ЗДРАВСТВУЙ, РОБОТ! (устный журнал)

ЗДРАВСТВУЙ, РОБОТ!

(устный журнал)

Ход устного журнала

Страница первая. «Детство автоматов».

Ученики. Давайте попробуем мысленно перенестись на не­сколько тысячелетий назад и представить, как трудно было охо­титься древнему человеку, вооруженному только палкой, камнем, дротиком, копьем, луком. Зверь слышал его шаги, чуял его запах и стремился уйти от опасности. Вот почему уже тогда люди стали придумывать такие орудия охоты, которые действовали без непо­средственного участия человека: ловушки, самострелы, капканы. Это был очень важный шаг в развитии человечества. Ученый Ю. Липе из ГДР писал, что появление первой ловушки имело в ис­тории человеческой культуры большее значение, чем даже изобре­тение колеса. Эти самодействующие охотничьи устройства посто­янно совершенствовались, а некоторые из их потомков действуют и в наше время.

Однако древняя история оставила нам мало примеров изобре­тения самодействующих устройств, облегчающих труд человека. Ведь тогда широко использовался груд рабов, и для тех, кто их эксплуатировал, это было гораздо дешевле и выгоднее, чем приду­мывать и строить какие-то механизмы. Вот почему область приме­нения автоматических устройств была достаточно ограниченной и своеобразной. Так, до нашего времени дошли сведения о «чуде», которым славился храм в древнеегипетском городе Александрии около 2200 лет тому назад. Жрец разводил на алтаре огонь, затем возносил богу молитву, после чего двери храма открывались «сами собой». Секрет заключался в особом устройстве, спрятанном в подвале храма 1, а.

Устройство древнеегипетского алтаря

Огонь нагревал воздух внутри специально устроенного алта­ря 2, расширяющийся воздух вытеснял жидкость из емкости 1 по трубе 3 в сосуд 4, заставляя его опускаться. При этом цепь 5, обви­вающая стойки 6, вращала их, открывая дверь. Однако на рисунке допущена одна неточность, в результате которой двери будут от­крываться несколько странно. Кто из вас заметил эту неточность? (Неправильная навивка цепи. Правильная навивка показана на ри­сунке 1, б.)

В те давние времена умели создавать и более сложные устрой­ства, например настоящий театр автоматов. Вот как рассказывается о нем в одной из книг: «В этом театре сами собой распахивались двери, закрывающие сцену ... как по волшебству менялись декора­ции, актеры-авторы во время починки судов пилили, сверлили и забивали гвозди, корабли под парусами плавали среди резвящихся дельфинов, после кораблекрушения люди барахтались в волнах, у появившейся богини Афины вспыхивал в руке факел, молния по­ражала плавающих, и они исчезали в пучине ...» И хотя это пред­ставление вызвало бы восторг и удивление и у нас, но с точки зре­ния современности это были очень простые устройства, состоящие из грузиков, блоков, осей, зубчатых колес, рычагов.

Учитель. При подготовке к устному журналу вы должны бы­ли решить задачи.

Домашняя задача 1. Придумать простое устройство, по­зволяющее показывать дельфинов, которые, периодически выпры­гивая из воды, перемешаются вдоль сцены. Посмотрим, как вы с этим справились.

После того как команды объяснят свои решения, а кто-либо из членов жюри прокомментирует их, ведущий показывает, как эту задачу решали древние конструкторы.

Древние греки придумали и имя для таких устройств - ауто- матос - самодействующий. Вот так из глубины веков и пришло к нам такое распространенное, такое привычное сейчас слово — ав­томат.

Одним из очень простых и весьма полезных автоматов были водяные часы. Древние греки дали им очень красивое имя - клеп­сидра, что значит «похитительница воды».

Напоминаю условие д о м а ш н е й задачи 2. Всем хорошо известно выражение «с тех пор много воды утекло». Но не все знают, что возникло оно в древности, когда люди пользовались во­дяными часами. Предложите простую конструкцию водяных часов.

Давайте же ознакомимся с конструкциями клепсидр, приду­манных командами.

А сейчас я вам расскажу, как действовали водяные часы, кото­рыми пользовались в Древнем Вавилоне.

Вода из сосуда 3 переливалась в сосуд 2, а из него - в сосуд 7, поднимая поплавок 6, который и перемещал стрелку 5 вдоль шка­лы, показывая течение времени. Конечно, чтобы пользоваться та­кими часами, надо было пускать их в ход в строго определенное время, например в момент восхода солнца. В конструкции этих древних часов есть на первый взгляд непонятный элемент — про­межуточный сосуд 2 с поплавком 4. Объясните их назначение. (Поплавок 4 регулирует количество воды, вытекающей из сосуда 3, поддерживая ее постоянный уровень в сосуде 2. В результате напор воды в нем остается постоянным, а следовательно, вода равномерно переливается в сосуд 1, достаточно точно отсчиты­вая ход времени.)

Долгое время талантливые изобретатели-механики вынуждены были создавать самодействующие устройства только для развлече­ния знати. Как свидетельствует одна из летописей, часовой мастер Г1. Высоцкий в 1673 г. изготовил для царя Алексея Михайловича медных львов, которые стояли по бокам трона. Когда гости при­ближались к трону, львы открывали пасти, вращали глазами и уст­рашающе рычали.

Домашняя задача З.В одной из занимательных книг по автоматике описывается такой случай: «Светская знать и ино­странные гости, приглашенные Петром I в Петергоф, прогулива­лись по аллеям парка. Они восхищались природой и замечатель­ными фонтанами. Разговаривая, невзначай гость оказался у фонта­на, вокруг которого было насыпано множество морских камушков. Наступив на один из них, гость вдруг окатил присутствующих струей воды, бьющей ... из камней ... Сработал сюрприз Петра I - фонтан-«автомат». Попробуйте разгадать секрет - начертите схему фонтана.

Команды демонстрируют схемы и объясняют их суть. Один из членов жюри анализирует предложенные решения, а ведущий объясняет секрет по рисунку.

Ведущий. Когда гость наступал на один из камней, находя­щихся над платформой 3, рычаг 2 поворачивался, поднимал за­слонку 1, включая фонтан.

Мы вам рассказали лишь о малой доле автоматических уст­ройств, созданных в древние и средние века. И, хотя большинство из них предназначалось только для развлечения, человечество с благодарностью вспоминает их создателей. Известный русский ученый Виктор Львович Кирпичев так писал в 1913 г.: «Эти ста­ринные автоматы, на которые смотрели как на чудеса, были, в сущности, игрушки... Но они имели и серьезное значение в истории механики. Из них выросли современные автоматы...»

Страница вторая. «На пороге зрелости».

Водяные часы древних были неудобны в пользовании. Не луч­ше были часы солнечные и песочные. И только в 1657 г. знамени­тый нидерландский ученый X. Гюйгенс изобрел часы с маятником. Позже он внес в них существенные усовершенствования: вместо гирь источником движения стала пружина, а равномерность хода регулировалась специальным балансиром. Постепенно часы стали самым распространенным и привычным прибором в нашей жизни. Оценивая важность изобретения Гюйгенса, К. Маркс писал, что часы явились первым автоматом, созданным для практических целей.

Развитие промышленности тоже требовало создания полезных автоматических устройств. В XVIII веке на барнаульском заводе работал талантливый теплотехник и механик И. И. Ползунов. В 1765 г. он построил универсальную двухцилиндровую паровую машину и впервые в мире изобрел автоматический регулятор уров­ня воды в котле. Построенная Ползуновым паровая машина могла бы принести большую пользу. Но тем, кто стоял у власти в царской России, не было дела до гениального изобретения. Ведь на них трудились тысячи и тысячи крепостных. После смерти изобретате­ля машина его была заброшена и части ее долго еще валялись на берегу пруда. Место это люди так и прозвали - «Ползуновское пе­пелище».

Вторым важнейшим изобретением в истории автоматики явля­ется регулятор скорости вращения вала паровой машины. Его ав­тор - талантливый английский механик Джеймс Уатт. Патент на свое изобретение он получил в 1784 г.

А третья веха в развитии автоматики - эго изобретение фран­цузским ткачом Жаккаром в 1808 г. автоматического ткацкого станка. Он придумал устройство, которое позволяло автоматически управлять работой станка по заданной программе. Главная деталь этого устройства - перфокарта, т. е. карта с пробитыми в опреде­ленном порядке отверстиями. Из карт составлялась лента, которая протягивалась через головку с подвижными щупами. По мере про­движения ленты щупы проваливались в отверстия, а затем выходи­ли из них, включая и выключая в заданной последовательности те или иные механизмы станка. Это изобретение явилось началом технического переворота. Перфокарты стали использовать для ав­томатического управления самыми различными машинами и аппа­ратами. Усовершенствовались и сами перфокарты. Вместо щупов стали устанавливать щеточки из тонких упругих проводов, кото­рые, попадая в отверстие, замыкали электрическую цепь, включая те или иные двигатели.

Важное место в истории автоматики занимает изобретение рус­ским ученым П. Л. Шиллингом электромагнитного реле, позво­ляющего автоматически при прохождении по катушке электриче­ского сигнала замыкать цепи исполнительных устройств. Электро­техникой П. Л. Шиллинг начал заниматься с 1812 г., добившись в этом деле больших успехов. В 1832 г. изобрел клавишный теле­графный аппарат. На основе этого аппарата Шиллингом была соз­дана система электромагнитного телеграфа, для которого он разра­ботал специальный код.

Очень интересно и необычно происхождение слова «реле». Оно образовано от французского слова, буквально означающего в пере­воде «менять лошадей». Какова же связь между электрическим устройством и сменой лошадей? Мощности источников тока в те времена не хватало на то, чтобы сигнал дошел до конца линии те­леграфа. Поэтому линию разбивали на участки, в конце которых ставили изобретенные Шиллингом электромагнитные устройства. Каждый участок имел свой источник тока. Когда ключом 1 замы­кали цепь участка 1, электрический сигнал проходил по катушке устройства 2, замыкая его контакты и тем самым включая участок 2. Его источник тока усиливал сигнал, который поступал в катуш­ку устройства 3, и т. д. Электромагнитные устройства образно можно было представить как станции, на которых путники меняли усталых лошадей.

Электромагнитные устройства, изобретенные П. Л. Шиллингом

Бурное развитие промышленности в середине XIX - начале XX вв. дало толчок к созданию самых разнообразных автоматических уст­ройств. Русский ученый К. И. Константинов создал первый в мире электромеханический регулятор. К. И. Константинов был очень талантливый человек. Он плодотворно работал в области автома­тики, приборостроения и ракетной техники. Его именем назван один из лунных кратеров.

Изобретатель Л. И. Шпаковский сконструировал дуговую лам­пу с автоматическим регулированием зазора между угольными электродами, устройство для автоматического регулирования по­дачи жидкого топлива в топку котла.

Впоследствии автоматический регулятор дуговой лампы был усовершенствован известным русским ученым-электротехником В. Н. Чиколевым. Вместо пружинного часового механизма и элек­тромагнитов, которые использовались раньше для автоматического регулирования зазора между электродами, В. Н. Чиколев применил электродвигатели. Это был первый в мире автоматизированный электропривод. Велик вклад В. Н. Чиколева в развитие электротех­ники, светотехники и автоматики. Он принимал самое активное участие в создании электротехнического отделения Русского тех­нического общества и был первым редактором журнала «Электри­чество». В начале нашего века в Германии в серии «Классики точ­ного знания» вышла книга, посвященная В. Н. Чиколеву.

В то время электрическую дугу стали использовать не только для освещения, но и для электрической сварки металлов и сплавов. И хотя эта область техники тогда только-только зародилась, рус­ские изобретатели уже думали над автоматизацией сварки. А для этого надо было научиться регулировать длину электрической ду­ги. Металлург Н. Г. Славянов сконструировал и проверил в работе такое приспособление. Так впервые в мире появился родоначаль­ник современных сварочных автоматов.

Изобретались устройства и для автоматической защиты, вроде того, о котором говорилось в домашней задаче 4. В журнале «Тех­ник» за 1883 г. было помещено сообщение об изобретении часовых дел мастера Кюна из Казани: «Сущность этого изобретения заклю­чается в том, что на водо­проводных трубах, распола­гаемых в тех помещениях, в которых легко может воз­никнуть пожар, укрепляются конические трубки, снаб­женные на концах гермети­чески закрываемыми клапа­нами. Клапаны же соединены с легковоспламеняющим­ся шнуром иди веревкой таким образом, что, если последние в ка­ком-нибудь месте перегорят, клапан откроется и из трубки будет выбрасываться струя воды как раз в загоревшееся место». На­чертите схему данного устройства.

Один из членов жюри дает оценку предложенным схемам и демонст­рирует одно из возможных решений, если оно не встречалось в ответах команд.

Наряду с практическим созданием различных автоматических устройств развивалась и наука об автоматическом управлении. И здесь первенство по праву принадлежит русскому ученому, почет­ному члену Петербургской академии наук И. А. Вышнеградскому. Развитие теории автоматического регулирования связано с именем выдающегося словацкого инженера и ученого-теплотехника Ауреля Стодолы.

Так в конце XIX и начале XX вв. были заложены основы науки автоматики.