Юный техник, 2011 № 07 - Журнал «Юный техник»

Выпилите из фанеры толщиной 4–5 мм диск диаметром примерно 30 см. Просверлите в центре его отверстие диаметром около 3 мм. Пропустите в отверстие петлю из сложенного вдвое шпагата. Просуньте с нижней стороны диска в веревочную петлю скрепку или палочку с таким расчетом, чтобы диск мог повиснуть на скрученном шпагате горизонтально.

Далее вырежьте из ватмана или тонкого картона полоску 60 см длиной и 2,5 см шириной. Склейте концы полоски, чтобы образовалось кольцо диаметром 18–19 см. Проделайте в середине полоски два отверстия, расположенные одно напротив другого по диаметру кольца. Пропустите в эти отверстия скрученные концы шпагата, на котором подвешен диск.

Одно отверстие сделайте в месте склейки полоски. Второе отверстие в полоске должно быть несколько побольше, чтобы шпагат проходил сквозь него свободно, без задержки. Наденьте картонное кольцо на шпагат так, чтобы склеенная часть кольца соприкасалась с фанерным диском. Приклейте картонное кольцо к фанере. Этот фанерный диск нужно подвесить строго горизонтально и так, чтобы бумажное кольцо оставалось круглым. При этом верхний край картонного кольца должен свободно перемещаться по шпагату вверх-вниз. Над кольцом на шпагате закрепите маленький хомутик из черной бумаги. Он должен сидеть плотно, но так, чтобы в случае необходимости его можно было передвинуть вверх-вниз по шпагату.

Теперь приступим к опыту.

Вставьте пониже верхней точки подвеса вашего прибора между веревками еще одну круглую палочку и хорошо закрутите диск с картонным кольцом. Когда вы его отпустите, он начнет быстро вертеться в обратную сторону на раскручивающихся веревках. Когда диск хорошо раскрутится, станет видно, что картонное кольцо немного сплющилось.

Этот опыт иллюстрирует, почему наша планета — вовсе не идеальный шар. Радиус Земли, проведенный от ее полюса до центра, отличается от «экваториального радиуса» на 21,383 км. А по расчетам Исаака Ньютона эта разница составляла 24 километра.

Ньютон полагал, что «раздувание» Земли у экватора произошло, когда она находилась в размягченном состоянии, постепенно превращаясь из жидкого огненного шара в твердую планету.

А вот почему она крутится вокруг собственной оси и ее ось наклонена к плоскости эклиптики (плоскости вращения вокруг Солнца) под углом 66 33,5’, у ученых есть несколько объяснений. Так, согласно одной из гипотез, импульс вращения вокруг собственной оси Земля, как и другие планеты, получила в процессе формирования Солнечной системы из некоего плазменно-пылевого облака. Наклон же оси наша планета получила в результате соударения с другим небесным телом, например, с Луной.

Сейчас же, поскольку из-за облачного покрова Земля неравномерно прогревается днем и остывает ночью, из-за землетрясений, океанических течений и иных причин она все время смещает свой центр тяжести, то и вращение ее вокруг собственной оси идет не совсем равномерно. Кроме того, имея дисбаланс вращения, наша планета и качается, словно волчок, из стороны в сторону. Наконец, на Землю действует своим притяжением и Луна.

Кстати…

НЕЗАМЕТНЫЕ СКОРОСТИ

Итак, мы с вами живем на гигантском волчке. Но мы не замечаем той огромной скорости, с которой Земля несется по своей орбите вокруг Солнца. Не замечаем мы и скорости, с которой Земля вращается вокруг своей оси.

Между тем, Земля несется вокруг Солнца со скоростью 29,765 км/с, или около 108 000 км/ч. Для сравнения: лучшие самолеты развивают скорость порядка 3000 км/ч, а искусственные спутники Земли — порядка 8 км/с.

Вращение же Земли вокруг своей оси приводит к тому, что жители экваториального пояса, сами того не замечая, мчатся со скоростью 1674 км/ч!

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Индикатор радиоактивности

После аварии на японской атомной электростанции «Фукусима» индикаторы радиации (дозиметры) исчезли у нас из продажи или очень сильно подорожали, поскольку возникли подозрения, что из Японии могут поступать автозапчасти, морепродукты и другие товары, несущие следы радиации. В то же время, ничего сложного в индикаторе радиоактивности нет, и сделать его может каждый, кто умеет держать в руках паяльник.

Сначала несколько слов о радиоактивном распаде и вредных излучениях, которые его сопровождают. Радиоактивные излучения (радиацию) делят на три основных вида: α, β, и γ. Альфа-частицы (ядра гелия) самые медленные и тяжелые — их задерживает даже тонкий лист бумаги. Бета-частицы (электроны) легче, быстрее и имеют уже значительную проникающую способность. Гамма-кванты (порции электромагнитного излучения) летят со скоростью света и обнаруживаются на расстояниях многих метров от радиоактивного источника. Есть и множество других частиц, наблюдаемых при радиоактивном распаде и несущих опасность разной степени.

Обнаружить радиацию можно различными способами — по засветке фотопленки или фотобумаги, по световым вспышкам от пролетающих частиц на сцинтилляционном экране, но удобнее всего — с помощью счетчиков частиц, создающих электрический импульс при попадании в него частицы. Распространенные счетчики Гейгера — Мюллера состоят из герметизированной трубочки (катод) с протянутой по оси проволочкой (анод). Пространство внутри заполнено газом при низком давлении, чтобы легче происходил электрический пробой. Напряжение на счетчике (обычно 300–500 В) подбирают так, чтобы самостоятельного разряда не было и ток через счетчик отсутствовал. Но при попадании частицы она ионизирует газ, и между катодом и анодом возникает лавина электронов и ионов — генерируется импульс тока. Специально подобранный состав газа способствует прекращению разряда (самогашение), и через доли миллисекунды счетчик возвращается в исходное состояние.

На фотографии показан широко используемый в бытовых дозиметрах счетчик СБМ-20. Он чувствителен к бета- и гамма-излучению. Количество импульсов, регистрируемых им за 40 секунд примерно равно интенсивности радиации в микрорентгенах в час (мкР/ч). Естественный и совершенно безопасный фон радиации составляет обычно 12–16 мкР/ч.

Работу счетчика рассмотрим на примере очень простого самодельного индикатора, схема которого показана на рисунке 1.

Он состоит из двух отдельных блоков, собранных в небольших пластмассовых коробочках: сетевого выпрямителя (на схеме слева) и собственно индикатора (справа).

Для приведения индикатора в рабочее состояние блоки соединяют разъемом XI, а вилку блока питания включают на короткое время в сетевую розетку. При этом конденсатор СЗ заряжается до напряжения около 600 В и в дальнейшем служит источником питания для счетчика. Вынув вилку блока питания из розетки, отсоединяют блок питания от индикатора, а к контактам 2 и 3 разъема подключают высокоомные телефоны. Щелчок в телефонах указывает на пролет частицы через счетчик.

Время работы индикатора после одной зарядки зависит от тока утечки конденсатора СЗ (он должен быть хорошего качества) и, конечно, от интенсивности радиации. Оно может достигать десятков минут и более. Об истощении заряда свидетельствует прекращение редких щелчков от естественного фона. Номиналы деталей некритичны и могут значительно отличаться от приведенных.

Резистор R1 лучше выбрать с рассеиваемой мощностью 1–2 Вт, конденсаторы — бумажные или керамические, на напряжение не менее указанного. Счетчик В1 может быть любым, какой удастся достать. Низкоомные телефоны можно подключить через малогабаритный понижающий трансформатор примерно 20:1 (от транзисторного приемника, сетевого адаптера, трансляционной радиоточки и т. д.).

Особо следует позаботиться о конструкции, исключающей прикосновение руками к контактам разъема XI в целях безопасности.

Еще один удобный вариант питания индикатора был описан в старом учебнике по гражданской обороне: вместо сети переменного тока можно использовать карманный фонарик с механическим приводом (жучок). Его генератор вырабатывает переменный ток, поэтому вместо лампочки подключаем вторичную (низковольтную) обмотку упомянутого трансформатора, а с первичной обмотки снимаем практически «сетевое» напряжение, которое подаем на блок питания индикатора (рис. 1).

Несколько сложнее, но гораздо удобнее индикатор с питанием от батареи. Обычно выбирают 9-вольтовую «Крону», «Корунд» или их импортный аналог. Нужен преобразователь 9/400 В, но он может быть совсем маломощным, поскольку ток, потребляемый счетчиком, чрезвычайно мал. Схема индикатора дана на рисунке 2.

Из активных элементов в нем всего лишь одна микросхема DD1 и один транзистор VT1 — самые распространенные и дешевые. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор на частоту около 1 кГц. Его сигнал прямоугольной формы дифференцируется цепочкой C2R3, и короткие импульсы открывают транзистор VT1, работающий в ключевом режиме. Импульсы его коллекторного тока, проходя по первичной (здесь — низковольтной) обмотке трансформатора Тр1, наводят в его вторичной обмотке довольно высокое импульсное напряжение, около 100 В. Диод VD1 защищает коллектор транзистора от обратных выбросов напряжения, возникающих на индуктивной нагрузке — трансформаторе Тр1. Они не столько опасны для транзистора, сколько приводят к ненужным потерям энергии и снижают экономичность преобразователя.