Изобретения Дедала

New Scientist, May 18, 1978

Главная задача — «научить» моносферу подниматься по лестницам. Для этого необходимо предусмотреть возможность совершать на ней небольшие прыжки. Поскольку седло в любом случае придется устанавливать на пружинной подвеске (например, на телескопическом амортизаторе), в стойку седла можно вмонтировать возвратно-поступательный электродвигатель, ход которого выбирается с учетом максимальной высоты ступеньки (скажем, 30 см). При нормальном движении седло удерживается пружиной в среднем положении. Когда моносфера приближается к ступеньке, то — либо по команде седока, либо автоматически — выполняется следующая последовательность действий:

а. Линейный электродвигатель выдвигает стойку седла на полную высоту. Если ограничить ускорение величиной а = 0,5g ~ 5 м/с², то вертикальная составляющая скорости в верхней точке (т.е. на расстоянии l = 0,15 м) составит v = (2аl)^1/2 = (2×5×0,15)^1/2 = 1,25 м/с и будет достигнута за время t = (2l/а)^1/2 = (2×0,15/5)^1/2 = 0,25 с. Если принять максимальную массу седока равной 100 кг, то мощность, которую должен развить электродвигатель, составит Р = 100 × 5 × 0,15 : 0,25 = 300 Вт; аккумуляторы вполне способны выдержать такую кратковременную перегрузку (напомним, что мощность равна произведению силы на расстояние, деленному на время). Одновременно сила реакции опоры сожмет пневматическую сферу.

б. Теперь седок продолжает движение вверх по инерции. Его центр массы движется по параболе, причем горизонтальная составляющая скорости равна скорости движения моносферы перед ступенькой, а максимальная высота над первоначальным уровнем центра масс составит h = v²/2g = (1,25)²/20 = 0,075 м, после чего начнется движение вниз. Во время этого симметричного взлета — падения вертикальная составляющая скорости будет меняться от +1,25 м/с до -1,25 м/с за время t = Δv/g = (2×1,25)/10 = 0,25с. В этот промежуток времени моносфера не испытывает действия веса седока. Дойдя до верхней точки, электродвигатель немедленно начинает движение в обратном направлении, сжимая пружину. За счет этого, а также вследствие упругости пневматической сферы моносфера «вспрыгнет» под седоком на ступеньку. Чтобы она могла подпрыгнуть на высоту 30 см, необходима начальная скорость v = (2gh)^1/2 = (2×10×0,3)^1/2 = 2,5 м/с (что вполне реально); прыжок займет время t = v/g = 2,5/10 = 0,25 с — ровно столько, сколько времени имеется в нашем распоряжении.

в. Моносфера преодолела ступеньку, поднявшись на высоту 30 см. Линейный электродвигатель находится в нижней точке хода, так что седло — вместе с седоком — поднялось только на 15 см. Теперь двигатель выключается, и сжатая пружина амортизатора возвращается в нормальное среднее положение, поднимая седло на оставшиеся 15 см. Если ступенька одна, то на этом программа заканчивается, если же ступенек несколько, то вся последовательность действий повторяется необходимое число раз. Программа для совершения прыжка записана в памяти микропроцессора, управляющего движением сферы, и необходимая последовательность действий выполняется по команде ездока или при срабатывании датчика, определяющего наличие ступеньки. Выполнение аналогичных действий в обратной последовательности позволит моносфере спускаться по лестницам.

Примечание. Для подъема по лестнице необходима некоторая минимальная горизонтальная составляющая скорости. Аппарат должен перемещаться вперед на расстояние, равное одному радиусу пневматической сферы (мы приняли его равным 15 см), за время, которое занимает прыжок (0,5 с); в противном случае при подъеме на ступеньку сфера (вместе с ездоком!) опрокинется назад. Отсюда получаем, что минимальная скорость перед прыжком равна hv = l/t = 0,15/0,5= 0,3 м/с.

Взметая пыль

Как бы тщательно ты ни вытирал пыль, сокрушается Дедал, она все равно оседает обратно. Для решения этой бытовой проблемы Дедал начал исследовать аэродинамические свойства пыли. Каждая частица пыли, представляющая собой, как правило, волокно неправильной формы, занимает при падении устойчивое положение, в котором ее центр масс находится точно под центром аэродинамического сопротивления. Представьте себе теперь, что мы нашли способ раскрутить пылинку вокруг вертикальной оси. Если пылинка хотя бы слегка асимметрична, она имеет «закрутку» по отношению к этой оси и действует как пропеллер, хоть и не слишком эффективный. Если подъемная сила при этом направлена вверх, то пылинка станет набирать высоту. Если же «подъемная сила» направлена вниз, то характер приложения аэродинамических сил к пылинке изменится: центр аэродинамического сопротивления станет точкой приложения направленной вниз аэродинамической подъемной силы, пылинка перевернется (поскольку центр тяжести должен находиться сзади по потоку) и начнет двигаться вверх.

Таким образом, утверждает Дедал, если принудить каждую пылинку совершать вращательное движение, то пыль будет оседать на потолке. Этой цели можно достигнуть, разместив под обоями электроды, создающие вращающееся электрическое поле. Каждая пылинка, плавающая в воздухе, превратится в крошечный электрический диполь и начнет вращаться вслед за полем. Сила, необходимая для закручивания пылинки, настолько мала, что, по мнению Дедала, можно обойтись полем с напряженностью не выше нескольких сотен вольт на метр. При частоте вращения 50 Гц. (3000 об/мин), получаемой при использовании переменного тока промышленной частоты, подъемная сила будет достаточной, чтобы пылинки поднимались к потолку и прилипали к нему (а то и ввинчивались в штукатурку!). Таким образом, комната, оснащенная электродами, спрятанными под обоями и подключенными к электросети, будет неизменно сверкать стерильной чистотой, в то время как на потолке станет нарастать аккуратный ковер, служащий прекрасной звуко– и теплоизоляцией. Для тех же, кто одержим манией чистоты, Дедал разрабатывает пылесос для чистки потолков, летающий подобно воздушному шару.

Этот же замечательный принцип можно применить для предотвращения снежных заносов на дорогах. Сами по себе кристаллы льда симметричны, но снежинки, как правило, асимметричны и в большей или меньшей степени обладают пропеллерной «закруткой». Поэтому вращающееся электрическое поле, которое создают электроды, вмонтированные в ограждающий барьер, заставит снежинки подниматься вверх. Оседать же на землю снежинки будут только за пределами дороги.

New Scientist, March 27, 1980

Прибор КОШМАР с вращающимся электрическим полем эффективно отпугивает комаров

Имеется очень интересная работа Н. Б. Барановой и Б. Я. Зельдовича (Chemical Physics Letters, 57 (3), 1978, p. 453). Авторы указывают, что любая молекула, не обладающая зеркальной симметрией, должна иметь право- или левовинтовую спиральность. Другими словами, она ведет себя как пропеллер. Если такую молекулу в растворе привести во вращение, на нее будет действовать суммарная гидродинамическая сила, направленная вдоль оси вращения.

Предполагается, что этот принцип можно использовать для разделения пространственных изомеров, вращая молекулы в растворе с помощью высокочастотного поля. Не уверен, что эту идею удастся реализовать для молекул, но нет сомнений, что подобный принцип вполне осуществим в случае более крупных объектов, таких, как пылинки, плавающие в воздухе. Абсолютно симметричные пылинки встречаются крайне редко, так что почти каждая частица пыли представляет собой крошечный пропеллер и может перемещаться в заданном направлении, вращаемая внешним электрическим полем. (При этом следует только учесть, что, как говорилось выше, пылинки будут переворачиваться.) Поле, вращающееся вокруг вертикальной оси, будет двигать пылинки вбок — в результате они станут оседать на стенах.