Читать книгу "Самые популярные изобретения из прошлых веков, актуальные сегодня, или Кто придумал первого робота - Михаил Стародумов"

В Калифорнии Лоуренс продолжил начатые исследования в таких областях, как фотоэлектричество и измерение очень коротких промежутков времени.

Затем Лоуренс обратился к ядерной физике, которая тогда быстро развивалась. В 1919 году Эрнест Резерфорд расщепил атомное ядро, бомбардируя его альфа-частицами, испускаемыми радием.

Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон построили линейные ускорители частиц, работавшие при очень высоких напряжениях. В этих устройствах положительно заряженные частицы разгонялись по прямой в направлении притягивавшего их отрицательного электрода и приобретали энергию, пропорциональную приложенному напряжению.

Линейные ускорители не нравились Лоуренсу, так как в них время от времени происходил пробой изоляции и возникал высоковольтный разряд, напоминающий по виду молнию. В 1929 году Лоуренсу попалась на глаза статья на немецком языке инженера норвежского происхождения Рольфа Видерее, прочитав которую Лоуренс понял, что частицы можно ускорять, повышая напряжение постепенно, что прямолинейный путь можно изогнуть в окружность. Проделав необходимые расчеты, он вместе с несколькими сотрудниками приступил к проектированию и постройке первого циклотрона.

Основная идея Лоуренса состояла в том, что заряженные частицы движутся в однородном магнитном поле по окружностям. Так происходит потому, что движущийся заряд представляет собой электрический ток, который, как и ток в обмотках электромагнита, создает магнитное поле. Подобно двум магнитам, поднесенным вплотную друг к другу, частица и внешний магнит действуют друг на друга с определенной силой, но двигаться может только частица (в случае двух сближаемых магнитов это соответствует тому, что один магнит жестко закреплен, а другой может двигаться). Направление силы всегда образует прямые углы с направлением магнитного поля и с направлением движения частицы. Поскольку направление частицы постоянно изменяется, частица движется по окружности. Важная особенность движения частицы состоит в том, что она всегда описывает полную окружность за одно и то же время независимо от скорости (кинетической энергии) частицы. Но диаметр окружности тем больше, чем больше скорость частицы. Именно эти особенности движения частиц и использовал Лоуренс, проектируя свой циклотрон.

После первого, довольно несовершенного циклотрона, построенного в 1930 году, Лоуренс и его коллеги из Беркли быстро создали одну за другой более крупные модели. Используя 80-тонный магнит, предоставленный ему Федеральной телеграфной компанией, Лоуренс ускорял частицы до рекордных энергий в много миллионов электрон-вольт. Циклотроны оказались идеальными экспериментальными приборами. В отличие от частиц, испускаемых ядрами при радиоактивном распаде, пучок частиц, выводимых из циклотрона, был однонаправленным, их энергию можно было регулировать, а интенсивность потока была несравненно выше, чем от любого радиоактивного источника.

Высокие энергии, достигнутые Лоуренсом и его сотрудниками, открыли перед физиками обширное новое поле для исследований. Бомбардировка атомов многих элементов позволила расщепить их ядра на фрагменты, которые оказались изотопами, часто радиоактивными. Иногда ускоренные частицы «прилипали» к ядрам-мишеням или вызывали ядерные реакции, среди продуктов которых встречались новые элементы, не существующие на Земле в естественных условиях. Полученные результаты показали, что если бы частицы можно было ускорять до достаточно больших энергий, то с помощью циклотрона можно было бы осуществить почти любую ядерную реакцию. Циклотрон использовался и для измерения энергий связи многих ядер, и (путем сравнения разности масс до и после ядерной реакции) для проверки соотношения между массой и энергией.

Циклотрон позволил создать радиоактивные изотопы для медицинских целей. Над биомедицинским применением ядерной физики Лоуренс работал вместе со своим младшим братом Джоном, медиком и директором Биофизической лаборатории в Беркли. Джон Лоуренс с успехом использовал изотопы для лечения раковых больных, в том числе своей матери, у которой был неоперабельный случай заболевания раком. После курса лечения она прожила еще 20 лет.

Манне Сигбанн из Шведской королевской академии наук заявил, что изобретение циклотрона вызвало «взрыв в развитии ядерных исследований… В истории экспериментальной физики… циклотрон занимает исключительное место. Вне всякого сомнения, циклотрон является самым большим и самым сложным из всех когда-либо построенных научных приборов».

Циркулярная пила

Режущий инструмент в виде плоского металлического диска, на внешней кромке которого расположены зубья. Используется на круглопильных, маятниковых и других станках, также в ручном электроинструменте для раскроя различных материалов, чаще древесины, пластика, мягкого металла.

У нее много названий: круглая пила, циркульная пила, циркулярная пила, циркулярка.

К изобретателям циркулярной пилы могут быть отнесены англичанин Самуил Миллер из Саутгемптона, который получил патент в 1777 году на лесопильную ветряную мельницу. Однако его заявка только упоминает форму пилы, возможно, это было не его изобретение.

Часто изобретение циркулярной пилы приписывают немцу Гервинусу (1780 год).

Уолтер Тейлор из Саутгемптона в 1762 году построил лесопилку, где применил ряд механизмов. Описания его машин в 1790-е годы показывают, что это были циркулярные пилы. Тейлор запатентовал два других приспособления, но не циркулярную пилу.

Сведения о том, что циркулярная пила изобретена в Голландии в XVI или XVII веках, документально не подтверждаются. А вот использование большой циркулярной пилы на лесопильном производстве, к которому имела отношение Табита Бэббит, документально засвидетельствовано. Это произошло в 1813 году.

Легенда гласит, что однажды, Табита Бэббит увидела пилящих мужчин и отметила, что бревно пилится только при движении в одну сторону. Она придумала прикрепить к ее прялке оловянный диск с зубцами и тем самым, с помощью специальной рукоятки для диска, нажимая на педаль станка, пилить небольшие бревна. Сказано — сделано, и деревообрабатывающий станок стал использоваться на лесозаготовке, получив название «дисковая пила».

И только 1929 году некий изобретатель Эммонс предложил новую идею портативной пилы. Его устройство использовало винтовой привод и электрический двигатель, помещенные в портативный корпус. Дизайн и принцип работы были очень схожи с параметрами современной бытовой дисковой пилы.

Цифровое телевидение

Первые системы механического и электронного телевидения, в том числе цветные, были аналоговыми. Цифровое телевидение отличается от аналогового тем, что в эфир передаётся не аналоговый сигнал, а цифровой, представляющий собой поток данных, описывающих исходные аналоговые сигналы изображения и звука. Главное преимущество цифрового телевидения перед аналоговым — более высокая устойчивость к накоплению искажений на всех этапах производства программ и их доставки до конечного потребителя. Ещё одно важное достоинство — меньший объём данных, передаваемых по каналам связи, а также широкие возможности для получения дополнительных сервисов. В полосе частот одного аналогового телевизионного канала передаются несколько каналов цифрового телевещания стандартной чёткости, что значительно снижает себестоимость распространения сигнала одного телеканала. За счёт освобождения диапазонов, ранее занятых аналоговым вещанием, получается так называемый «частотный дивиденд», который может использоваться, например, для некоторых систем мобильной связи.