Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2000 № 09

Микротурбина состоит из статора с коническим углублением, в котором установлен конический ротор. Через отверстия в статоре подводится воздух. Ротор всплывает в его потоке, отрываясь от поверхности на десятые доли миллиметра, и трение между ротором и статором полностью исчезает. А воздушный поток, текущий по поверхности ротора, заставляет его вращаться. При давлении в три атмосферы скорость вращения достигает 1500 оборотов в минуту. Благодаря воздушной подвеске такая турбина обладает еще и способностью к самобалансировке — автоматическому совмещению центра масс с осью вращения. Это устраняет вибрацию.

Принцип работы, основанный на использовании трения газа как силы, движущей ротор турбины, предложил в начале века знаменитый сербский электротехник Н. Тесла. А в наше время воздух удалось обучить и еще одному делу.

Представьте себе лоток с множеством отверстий, из которых вытекают воздушные струйки. Они поднимают положенную на лоток деталь, и… чудеса! Под действием легкого толчка деталь медленно, словно в кино, скользит по инерции, одолевая при этом десятки метров. Как?! Это противоречит нашему обиходному опыту. Никаких особых сил для обретения скорости мы к детали не прикладывали!

А объясняется все легко. В обычных условиях, когда сила трения велика, составляя подчас более 10 % от веса тела, на преодоление ее расходуется кинетическая энергия, например, в виде толчка клюшкой шайбы. Воздушная же смазка уменьшает трение в сотни раз. Соответственно уменьшается и энергия, необходимая для его преодоления.

Предметы оказываются способными двигаться по инерции на большие расстояния с ничтожными начальными скоростями. Получается идеальный конвейер.

Этот эффект додумались использовать и в учебных целях. Изучая законы механики, желательно иметь возможность наблюдать за соударением тел. Измерять их скорости до и после удара. Процесс этот в обычных условиях происходит слишком быстро. Измерения приходится производить либо косвенными методами, либо с помощью довольно сложной аппаратуры, от чего теряется наглядность.

Применение же воздушной смазки позволяет проводить наблюдение при «ползучих» скоростях. А измерение производить при помощи линейки и секундомера. На рисунке 3 показано одно из простейших устройств для такой демонстрации.

Оно представляет собой закрытую с двух концов трубу квадратного сечения, к которой подведен воздух от пылесоса. В верхней части трубы насверлено множество отверстий. «Пробными телами» служат два легких уголка, всплывающие на струях воздуха. Почти не меняя скорости, они проходят метровое расстояние, скользя по воздушной смазке, за 5 — 10 секунд. При этом хорошо наблюдается упругий удар с изменением скоростей. А чтобы он не был упругим, на краях уголков укрепляют кусочек липкой ленты. После соударения тела склеиваются и продолжают движение как единое целое.

Все детали такой установки могут быть сделаны из оргстекла.

А вот проект устройства для наблюдения соударений тел под углом. Это прозрачный короб, вмонтированный в стол, — примерно так монтируют волновые ванны. Снизу короб освещен точечным источником света. И все происходящее на его поверхности хорошо видно на потолке в теневой проекции. На верхней стенке короба множество отверстий. В короб нагнетается воздух от пылесоса. Пробными телами служат разноцветные пластмассовые кружки.

Не исключено, что, используя заряженные тела, на подобной установке удастся продемонстрировать и законы Кеплера, а может быть, и квантовые эффекты. Тут все зависит от вашей фантазии.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

Сегодня вновь становятся популярны комнатные летающие модели. Их конструирование и постройка само по себе дело занимательное, к тому же ему можно придать характер настоящей научной работы. Нужно лишь обзавестись аэродинамической трубой. Скорость полета таких моделей часто не превышает 1–2 м/с при размахе крыльев 300–400 мм. И трубу для их продувки нетрудно сделать на основе крупного бытового вентилятора, который дает поток со скоростью 5–6 м/с.

Сделанная на его основе аэродинамическая труба позволит обдувать «модели моделей» в масштабе 1:2–1:3.

Обладая такой установкой, вы намного опередите своих соперников по части «летного опыта», да и на уроке она не будет бесполезна.

Описание одной из таких конструкций давалось в журнале «Самолет» № 3–4 за 1938 год.

В широкой части трубы размещался вентилятор мощностью 100 Вт. Добавленное к ней сужающееся сопло служило для увеличения скорости потока. Как можно судить по расчету, скорость его могла достигать 20–25 м/с. Для аэродинамической трубы очень важно иметь поток без завихрений, которые создают лопасти вентилятора. Их устраняет решетка из жестяной полосы шириной 100 мм, сложенной в виде гармошки.

Для наших целей сопло не требуется. Но решетка необходима. Она, как и корпус трубы, может быть сделана из картона или даже ватмана (рис. 1).

Действующую на продуваемую модель его подъемную силу в старом журнале предлагалось измерять при помощи торговых весов с гирями. В нашем распоряжении куда более чувствительные школьные аэродинамические весы. Местные особенности ее обтекания можно оценить с помощью опять же школьного микроманометра.

Но как наблюдать режим обтекания?

Часто пытаются проявить его с помощью дыма. Громоздкий и очень неудобный способ. Есть другой, также предложенный журналом «Самолет».

В поток вводятся тонкие раскаленные током до темно-красного каления проволочки. Обтекая каждую проволочку, воздух нагревается и движется далее в виде тонкого горячего слоя. Но с повышением температуры возрастает показатель преломления воздуха. Таким образом, в аэродинамической трубе образуется поток, состоящий из большого числа слоев, окрашенных… теплом.

В обычных условиях глаз их различить не сможет. Но если в полностью затемненном помещении поток осветить точечным источником света, на стене в виде тени из темных и светлых полос мы отчетливо увидим спектр обтекания исследуемого тела (рис. 2).

Рис. 2

Схема устройства для нагревания воздуха показана на рисунке 3.