Мик О'Хара Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого



страница8/13
Дата09.05.2016
Размер2.16 Mb.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13

8. Несносный транспорт



«Стой-иди»

«Почему во всем мире на уличных светофорах красный сигнал расположен над желтым, а тот над зеленым — в отличие от железнодорожных семафоров, где вверху расположен зеленый сигнал, под ним желтый, а ниже красный (если семафор трехцветный)?»



Роджер Генри Парке, Новый Южный Уэльс, Австралия
Разница между автомобильными и железнодорожными сигналами объясняется историческим развитием железных дорог и мерами безопасности. На старых механических железных дорогах сигнальные рычаги были расположены так, что нижнее положение означало «стоп». Освещенная часть семафора состоит из двух цветных стеклянных панелей на дальнем конце сигнального рычага, за крылом, которое повернуто вперед при зафиксированном сигнале. Несмотря на то что верхней из двух стеклянных панелей была красная, она загоралась, когда сигнал был опущен, и этот знак означал «стоп». На железных дорогах сохранилась смешанная механическая и электрическая сигнальные системы, поэтому сигналы пришлось приводить к единому виду. На новых электрических сигналах красный свет находится внизу, у машинистов он ассоциируется с запрещающим сигналом светофора или приказом остановиться. У уличных светофоров не было механических предшественников, их разрабатывали с таким расчетом, чтобы самый важный свет, красный, был виден с максимального расстояния. Для этого требовалось расположить его как можно выше. Вдобавок вопрос видимости железнодорожных сигналов не стоит так остро, как на автомобильных дорогах: места для установки семафоров выбирают тщательно.

Джералд Дори Оксфорд, Великобритания
Джералд Дори лишь отчасти прав в своем историческом объяснении порядка железнодорожных сигналов. Он упустил одно: на большей части страны использовались нижние семафорные сигналы (на которых горизонтальное положение означает опасность, а положение под углом 45° — «путь открыт»). В этих сигналах красный свет помещался сверху. Основная причина, по которой в современных британских семафорах красный сигнал помещается снизу, — погода. Чтобы улучшить видимость при ярком солнце, каждый световой сигнал снабжен длинным козырьком или кожухом. Но зимой снег забивается на эти козырьки и затрудняет обзор. Находясь снизу, самый важный красный сигнал отчетливо виден, так как под ним нет козырька другого сигнала и скопившийся на нем снег не закрывает красный свет.

Винсент Латарт Лондон, Великобритания
Существует два вида механических или семафорных сигналов. У более старого, с крылом нижнего квадранта, крыло, направленное вниз, показывает свободный путь, или зеленый свет, затем возвращается в горизонтальное положение под действием противовеса, а красный свет расположен над зеленым. У новых семафоров с верхним квадрантом рычаг поднимается вверх, указывая, что путь свободен, и возвращается в прежнее положение под тяжестью своего веса (как в сцене из классического фильма «Золотоискатели»). Световые сигналы в нем расположены бок о бок. Красный — ближе к мачте, а зеленый находится справа от него, снаружи.

У обоих семафоров горизонтальное положение рычага означает остановку, а у опущенного крыла есть два прямо противоположных значения. Красные рычаги всегда применялись в качестве стоп-сигналов, и предупредительные рычаги действовали подобным образом. Но на последних рычаг и световой сигнал желтые, а не красные, что означает «проезжайте осторожно».

У комбинированных семафоров значение цветовых сигналов никак не связано с положением рычагов. Красный свет находится снизу просто потому, что при этом он расположен ближе к глазам машиниста, выше идет желтый, затем зеленый, а если у семафора четыре световых сигнала, то второй желтый — на самом верху, над зеленым.

С. С. Торнберн Университет Астона, Бирмингем, Великобритания
У водителей автомобилей не проверяют цветовое зрение, поэтому положение красного, желтого и зеленого сигналов светофора всегда должно быть одинаковым, чтобы их можно было различать только по свечению. Такие сигналы обычно устанавливают там, где скорость движения ограничена, а поскольку коэффициент сцепления у резиновых шин выше, водитель может благополучно остановиться, даже если заметит красный сигнал только с близкого расстояния.

Машинист поезда, цветовое зрение которого регулярно проверяют, должен иметь возможность различать сигналы с дальнего расстояния, чтобы вовремя остановить поезд. На крупных ветках показания семафора должны быть различимы издалека, где положения крыльев еще не видны и машинисту приходится ориентироваться исключительно по цвету.

Вопрос был, в сущности, поставлен некорректно, поскольку не существует всеобщего правила, предписывающего размещать зеленый сигнал над желтым, а желтый — над красным (железнодорожники называют предупредительный сигнал желтым, а автолюбители в англоязычных странах — янтарным). В прошлом у некоторых сигнальных систем был всего один световой сигнал, на который накладывали цветные фильтры. Для комбинированных сигнальных систем с несколькими световыми сигналами существует лишь одно твердое правило: красный сигнал должен находиться как можно ближе к линии взгляда машиниста или водителя. Поэтому в некоторых случаях красный сигнал размещают вверху, например на уличных светофорах. На высокоскоростных ветках необходим второй желтый сигнал, который включается перед тем, как загорится первый желтый. Транспортное средство может проехать еще чуть ли не километр, прежде чем загорится красный сигнал остановки. Таким образом, о сигнале остановки предупреждают два сигнала. В таких светофорах два желтых сигнала обычно бывают разделены зеленым и потому заметны издалека.

П. У. Б. Семменс Иорк, Великобритания


Давление и уши

«Всем нам известно, что при взлете и посадке самолета закладывает уши. Это явление вызвано изменением давления. Но салон самолета герметично закрыт, почему же давление внутри него не держится на одном уровне на протяжении всего полета?»



Крэг Линдсей Абердин, Великобритания
Из соображений экономии топлива крупный гражданский авиатранспорт совершает полеты на высоте, значительно превосходящей максимально допустимую для поддержания жизнедеятельности. 5500 метров — максимальная высота, на которой человек может выжить на протяжении длительного времени, но дозвуковой пассажирский самолет расходует топливо наиболее экономно, когда летит на высоте 12 000 метров.

Поэтому производителям самолетов не остается ничего другого, кроме как заботиться о герметичности пассажирского салона. Это — серьезная техническая задача. На высоте 12 000 метров, где давление составляет одну пятую часть давления на уровне моря, внутреннее давление стремится разорвать фюзеляж. Это давление приходится сдерживать, а также следить за тем, чтобы вся нагрузка на фюзеляж в полете не превышала безопасную допустимую. Если свести до минимума разницу давления снаружи и изнутри, фюзеляж может быть более дешевым и легким.

Для гражданских авиалайнеров это означает, что давление внутри самолета во время полета в постоянном режиме держится на нижнем возможном пределе — 2500 метров. Это максимальный уровень, который может вынести здоровый человек, не испытав побочных эффектов. Но физически слабые люди, пассажиры с заболеваниями дыхательной системы, а также те, кто во время ожидания в аэропорту злоупотребил спиртным, чувствуют себя плохо даже при таких условиях.

Есть еще одна проблема: не все аэродромы расположены на одинаковой высоте над уровнем моря. Возьмем крайний случай: полет из Хитроу в Англии в Ла-Пас в Боливии сопряжен с подъемом на 5200 метров над уровнем моря, где давление воздуха вполовину меньше, чем на уровне моря. В таких условиях невозможно поддерживать одинаковое давление на всем протяжении полета. Представьте, что произошло, если бы давление внутри и снаружи самолета было бы разным к моменту, когда открывают двери — зрелище получилось бы эффектным, но крайне нежелательным.

Что касается закладывания ушей, в наши дни давление внутри самолета «ради безопасности и комфорта пассажиров» незаметно снижают и по мере взлета за ним следит бортовой компьютер. Давление постепенно увеличивают (или, как в случае с рейсами в Ла-Пас и другие высокогорные аэродромы, снижают) при снижении, чтобы к тому моменту, когда самолет остановится на посадочной полосе, давление в салоне и за его пределами выровнялось. Обычно для ушей достаточно времени, чтобы приспособиться к нему, но если никакие средства не помогают, зажмите нос и медленно, но решительно наращивайте давление в носоглотке, пока не почувствуете, что оно выровнялось.

Терренс Холлингворт Бланьяк, Франция
Преимущество полетов на «Конкорде» заключалось в том, что фюзеляж этого самолета был особо прочным, предназначенным для больших высот, поэтому давление в салоне могло соответствовать давлению на высоте 900 метров над уровнем моря.

Артур Кокс Алтон, Гемпшир, Великобритания


Геометрический парадокс

«Почему иллюминаторы на кораблях круглые? Когда зародилась эта традиция?»



Кэмпбелл Манро Обан, Стратклайд, Великобритания
Полагаю, автор вопроса видел на старинных картинах и гравюрах деревянные корабли с иллюминаторами (скорее всего, орудийными портами) квадратной или прямоугольной формы и задумался о том, почему на судах со стальным корпусом иллюминаторы круглые.

Когда корабли делали из дерева, их конструкционные элементы были волокнистыми и довольно гибкими (деревянные суда громко скрипели, так как дерево гнулось под напором волн). Однако дерево, особенно сырое, чрезвычайно устойчиво к напряжению усталости. Попробуйте сломать мокрый ивовый прутик, сгибая его в разные стороны, а затем повторите то же самое со стальным прутиком такой же толщины. Материалы на основе железа (в сущности, большинство металлов) подвержены кристаллическому разрушению в результате изменений в структуре частиц, вызванных постоянной сменой напряжений. Эффект проявляется по-разному, в зависимости от поперечного сечения, тепловой обработки, углеродного содержания и присутствующих в сплаве добавок.

Ближе к концу XIX века большинство торговых, а потом и военных судов начали строить с металлической обшивкой. Кораблестроители быстро обнаружили, что любые прямоугольные или квадратные отверстия в корабле, будь то на палубе (люки) или на боку (порты и иллюминаторы), являются источником усталости металла, которая прежде всего проявляется по углам. Корпус корабля буквально раздирает на части из-за циклов сгибания под действием волн; чем сильнее штормит море, тем выше напряжение.

Незадачливые матросы обнаруживали, что в самые страшные штормы их корабль просто разваливался на части. Поэтому кораблестроители придумали круглые иллюминаторы и скруглили углы палубных люков. Острых углов, в которых концентрировалось напряжение, на корабле не осталось.



Дэвид Лорд Олдершот, Гемпшир, Великобритания


В лепешку

«Мне с детства не дает покоя один парадокс. Представим, что муха летит навстречу движущемуся поезду. Происходит лобовое столкновение. Когда муха ударяется о переднюю часть поезда, направление ее движения меняется на 180° поскольку она разбивается и продолжает двигаться вместе с поездом в виде бесформенной лепешки на стекле.

В тот момент, когда муха меняет направление движения, она должна быть неподвижной, и в этот же момент она ударяется о стекло поезда, следовательно, и поезд должен быть неподвижным. Таким образом, муха может остановить поезд. Где здесь нелогичность и какое отношение все это имеет к устройству британских железных дорог?»

Джефф Флит Эванстон, Иллинойс, США
Вы правы. Муха действительно останавливает поезд, но не целиком, а только маленькую часть, с которой соприкасается, да и то ненадолго.

Какими бы жесткими ни казались предметы, в какой-то степени они податливы. Так и ветровое стекло поезда, о которое ударяется муха, слегка прогибается назад. Эта частица поезда не только останавливается на миг, но и совершает движение в обратном направлении.

Для этого требуется значительная сила (все-таки стекло обладает жесткостью), но следует помнить, что в подобных столкновениях обычно участвуют силы большой величины.

Сила, с которой муха действует на поезд, имеет такую же величину, как и сила, с которой поезд действует на муху, — она довольно велика. Воздействуя на муху с незначительной массой, эта сила создает огромное ускорение. В сущности, ускорение мухи так велико, что на кратком участке пути, за время прохождения которого прогибается ветровое стекло, оно равно ускорению поезда.

Придав мухе эту скорость, ветровое стекло пружинит и возвращается на прежнее место, принимая обычную форму. Поскольку обратное движение происходит очень быстро и деформированная часть буквально рывком возвращается в прежнее положение, возникает вибрация, с помощью которой стекло восстанавливает форму. Так появляется звук, который мы слышим, когда муха ударяется о ветровое стекло.

Эта простая картина дополнена и усложнена такими факторами, как деформация тела мухи и влияние инерции на стекло, но она, тем не менее, демонстрирует основные действующие принципы.



Эрик Дэвис Перт, Западная Австралия
Автор вопроса прав, полагая, что в определенный момент муха неподвижна. Но в этот момент она не ударяется о переднюю часть поезда.

При соприкосновении ветрового стекла поезда с мухой (пренебрежем тем фактом, что поезд гонит перед собой стену воздуха) мухе придается ускорение, направленное вперед, к поезду. За очень краткий, но конечный период времени, который требуется поезду, чтобы преодолеть расстояние, равное длине тела мухи, муха сплющивается и приобретает ускорение. Таким образом, в момент, когда муха становится неподвижной, ее передняя часть процентов на десять успевает стать шлепком на окне поезда. При этом скорость поезда остается постоянной. К тому времени, как о стекло полностью разобьется остаток мухи, что при скорости 200 километров в час произойдет на 2 х 10-4 секунды позже, муха наберет ускорение в соответствии со скоростью поезда и будет продолжать двигаться вместе с ним в совершенно расплющенном виде.

А если подойти к вопросу более педантично, то по законам сохранения количества движения поезд слегка замедлит ход, но затем быстро восстановит первоначальную скорость. Ускорение, которое ощутит муха, если ее разгоняют до скорости 200 километров в час на дистанции в 1 сантиметр, составит 3 х 105 м/с2, или около 30 000 джоулей. На муху весом 1 грамм и на окно действует сила около 300 ньютонов.

Джулиан Бин Ричмонд, Суррей, Великобритания
Когда поезд сталкивается с мухой, передние несколько нанометров ветрового стекла в месте соприкосновения на миг останавливаются, а следующие несколько нанометров подвергаются упругой деформации; остальная часть поезда продолжает двигаться полным ходом.

После столкновения сжатый материал ветрового стекла восстановит форму, его передний край наберет ускорение и снова достигнет прежней скорости. Следов столкновения на нем практически не останется (если не считать следов неупругой деформации мухи).

Все вышеописанное — пример чрезмерного упрощения, поскольку на практике перед поездом будет двигаться волна упругого напряжения, передняя поверхность поезда — вибрировать, пока не прекратится движение, но эти частности не играют роли в нашем случае столкновения мухи и поезда. Если массы примерно одинаковы, как при столкновении автомобилей, дополнительные перемещения внутри каждой могут иметь большое значение, например, если от них зависит характер травм, полученных пассажирами.

М. Г. Лэнгдон Фархем, Суррей, Великобритания
Давая объяснения столкновению мухи с поездом, читатели приняли во внимание многочисленные аспекты — от длины мухи до пластичности ветрового стекла (а если муха ударится о котел?).

Но все авторы ответов упустили из виду подоплеку вопроса — скорее философскую, нежели физическую. Потому что словом «муха» заменено выражение «один атом мухи». Это еще один вариант парадокса Зенона Элейского. Примерно в 450 году до н. э. он сказал, что движущийся объект постоянно находится в движении, однако в любой конкретный момент времени имеет определенные координаты (т. е. является неподвижным). Человек не в состоянии увидеть, измерить или вообразить бесконечно малое время — точно так же мы не можем представить себе бесконечность. И никогда не сможем.



Р. К. Хендра Лондон, Великобритания


Дыра в куполе

«Недавно я на благотворительной акции прыгала с парашютом. Помимо страха высоты меня тревожила большая дыра в куполе парашюта. Зачем она нужна? Помогает ли она снизить торможение парашюта?»



Сьюзи Клейн Лондон, Великобритания
До появления полюсного отверстия (той самой пугающей дыры в куполе) воздух из парашюта можно было выпустить только из-под одного края, а для этого наклонить парашют, причем беспомощный парашютист кренился набок.

При обратном движении парашюта воздух выходил из-под противоположного края, возникало равномерное движение, напоминающее колебания маятника (убедитесь в этом сами, посмотрев кадры с парашютистами времен Второй мировой войны).

Понятно, что такой спуск на землю чрезвычайно опасен, особенно в ветреный день. Полюсное отверстие, через которое воздух медленно уходит из купола, препятствует колебаниям и обеспечивает большую безопасность посадки.

Еще одно достоинство полюсного отверстия в том, что оно замедляет раскрытие парашюта. Без этого отверстия воздух резко врывается в купол и может повредить его или вызвать слезы у парашютиста (мужчинам это не к лицу).



Пол Дир Кембридж, Великобритания


Взгляд вниз

«Почему в самолетах такие маленькие окошки и почему они размещены так низко на фюзеляже, что многим людям приходится наклоняться, чтобы увидеть другие самолеты на аэродроме?»



Тимоти Кулумпас Нью-Йорк, США
Как и многие другие конструкционные особенности самолетов, размещение различных деталей — своего рода компромисс. Конструкторам самолетов жилось бы гораздо легче, если бы в самолетах вообще не предусматривались иллюминаторы, но мы по-прежнему считаем, что они должны быть.

Британские конструкторы утратили положение лидеров в сфере производства реактивных авиалайнеров после ряда аварий самолетов de Havilland Comet в середине XX века отчасти из-за усталости металла вокруг иллюминаторов, которая привела к разрушению конструкций.

Иллюминаторы по-прежнему остаются обязательным элементом самолетов, но их стараются делать как можно меньше. В наши дни диаметр иллюминаторов всего 33 сантиметра. В них три рамы: две герметично закупоренные и третья внутренняя, чтобы пассажиры не добрались до двух первых и не повредили их. Рамы объединены в один оконный пакет, который прочно встроен в стенку фюзеляжа.

Разумеется, иллюминатор гораздо тяжелее и обходится дороже, чем тонкий лист алюминия, который заменяет, поэтому фюзеляж приходится укреплять, чтобы он выдержал рамы. Увеличение веса означает, что самолет может принять на борт меньше пассажиров и багажа, и это снижает потенциальные доходы авиакомпаний.

Эксплуатация иллюминаторов тоже представляет проблему — они не только царапаются и бьются, через них происходит также утечка воздуха из салона, они подвержены конденсации и обледенению.

Расположение иллюминаторов зависит от модели самолета, но обычно конструкторы стараются размещать их центр чуть ниже уровня глаз сидящих пассажиров. С земли иллюминаторы кажутся низковатыми, но в полете дают возможность смотреть на землю. Если поднять иллюминаторы повыше, это почти ничего не даст. Поскольку сиденья расположены в самой широкой части круглого или овального фюзеляжа, иллюминаторы будут обращены вверх под утлом 10–15°. При этом в полете пассажир будет видеть только небо. Кроме того, если верх иллюминатора окажется на уровне глаз, солнце будет слепить их. Пассажирам придется опускать жалюзи, а это значит, что можно было бы обойтись вообще без иллюминаторов.

Полезно было бы делать иллюминаторы более толстыми, но, как я уже говорил, это непрактично из-за увеличения веса.

Кроме того, не забывайте, что каждый гражданский самолет, летающий сегодня, был разработан по крайней мере десять лет назад, а некоторые приступили к службе 40 лет назад. За это время изменились и люди, и дизайн сидений. Когда разрабатывались эти модели самолетов, существовали четкие принципы конструирования, в том числе и касающиеся положения иллюминаторов; линия размещения иллюминаторов традиционно использовалась как удобное место сборки частей фюзеляжа. Это положение закрепилось, под него настроены сборочные линии, переделка которых обойдется непомерно дорого.

Тем временем средние размеры людей продолжают увеличиваться. Дизайнерам приходится пользоваться так называемыми «критериями Дрейфуса», чтобы определить размеры сидений. Эти критерии постоянно меняются, в США дизайнеры обычно делают кресла для самолетов подходящими для 95 % американцев мужского пола. Если у вас слишком высокий рост, вам покажется, что иллюминатор расположен слишком низко, — обычно так кажется рослым людям.

И наконец, в настоящее время в самолетостроении действует тенденция отхода от просторного и неэкономного размещения в сторону плотной расстановки кресел. В таких обстоятельствах, когда высота кресла играет важную роль в размещении максимального количества пассажиров, основание кресла делают выше, чтобы хватило места для ног пассажира, сидящего сзади. Следовательно, иллюминатор окажется еще ниже, чем было задумано.



Теренс Холлингворт Бланьяк, Франция
Иллюминаторы в самолетах делают маленькими по соображениям безопасности. Первый крупный реактивный авиалайнер, de Havilland Comet, имел большие прямоугольные иллюминаторы, из которых открывалась панорама земли. Но после нескольких лет службы такие самолеты начали один за другим терпеть аварии.

Чтобы выяснить их причины, компания de Havilland поместила новый Comet в резервуар с водой и несколько раз загерметизировала его и снова разгерметизировала, чтобы создать условия, как в полете. После циклов герметизации, соответствующих по количеству циклам за двухлетнюю службу (в резервуаре ее повторили за несколько недель), в углу одного из иллюминатора обнаружились повреждения, которые в полете привели бы к катастрофе.

Конструкцию иллюминаторов изменили, на фюзеляже разместили небольшие иллюминаторы. Так проблема была решена, положение иллюминаторов остается неизменным по сей день.

Майк Берне Колледж Веллингтон, Кроуторн, Беркшир, Великобритания


На виражах

«Почему, когда ведешь машину, руль сам возвращается в исходное положение, если после поворота убрать с него руки? На машине Lego Technics моего друга так не бывает».



Клэр Садбери Манчестер, Великобритания
Стремление руля вернуться в исходное положение вызвано стабилизирующим действием передних колес. Этот эффект наглядно виден на магазинной тележке, где вертикальная поворотная ось каждого колеса находится впереди точки соприкосновения колеса с опорой. Если начать толкать вперед тележку, колеса которой не направлены в сторону ее движения, они сами выровняются под действием силы торможения между опорой и колесом.

Если объяснять подробнее, то при движении тележки вперед сила торможения, приложенная опорой к колесу, всегда будет направлена в сторону, противоположную направлению движения колеса по опоре.

Если колеса не выровнены в направлении движения тележки, сила сопротивления не действует на поворотные оси, следовательно, создается вращающий момент вокруг этой оси, который всегда стремится изменить положение колеса.

В машинах тот же эффект достигается с помощью наклона рулевого колеса, а также тем, что точка пересечения оси с землей находится перед точкой соприкосновения шины с землей. То же самое справедливо для велосипеда, в чем вы убедитесь, если приложите палку вдоль поворотной оси переднего колеса так, чтобы край палки касался земли, вы обнаружите, что эта точка находится перед точкой соприкосновения шины с землей.

Можно продемонстрировать стабилизирующее воздействие на велосипед, катая его вперед-назад за седло и не придерживая руль. При движении вперед велосипед довольно легко вести по сравнительно прямой линии.

Но вести велосипед за седло назад почти невозможно: переднее колесо будет пытаться развернуться на 180°, как колесо магазинной тележки. При переходе на задний ход в машине вы тоже заметите, что руль перестает возвращаться в исходное положение.



Билл Лафтон Саутгемптон, Гемпшир, Великобритания


Вверх тормашками

«Весь наш класс, в том числе и учитель математики, в тупике. Мы не можем понять, как самолету удается летать вверх шасси и не падать на землю. Если мы правильно понимаем, крылья сконструированы таким образом, чтобы поддерживать самолет в воздухе при горизонтальном движении. Но когда самолет летит колесами вверх, как часто делают маленькие самолеты, ясно, что подъемная сила должна действовать в обратном направлении и прижимать самолет к земле. Но маленьким самолетам удается летать в перевернутом состоянии довольно долго. Как такое возможно?»



Ник Юсокк Лондон, Великобритания
Аэродинамический профиль крыла самолета имеет некоторое отношение к подъему в воздух при нормальном полете, но более важным фактором является угол атаки — угол, под которым воздух ударяет в крыло.

Крылья самолета обычно наклонены под углом около 4° в горизонтальной плоскости по сравнению с корпусом самолета. Это хордовый угол крыла.

Так что даже когда фюзеляж выровнен, угол атаки крыла составляет 4°. Возникает подъемная сила, такая же, как действующая на ладонь, если держать ее под углом около 45° к горизонтали в потоке воздуха, движущемся с большой скоростью. Рука не имеет аэродинамического профиля, но вы будете ощущать действие подъемной силы, вызванной углом атаки ладони к приближающемуся ветру.

Этот принцип позволяет самолетам летать в перевернутом виде. Нос самолета при этом задирается сильнее, чем при обычном полете, из-за необходимости компенсировать хордовый угол крыльев. Но если угол атаки положительный по сравнению с касательным воздушным потоком над крылом, тогда направленная сила все равно возникает. Это подъемная сила, которая преодолевает силу, созданную формой крыла, и удерживает самолет в воздухе.

Переворачивая самолет в воздухе, пилоты должны опасаться в первую очередь остановки двигателя, поскольку и топливная, и масляная системы большинства обычных легких самолетов действуют под влиянием гравитации. При перевороте самолета поступление топлива может прекратиться, поскольку клапан, подающий топливо двигателю, вдруг оказывается над баком.

Марк Мобли Бристоль, Великобритания


Ртуть под запретом

«Недавно в полете я изучал список предметов, которые запрещено проносить на борт самолета. Я с изумлением увидел в этом списке ртутный термометр. С какой стати?»



Рик Эрахо Клекхитон, Западный Йоркшир, Великобритания
Самолеты делают в основном из алюминия, и, как это ни странно, ртуть даже в небольших количествах способна нанести алюминию серьезный вред. Несмотря на внешнюю инертность, алюминий — химически активный металл, который бурно соединяется с кислородом, содержащимся в воздухе. Но при этой реакции быстро образуется тонкая и прочная оксидная пленка, которая препятствует продолжению реакции. В процессе анодирования пленку делают толще для лучшей защиты алюминия.

Ртуть может разрушать эту защитную оксидную пленку, результаты процесса бывают на редкость масштабными. Ртуть способна растворять алюминий, образуя амальгаму, взрывающую оксидный слой снизу, — вероятно, поначалу под пленку он проникает сквозь трещины в ней.

Много лет назад один техник, работавший у меня, пролил несколько капель ртути на свой деревянный верстак, скрепленный прочными алюминиевыми уголками. К следующему утру на алюминии появились огромные дыры, дерево возле них было сильно обуглено, а на уголках, будто причудливые кораллы, образовались большие наросты хрупкого оксида алюминия.

Все это понадобилось для проведения химического эксперимента, но теперь такие эксперименты не приветствуются из-за токсичности алюминия.

Однажды я видел, как пассажиру запретили вносить в самолет барометр, который тоже значился в списке запрещенных предметов, хотя этот конкретный барометр был без ртути. Мне с трудом удалось убедить служащих аэропорта, что он безвреден. Они не понимали, что опасность представляет ртуть, а не барометры сами по себе. Интересно, что, по их мнению, измеряет альтиметр…

Харви Ратт Кафедра электроники и компьютерной техники, Университет Саутгемптона, Великобритания
Ртуть подвижна, из-за этого внутри конструкции может образоваться коррозионная амальгама. Самолет, в котором разлили ртуть, придется держать в карантине до появления этой амальгамы. В конечном итоге самолет придется подвергать тщательной обработке, потому что во всех инженерных справочниках говорится, что амальгама расползается, как древесная гниль.

Род Пэрис Air Medical Limited, Оксфордский аэропорт, Кидлингтон, Оксфордшир, Великобритания
Наряду со многими другими химическими веществами ртуть входит в список веществ, составленный Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) при ООН. Это вещество и предметы, содержащие его, запрещено вносить в самолет багаже или в ручной клади. Исключение — маленькие термометры в защитных футлярах, предназначенные для личного использования.

При необходимости перевозок содержащих ртуть предметов они должны рассматриваться как авиационный груз. В правилах ИКАО подробно рассказывается о том, как следует перевозить ртуть.

Не стоит пренебрегать этими запретами. В Великобритании пронос в самолет опасных веществ, способных нанести ущерб самолету, чреват судебным разбирательством и внушительным штрафом в размере, установленном Актом гражданской авиации от 1982 года. В случае, если ртуть разольется, самолет будет выведен из строя. Авиакомпания и производители самолета могут потребовать возмещения убытков.

Джеймс Хукем Грузовая транспортная ассоциация, Танбридж-Уэллс, Кент, Великобритания


Размышления на эскалаторе

«Пользуясь эскалатором, я заметил, что скорость поручня и скорость самой лестницы различаются. Казалось бы, они должны двигаться одинаково, но этого не происходит. Почему?»



Берндт Хаупт Нюрнберг, Германия
Эскалаторы и поручни должны двигаться с одинаковой скоростью и приводиться в действие одним и тем же двигателем. Двигатель соединен с приводным механизмом, который перемещает ступеньки, ремень идет к колесу, которое двигает поручни. Хотя поручни в идеале движутся с такой же скоростью, как и ступеньки, особенно при первом включении, со временем поручни истираются и растягиваются, в итоге их скорость меняется. На скорость может повлиять неправильная регулировка поручней, зажимные валики, истершиеся участки или загрязняющие вещества на ведущей поверхности поручней.

Йоган Юз Беллвилл, Южная Африка
Поручни могут двигаться с другой скоростью, но не должны. Согласно нормам Американского национального института стандартов ANSI A17.1 скорость поручней не должна меняться, если против направления движения приложена сила 444,8 ньютона. Чтобы удовлетворять этим требованиям, поручни иногда регулируют так, чтобы они двигались чуть быстрее ступенек. Установка эскалаторов производится по нормам ANSI A17.1-1990, согласно которым эскалаторы должны быть оборудованы устройством слежения за скоростью поручней. Если скорость поручней меняется больше чем на 15 %, подача питания отключается, срабатывает тормоз.

Ричард А. Кеннеди Richard A. Kennedy & Associates, эксплуатационно-контрольная служба лифтов и эскалаторов, Уэст-Честер, Пенсильвания, США
Поручни эскалаторов движутся благодаря трению колеса с резиновым ободом, установленного внутри поручней; проскальзывания случаются довольно часто, но без определенного ритма. Чаще всего накопление жира и грязи на внутренней поверхности поручней приводит к проскальзыванию, но эту причину можно устранить, а поверхность снова сделать шершавой, чтобы улучшить сцепление. Кроме того, проскальзывание может объясняться тем, что пассажиры тянут за поручень.

Поручни приводятся в движение тем же приводом, что и ступеньки, поэтому их скорости должны соответствовать. Типичный диаметр колеса поручней 1–1,2 метра, поэтому 2 миллиметра износа резинового обода приводят к потере примерно 4 миллиметров пути поручня на метр пути ступеньки, что почти незаметно.

К другим возможным причинам проскальзывания относится облысение обода колеса, приводящего в движение поручень, из-за которого проскальзывания учащаются. В редких случаях цепь колеса может растянуться так, что соскочит с пары зубцов. В результате слышится громкий шум и чувствуется заметный рывок поручней.

Джеффри Вуд Канберра, Австралия
В Британском стандарте EN115 сказано, что скорость поручней должна соответствовать скорости ступенек эскалатора с отклонением 2 %. Приводы ступенек и поручней питаются от одного источника, поэтому теоретически скорость должна быть одинаковой. Однако на практике дело обстоит иначе. Скорость движения ступенек легко и надежно контролируется с помощью системы точно подогнанных друг к другу металлических компонентов.

В отличие от ступенек, поручням сила сообщается путем трения, резиновые и неопреновые компоненты этой системы подвержены проскальзыванию и растягиванию под нагрузкой и из-за потерь на трение. Из-за этих факторов трудно контролировать скорость поручней, именно поэтому в стандарте указана допустимая погрешность 2 %.

На самом деле небольшие проскальзывания повышают степень безопасности в том случае, если в системе поручней возникает препятствие.

Бхамини Горе Otis Limited, Лондон, Великобритания


На воде и на суше

«Почему на катере можно не переключать передачи, когда меняешь скорость, как в автомобиле?»



Грэм Лундегард Глостер, Великобритания
У некоторых быстроходных катеров есть переключение передач, но это скорее исключение, чем правило. — Ред.
Разница между катерами и автомобилями заключается в том, как питание от двигателя преобразуется в движение транспортного средства. В катере двигатель вращает гребной винт, отталкивающий воду назад. В ответ на это движение потока воды лодка перемещается вперед.

Если двигатель и винт приработаны, энергии хватает для вращения винта, даже если двигатель работает на малых оборотах. Если катер большой, ему понадобится время, чтобы набрать ускорение, в эти моменты можно видеть, как вода расходится от кормы. В следующий раз, оказавшись на пароме, понаблюдайте, как бурлит вода за ним, даже если паром еще не движется.

Колеса машины вращаются, только если она движется, в отличие от парома, но ей требуется большая мощность, чтобы набрать ускорение при движении с места. К сожалению, двигатели внутреннего сгорания дают небольшую мощность на медленных оборотах, поэтому, если бы двигатель был соединен с колесами без коробки передач, инерция автомобиля остановила бы двигатель. Коробка передач позволяет двигателю ускорить работу, вырабатывая энергию, даже если колеса вращаются медленно. Если бы не талант инженеров, придумавших коробку передач и сцепление, у двигателей внутреннего сгорания не было бы будущего на дорогах. В отличие от них, паровые двигатели вырабатывают много энергии еще до начала движения, поэтому паровоз можно запустить без коробки передач.

На такой поверхности, как песок, вращение колес машины еще не означает, что она движется вперед. Эта ситуация чем-то напоминает движение парома: вращающиеся колеса отбрасывают песок назад. Однако новая доза песка не заполняет освободившееся пространство, поэтому колеса постепенно зарываются в песок до тех пор, пока машина не увязнет по самые оси.



Джон Ги Аберистуит, Дивед, Великобритания
Катерам приходится преодолевать огромное сопротивление. Типичная сила сопротивления при полной скорости составляет четверть веса катера, это все равно что тянуть автомобиль в гору под утлом более 25°. Для преодоления этого сопротивления катерам необходима низкая передача, а многоскоростная коробка передач почти не помогает набрать ускорение при небольшой скорости. Сопротивление настолько велико, что любая смена передач должна быть чрезвычайно быстрой, иначе лодка резко сбросит скорость во время смены передач. Поскольку винты рассекают воду при запуске двигателя, сцепление ни к чему: его обеспечивает вода.

Можно менять передачи на катере, выбрав винт с другим шагом. Низкий шаг дает лучшее ускорение и позволяет толкать более тяжелые катера, а высокий шаг обеспечивает увеличение скорости до максимальной при низких волнах и снижении сопротивления. Но типичные изменения полезные для катера, не так значительны, как соседние передачи автомобиля.



Малин Диксон Нанитон, Уорикшир, Великобритания
Скорость автомобиля пропорциональна скорости двигателя на конкретной передаче. В случае с катером дело обстоит иначе, поскольку винт скользит в воде, а автомобильная шина не отрывается от дороги. Во всех двигателях увеличение оборотов означает рост мощности до определенного предела.

Почти всем нам случалось по ошибке трогаться со светофора на третьей передаче. Количество оборотов на третьей передаче гораздо ниже, чем на первой, поэтому двигатель не создает достаточной мощности для движения автомобиля и захлебывается.

Это доказывает, что низкие передачи важны для обеспечения мощности машины при низкой скорости. Но если полностью открыть дроссель на катере, винты свободно вращаются в воде, двигатель достигает высокого числа оборотов, катер движется вперед. Единственная передача катера разработана с таким расчетом, чтобы винт работал наиболее эффективно в рабочем диапазоне двигателя. Необходимости в дополнительных передачах нет.

На катере падение мощности при смене передач приводит к значительному снижению скорости, потому что сопротивление воды гораздо сильнее, чем сопротивление Дорожного покрытия. Поэтому катер не переключает передачи так же легко, как автомобиль.



Дэвид Эделмен Элтем, Виктория, Австралия


1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница