ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ. 1.Εισαγωγή

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ 1.Εισαγωγή Χρησιµοποιώντας αυτό το σετ κατασκευών, όχι µόνο µπορείτε να µάθετε για τις επαναστατικές τεχνολογικές ανακαλύψεις, αλλά µπορείτε να δείτε στην πράξη πράγµατα που άλλαξαν τον κόσµο. Απλώς συναρµολογήστε τα και δοκιµάστε τα. Καθώς το κάνετε, θα µπείτε στο ρόλο του εφευρετικού κατασκευαστή και ίσως νιώσετε να σας αγγίζει το δαιµόνιο πνεύµα του εφευρέτη. Πριν αρχίσετε, µπορείτε να µάθετε µερικά πράγµατα για τους ανθρώπους πίσω από τις εφευρέσεις. Εφευρέσεις βρίσκονται παντού γύρω σας. Ρίξτε µια κοντινή µατιά στα πράγµατα στο σπίτι σας. Η λάµπα πυρακτώσεως στο ταβάνι, η τηλεόραση στο σαλόνι, το τηλέφωνο, το ψυγείο, η ηλεκτρική σκούπα κ.ά. Ακόµα και η τυπογραφική πρέσα έπρεπε να εφευρεθεί, ώστε τα βιβλία να είναι διαθέσιµα σε µεγάλους αριθµούς. Τα πάντα είναι απλά νοµίζετε; Πολλές από τις ιδέες, οι οποίες σας φαίνονται σήµερα προφανείς έπρεπε να ανακαλυφθούν πρώτα. Ένας από τους ανθρώπους που έχει πατεντάρει πολλές ιδέες, ήταν ο Thomas Alva Edison, γενικά γνωστός ως εφευρέτης της λάµπας πυρακτώσεως. Κατά τη διάρκεια της ζωής του ο Edison έκανε 2000 εφευρέσεις και εξασφάλισε 1093 αµερικανικές πατέντες. εν τις έκανε βέβαια όλες µόνος του, αλλά στην εταιρεία του µε τη βοήθεια πολλών εργαζοµένων. Πολλές από τις εφευρέσεις του δεν ήταν παρά βελτιώσεις παλαιότερων συσκευών, συµπεριλαµβανοµένης της λάµπας πυρακτώσεως. Το γνωρίζατε αυτό; Βασικά δεν ήταν δική του ιδέα! Αλλά την βελτίωσε στο έπακρον, ώστε να γίνει κατάλληλη για καθηµερινή χρήση. Και πάνω από όλα εξασφάλισε την πατέντα αµέσως, κάτι πολύ σηµαντικό. Υπάρχουν πολλοί εφευρέτες για τους οποίους κανείς δεν µιλάει σήµερα, επειδή δεν εξασφάλισαν την πατέντα καθόλου ή το έκαναν πολύ αργά. Βρισκόµαστε στο 1860 και ένας καθηγητής φυσικής στο Friedrichsdorf κοντά στη Φρανκφούρτη στη Γερµανία, έχει φτιάξει µία συσκευή επίδειξης τεχνολογίας για τους µαθητές του. Με ένα ξύλινο οµοίωµα ακουστικού τύµπανου προκαλεί ταλάντωση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωµα. Μεταδίδει αυτή την ταλάντωση µέσω ενός καλωδίου σε µια κουλούρα από χάλκινο σύρµα, κάτι που καθιστά τις ταλαντώσεις ακουστές. Έτσι, πέτυχε πρώτος να κατασκευάσει µια λειτουργική ηλεκτρική τηλεφωνική σύνδεση. Το όνοµά του ήταν Philipp Reis. εν τον έχετε ακουστά; Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ποτέ δεν αιτήθηκε για µια πατέντα για τη συσκευή του ούτε την προώθησε µε την επωνυµία τηλέφωνο. Αλλά το έκανε ένας Αµερικανός 15 χρόνια αργότερα. Έµαθε για τη συσκευή του Philipp Reis, την ανέπτυξε περαιτέρω και αιτήθηκε για την πατέντα. Έτσι, ο Elisha Gray (αυτό ήταν το όνοµά του) το έκανε προβλεπόµενα. Τον έχετε ακουστά, Elisha Gray ο εφευρέτης του τηλεφώνου; Όχι; Λοιπόν αυτό είναι επειδή καθυστέρησε! Κάποιος τον πρόλαβε και έκανε επίσης αίτηση για την πατέντα του τηλεφώνου -µόλις δυο ώρες νωρίτερα! Το όνοµά του ήταν Alexander Graham Bell. Έκτοτε, αυτός θεωρείται ο εφευρέτης του τηλεφώνου. Το πιο παράξενο είναι ότι η συσκευή για την οποία ζήτησε την πατέντα εκείνη την εποχή, δεν δούλευε καν. Απλώς ανακάλυψε ότι και άλλοι άνθρωποι δούλευαν πάνω σε µια παρόµοια συσκευή και έτσι αιτήθηκε για τη µισοτελειωµένη συσκευή του προληπτικά. «Θα κάνω τον ηλεκτροφωτισµό τόσο φθηνό που µόνο οι πλούσιοι θα καίνε κεριά» Thomas Alva Edison 2.Ο ασφαλής ανελκυστήρας Έχετε ποτέ σκεφτεί τι θα συµβεί αν όντας µέσα σε έναν ανελκυστήρα, κοπεί το µοναδικό καλώδιο που κρατά το κουβούκλιο; Κατά τη διάρκεια µιας διεθνούς βιοµηχανικής εκθέσεως στη Νέα Υόρκη ένας άνδρας σόκαρε το πλήθος, καθώς, ενώ στεκόταν σε έναν ανελκυστήρα ψηλά, έκοψε το µοναδικό καλώδιο

2 που τον κρατούσε. Ο µηχανισµός κατήλθε µια µικρή απόσταση, πριν ακινητοποιηθεί εντελώς. Το επαναστατικό φρένο εκτάκτου ανάγκης αυτού του έξυπνου µηχανικού εξασφάλισε ότι ο ανελκυστήρας δεν θα κατακρηµνιζόταν στο έδαφος. "Όλα ασφαλή, κύριοι!", αναφώνησε. Αυτό έγινε το 1854 και ο άνδρας στον ανελκυστήρα ήταν ο Elisha Graves Otis, ιδρυτής της οµώνυµης εταιρείας ανελκυστήρων, η οποία υπάρχει ακόµα και σήµερα. Πριν από αυτό κανείς δεν ήθελε να επισκεφτεί τα πάνω πατώµατα των κτιρίων. Με την ανάπτυξη του ανελκυστήρα ασφαλείας, αυτή η τάση αντιστράφηκε. Τα δωµάτια στα πάνω πατώµατα έγιναν ξαφνικά της µόδας και η ζήτηση αυξήθηκε. Αυτό επιτάχυνε την κατασκευή πολυώροφων κτιρίων και κατ έπέκταση άλλαξε τη φυσιογνωµία των µεγαλουπόλεων. Οι ουρανοξύστες έγιναν σύµβολο δύναµης και σεβασµού, για να εξελιχθούν σε κυρίαρχο στοιχείο της µορφολογίας των πόλεων µέχρι και σήµερα. Από σήµερα, όποτε τύχει να µπείτε σε ανελκυστήρα, ρίξτε µια προσεκτική µατιά στο καντράν ή την επιγραφή του κατασκευαστή. Αν το όνοµα OTIS εµφανίζεται εκεί, τότε από δω και πέρα σίγουρα θα σας έρχεται στο νου αυτός ο θαρραλέος µηχανικός από τη Νέα Υόρκη. Πειραµατιστείτε µε το ρυθµό καθόδου του θαλάµου του ανελκυστήρα. Πρώτα, αφήστε το σχοινί να γλιστρήσει ανάµεσα στα δάχτυλά σας αργά και µετά γρήγορα. Πότε ενεργοποιείται το φρένο; Γιατί λειτουργεί µόνο αν αφήσετε το σχοινί ξαφνικά; 3.Το ηλεκτρικό µοτέρ Το ηλεκτρικό µοτέρ δεν ανακαλύφθηκε µονοµιάς. Είχε πολλούς "πατέρες". Πρώτα έπρεπε να αναγνωριστούν οι σχέσεις ανάµεσα στο µαγνητισµό και την ηλεκτρική ισχύ. Ο Hans Christian Oersted ανακάλυψε ότι ο ηλεκτρισµός µπορεί να παράγει µαγνητικό πεδίο. Ο Michael Faraday απέδειξε ότι το ηλεκτροµαγνητικό πεδίο γύρω από ένα καλώδιο έχει κυκλική µορφή. Χωρίς αυτό το ηλεκτρικό µοτέρ δεν θα µπορούσε να περιστρέφεται. Ο Peter Barlow ανέπτυξε τον "τροχό του Μπάρλοου", έναν προποµπό του µοτέρ που πήρε το όνοµά του. Ο µηχανικός Hermann Jacobi σχεδίασε το πρώτο λειτουργικό µοτέρ. Το εγκατέστησε σε µια µαούνα 6 ατόµων και διέσχισε ένα ποτάµι χρησιµοποιώντας ισχύ 220W. Αυτή ήταν και η πρώτη χρήση του ηλεκτρικού µοτέρ στην πράξη. Ο Αµερικανός Thomas Davenport έλαβε την πρώτη πατέντα στον κόσµο για ένα ηλεκτρικό µοτέρ στις 25/02/1837. Το µοτέρ του έδωσε ισχύ σε αρκετές µηχανές και µια άµαξα. Όταν θα κατασκευάζετε το µοντέλο του ηλεκτρικού µοτέρ, σιγουρευτείτε ότι ο µαγνήτης είναι ακριβώς κάτω από το πηνίο και τα άκρα του κουλουριασµένου καλωδίου δεν είναι λυγισµένα. Αλλιώς το πηνίο δεν θα είναι οµαλό και το µοτέρ δεν θα λειτουργεί ικανοποιητικά. Όταν όλα τοποθετηθούν και συνδεθούν και σπρώξετε το πηνίο ελαφρά, θα εντυπωσιαστείτε από το πώς γυρίζει, λες και το σπρώχνει ένα αόρατο χέρι. Λοιπόν ξέρετε ήδη ότι ο ηλεκτρισµός και ο µαγνητισµός έχουν βάλει το χέρι τους εδώ. Αλλά τι ακριβώς συµβαίνει; Η αρχή λειτουργίας είναι στην πραγµατικότητα πολύ απλή. Όταν έχετε δύο µαγνήτες στο χέρι σας, θα έχετε σίγουρα προσέξει ότι απωθούνται ή έλκονται ανάλογα µε τη φορά που τους κρατάτε. Το αποτέλεσµα αυτό προέρχεται από τα µαγνητικά πεδία που περιστοιχίζουν τον κάθε µαγνήτη. Έχουν φορά και έτσι καθορίζουν το νότιο και το βόρειο πόλο. Οι οµώνυµοι πόλοι απωθούνται και οι ετερώνυµοι έλκονται. Ένας µαγνήτης είναι τοποθετηµένος στο µοντέλο (1). Ο άλλος είναι το πηνίο, το οποίο γίνεται ηλεκτροµαγνήτης, µόλις περάσει από µέσα το ρεύµα. Εάν στείλετε ηλεκτρισµό διαµέσου του πηνίου, τότε παράγεται µαγνητικό πεδίο (2) φυσικά µε νότιο και βόρειο πόλο. Οι οµώνυµοι πόλοι απωθούνται και το πηνίο προσπαθεί να αποµακρυνθεί και κινείται κυκλικά (η µόνη εφικτή κίνηση). Πριν φτάσουν οι πόλοι σε απέναντι θέση, κόβουµε το ρεύµα (δείτε το τελείωµα του καλωδίου, κάνει σώµα µόνο κατά το ήµισυ). Παρά ταύτα λόγω της επιτάχυνσης που έχει αποκτήσει, το πηνίο περιστρέφεται λίγο ακόµα µέχρι που δέχεται πάλι ηλεκτρισµό και ο κύκλος επαναλαµβάνεται.

3 (η αρίθµηση αφορά το σχέδιο στη σελ.16 του βιβλιαρίου δραστηριοτήτων) 4. Γεννήτρια και δυναµό Το ηλεκτρικό µοτέρ και η γεννήτρια είναι πολύ παρόµοιες µηχανές, µε αντίθετη όµως λειτουργία. Το ηλεκτρικό µοτέρ παράγει κίνηση από τον ηλεκτρισµό, ενώ η γεννήτρια παράγει ηλεκτρισµό από κυκλική κίνηση. Θεωρητικά θα µπορούσατε να παράγετε ηλεκτρισµό µε το µοντέλο του µοτέρ. Όµως για να γίνει αυτό, θα πρέπει να περιστρέψετε το πηνίο πολύ γρήγορα, ώστε να έχετε ελπίδες να ανάψει ακόµα και µια µικρή λάµπα. Η παραγωγή ηλεκτρισµού λειτουργεί καλύτερα µε το µοντέλο γεννήτριας, το οποίο µπορεί να παράγει µε µια ρεαλιστική ταχύτητα περιστροφής χάρη στο κιβώτιο ταχυτήτων. Παρ όλα αυτά και αυτό είναι ίσα-ίσα αρκετό για µια µικρή λάµπα πυρακτώσεως. Η αιτία για αυτή τη χαµηλή απόδοση είναι ο αδύναµος µαγνήτης. Κάντε το, όπως ο Έντισον. Πάρτε µια υπάρχουσα εφεύρεση και βελτιώστε τη. Πώς µπορείτε να λύσετε το πρόβληµα του αδύναµου µαγνήτη; Γνωρίζετε κάποιον µαγνήτη που µπορείτε να δυναµώσετε; Επιστρέψτε στο προηγούµενο κεφάλαιο και κοιτάξτε το διάγραµµα. ύο διαφορετικοί µαγνήτες περιγράφονται. Ποιον µπορείτε να δυναµώσετε; Το βρήκατε; Τότε είστε όσο έξυπνος ήταν ο Werner Siemens που είχε την ίδια ιδέα το Αντί για µόνιµους µαγνήτες εγκατέστησε ηλεκτροµαγνήτες, οι οποίοι καταναλώνουν µέρος του παραγόµενου ηλεκτρισµού από την ίδια τη γεννήτρια. Έτσι, το µαγνητικό πεδίο αυτοτροφοδοτείται. Πιο πολύ ηλεκτρισµός σηµαίνει µεγαλύτερη µαγνητική δύναµη, άρα πιο πολύ ηλεκτρισµός και ούτω καθ'εξής. Αυτή η αυτο-φόρτιση ονοµάζεται "ηλεκτροδυναµική αρχή". Στο γράφηµα σελ. 17 τα πηνία των ηλεκτροµαγνητών 1 και 2 είναι ξεκάθαρα ενσωµατωµένα στο ηλεκτρικό κύκλωµα. Με το δυναµό, όπως ονοµάστηκε αυτή η διάταξη, παράχθηκε πολύ ισχυρότερο ρεύµα για πρώτη φορά, αλλά και φθηνότερο από ό,τι ήταν εφικτό µέχρι τότε. Αυτό αποτέλεσε την αρχή της εποχής της ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας σταθερά αυξανόµενος αριθµός µηχανών µπορούσε πλέον να λειτουργήσει µε βάση την ηλεκτρική ενέργεια: τρένα, ανελκυστήρες, τρόλεϋ, αµαξίδια ορυχείων κ.λπ. εφοδιάστηκαν µε ηλεκτροµηχανές και ολόκληρες πόλεις φωταγωγήθηκαν. 5.Το Ελικόπτερο Ο Heinrich Focke ήταν ο πρωτοπόρος σχεδιαστής του ελικοπτέρου. Ένας ακούραστος ερευνητής, συνεπαρµένος από την τεχνολογία αλλά και την πτήση. Σπούδασε µηχανολόγος στο Αννόβερο. Το 1924, µόλις στα 34 του, ίδρυσε την Focke-Wulf-Flugzeugbau στη Βρέµη και το 1937 το πρώτο εργοστάσιο ελικοπτέρων στον κόσµο. Μέχρι το 1933 είχε φτιάξει περίπου 140 αεροπλάνα. Τα αεροπλάνα του ήταν υψηλής τεχνολογίας για την εποχή τους και εύκολα στο χειρισµό. Ήταν τόσο καλά, ώστε έγιναν µε αυτά αρκετά πτητικά επιτεύγµατα και παγκόσµια ρεκόρ!! Το 1934 το πλήρωµα του χρόνου ήρθε. Το πρωτότυπο του πρώτου λειτουργικού ελικοπτέρου FW61 απογειώθηκε. Κατόπιν ξεκίνησε η παραγωγή του. Η κλίση της πτέρυγας διαχωρίζει τη ροή του αέρα και έτσι παράγει µια δύναµη, η οποία µε τη σειρά της σηκώνει το αεροσκάφος (σχήµα σελ.18 του βιβλιαρίου δραστηριοτήτων). Αυτή η δύναµη καλείται άντωση. Αυτό είναι το µυστικό πίσω από την πτήση. Τα πουλιά το "γνώριζαν" πολύ πριν από εµάς. Είναι δυνατόν να αυξηθεί η άντωση µε περιστροφή της πτέρυγας γύρω από τον άξονά της. Οι ειδικοί το αποκαλούν αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης. Μπορείτε να το παρατηρήσετε, όταν τα πολιτικά αεροπλάνα προσγειώνονται και απογειώνονται. Ας περάσουµε τώρα στο ελικόπτερο. Βασικά λειτουργεί κατά τον ίδιο τρόπο. Οι "πτέρυγες", που καλούνται έλικες περιστροφής, έχουν προφίλ όπως ενός κοινού αεροπλάνου. Πώς όµως µπορεί το ελικόπτερο να τις περιστρέψει γύρω από τον άξονά τους; Γυρίζουν τροµερά γρήγορα!

4 Όταν φτιάξετε την κατασκευή, θα το ανακαλύψετε. Η διαδικασία που ακολουθείται, για να αλλάξει η γωνία πρόσπτωσης των ελίκων, καλείται συλλογική ρύθµιση ελίκων περιστροφής. Μηχανική λύση Σε συντοµία τη ρύθµιση του ύψους οι πιλότοι ελικοπτέρων την αποκαλούν βαθµό κλίσεως (pitch). Ο µοχλός (1) είναι συνήθως στα αριστερά της θέσης του πιλότου. Εάν τον κινήσετε, τότε η συλλογική κλίση των ελίκων (2) αλλάζει. Αυτό σηµαίνει ότι αλλάζει και η γωνία πρόσπτωσης (3) και άρα η άντωση. Ή µε πιο απλά λόγια, σηκώνοντας το µοχλό το ελικόπτερο ανεβαίνει. (η αρίθµηση αφορά το σχέδιο σελ.18 κάτω δεξιά) 6.Ο Υαλοκαθαριστήρας Είναι µια κρύα µέρα του χειµώνα του 1902 στη Νέα Υόρκη. Μια νέα γυναίκα κάθεται σε ένα αυτοκίνητο και παρατηρεί πως ο οδηγός προσπαθεί να διατηρήσει καλή ορατότητα µε ανοιχτό το παρµπρίζ κατά τη διάρκεια µιας καταιγίδας. Η γυναίκα σκέφτεται "κάποιος τρόπος θα υπάρχει να γίνει διαφορετικά". Έβαλε λοιπόν να φτιάξουν σε ένα τοπικό µηχανουργείο ένα χειροκίνητο µηχανισµό βασισµένο σε σχέδιό της, ο οποίος κρατούσε το παρµπρίζ καθαρό. Το όνοµά της ήταν Mary Anderson και ήταν ο εφευρέτης του Υαλοκαθαριστήρα. Βασικά πρόκειται για ένα βραχίονα, ο οποίος κινείται µπρος πίσω µε τη χρήση ενός µοχλού στο εσωτερικό του αυτοκινήτου. " εν πιστεύουµε ότι µπορούν να βγουν χρήµατα από αυτό" ήταν το σχόλιο γνωστής καναδικής φίρµας, στην οποία πρόσφερε το σχέδιό της. Το 1920 η αυτοκινητοβιοµηχανία πήρε το σχέδιο και το έκανε στάνταρ στον εξοπλισµό των αυτοκινήτων. Η πατέντα της Mary Anderson είχε όµως λήξει. Φτιάξτε από τα τρία πιθανά µοντέλα, το µοντέλο του παραλληλόγραµµου βραχίονα.φανταστείτε ότι τον είχατε εφεύρει και πάτε µε αυτό το σχέδιο σε µια αυτοκινητοβιοµηχανία, όπου βρίσκουν την ιδέα σας σπουδαία. Όµως θα αγόραζαν την πατέντα µόνο αν οι βραχίονες αντί για αντίθετα µεταξύ τους, κινούνται µαζί! Μπορείτε να µετατρέψετε το µοντέλο; 7.Ο Φυγοκεντρικός ρυθµιστής Καταρχήν µια λεπτοµέρεια. Ο James Watt βασικά δεν εφεύρε την ατµοµηχανή, αλλά βελτίωσε σηµαντικά µια αντλία ατµού, την οποία ανέπτυξε ο Thomas Newcomens το Με αυτή τη βελτίωση έδωσε ώθηση στην ατµοµηχανή, ώστε να επικρατήσει ο James Watt ιδρύει στην Αγγλία µαζί µε τον Matthew Boulton το πρώτο εργοστάσιο κατασκευής ατµοµηχανών στον κόσµο. Το 1788 ο Watt χρησιµοποιεί τον φυγοκεντρικό ρυθµιστή για πρώτη φορά, για να διατηρήσει µια σταθερή ταχύτητα λειτουργίας για την ατµοµηχανή, την οποία είχε βελτιώσει. Εάν η µηχανή γυρίζει πολύ γρήγορα, τότε µπορεί πολύ εύκολα να καταστραφεί λόγω υπερφόρτωσης και να εκραγεί. Ο φυγοκεντρικός ρυθµιστής αύξησε την αξιοπιστία της και έτσι προώθησε την εξάπλωση της χρήσης της. Κλωστοϋφαντουργικές µηχανές και αντλίες νερού, ατµοµηχανές τρένων, ατµόπλοια και φορτηγά έκαναν χρήση αυτής της τεχνολογίας. Το 1852 το πρώτο αερόπλοιο ήταν επίσης ατµοκίνητο. Η βιοµηχανική επανάσταση, δηλαδή η αλλαγή του τρόπου παραγωγής, δουλειάς αλλά και της κοινωνίας ολόκληρης, συντελέστηκε µε τη διάδοση της χρήσης της ατµοµηχανής. Προς τιµήν του James Watt, η µονάδα µέτρησης της ισχύος καλείται "watt". Τώρα όσον αφορά στη λειτουργία του µοντέλου σας Φυσιολογικά η κυκλική κίνηση της ατµοµηχανής µεταδίδεται στον φυγοκεντρικό ρυθµιστή µέσω κάποιου µηχανισµού, π.χ. ενός ιµάντα. Μιας και είναι απίθανο να έχετε µια ατµοµηχανή πρόχειρη στο σπίτι, µπορείτε να την προσοµοιώσετε απλώς γυρίζοντας τη

5 µανιβέλα. Όταν η µηχανή είναι ακίνητη, τότε τα βάρη (1) είναι κάτω και η βαλβίδα (2) για την παροχή ατµού είναι πλήρως ανοικτή. Εάν η µηχανή πάρει ατµό και αρχίσει να λειτουργεί, τότε ο ρυθµιστής γυρίζει και αναγκάζει τα βάρη να κινηθούν προς τα έξω. Εξαιτίας αυτού, ο µηχανισµός (3) επιβραδύνει την παροχή ατµού και µειώνει την ταχύτητα περιστροφής. Αυτό συµβαίνει µέχρι µια σταθερή ταχύτητα περιστροφής να επιτευχθεί, ένα είδος ισορροπίας. Πιο απλά, όσο πιο γρήγορα δουλεύει η µηχανή, τόσο λιγότερος ατµός παρέχεται σε αυτήν. (η αρίθµηση αφορά στο διάγραµµα στη σελ. 20 του βιβλιαρίου δραστηριοτήτων) Υποθέστε ότι θέλετε να ρυθµίσετε τη µηχανή κάνοντάς την να δουλεύει γρηγορότερα. Ρίξτε µια µατιά στα βάρη του φυγοκεντρικού ρυθµιστή. Θα πρέπει να τα κάνετε ελαφρύτερα ή βαρύτερα; 8.Ο Τηλέγραφος Σήµερα αν θέλετε να στείλετε σε έναν φίλο ένα µήνυµα γρήγορα, τότε του τηλεφωνείτε ή του στέλνετε µήνυµα µε το ηλεκτρονικό ταχυδροµείο. Στο παρελθόν θα µπορούσατε να ανταλλάξετε πληροφορίες τόσο γρήγορα µόνο µε κάποιον που στεκόταν δίπλα σας. Ένα γράµµα, ανάλογα µε την απόσταση, έκανε να φτάσει λίγες µέρες ή και µήνες. Αργότερα µε τη χρήση του ηλεκτρισµού, γεννήθηκε η ιδέα αποστολής σηµάτων µέσω καλωδίου. Αλλά πώς τα ηλεκτρικά σήµατα θα αναπαράγονταν στην άλλη άκρη του καλωδίου; Σε αυτό το πρόβληµα ένας Αµερικανός ζωγράφος έδωσε µια απλή λύση. Αντιστοίχισε µια σειρά παλµών διαφορετικής διάρκειας στα γράµµατα της αλφαβήτου (ο υπολογιστής σήµερα δουλεύει µε παρόµοιο τρόπο, αλλά χρησιµοποιεί µόνο τους αριθµούς 0 και 1). Τα σήµατα στέλνονταν χρησιµοποιώντας ένα διακόπτη και στην άλλη άκρη της γραµµής οι παλµοί γράφονταν σαν τελείες και παύλες. Αυτός ο διακόπτης αποκαλούνταν το "κοµβίο Μόρς" και η αντιστοίχιση τελείας-παύλας µε το αλφάβητο "Κώδικας Μόρς" προς τιµήν του εφευρέτη Samuel Morse. Στην πραγµατικότητα ο Morse ήταν καθηγητής ζωγραφικής, σκιτσογραφίας και γλυπτικής. Παρ'όλα αυτά όχι µόνο ανέπτυξε τον κώδικα, αλλά το 1837 έφτιαξε και τον πρώτο λειτουργικό τηλέγραφο. Αυτός βέβαια αποτελούνταν από κοµµάτια καλωδίου και ένα ρολόι τοίχου. Πέντε χρόνια πειραµατισµών ήταν κατόπιν απαραίτητα µέχρι η συσκευή να είναι έτοιµη για πατεντάρισµα. Αφού ο τηλέγραφός του είχε επιτυχία, ίδρυσε τη δική του εταιρεία. Αρχικά τηλεγραφικές γραµµές εγκαταστάθηκαν ανάµεσα σε γειτονικές πόλεις και χώρες και τελικά ανάµεσα στην Ευρώπη και την Αµερική. Για το σκοπό αυτό ένα καλώδιο περνούσε µέσα από τον Ατλαντικό το Απλώς φανταστείτε το µήκος του!! Την εποχή εκείνη δεν υπήρχε αρκετά µεγάλο πλοίο, για να το κουβαλήσει, οπότε το φόρτωσαν σε δύο πλοία και το έριξαν ξεκινώντας από κάθε ήπειρο χωριστά, για να το ενώσουν τελικά στην ανοιχτή θάλασσα. Άσκηση Τι σηµαίνει αυτή η σειρά χαρακτήρων; " " Σκεφτείτε λέξεις ή και ολόκληρες φράσεις και αντιστοιχίστε τις στον τηλέγραφό σας. Κάποιος φίλος µπορεί να τις διαβάσει από τη λυχνία. Χρησιµοποιήστε ένα µακρύτερο καλώδιο και βάλτε τη λυχνία σε άλλο δωµάτιο. Αφού εξοικειωθείτε να στέλνετε µηνύµατα µε τον κώδικα Μορς, µπορείτε να ανταλλάσσετε µυστικά µηνύµατα µε τους φίλους σας τη νύχτα χρησιµοποιώντας ένα φακό. (όλος ο κώδικας Μορς υπάρχει στη σελ. 21 του βιβλιαρίου δραστηριοτήτων) 9.Ο σπαστός άξονας µετάδοσης

6 Εάν δεν υπήρχε αυτός ο ιδιαίτερος σύνδεσµος, τίποτα δεν θα λειτουργούσε σε πολλές πλευρές της καθηµερινότητάς µας. Αλλά ας το πάρουµε από την αρχή. Το 1501 ένα αγόρι γεννήθηκε στο Μιλάνο, που αργότερα θα γινόταν πολύ διάσηµο. Είναι η εποχή της Αναγέννησης, µια εποχή αφύπνισης στο χώρο των τεχνών, της επιστήµης και των κοινωνικών δοµών. Πολλοί καλλιτέχνες και επιστήµονες, όπως οι Michelangelo, Galileo, Leonardo da Vinci αλλά και ο Cardano έµειναν στην ιστορία για τα εξαιρετικά τους επιτεύγµατα. Ο τελευταίος ήταν αδιαµφισβήτητα ο πιο διάσηµος γιατρός της εποχής του, καθώς βασιλείς και πρίγκιπες ήταν ασθενείς του. Επιπροσθέτως, ήταν µαθηµατικός και εφευρέτης. Έκανε ανακαλύψεις γύρω από τη θεωρία των πιθανοτήτων. Μάλιστα χρησιµοποίησε τις γνώσεις του στα τυχερά παιχνίδια, πριν τις εκδώσει, για να εξοικονοµήσει αρκετά χρήµατα, ώστε να τελειώσει τις σπουδές του. Όσον αφορά στον άξονα µετάδοσης που φέρει το όνοµά του, ήρθε, για να επιλύσει το εξής πρόβληµα. Στη µετάδοση της κίνησης, σε όλες τις περιπτώσεις υπάρχει µια µηχανή που χρειάζεται κίνηση, για να λειτουργήσει και ένα µοτέρ που παράγει την κίνηση. Συχνά τα δυο µέρη απέχουν µεταξύ τους, δεν είναι στο ίδιο ύψος και εκτελούν κάποια κίνηση. Εάν ενωθούν µε έναν άκαµπτο άξονα, τότε αυτός σίγουρα θα σπάσει. Από την άλλη ένας εύκαµπτος άξονας είναι πολύ µαλακός, για να µεταδώσει µεγάλες τάσεις. Η λύση ήταν ένας σταθερός αλλά και ευκίνητος άξονας µετάδοσης, ο περιστρεφόµενος άξονας µε σπαστή σύνδεση. Τοποθετήστε τον "άξονα" σε διάφορες θέσεις, ανοίξτε το µοτέρ και παρατηρήστε την κίνηση που κάνει ο σύνδεσµος, ιδιαίτερα σε θέσεις όπου υπεισέρχεται σηµαντική κλίση. εν είναι καταπληκτικό το πώς µπορείτε να µεταδώσετε µια κυκλική κίνηση υπό γωνία; οκιµάστε τα όρια. Κρατήστε τον άξονα ακίνητο, ανοίξτε το µοτέρ και προσεκτικά προσπαθήστε να ανακαλύψετε πόσο µπορεί να λυγίσει. 10. Το αεικίνητο Κάθε χρόνο, ακόµα και σήµερα, το Ευρωπαϊκό γραφείο πιστοποίησης δέχεται πάνω από 100 σχέδια µηχανών, οι οποίες άπαξ και εκκινήσουν, δουλεύουν για πάντα. Ήδη λοιπόν πολλοί άνθρωποι έχουν προσπαθήσει να σχεδιάσουν µια αεικίνητη µηχανή εδώ και εκατοντάδες χρόνια. Το 748 για παράδειγµα, ένας Ινδός αστρονόµος περιέγραψε την ιδέα. Τετρακόσια χρόνια αργότερα, ένας συµπατριώτης του, ο Bhaskar II, µαθηµατικός, τη δοκίµασε. Ήταν όλοι τους έξυπνοι άνθρωποι, αλλά ακόµη και ιδιοφυΐες προβληµατίστηκαν πάνω σε αυτό. Τον 15ο αιώνα ο Leonardo da Vinci σχεδίασε µια µηχανή κυκλικής κίνησης σχεδόν ίδια µε το σετ της fischertechnik.φτιάξτε την όπως κι εκείνος. Πρώτα σκεφτείτε πώς θα µπορούσε να δουλέψει. Ποια µέρη θα παρέχουν την κίνηση; Γιατί τα µέρη που είναι στραµµένα προς τα κάτω, γυρίζουν προς τα πάνω; Φτιάξτε την κατασκευή και ξεκινήστε την κίνηση µε µια γερή σπρωξιά. Σύµφωνα µε την αρχή λειτουργίας της, τα δοµικά στοιχεία (1) που εκτείνονται περισσότερο θα έπρεπε να ασκούν ισχυρότερη δύναµη στο δίσκο περιστροφής, τραβώντας πάνω τα κοντύτερα δοµικά στοιχεία (2), τα οποία είναι προσανατολισµένα προς τα κάτω. Ακούγεται λογικό, αλλά γιατί δε δουλεύει παρ' όλα αυτά; (η αρίθµηση αφορά στο σχέδιο σελ. 23 του βιβλιαρίου δραστηριοτήτων) Μετά από κάποιες δοκιµές ο Leonardo da Vinci κατέληξε στο συµπέρασµα ότι η αεικίνητη µηχανή δεν ήταν πραγµατοποιήσιµη µε µηχανικά µέσα. Το 1845 ένας γιατρός, ο Julius Robert von Mayer ανακάλυψε

7 ότι αυτό δεν ήταν εφικτό ούτε ηλεκτρικά, υδραυλικά ή µε οποιονδήποτε άλλο τρόπο. Καθώς έψαχνε για τη θαυµατουργή µηχανή, συνειδητοποίησε την αρχή διατήρησης της ενέργειας. "Σε ένα κλειστό σύστηµα η ενέργεια δεν χάνεται, µόνο µετατρέπεται." Έτσι, ενέργεια όπως η κινητική δεν µπορεί να δηµιουργηθεί από το τίποτα. Μάλιστα στην περίπτωση της κίνησης, κάποιο ποσό ενέργειας υποβαθµίζεται κιόλας, αλλάζοντας σε θερµική ενέργεια λόγω της τριβής. Έτσι, στο τέλος η κίνηση «χάνοντας» συνεχώς λίγη-λίγη την ενέργειά της, τελικά σταµατά, όπως ακριβώς και η κατασκευή σας. Εν κατακλείδι, το θέµα της επ άπειρον κίνησης έχει κλείσει, τουλάχιστον από επιστηµονικής απόψεως. 11. Το υγρόµετρο Ο Horace-Bιnιdict de Saussure µελέτησε τις φυσικές επιστήµες και ήταν τόσο καλός, ώστε τοποθετήθηκε καθηγητής της φιλοσοφίας στο Πανεπιστήµιο της Γενεύης σε ηλικία µόλις 22 ετών. Επιπλέον, ήταν όχι µόνο ιδιαίτερα ευφυής αλλά και φυσιολάτρης. Η περιέργειά του τον οδηγούσε συχνά στα βουνά, όπου διεξήγαγε επιστηµονικά πειράµατα. Μάλιστα το 1787 κατέκτησε την ψηλότερη κορυφή των Άλπεων, το Λευκό όρος ύψους 4810 µέτρων. Τελικά κατάφερε να µετρήσει µεταξύ άλλων το σηµείο βρασµού του νερού, τη θερµοκρασία του χιονιού αλλά και το σφυγµό της ανθρώπινης καρδιάς. Σε µερικές περιπτώσεις σχεδίασε τις συσκευές, που χρησιµοποίησε στις µετρήσεις του, ο ίδιος, όπως και το υγρόµετρο. Με αυτό µπορεί να µετρηθεί η υγρασία της ατµόσφαιρας, δηλαδή το ποσοστό των υδρατµών στον ατµοσφαιρικό αέρα, εξαιρουµένων των σταγόνων βροχής, οµίχλης και χιονιού. Σίγουρα θα αναρωτιέστε. Και λοιπόν; Η υγρασία επηρεάζει σηµαντικά τη ζωή σας. Χαµηλή υγρασία σηµαίνει Τα ρούχα στεγνώνουν ταχύτερα Ο κίνδυνος να κρυολογήσετε µεγαλώνει, καθώς η µεµβράνη της µύτης σας στεγνώνει. Τα χωράφια ξηραίνονται και τα φυτά µαραίνονται. Υψηλή υγρασία Αυξάνεται η πιθανότητα βροχής Μεγαλώνει το ρίσκο εµφάνισης µούχλας Σε συνδυασµό µε µεγάλες θερµοκρασίες προκαλεί ζάλη Θέστε το δείκτη του υγρόµετρου στη µέση της κλίµακας (1). Για να το πετύχετε, χρησιµοποιήστε το κινούµενο µέρος (2). Βάλτε µια υγρή πετσέτα πάνω στην κατασκευή καλύπτοντάς την πλήρως. Μετά από λίγα λεπτά βγάλτε την πετσέτα. Πού είναι ο δείκτης και γιατί κινήθηκε προς αυτή την κατεύθυνση; Ο δείκτης κινήθηκε προς τα πάνω. Κάτω από την πετσέτα η ατµοσφαιρική υγρασία αυξήθηκε σε µια σχετική τιµή 95%. Το ύφασµα του υγροµέτρου απορρόφησε την υγρασία, µε αποτέλεσµα να διασταλεί. Όταν αφαιρέσετε την πετσέτα, το ύφασµα αρχίζει να στεγνώνει και να κονταίνει (µπορείτε να επιταχύνετε το στέγνωµα µε ένα σεσουάρ). (η αρίθµηση αφορά στο σχέδιο στη σελ. 24 του βιβλιαρίου δραστηριοτήτων)