Как изобрести сверхточный кран: решите необычную школьную задачу из СССР
Давняя проблема лабораторных работ – трудности с точной дозировкой потока газов. В разные годы инженеры предлагали разные варианты, в том числе точно пригнанные стеклянные пробки и зажимы на резиновых трубках, но все эти варианты не позволяли достаточно точно регулировать ширину отверстия, через которое должен просачиваться газ.
Самое смешное, что знаний школьной физики за десятый класс достаточно, чтобы предложить оптимальное решение. А если вы хорошо помните физику одиннадцатого класса, то сможете предложить два и даже три решения!
Предлагаем в ближайший перерыв потренировать свою креативность. Подумайте, как бы вы стали решать такую задачу, после этого пролистайте страницу вниз и сравните свое решение с вариантом, предложенным редакцией газеты.
Правильный ответ
Проблема существующих решений была в том, что они везде использовали механические устройства, известные грубостью регулировки. Механическую силу надо заменить на какую-то другую – термодинамическую или электромагнитную, например.
Вариант, использующий принципы термодинамики, был в свое время предложен в патенте СССР №179489. Изобретатель воспользовался явлением теплового расширения веществ. Кран, сконструированный им, состоял из следующих частей:
- трубка из термоустойчивого материала,
- пробка с большим коэффициентом теплового расширения,
- охладитель и
- термометр.
Если пробку охладить, она сожмется и откроет щель, площадь которой можно очень точно дозировать с помощью термометра.
Можно использовать и другие физические явления – например, обратный пьезоэффект. Его суть в том, что некоторые кристаллы, такие как кварц, в переменном электрическом поле могут сжиматься и растягиваться.
Аналогичным образом на металлы действуют явление магнитострикции, и это явление тоже можно использовать для создания сверхточных кранов.
Если вам понравилось, кликайте тег «Инженерная мысль» в начале статьи: под ним собраны и другие задачи того же типа.