Механика простых вещей

Как работает: каждая ступенька в сечении представляет собой треугольник. Об один из его углов мы можем в спешке споткнуться, второй первым уходит под пол, когда мы приближаемся к концу эскалатора (назовем его «дальним»), а третий скрывается где-то внизу за следующей ступенькой (он будет «нижним»). «Дальние» углы всех ступенек шарнирно прикреплены к звеньям двух гигантских цепей, натянутых под полом. Вся лестница напоминает гусеницу танка. Почему же ступеньки, растянутые между цепями, не болтаются свободно, как маятники?

Все дело в том, что к «нижним» углам ступенек прикреплены ролики, которые катятся по направляющим рельсам. Чем ближе рельс подходит к цепи, тем выше поднимается ступенька. Самое интересное, что на обратном пути ступеньки также едут по рельсам, но уже «вверх тормашками». Вся нагрузка приходится на рельсы, а цепь лишь приводит ступеньки в движение. Механизм перехода роликов с верхнего рельса на нижний — самая сложная и шумная часть эскалатора.

Эскалатор, поднимающий людей на один этаж, приводится в действие двигателем мощностью примерно 100 л.с. При скорости 44 метра в минуту он перевозит более 10 000 человек в час.

Что делает: торговый автомат принимает опущенные в слот монетки и точно определяет их номинал. Однако он отказывается признавать пластиковые фишки, железные шайбы, монеты других государств.

Как работает: механизм распознавания похож на аттракцион в парке, только предназначен он не для людей, а для монеток. Пройдя через слот, монета попадает на наклонный желоб. Первое испытание, самое важное, — проверка «магнитной подписи». Монета прокатывается между двумя катушками индуктивности. Одна создает магнитное поле, а другая считывает его. Материал и размер металлического диска оказывают характерное воздействие на поле, которое не зависит от того, старая монета или новая, чистая или грязная. А вот кусочек пластика или иностранное платежное средство такую проверку пройти не смогут.

Доказав свою подлинность, монетка катится на сортировщик. Это желоб, вдоль которого уложены взвешивающие коромысла по убыванию массы. Чтобы открыть «ворота», монетка должна перевесить противовес. Только самая тяжелая монета может провалиться в первые ворота, самая легкая же докатится до последних. Существует немало похожих устройств, контролирующих также диаметр и толщину монет. Оканчивается желоб окошком сдачи — туда скатывается весь мусор, который недобросовестные граждане пытались выдать за деньги.

Разумеется, электронная торговля не обходится без казусов. К примеру, очень многие торговые автоматы в Европе не принимают монеты номиналом в два евро. Это связано с тем, что монета в десять тайских батов идентична ей по размеру и материалу, хотя ценность ее в восемь раз ниже.

Что делает: когда мы нажимаем на рычаг, офисное кресло плавно опускается вниз под весом сидящего человека или столь же плавно поднимается, если седока в нем нет. Стоит отпустить рычаг, и кресло непоколебимо замирает на заданной высоте и лишь слегка пружинит для «мягкой посадки».

Как работает: кресло опирается на газовую пружину, но работает она вовсе не так же, как шприц или велосипедный насос. Шток поршня крепится к ножкам кресла, сиденье же закреплено на цилиндре. Газовый цилиндр имеет отверстия в торцах и находится внутри внешнего цилиндра. Зазор между внутренним и внешним цилиндром служит каналом, по которому газ переходит из пространства над поршнем в пространство под поршнем. Как известно, давление в газах распределяется равномерно, а значит, давление с обеих сторон поршня всегда одинаково.

Обратите внимание, что часть нижнего пространства цилиндра занята штоком, а площадь нижней поверхности поршня меньше площади верхней на размер площади сечения штока. Действуя на большую площадь, газ в верхней части цилиндра приводит поршень в движение. Так как давление газа в цилиндре значительно больше атмосферного (газ закачен туда еще на заводе, а небольшое количество масла и качественные сальники не дают ему утекать), силы газовой пружины хватает, чтобы поднимать кресло без нагрузки, если рычаг нажат. Однако пружина недостаточно сильна, чтобы поднять вес человека.

Когда мы отпускаем рычаг, клапан перекрывает газу путь из верхней части цилиндра в обходной канал. Количество газа выше и ниже поршня становится фиксированным, и пружина блокируется, как шприц с закупоренной иглой.

Что делает: Когда уровень топлива в бензобаке приближается к максимуму, внутри пистолета что-то щелкает, и подача горючего прекращается. При этом на пистолете не видно ни датчиков, ни даже электрических проводов.

Как работает: Внутри заправочного пистолета бал правит эффект Вентури. Он заключается в том, что когда движущийся поток жидкости проходит через сужающуюся часть трубы, давление в жидкости падает. Поступающий из заправочного терминала бензин проходит через кольцо Вентури, диаметр которого меньше, чем диаметр шланга. В кольце есть отверстия, из которых, благодаря эффекту Вентури, подсасывается воздух. Отверстия соединяются с вакуумной камерой с диафрагмой на дне. Характерная круглая крышка перед рукояткой пистолета как раз скрывает вакуумную камеру.

На конце крана можно увидеть еще одно маленькое отверстие-сенсор. Оно так же сообщается с вакуумной камерой. Пока топлива в баке мало, эффект Вентури высасывает из камеры воздух, однако он восполняется атмосферным воздухом через отверстие-сенсор. Давление в вакуумной камере остается атмосферным. Как только бензин достигнет отверстия-сенсора и перекроет доступ воздуха в камеру, в камере образуется вакуум и диафрагма втянется, запустив механизм запорного клапана. «Щелк» — и подача топлива прекращается. Если вставлять пистолет в горловину слишком плотно, недостаточный приток воздуха в бак может провоцировать ложные срабатывания защитного механизма.

Что делает: при нажатии на кнопку прикуриватель быстро нагревается до нужной температуры, после чего выключается и подает звуковой сигнал — характерный щелчок. В прикуривателе нет ни электрических датчиков, ни замковых устройств.

Как работает: существует несколько десятков различных запатентованных конструкций автомобильного прикуривателя. Объединяет их одно — наличие биметаллического диска. Соединение двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения заставляет диск энергично выгибаться при нагревании. Внешне диск похож на податливую крышечку от детского питания. В холодном состоянии он может легко прогнуться в любую сторону.

Когда мы нажимаем на кнопку, мы преодолеваем усилие пружины 1 и проталкиваем вперед седло пружины 2, которое в свою очередь прогибает биметаллический диск от себя. Электрические контакты соединяются, и термоэлемент начинает нагреваться. Обратите внимание на наличие трех последовательных пружин. Первая пружина сильная, она делает кнопку тяжелой и удобной. Вторая пружина слабее, она удерживает на месте хрупкий биметаллический диск. Контактная пружина настолько слаба, что нагревшийся биметаллический диск легко преодолевает ее усилие, размыкая контакты. Именно отщелкивающийся диск издает громкий щелчок, сообщающий о том, что желанный огонь для курильщика готов.

Что делает: выставив желаемую температуру с помощью регулятора, мы можем наслаждаться приятным теплым душем независимо от колебаний давления горячей или холодной воды в доме. Если же холодную воду неожиданно отключат полностью, термостат выключит душ, не дав хозяину обжечься.

Как работает: сердце «умного» смесителя — термостатический элемент. Это цилиндр, внутри которого находится спираль из материала с высоким коэффициентом теплового расширения. К термостатическому элементу прикреплен поршень. Когда становится жарко, элемент расширяется, толкая поршень в одну сторону, при похолодании он сжимается, уводя поршень назад.

Все изящество схемы термостатического смесителя заключается в том, что поршень управляет подачей горячей и холодной воды в противофазе. При повышении температуры он уменьшает поток горячей воды и дает больше холодной, и наоборот. Как саморегулирующаяся система смеситель сам поддерживает себя в равновесии. А смещать это равновесие (регулировать температуру воды) мы можем, изменяя положение термостатического элемента в смесителе с помощью резьбового регулятора.

Что делает: перьевая ручка переносит на бумагу ровно столько чернил, сколько необходимо для красивого непрерывного письма, не больше и не меньше. Чернила не вытекают при хранении, их поток не прерывается при письме.

Как работает: основные детали перьевой ручки — это резервуар, фидер и перо. Все они должны работать в согласии друг с другом. Если перевернуть вверх дном бутылку с водой, по характерным пузырькам можно судить о том, что при вытекании воды бутылка заполняется воздухом. В фидере есть несколько каналов: как правило, три небольших для жидкости и один большой для воздуха. Через отверстие в пере воздух проникает в фидер и затем в резервуар. Размер этого отверстия определяет, с какой скоростью воздух может проникать в резервуар, а значит, с какой скоростью чернила будут поставляться к перу.

Через тончайшую прорезь в пере чернила из фидера попадают на бумагу благодаря капиллярному эффекту. Молекулы чернил притягиваются к металлу, смачивая его, и друг к другу. Благодаря этому эффекту чернила, образно говоря, вытягиваются из фидера при письме. Этот же эффект запирает ручку, когда она не касается бумаги. Кстати, каналы для чернил в фидере представляют собой не трубки, а прорези в плоскости и работают тоже благодаря эффекту смачивания.