Юный техник, 2003 № 07 - Журнал «Юный техник»

Свыше 700 ребят из более чем семидесяти регионов нашей страны приехали сюда, чтобы рассказать о своих исследовательских работах в области биологии, физики, химии, математики, археологии, астрономии, экологии…

Побывали на конференции члены Экспертного совета ПБ нашего журнала. Конечно же, их больше всего интересовали работы по техническому творчеству.

Сегодня вашему вниманию будут предложены: простой прибор для определения качества питьевой воды, индикатор здоровья как инструмент исследования самочувствия учащихся в школе и современный взгляд на технологию изготовления древними мастерами костяных стрел.

ПИТЬ ИЛИ НЕ ПИТЬ?

Геологи, охотники, строители, туристы постоянно задают себе этот вопрос, оказываясь в походных условиях. Как убедиться, что вода, взятая из неизвестного источника, кристально чистая? Сомнения мог бы рассеять малогабаритный прибор, но такого в природе пока не существует. Качество воды сегодня определяют только в лабораториях, где есть  соответствующее сложнейшее оборудование и штат квалифицированного персонала. Но вот, похоже, вскоре такой прибор может появиться, причем прибор простой в обслуживании, малогабаритный, а главное — дешевый.

Второй год занимается в Центре технического творчества учащихся города Златоуста Илья Балабанов. Со стороны его увлечение может показаться странным. Из небольшой емкости сливает он в воронку воду из различных источников.

Но... В воронке есть контактное устройство, которое количество капель преобразует в число импульсов, а подсчитывает их немного переделанный Ильей калькулятор.

Физик, взглянув на этот прибор, сказал бы, что это хорошо всем известный прибор для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Если температура и давление окружающего воздуха постоянны, то силы поверхностного натяжения зависят только от наличия растворенных в воде веществ. Глицерин или стиральный порошок, например, ослабляют их, капли получаются мельче и вода капает быстрее. А есть вещества, которые, наоборот, увеличивают силы поверхностного натяжения, а значит, из воронки упадет меньше капель — ведь каждая будет крупнее эталонной.

На эту взаимосвязь и обратил внимание Илья Балабанов. 10 граммов чистой, пригодной для питья воды в его приборе превращаются в 214 капель. Это — эталон. Если же в воде есть примеси, число капель может быть больше или меньше. А чем больше разница, тем ниже качество воды.

На основании экспериментов и расчетов Илья вывел зависимость — она представляет собой нисходящую кривую. А сама малогабаритная установка выглядит так (см. рисунок). К микрокалькулятору 1 крепится специальная химическая воронка 2 объемом 10 мл. Под ней размещены электрические контакты 3, которые соединены с калькулятором. По окончании вытекания жидкости он фиксирует число капель. По графику зависимости 4, который наклеен на лицевой стороне калькулятора, можно быстро определить коэффициент поверхностного натяжения воды и судить о ее пригодности. Как видите, таким прибором может пользоваться даже неопытный человек. Кстати, конструкцию прибора можно еще упростить, исключив из него расчет зависимости по графику. Калькулятор, если его запрограммировать, может сам выдавать значения пригодности воды в пищу. Это будет следующим этапом работы юного изобретателя.

ИНДИКАТОР ЗДОРОВЬЯ

Представьте себе школьный урок. Все склонились над тетрадями, пишут контрольную. Тишина. Но вот учитель объявляет небольшую паузу и предлагает каждому ученику указательными пальцами правой и левой рук одновременно коснуться двух металлических дисков, установленных на парте. Секунда, другая — и на табло над доской высвечиваются цифры. О чем они говорят учителю?

Чтобы ответить на поставленный вопрос, нужно послушать Андрея Лопатинского, ученика лицея № 19 города Тольятти. Это он предлагает в начале каждого урока, затем в его середине и в конце проводить подобную процедуру. Что удивительно, в начале урока показатели выше, потом они резко снижаются. Еще хуже дела обстоят, когда класс пишет контрольную. А объясняется эта разница, конечно же, усталостью, перенапряжением. Как же измеряет Андрей эти вроде бы не физические параметры учеников?

Человеческое тело представляет собой проводник, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от внешних факторов. Когда мы спим — оно выше, стоит возбудиться, напрячься, расстроиться — резко уменьшается. С точки зрения физики, наше тело представляет собой электролит, характеристики которого меняются.

Прибор, предложенный Андреем Лопатинским, очень прост. Состоит он из микроамперметра и двух пластин из разнородных металлов, например, латуни и алюминия.

Для простоты вместо пластин можно взять две трубки.

Из школьного курса физики и химии известно, что разнородные металлы образуют гальванические пары. Именно на этом принципе основано измерение контактной электрохимической разности потенциалов при приложении рук учеников к трубам. И если, например, приложить руки к трубкам и глубоко подышать, стрелка пойдет вверх. Стоит только заболеть, плотность «электролита» больного снижается — стрелка прибора может не отклониться вовсе. Градуировку прибора проводят, измеряя потенциал людей одного возраста, например, школьного класса. Затем показания прибора усредняют, вычисляют среднее арифметическое, и это значение можно принимать за норму.

Люди, генерирующие ток выше нормы, могут гордиться своим здоровьем; тем, у кого оно меньше нормы, нужно больше бывать на воздухе. Тем же, у кого потенциал резко отличается от нормы, как в одну, так и в другую сторону, следует обратиться к врачу.

Итак, что же показывал прибор в начале урока в 9«Б» и 9«В» классах лицея № 19? Среднее арифметическое значение класса составляло 60 микроампер. При выполнении лабораторной работы в целом наблюдалось даже повышение уровня самочувствия учащихся, причем как у девочек, так и у мальчиков. Однако, в 9«А» классе самочувствие ребят снизилось.

Это можно объяснить тем, что 9«А» класс — физико-математический, и ребята старались вникнуть в работу глубже, отнеслись к выполнению более ответственно. А вот самочувствие учащихся к концу контрольной работы понизилось во всех трех классах. И это понятно — контрольная! На обычном же уроке, когда объясняли новый материал и объявляли «минутки здоровья», наблюдалось улучшение самочувствия всех учащихся. Это говорит о том, что проведение подобных мероприятий позитивно сказывается на здоровье учеников.

Из своих экспериментов Андрей сделал еще один вывод: если на уроках будет интересно, со здоровьем проблем не будет!

ТОПОР, НОЖ, СТРЕЛА...

Более 28 веков назад на территории Каширского района, что в Подмосковье, существовали поселения первобытных людей — археологи обнаружили два древних городища, которые получили название — Мутниковское и Старейшее Каширское. Три года археологические экспедиции ведут здесь раскопки. И каждый сезон дает богатейший материал о местах пребывания первобытного человека, приносит много образцов домашней утвари, но особенно — инструментов и оружия. И все эти годы неизменным участником летних раскопок был Анатолий Оксенюк, учащийся школы № 9 города Каширы.

Больше всего Анатолия интересовали хорошо сохранившиеся предметы со следами грубой обработки. Вот, скажем, наконечники костяных стрел, используемых для охоты и в качестве боевого оружия. Как и чем первобытный человек обрабатывал кости крупных животных?

В учебниках и популярных изданиях можно найти правдоподобные объяснения. Первобытный мастер использовал топор, тесло, нож и каменный абразив. Известны и приемы работы: рубка, строгание, тесание, полировка, пиление.

Но известно, что кость крупных животных — прочнейший материал. Не так-то просто его колоть, а тем более пилить. А потому перед механической обработкой кости варили. Тепловая обработка размягчала минеральные вещества кости, снижала ее прочность. Но для чего тогда служили большие толстенные сосуды, полые внутри, найденные на Мутниковском городище в костяных мастерских? Они представляли собой комья необожженной глины с вложенными в них заготовками костяных стрел.

Поразмышляв, Анатолий высказал неожиданное предположение: первобытные мастера не варили кости, они их вымачивали. Но предположение нужно было проверить экспериментальным путем.

Несколько образцов костей он проварил в кипятке в течение 1,5 часа и отметил, что столь короткая варка лишь незначительно их размягчает. После 8-часовой варки кость полностью теряет свою механическую прочность. А вот после вымачивания в воде в течение нескольких суток она стала гибкой, податливой, но осталась прочной.