и сотовая связь
Еще несколько десятилетий назад это казалось просто чудом - иметь в кармане телефонный аппарат, благодаря которому можно быть на связи всегда, даже находясь на улице, в лесу на пикнике или в чужом городе. Раньше телефоны связывались друг с другом посредством проводов. Провода втыкались в розетки, и унести такие аппараты далеко от розеток было невозможно. Все поменялось при появлении телекоммуникационных сетей, называемых терминами «сотовая связь» или «мобильная связь».
«СМАРТ» - ЗНАЧИТ «РАЗУМНЫЙ»
В
Внешнее защитное покрытие экрана
Основная плата с микросхемами управления —	__
карманный компьютер с производительностью в 10 000 раз большей, чем у первых стационарных компьютеров
Сенсорный узел создает определенных местах экрана виртуальные кнопки, на которые можно нажимать пальцами, совсем как на обычные кнопки компьютерной _ клавиатуры
Жидкокристаллический экран, подобный тому, что применяется в плоских ЖК-телевизорах
Устройство смартфона.
Аккумулятор и узел подсоединения внешних устройств (в тон числе СИМ-карты)
Современный мобильный телефон называется смартфоном от английского слова «смарт» (в переводе «развитый», «интеллектуальный», «разумный»). Это настоящий карманный компьютер со своей полноценной операционной сисгемой и программным обеспечением, позволяющим не только разговаривать по телефону, но и набирать и редактировать тексты, читать книги, слушать музыку, просматривать видео и работать в интернете. Вместо привычных кнопочных клавиатур в них используются сенсорные экраны, аппараты оснащаются великолепными фото- и видеокамерами высокого разрешения
Первый сотовый телефон Motorola DynaTAC 8000Х был сертифицирован
21 сентября 1983 г. Он имел вид ящичка размером с буханку хлеба и весом почти килограмм, был оснащен антенной и кнопками и не помещался в карман.
Основа для крепления экрана ~ платы
Задняя защитная панель аппарата
КАК РАБОТАЕТ СЕТЬ МОБИЛЬНОМ СВЯЗИ?
Сеть мобильной связи представляет собой совокупность разнесенных е пространстве базовых станций, каждая из которых отвечает за связь в своей ячейке (площади покрытия). Обычно станции располагают на возвышенностях, крышах зданий и вышках — с высоты они достигают большего покрытия Зсе эти станции управляются из единого центра коммутации по выделенным линиям связи Каждая базовая станция включает приемопередатчик, обеспечивающий связь с мобильными телефонами Телефоны и базовая станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь информацией. Имеется также коммутирующее оборудование, позволяющее определять местоположение подвижных абонентов Это же оборудование обеспечивает непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одной станции в зону действия другой. Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также с городской проводной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные
I । Откуда возник термин «сотовая связь»? На идеально ровной поверхности зона покрытия одной базовой станции представляет собой круг. Станции располагаются на местности таким образом, чтобы зоны их покрытия перекрывались. Соединив точки пересечения кругов покрытия разных станций, мы получим ячейки в виде шестиугольников, похожие на пчелиные соты.
135

Солнечные панели
и солнечные
электростанции
4D
В центре нашей планетной системы находится звезда по имени Солнце. Это огромная «ядерная установка», которая работает при температурах, достигающих 15 миллионов градусов! По подсчетам ученых, наша звезда ежесекундно поставляет около 1000 Вт энергии на каждый квадратный метр поверхности Земли. Это огромная энергия, намного превышающая потребности всего человечества. И человек научился превращать солнечную энергию в другие ее виды - к примеру, в механическую, тепловую или электрическую.

Солнечный свет
Верхний контакт
Свободные электроны
Нижнии контакт
Кремниевые пластины с различными химическими добавками
Потребитель электроэнергии
Схема работы фотоэлектрического преобразователя.
КРЕМНИИ ПЛЮС СВЕТ РАВНО ТОК
Кремниевый солнечный элемент, или, как его еще называют, фотоэлектрический преобразователь, состоит из двух тонких листов кремния с различными добавками Листы складывают вместе и размещают между контактными площадками. В структуре верхнего листа содержится переизбыток электро' нов, а в нижнем их недостаточно. При интенсивном освещении солнечного элемента электроны начинают «перебегать» с одного листа на другой - возникает электрический ток Так как его величина недостаточна для работы различных устройств и приборов, большое количество одинаковых фотоэлектрических преобразователей объединяют в солнечные батареи.
136
Потребители электроэнергии
Электроэнергия от всех панелей накапливается в едином аккумулирующем устройстве
Солнечные- панели, даже самых больших размеров, пригодны для обеспечения электроэнергией всего лишь одного-двух домов. Чтобы получить более-менее мощную электростанцию, необходимо объединить десятки и даже сотни панелей в единую энергоустановку (солнечную «ферму»). Конечно, такие установки занимают огромные площади, но дело того стоит.
СОЛНЕЧНЫЕ ПЕЧИ
Наиболее эффективно солнечную энергию можно использовать, если ее предварительно сконцентрировать Техническая установка, способная справиться с такой задачей, получила название «солнечная печь» Она представляет собой большое зеркало, искривленное в шарообразную или параболическую форму Эта форма обеспечивает концентрацию отраженных от зеркала солнечных лучей в одной точке. В представленной установке в точке концентрации расположен водяной трубопровод. Протекающая по нему вода постепенно, от печи к печи, нагревается до температуры кипения с образованием пара. Этот пар используется для вращения паротурбины и затем, с помощью генератора, — для выработки электротока,
Пар (труба обозначена красным цветом)
Паротурбина
концентраторы солнечных лучей
Труба — колонна охлаждения
Генератор
Энергетическая подстанция
Линии электропередачи
Конденсатор огработанного пара
Линии электропередачи
км. р#6агмт emwhiii гнчь
Конденсатор отработанного пара
СХЕМА С ОБЩЕЙ КОЛОННОЙ
Другая распространенная схема энергетической солнечной установки — множество зеркал, направляющих от
Колонна
Зеркала — отражатели солнечных лучей
Труба - колонна охлаждения
Холодная вода (синяя труба)
раженные лучи в одну точку. Эта точка чаще всего расположена в центре круга на высокой колонне Р этой точке располагается постоянно пополняемый резервуар с водой. Под действием огромных температур вода кипит с интенсивным образованием пара, Собранный пар поступает в паротурбину и электрогенератор
Паровой двигатель:
□НРПГИСТ ТТЛ ПЛ
Еще в древние времена было замечено, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, установленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути. Таким образом, оставалось лишь создать двигатель, способный преобразовать энергию пара в механическую работу. Это было довольно давно. Удивительно, но еще древние греки имели паровые двигатели. Правда, работали они от дровяных костров, что было совершенно неэффективно.
. I	Прообраз
парового ь	двигателя
был построен еще в I веке древнегреческим ученым Героном Александрийским. Он представлял собой котел с двумя трубками на крышке. На трубках был установлен полый шар, на поверхности которого размещались два Г-образных сопла. Когда в котел заливали воду и ставили на огонь, образовывавшийся пар по трубкам поступал в шар и вырывался из сопел. При этом струи пара создавали такое давление, что шар начинал вращаться.
ПЕРВЫЙ НАСТОЯЩИЙ ПАРОВОЙ
В 1705—1712 гг кузнец и изобретатель Томас Ньюкомен построил первый успешно работающий паровой двигатель с приводом к водяному насосу для выкачивания воды из шахты 80-метровой глубины, Это было важнейшее изобретение, ставшее одним из первых шагов к промышленной революции. Общий
принцип работы паровой машины Ньюкомена следующий. Вначале пар поднимал поршень, затем в ци-
линдр из конденсатора впрыскивалось немного холодной воды, в цилиндре образовывалось разреже-
ние, и поршень под влиянием атмосферного давления опускался.
Коромысле — горизонтальная балка, один конец которой соединен с поршнем, а другой — с насосом
Схема устройства и работы парового двигателя Ньюкомена.
Конденсатор—камера для конденсации пара, создающая разрежение
Шахтный насос — устройство для откачки воды, соединенное с коромыслом
Металлический цилиндр с поршнем, — в который впускается пар
Котел —
нагревательный элемент, где вода превращается в пар
Поршень — подвижный элемент внутри цилиндра, который перемещается вверх и вниз под воздействием пара
МАШИНА УАТТА
Следующим важным шагом в развитии паровых двигателей сгало изобретение Джеймсом Уаттом в 1784 г паровой машины двойного действия. Главной ее деталью являлся цилиндр, закрытый с обоих концов крышками Сквозь отверстие в одной из них был пропущен стержень, на котором внутри цилиндра был укреплен поршень. Снаружи цилиндра стержень с помощью шатуна соединялся с кривошипом - искривленной в виде буквы «П» частью вала. На вал был насажен массивный маховик, благодаря которому вращение вала и поршня происходило равномерно. В крышках цилиндра имелись отверстия, через которые поступал пар. Вначале его впускали с одной стороны, а когда поршень под его давлением доходил до противоположного конца цилиндра — с другой Управлял такой последовательностью впуска и выпуска пара распределительный элемент — золотник
Отработанный Свежий пар, паи’ поступающий из топки
Поршень
Маховик
Шатун
Устройство паровой машины Уатта.
Металлургический
горн и доменная печь
ГОРН - ПРООБРАЗ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
I южалуи, не было в древнем мире профессии более уважаемой, чем кузнец. Он превращал куски металла в лошадиные подковы, строительные гвозди, ножи, мечи, топоры, молотки, пилы и другие орудия труда и войны, необходимые и крестьянам, и воинам, и торговцам, и знати, С древнейших времен кузнецы использовали нехитрые приспособления, которые, как это часто случалось в истории, со временем превратились в грандиозные промышленные комплексы, выплавляющие металл тысячами тонн в сутки.
Доменные печи представляют собой промышленные устройства, используемые для плавки железн: и руды Прообразом доменной печи был сыродутный гоон, или же «низкий горн» — он был ниже человеческого роста. Его устройство дсиольнс поостое: невысокая каменная труба / емкость для плавки, в которую засыпали железную руду и уголь (источник тепла). Внутри разжигали огонь, высокая температура поддерживалась кузнечными мехами. После выплавки горн разбирали, полученное железо вынимали. Температура в сыродутном горне не превышала 1300 °C и была недостаточной для выплавки чистого железа.
Настоящую революцию в мировой металлургии произвело кажущееся простым решение: нагнетать в доменную печь воздух не из окружающей среды, а прежде разогретый до 1200 °C. Это привело к резкому повышению температуры плавления (до 2000 °C), увеличению эффективности работы доменных печей и трехкратному сокращению расхода топлива.
Каменная обкладка горна, до половины утопленного в землю
После выплавки горн разбирали и извлекали полученный металл
140
ГОРН ИЗ КАТАЛОНИИ
Примерно 1000 лет назад □ Юго-Западной Европе был разработан каталонский горн Температура в нем достигала уже 1400 °C, что обеспечило высокое качество выплавляемого железа. Это достигалось путем увеличения высоты печи, а также за счет постоянно подгружаемых железной руды и угля и непрерывного нагнетания воздуха. Каталонские горны эксплуатировались в Испании, Италии и Франции до середины XIX в Чтобы извлечь выплавленный метал, каталонский горн не нужно было разбивать.
КАК РАБОТАЕТ ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ?
Устройство и принцип работы доменной печи.
Печь загружается сверху шихтой — смесью
Загрузочный скип — вагонетка
Подача доменного газа в зоздухонагреватель
железной руды, угля и известняка. От земли к колоснику (горловине печи) шихту доставляют по канатно-рельсовому мосту специальные тележки — скипы. Сжатый горячий воздух подается в нижнюю часть домны от кольцевого воздуховода При горении кислорода горящий уголь-кокс выделяет оксид углерода Это главный восстано-; итель, превращающий руду в металл. Расплавленное железо опускается на дно печи, на поверхности расплавленной массы плавает более легкий шлак. В конце плавки железо выпускают из домны в специальные коиши. Шлак также «идет в дело» — это хороший материал для строительства дорог.
с железной рудой, коксом и известняком
Отработанные газы л
Температура 600 °C <
Скиповый (загрузочный) мост
Корпус доменной печи выполнен из жаростойкой ~ стали и огнеупорного кирпича
Зона восстановления РУДЫ ОКСИД'>м углерода
Воздухонагреватель
доменной печи
Горячий газ из г.-здухонагревателя нагнетается в домну
Расплавленное железо
Зе-»* f-rfcntpi H0W‘Qi
Зона плавления (160С °C)
Шлакопсз
Шлак
141
Двигатель внутреннего
W
Двигателем внутреннего сгорания, или же просто ДВС, оборудовано большинство автомобилей, мотоциклов и даже самолетов. Его можно представить как большое и громкое «сердце» машины, которое приводит ее в движение. ДВС функционирует согласно рабочему циклу двигателя — периодически повторяющемуся ряду последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя. Это работа в четыре такта.
. й - Все началось почти 150 лет назад. Первый специальный автомобильный ДВС был сконструирован германскими инженерами Готтлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом в 1885 г.
ВПУСК - СЖАТИЕ -ВЗРЫВ - ВЫПУСК
Чтобы лучше понято принцип работы современного бензинового двигателя внутреннего сгорания, рассмотрим процессы, протекающие в одном из его цилиндров Его работа совершается в течение четырех ходов поршня и, соответственно, двух оборотов коленчатого вала.
На первом этапе (такте) поршень движется вниз, впускной клапан открыт, а выпускной — закрыт, i: это время s цилиндр поступает смесь бензина и воздуха, это такт впуска.
Кулачок распределительного вала впускного клапана
Головка поршня I-------------
Охлаждение цилиндра
Поддон двигателя -емкость для масла охлаждения
Общая конструкция одноцилиндрового ДВС.
Выпускной канал
Кривошип
— Свеча зажигания
Впускной канал
Впускной клапан
Поршневые кольца
Поршневой палец
Блок-картер — корпус двигателя
Коленчатый вал
Кулачек распредвала выпускного клапана
Выпускной клапан
Головка цилиндра с камерой сгорания
Шатун поршня
142
Как только поршень доходит до нижней точки, впускной клапан закрывается Когда с ба клапана закрыты, поршень поднимается г верх, и горючая смесь начинает сжиматься. Это второй такт, такт сжатия
В ходе третьего такта (такта расширения) поршень достигает высшей точки, и максимально сжатая горючая смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Происходит небольшой взрыв, при котором вырабатывается большое количество газа. Давление этого газа оказывает воздействие на поршень, толкая его вниз. Когда поршень достигает нижней точки, открывается выпускной клапан,
На четвертом такте (такте выпуска), когда поршень снова двигается в верх, использованные газы выдавливаются из цилиндра в выхлопную трубу. Как только поршень поднимается вверх, выпускной клапан за-крывается, и открывается впускной клапан. Затем все этапы работы двигателя повторяются.
т камеру сгорания псдается порция топлива
Оба клапана — закрыты
Оба клапана закрыты
Впускной клапан закрыт
выпускной клапан открыт и выбрасывает использованные газы
Сильно сжатая смесь поджигается искрой свечи зажигания
Происходит сжатие горючей смеси
Выпускной клапан закрыт
Впускной клапан открыт
Четвертый такт (такт выпуска)
Поршень движется вниз
Поршень поднимается вверх, создавая в камере сгорания огромное давление
Через шатун поршня и кривошип энергия взрыва превращается в  вращение коленчатого вала
Мини-взрыв резко отбрасывает поршень вниз
Система готова к новому циклу работы

raw
КОЛЕНЧАТЫЙ вал
Поршни ДЕ-
Первый такт (такт впуска) Второй такт (такт сжатия) Третий такт (такт расширения, или рабочий ход)
Эта деталь странной несимметричной формы называется коленчатым валом (сокращенно — коленвал) Поршни на валу установлены таким образом, чтобы двигаться не одновременно, а в особом порядке, обеспечивающем плавное вращение вала. В итоге все элементы двигателя работают по правилу четырех тактоь именно для того, чтобы вращался коленвал. Если через особый передаточный механизм присоединить к нему колеса, машина поедет.
143
Первые самолеты летали на винтовых	Цдр Qk
двигателях. Их еще называют поршневыми, так как главными рабочими элементами таких моторов являются поршни. Это были самолетные модификации < двигателей внутреннего сгорания. В 1944 г., во время Второй мировой войны, над полями боев появился первый серийный самолет на реактивной тяге. Создание реактивных двигателей стало настоящей революцией в мировом авиастроении.
Реактивные самолеты летали намного быстрее поршневых. На сегодняшний день
подавляющее большинство самолетов оснащается именно реактивными двигателями.
£ ь- Цилиндры моторов летных двигателей заключают в охлаждающий корпус, изготовленный из облегченного сплава - дюралюминия. На поверхности корпуса выполнены ребра, увеличивающие площадь соприкосновения
с воздухом. Это обеспечивает более эффективное охлаждение цилиндров.
i	*
Коленчатый вал двигателя	Г1 тршни двигателя	Цилиндры двигателя
144
Теплотехника и тепловые устройства
ЗВЕЗДА И БУКВА V
Разработчики двигателей стараются оснастить свои моторы не одним, а сразу несколькими цилиндрами, ведь чем больше «рук» вращают винт,тем выше скорость самолета. Моторы с цилиндрами,расположенными в форме звезды, называются звездообразными Такие моторы устанавливали на старые бипланы. А более современные самолеты оснащаются компактными рядными двигателями, в которых цилиндры расположены в ряд Рядные моторы, у которых цилиндры располагаются под углом наподобие буквы V, называются V-образными
КАК РАБОТАЕТ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?
Реактивный двигатель создает необходимую для движения силу тяги посредством преобразования энергии сгорания топлива в энергию реактивной струи. Реактивный двигатель «заглатывает» рабочими лопатками воздух через воздухозаборник и отбрасывает его внутрь на компрессор — устройство ступенчатого последовательного сжатия воздуха. Это холодная зона двигателя. Затем сжатый воздух поступает в камеру сгорания, смешивается с топливом, вся эта смесь поджигается Получившийся газ поступает на турбину — устройство разгона горячей выхлопной смеси. Горячая смесь под давлением вырывается из выходного устройства (реактивного сопла) и толкает двигатель вперед.
Реактивные газы
Гибридный двигатель: на топливе и электричестве
Слово «гибрид» в переводе с латинского языка означает «смешанный». Идея смешанного двигателя такова. На автомобиль устанавливается не один, а сразу два двигателя: ДВС на бензине или дизеле и двигатель на электричестве. Электродвигатель получает питание от электрических батарей. Главное его предназначение — «подменять» бензиновый мотор
в некоторых случаях, к примеру, при остановках на светофорах и движении на малой скорости. Такая система значительно снижает расход топлива и выброс в атмосферу вредных выхлопных газов по сравнению с обычными ДВС.
Коробка передач
КАК РАБОТАЕТ «ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ» ГИБРИД?
В начале движения и в поездке с небольшой скоростью работает только электромотор, питаясь от аккумулятора, ДВС и генератор бездействуют, При поездке со средней скоростью специальный механизм часть энергии, поступающей от двигателя внутреннего сгорания, направляет к ведущим колесам, а другую часть к генератору, вырабатывающе му энергию для электромотора, который также вращает ведущие колеса.
Двигатель внутреннего сгорания
Понижающая передача
Ведущие колеса
Взаимодействие элементов «параллельного» гибрида.
Электромотор
КАК РАБОТАЕТ «ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ» ГИБРИД?
Автомобиль с последовательным соединением силовых агрегатов представляет собой гибридный автомобиль, в котором ДВС
не связан напрямую с колесами Ведущие колеса
и используется только для вращения генератора Он вырабатывает ток, которым питается тяговый электродвигатель, соединенный с ведущими колесами Последовательная схема имеет недостаток — в ней необходимо использовать еще один электроагрегат (генератор). Но зато это позволяет устанавливать маломощные
□сносны* fUh "□:r+JC-ba’,ePbHO'O» гибрида
и экономичные ДВС.
'LhHI ребепь-Е г^рНАНЫМ ЛНЧ1¥"«Н.
В самых тяжелых условиях
В начале движения ДВС отключен. Машину движет электромотор, использующий энергию аккумуляторор
движения, например, при подъеме на горку, работаю! оба мотора и электродвигатель, и ДВС
(►л
Аккумулятор--- Электродвигатель
Аккумулятор
--- Электромотор
Бензобак Генератор Двигатель внутреннего сгорания
Когда автомобиль разгоняется до определенной скорости, электромотор отключается Работает более мощный ДВС
В облегченном режиме движения, к примеру, при спуске с горы, оба мотора отключаются При этом генератор подзаряжает батареи
Бензобак Двигатель внутреннего сгорания
Аккумулятор
-I-
Генератор
а
К
147
Холодильник и кондиционер
Еще в древние времена люди заметили, что зимой из-за низкой температуры запасы продуктов хранятся дольше, чем летом. Так появилась идея холодильника, пожалуй, наиболее уважаемой всеми кухонной техники.
Кроме того, в жару не только портятся продукты, но и люди чувствую себя некомфортно, поэтому зачастую возникает необходимость понизить температуру в помещении.
В этой ситуации не обойтись без кондиционера (от англ, condition — состояние и air — воздух). Этот прибор предназначен для регулирования и поддержания заданной температуры воздуха в помещении. Большинство кондиционеров работают на охлаждение.
Конденсатор на задней стенке холодильника
. общей камере поддерживается более высокая температура, обеспечивающая прохладу для хранения скоропортящихся продуктов
Компрессор с приводом от
148
Камера морозильника обеспечивает полную заморозку продуктов длительного хранения при отрицательной температуре
Современный холодильник, состоящий из двух камер
ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА
Основной узел холодильника — компрессор, который в циклическом режиме прогоняет по трубкам системы о хладагент. Хладагент (фреон) проходит через змеевидный конденсатор, расположенный на задней стен-___ ке холодильника (металлическая трубка, уложенная змейкой, к которой для лучшего охлаждения приварены тонкие металлические прутья). Он служит
Теплотехника и тепловые устройства
Конструкция однокамерного холодильника.
для отвода тепла из системо! охлаждения Испаритель чаше всего устанавливают в морозильной камере холодильника В него через капиллярную трубку поступает хладагент и охлаждается до очень низких температур Затем хладагент течет назад к компрессору. Так обеспечивается холод внутри камер
Выделение тепла
Схема работы однокамерного холодильника
Поглощение тепла
Испаритель
Капиллярная трубка
Емкость холодильника или морозильной камеры
tnttt
I В холодильнике и во фреоновом кондиционере используется фреон — газ с особыми свойствами. Попав на теплую поверхность, он начинает кипеть, ' при этом охлаждая ее.
КОНСТРУКЦИЯ ФРЕОНОВОГО КОНДИЦИОНЕРА
Основными деталями фреонового кондиционера являются компрессор, конденсатор, испаритель и вентиляторы. Компрессор обеспечивает движение фреона по трубкам охлаждаемого контура. Одновременно он сжимает газ, преобразуя его из газообразного состояния в жидкое. Двигаясь по трубкам, фреон попадает в конденсатор. Пробегая по змеевику, этот газ охлаждается и конденсируется потоком воздуха, который создает осевой вентилятор Нагретый отработанный воздух выделяется в окружающую среду, а фреон поступает з испаритель. Там этот газ испаряется, охлаждая при этом воздух внутри помещения, который прогоняется через кондиционер центробежным вентилятором
Холодный воздух снаружи помещения
Компрессор
Теплый воздух поступает из помещения
Устройство фреонового кондиционер*
Вывод горячего воздуха наружу
Змеевик кондиционера
Центробежный вентилятор
Змеевик испарителя
Охлажденный воздух поступает в помещение
Элект род в и гаг ель
Осевой вентилятор
149
Парогенераторы и трп л пг>лрктппгта мт ши
Ископаемую энергию, скрытую в невозобновляемых природных ресурсах - угле, нефти или природном газе, — невозможно сразу получить в виде электричества. Топливо сначала необходимо сжечь, при этом выделяется температура, которая и используется для выработки электроэнергии. Энергетические установки, работающие по принципу сжигания невозобновляемых ресурсов,
называются тепловыми электрическими станциями (теплоэлектростанциями). А их основными рабочими механизмами служат парогенераторы.
КАК «ПРИГОТОВИТЬ» МНОГО ПАРА?
Горячие газы, полученные при сжигании топлива, пускают по трубкам, проходящим внутри бака с водой. При этом плсщадь соприкосновения воды с теплом значительна, и пара вырабатывается очень большое количество Такие парогенерирующие котлы получили название «газотрубные», они широко применялись в первых паровозах и пароходах. А для тепловых станций были изобретены более мощные водотрубные котлы.
Фильтр
Печь, где происходит сгорание топлива
Вода
топка
Трубки, по которым проходит горячий газ
Схема газотрубного котла
КРЫЛЬЧАТКА, РАБОТАЮЩАЯ ОТ ПАРА
Основа паротурбины — крыльчатка со множеством лопастей Их предназначение - сжимать поступающий воздух. Передние лопатки направляют иоздух на следующий ряд лопаток и так далее, создавая все возрастающее давление воздушного потока От него зависит скорость вращения крыльчатки Через общий аал вращение паротурбины передается на электрогенератор чем быстрее вращаются лопасти, тем больше тока вырабатывает генератор.
ВОДА - ПАР - ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Теплоэлектростанция работает на угле, нефти или газе, которые поступают из приемного бункера напрямую в печь Раскаленные газы от сжигаемого продукта направляются в паровой котел, а затем через систему фильтров в дымовую трубу Горячие газы нагревают закачиваемую в котел воду, превращая ее в пар. Пар вращает турбину, а турбина — ротор генератора, который вырабатывает электрический ток. Пар после прохождения через турбину конденсируется, то есть охлаждается, и снова превращается в воду, после чего насосом опять закачивается в паровой котел.
Устройство угольной теплоэлектростанции.
Газотурбина и газоэлектростанция
Одна из разновидностей теплоэлектростанций работает за счет сжигания газа для получения водяного пара, а затем и электрического тока. Однако это не самый эффективный способ получения электроэнергии. Гораздо больше
электричества можно получить, сжигая газ в особых установках, называемых газогенераторами. Электростанции, оснащенные газогенераторами, называются газоэлектростанциями. Они эффективнее теплоэлектростанций примерно в два раза, то есть на единицу сожженных ресурсов производится в два раза больше электроэнергии.
ВНУТРЕННЯЯ КОНСТРУКЦИЯ ГАЗОТУРБИНЫ
Уже по картинке ты, вероятно, догадался,что перед тобой аналог крыльчатки теплоэлектростанции и самолетного реактивного двигателя. Основа газотурбины - крыльчатка со множеством лопастей. Рабочие лопатки воздухозаборника захватывают наружный воздух и направляют его внутрь двигателя на компрессор Лопасти крыльчатки компрессора закручены внутрь, их предназначение — ступень за ступенью сжимать поступающий воздух Это холодная зона двигателя. Затем сжатый воздух направляется в камеру сгорания, смешивается с газовым топливом, и эта горючая смесь поджигается Выделяющийся при горении газ поступает на турбину - устройство разгона. Предназначение турбины — максимально ускорить вращение нала
Воздушный Л
поток	Схема работы газовой турбины.
Топливо (горючий газ) Турбина с крыльчатками
Камера сгорания топлива
Компрессор с крыльчаткой
Холодная зона
Выхлопные газы
Горячая зона

ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА КОМБИНИРОВАННОГО ЦИКЛА
Установка, в которой теплота отработавших в газотурбинном двигателе газов в первом цикле используется для нагрева другого рабочего тела во втором цикле, называется комбинированной Главная ее часть — основная газовая турбина Через общий вал вращение турбины передается на первый электрогенератор через первую коробку передач: чем быстрее -оащаются газотурбины, тем больше тока вырабатывает первый генератор Это первый цикл устанозки.
Отработанные в газовой турбине раскаленные газы подаются на регенератор^рекуператор, в котором при участии парового котла вода превращается ь пар высокого давления. Затем частично охлажденные газы отводятся в выхлопную трубу Пар высокого давления от регенератора-рекуператора поступает в паровую турбину и вращает ее крыльчатку вместе с валом и вторым генератором. Это второй цикл установки. Напряжение первого и второго генераторов суммируется на подстанции и подается в общую сеть Отработанный пар от паровой турбины подается на пароконденсатор, где при участии колонны охлаждения, в которой циркулирует речная вода, происходят конденсация и превращение пара в воду Вода поступает к водяному насосу для последующего цикла оборота воды.
Суммирующая напряжение подстанция
Колонна охлаждения
Речная вода Пароконденсатор
Водяной насос
Система очистки коды
МИИИЙНШ
Атомный реактор и атомная электростанция
Мельчайшие частицы, из которых состоят все вещества, предметы и тела вокруг нас (в том числе и человек), называются атомами. Слово «атом» в переводе с древнегреческого означает «неделимый». Действительно, атомы большинства веществ разделить невозможно.
Но оказалось, что атомы некоторых химических элементов, таких как уран или плутоний, делятся. Такие вещества называются радиоактивными. На основе деления атомов радиоактивных веществ работают сложнейшие электроустановки — атомные электростанции.
Цельный атом радиоактивною вещества
Нейтрон от соседнею атома
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
При делении атомы распадаются на несколько частей, среди которых есть частицы, обладающие очень высокой энергией — нейтроны. В среднем при ядерной реакции каждые 'Ю распадов высвобождают 25 нейтронов. На огромной скорости они «бомбардируют» соседние атомы и также дробят их на части. При этом высвобождаются новые нейтроны Этот процесс повторяется многократно, поэтому реакцию деления часто называют цепной.
Нейтроны распавшегося атома «бомбардируют» соседние цельные атомы
Деление атома
Энергия деления атома
Самое главное в процессе деления атомов радиоактивных веществ - это то, что в результате высвобождается огромное количество тепла. К примеру, всего из 1 грамма урана выделяется столько же тепла, сколько при сгорании 3 тонн каменного угля или 2 тонн нефти.
Цепная реакция при делении атома радиоактивного вещества.
Cin*i (F4IP4 чт-рсдогтво ядерного реактора
Реакторный цех
Пар от парогенераторов
Реактор
Защитная система с графитовыми стержнями
Ток от электрогенератора передается
ЯДЕРНЫИ РЕАКТОР -УСТАНОВКА ДЕЛЕНИЯ АТОМОВ
Главным пространством атомного реактора является активная зона, где идет деление атомных ядер урана и выделяется тепловая энергия. Скорость цепной ядерной реакции управляется стержнями из вещества, способного поглощать нейтроны (чаще всего графита). Чем глубже стержни входят в активную зону, чем больше они поглощают нейтронов, тем медленнее идет реакция и тем меньше энергии выделяет реактор Это необходимо для того, чтобы не допустить перегрева реактора, ведь тогда реакция деления может стать неуправляемой, что может привести к катастрофическим последствиям Дополнительным средством предохранения является система охлаждения (чаще всего водяная). Поскольку при атомной реакции выделяется смертоносная радиация, реакторы заключаются в мощнейший защитный кожух.
графитовые стержни вдвигаются я активную зону реактора и выдвигаются из нее
Горячая вода ”
Стержни с ядерным топливом
Активная зона
Защитный кожух _ реактора
Холодная вода

ЭНЕРГОСТАНЦИЯ НА ЯДЕРНОМ ТОПЛИВЕ
Промышленные установки, использующие реакцию деления атома для выработки электроэнергии, называются атомными электростанциями (АЭС). Тепло, которое выделяется в атомном реакторе, передается по трубам в установку внутреннего контура — парогенератор Внутри парогенератора вырабатывается пар из воды, циркулирующей по трубам внешнего контура Горячий пар направляется э паротурбину, вращающую электрогенератор и вырабатывающую ток. Затем пар направляется в конденсатор отработанного пара, охлаждается и превращается в воду с помощью колонны охлаждения и циркулирующей в ней речной воды. Охлажденная в конденсаторе вода затем по кругу с помощью водяного насоса снова используется в парогенераторах.
----Парогенератор — Топливо
luuumtiiu
Трубы внешнего контура
Колонна охлаждения
Принцип работы атомной электростанции.
Охлаждающая 4 жидкость
Электрогенератор
С подстанции электроэнергия направляется на трансформатор
на подстанцию
Трубы внутреннего контура
Паротурбина (в этой установке — ----сдвоенная)
_ Конденсатор отработанного пара
Водяной насос закачивает охлажденную жидкость обратно в рабочий контур
Холодная 'ода (из реки или озера)

155
Ракетный двигатель
Воздушно-реактивные д вигатели создают тягу, отбрась воздух, поступающий из окружающей среды, который одновременно является и окислителем для горения топлива. Но такие моторы не годятся для космических полетов, так как в безвоздушном пространстве они «задохнутся». Этого недостатка не имеют ракетные двигатели, которые еще на Земле оснащаются запасами не только топлива, но и окислителя для его горения.
РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО МОЖЕТ БЫТЬ И ТВЕРДЫМ
Ракетные двигатели могут использовать твердое или жидкое топливо. Принцип работы двигателя на твердом топливе конструктивно прост. В его камере находится заряд твердого топлива После воспламенения оно сгорает, и раскаленные газы вырываются через сопло наружу, создавая при этом тягу. К плюсам твердотопливного двигателя можно отнести его простоту и постоянную готовность к действию. Однако мгновенно остановить его работу невозможно, а регулировать величину его тяги очень
РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ
Устройство двигателя на жидком топливе было разработано в начале XX в. русским ученым Константином Циолковским. Тягу в таком моторе создает реактивное топливо, смешанное с окислителем и сгорающее в камере сгорания Раскаленные газы из камеры сгорания выбрасываются наружу через сопло двигателя Изменением подачи топлива можно легко регулировать величину тяги двигателя, а прекращение его подачи полностью выключит мотор
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Российский ученый, теоретик космонавтики Константин Циолковский жил в докосмиче-скую эпоху, когда мировой технологический уровень еще не позволял создавать ракеты Однако он разработал общую теорию конструкции космического корабля, используемую по сей день. Теоретический космический корабль Циолковского состоял из четырех этажей-отсеков рабочего отсека с аппаратурой управления, жилого отсека с установленными в нем противоперегрузочными ваннами-капсулами безопасности и спальными местами, насосного отсека с насосами и аппаратурой управления двигателями и двигательного отсека с ракетным двигателем на жидком топливе.
Первую в истории рабочую баллистическую ракету V-2, способную выходить в космическое пространство, в годы Второй мировой войны разработал немецкий ученый Вернер фон Браун, Правда, для полетов в космос она ни разу не применялась: военные нацистской Германии использовали творения фон Брауна для ракетных ударов по Англии. V-2 имела типичную конструкцию ракеты на жидком топливе. Топливный бак вмещал этанол, бак окислителя - жидкий кислород. ь самом низу ракеты устанавливались топливные насосы, камера сгорания и выхлопное сопло.
Рабочий отсек
Аппаратура контроля двигательной установки
Топливный бак с окислителем
Сопло двигателя
«Взрывная труба »—жидкостный реактивный двигатель
Пулоты ручного и автоматического управления ракетой
Противоперегрузсчные ванны-капсулы безопасности
Жилой отсек
Насосный отсек
Топливные насосы
Двигательный отсек
Топливный бак с горючим
Проект ракеты российского ученого — разработчика теоретических вопросов космонавтики Константина Циолковского-
Боеголовка
Этанол
Камера сгорания
Жидкий кислород
Топливный насос
Воздушные рули
конструктивная схема раке гы V-1 на жидком топливе.
Сосуды со сжатым азотом
Гироскоп и радиоэлектроника
Детонатор подоыва боеголовки
шннннннна
«Восток», «Кедр», «Заря» и «Весна»
I4D
12 апреля 1961 г. человечество открыло новую главу в своей истории - в этот день был осуществлен первый полет человека в космос. Героем, покорившим космическое пространство, стал советский космонавт Юрий Гагарин. Началась космическая эра человечества. В честь этого эпохального события 12 апреля было объявлено праздником - Днем космонавтики. Первый пилотируемый космический аппарат, созданный человеческим гением, назывался «Восток-1», а вывод его в космос осуществляла одноименная ракета-носитель «Восток».
«ПОЕХАЛИ!»
Полет Юрия Гагарина продолжался 108 минут и проходил в автоматическом режиме,при котором космонавт был как бы пассажиром корабля «Восток-1».Тем не менее в любой момент при нештатной ситуации
корабль мог быть переключен на ручное управление либо с Земли, либо с борта корабля Позывной космонавта во время полета был «Кедр»,а позывные наземных операторов — «Заря-1» и « Весна». К счастью, автоматика корабля сработала как надо, поэтому «Кедр»,«Заря-1» и «Весна» на протяжении всего полета лишь обменивались техническими репликами, одной из которых оказалась знаменитая «Поехали!».
НОМЕР ПЕРВЫЙ
Космонавт № 1 Юрий Алексеевич Гагарин взлетал на космическом корабле никому не известным (и даже секретным, ибо дело было государственной важности) летчиком-космонавтом, а приземлился мировой знаменитостью, однако до конца своей жизни оставался скромным обаятельным парнем
КАК РАБОТАЛ ПЕРВЫЙ ПИЛОТИРУЕМЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ
Основой корабля «Восток-1» была капсула жилого модуля со специальным антиметеоритным покрытием, в которой устанавливались катапультиру
емое кресло пилота, аппаратура видео- и радиосвязи с Землей, а также системы ручного управления полетом. Для связи с Землей использовались антенны радиосвязи, а для управления полетом с Земли имелись командные антенны. По круговому периметру корабля устанавливались кислородные баллоны, игравшие роль пневматических рулей, использовавших для подруливания ракетную силу кислородных струй
158
Теплотехника и тепловые устройства
Тормозной двигатель
Модуль оборудования
Сеема первого пилотируемого космического корабля «Восток-1» с человеком на борту.
Телевизионная камера для связи с Землей
Катапультируемое кресло с космонавтом
Иллюминатор — герметичное «окно» во внешний мир
Антенны радиосвязи
Командные антенны
Капсула жилого модуля
Баллоны
пневматических рулей выпускают струи воздуха, таким образом корабль подруливает в космосе
Научно-популярное издание Танымал гылыми босылым
Для среднего и старшего школьного возраста Орта жзне жогаргы мектеп жасына арналган
Серия «Энциклопедии ASTAR Wonder с дополненной реальностью» «ASTAR Wonder кецейтмген шындык, энциклопедиялары» сериясы
ЛИКСО Вячеслав Владимирович
КАК ЭТО РАБОТАЕТ
250 УСТРОЙСТВ И МЕХАНИЗМОВ ОЛ К.АЛАЙ Ж¥МЫС 1СТЕЙД1 250 К,¥РЫЛРЫЯАР МЕН МЕХАНИЗМДЕР
Ответственный за выпуск: И В Резько Дизайн; В. В. Ликсо Оформление обложки: Е А Гордеева
Подписано а печать J0.07.2025
Формат 60x847,. Бумага мелованная. Печать офсетная.
П1Ш1М160x84 / Жылтырлатылган к,агаэ Офсегпк баспа.
Гарнитура Circe Усл печ. л 18,6 Тираж 3000 экз. Заказ
Общероссийский классификатор продукции ОК 034-2014 (КПЕС 2008):
58.11.1 — книги брошюры печатные.
Книжная продукция — ТР ТС 007/2011
Изготовлено в сентябре 2025 г.
Произведено в Российской Федерации Изготовитель / Дайындаушы: ООО «Издательство АСТ».
129085, Российская Федерация, г. Москва Звездный бульвар, дом 21, строение 1, комната 705, пом. 1,7 этаж.
Адрес места осуществления деятельности по изготовлению продукции: 123112, Российская Федерация, г. Москва, Пресненская набережная, д. 6, стр. 2, Деловой комплекс «Империя»., 14,15 этаж.
Наш электронный адрес: ask@ast.ru. Наш сайт: www.ast.ru
QHflipyuji: «Издательство ACT» ЖШК, 129085, Ресей Федерациясы, Мэскеу, Звездный бульвары, 21-уй, 1-курылыс, 705-белме, I уй-жай, 7-кабат. 0жм онд|ру цызметж жузеге асыру мекенжайьг 123112 Ресей Федерациясы, Мэскеу. Пресненская жаг., б-уй, 2-к.ур., «Империя» ккерлгк кешен!, 14,15-к,абат.
Ь1здщ электрондык, мекенжаймыз: www.ast.ru E-mail: ask@ast.ru Интернет-магазин www.bonk24.kz Интернет-дукен: www book24.kz Импортер а Республику Казахстан, дистрибьютор и представитель по приему претензий на продукцию в Республике Казахстан: ТОО «РДЦ-Алматы».
г. Алматы, ул. Дамбровско! о. 3«а», литер Б офис 1.
К,азак,стан Республикасына импорттаушы дистрибьютор жэне Казахстан Республикасында ен1мге шагымдар кабылдау жешндеп еюл: «РДЦ-Алматы» ЖШС.
Алматы к., Домбровский кеш., 3«а», Б литер!, офис 1.
Тел. 8(727) 2 51 59 90.91, факс: 8 (727) 251 59 92 1шк1107;
E-mail: PDC-Almaty@eksmn.kz, www.bo-)k24.kz
Онд|р|лген куне «.ыркуйек 2025 0н1Мнщ жарамдылык, мерз1М1 шектелмеген.
КО ТР 007/20т 1 талаптарына сай келедс Сертификаттауга жатады. Ресей Федерациясында енд|р!лген.
Присоединяйтесь к нам!
ЕН[
www.ast.ru/redactions/avanta
о vk.com/ast.deri
о vk com/avantabooks
с t me/astdeti
о zen.yanoex ш/astdeti

КАК ЭТО
РАБОТАЕТ
250 УСТРОЙСТВ И МЕХАНИЗМОВ
Устройство и принципы роботы самых разных машин и механизмов теперь можно рассмотреть
В 6о Всех подробностях на экране смартфона или планшета благодаря технологиям ^О-Визуализоции. Для этого тебе необходимо Выполнить несколько несложных действий.
Механический (3) кузнечный горн
ШАГ 1. Устаноби на сбой гаджет	тЬ.
бесплатное приложение AS TAR (JUonder w’nrlrr ШАГ 2 Включи збук на мобилином устройстве ШАГ 3 Запусти приложение
ШАГ 4 Выбери книгу из списка и дождись загрузки контента.
После этого на мобилоном устройстве включится камера _
ШАГ 5. Наведи камеру на страницу книги, на которой стоит значок •DJ ШАГ 6. Изучай основною законЬ! сризики, лежащие в основе работы различных приборов и устройств, главные конструктивною особенности простых механизмов и сложных аппаратов, взаимодействуй с интерактивными моделями технических объектов, исполозуя возможности дополненной реальности.
Погрузись 6 инженерную магию а помощью ф-тохнотгий и откооидлн тз1л*ы.
СПрРтонные В ПбЬНр| iifiyl
ISBN 978-5-17-168172-2
Г
Г
т
л
Присоединяйтесь к нам!
9 ’’85171 681722
s г
www.art ru/redattlons/avanu
В vk corn'ast deti	л,
О vk.vom'avantabooks / \
tme.astdetl  12 "h
О zen.yandex.ru/astdeti X /