Архимедов винт, винт Архимеда — механизм, исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду, жившему в III веке до н. э. Архимедов винт стал прообразом шнека.
Машина состоит из наклоненной под углом к горизонту полой трубы с винтом внутри. Она была изобретена Архимедом примерно в 250 году до н. э. либо в Греции ранее. Винт можно представить как наклонную плоскость, навёрнутую на цилиндр.
Винт вращается обычно с помощью ветряного колеса либо вручную. В то время, как поворачивается нижний конец трубы, он собирает некоторый объём воды. Это количество воды будет скользить вверх по спиральной трубе во время вращения вала, пока наконец вода не выльется из вершины трубы, снабжая ирригационную систему.
Контактная поверхность между винтом и трубой не обязана быть идеально водонепроницаемой, потому что относительно большое количество воды черпается за один поворот по отношению к угловой скорости винта. Кроме того, вода, просачивающаяся из верхней секции винта, попадает в предыдущую секцию и так далее, таким образом, в машине достигается динамическое равновесие, что препятствует уменьшению механической эффективности.
«Винт» не обязан поворачиваться внутри неподвижной оболочки, он может вращаться вместе с нею как одно целое. Винт может быть герметично прикреплён с помощью смолы или другого связующего к оболочке либо отлит из бронзы как одно целое с оболочкой, как, по предположению некоторых исследователей, были сделаны устройства, орошавшие висячие сады в Вавилоне. Изображения древнегреческих и древнеримских водяных винтов показывают, что винт двигался человеком, наступавшим на внешнюю оболочку, чтобы вращать весь аппарат как единое целое, что требовало, чтобы корпус был жестко скреплён с винтом.
Мерное колесо (мерное дорожное колесо; дорожный курвиметр) — механический счётчик длины (пройденного расстояния), главным элементом которого является специальное тарированное колесо, катящееся по измеряемой поверхности и соединённое со счётчиком оборотов. Колесо изготавливалось определённого диаметра, с заданной длиной окружности обода, равной или кратной применяемой в конкретную эпоху мере длины. Расстояние определялось умножением количества оборотов на единицу измерения.
Изобретение устройства, основанного на принципе «мерного колеса», приписывается знаменитому учёному эпохи эллинизма Герону Александрийскому.
Подобное устройство также описано в трактате римского архитектора и механика Витрувия «Десять книг об архитектуре».
Использовалось в средневековой Европе для определения расстояний между различными населёнными пунктами. Обычно размещалось на специальной повозке, в которой находился также назначенный писец, периодически снимающий и записывающий показания счётчика в дорожную книгу.
Изобретение мотоцикла
Днём рождения мотоцикла принято считать 29 августа 1885 года (этим днём датируется патент на мотоцикл). Немецкий инженер Готлиб Даймлер получил патент на мотоцикл, который был впервые продемонстрирован в ноябре 1885. Мотоцикл был запатентован как «Повозка для верховой езды с керосиновым двигателем».
Период с 1900 по 1905 год историки часто называют «эпохой мотовелосипеда», поскольку именно так выглядел тогда мотоцикл. В это время спрос на мототехнику породил ажиотаж, и сотни фирм вошли в новый бизнес, что не способствовало высокому качеству продукции. Мотоциклетный бум начался в самых благоприятных обстоятельствах — налицо был ажиотажный спрос со стороны тех, кого не могла уже удовлетворять динамика велосипеда и необходимость крутить педали, велопромышленность была достаточно развита во всем мире, а мотоцикл по сути не сильно отличался от велосипеда. Многие велосипедные фабрики добавили к просто велосипеду еще и велосипед моторизованный, тем более что трудностей с силовыми агрегатами и комплектующими уже не было: десятки фирм предлагали всем желающим легкие и относительно надежные двигатели. Наиболее популярными были французские De Dion и Peugeot, бельгийские Minerva и FN, немецкие Fafnir. Многие фирмы предлагали также усиленные рамы, шины, системы зажигания и прочие детали. Именно в эти годы родились многие фирмы, которые более полувека будут определять путь развития мотоцикла. Естественно, те производители, что не смогли обеспечить своей продукции нужное качество, сошли со сцены в начала ХХ века.
Период между окончанием первой мировой войны и началом «Великой депрессии» часто называют «золотой эрой» в истории мотоцикла. Мотоцикл к этому времени завоевал репутацию надежного транспортного средства, доступного по цене едва ли не любому рабочему с приличным заработком. Конкуренция со стороны автомобиля ему еще не грозила — за исключением Соединенных Штатов. Эксплуатация мотоцикла также обходилась дешево: никакими топливными кризисами еще и не пахло. Поэтому мотоцикл получил массовое распространение — в Великобритании к 1929 году было более 700 тысяч мотоциклистов.
Дирижабль — летательный аппарат легче воздуха, аэростат с двигателем, благодаря которому дирижабль может двигаться независимо от направления воздушных потоков.
Самые первые дирижабли приводились в движение паровым двигателем или мускульной силой человека, а c 1900 года стали широко применяться двигатели внутреннего сгорания.
Изобретателем дирижабля считается Жан Батист Мари Шарль Мёнье. Дирижабль Мёнье должен был быть сделан в форме эллипсоида. Управляемость должна была быть осуществлена с помощью трех пропеллеров, вращаемых вручную усилиями 80 человек.
Дирижабль Жиффара, 1852 г.
Конструктор Жиффар позаимствовал идеи у Мёнье ещё в1780 году, но первый полёт его дирижабль совершил уже после смерти Жиффара - через 70 лет! Столько времени потребовалось, чтобы человечество изобрело первый паровой двигатель
Следующий первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем был совершён в 1884 году. Длина дирижабля составила 52 м, за 23 минуты он пролетел расстояние в 8 км
Эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Дирижабли стали общественным транспортом лишь через двадцать лет, когда изобрели двигатель внутреннего сгорания, типа таких же, как на современных машинах.
19 октября 1901 года французский воздухоплаватель Альберто Сантос-Дюмон облетел со скоростью чуть более 20 км/час Эйфелеву башню на своём аппарате Сантос-Дюмон № 6. Тогда это посчитали чудачеством, однако именно эта модель дирижабля на несколько десятилетий стала одним из самых передовых транспортных средств.
Цеппелин LZ 1902 года
Граф фон Цеппелин мечтал сделать дирижабли транспортом будущего – комфортабельными воздушными лайнерами, могучими перевозчиками грузов. Он считал, что огромные дирижабли могут способствовать и достижению военной мощи Германии.
Двадцать лет потратил Цеппелин, чтобы сделать достойную модель дирижабля. И в 1906 году он построил усовершенствованный дирижабль, который заинтересовал военных.
«Цеппелины» отличались огромными размерами и по форме напоминали сигару.
Во время полётов дирижаблей осуществлялась перевозка почты. На конвертах обычно ставились оттиски специальных почтовых штемпелей, а ряд государств даже выпустили почтовые марки, предназначенные специально для оплаты почты, перевозимой дирижаблями.Первая в Европе воздушная пассажирская линия Фридрихсхафен - Дюссельдорф, по которой курсировал дирижабль «Германия», была открыта в 1910 году.
Во время Первой мировой войны немецкие вооруженные силы использовали «цеппелины» для разведки на территории врага и бомбардировок. В отличие от аэропланов (роль бомбардировщиков выполняли легкие разведывательные самолеты, пилоты которых брали с собой несколько небольших бомб), дирижабли в начале мировой войны уже были грозной силой.Наиболее мощными воздухоплавательными державами были Россия, имевшая в Петербурге более двух десятков аппаратов, и Германия, обладавшая 18 дирижаблями.
В 1926 году совместная норвежско-итало-американская экспедиция под руководством Р. Амундсена на дирижабле «Норвегия» конструкции Умберто Нобиле осуществила первый трансарктический перелёт по маршруту: остров Шпицберген — Северный Полюс — Аляска. В 1929 году дирижабль LZ 127 «Граф Цеппелин» с тремя промежуточными посадками совершил свой легендарный кругосветный перелёт. За 20 дней он преодолел более 34 тысяч километров со средней полётной скоростью около 115 км/ч!
Путешествие в дирижабле отличалось от полетов в современном самолете.
Представьте себя на борту дирижабля «Гинденбурга», который по длине в три раза превосходил современный аэробус, а по высоте был равен 13-этажному зданию.
Вам отводят не кресло, а целую каюту с кроватью и туалетом. При взлёте не нужно пристегивать ремни. Можно стоять в каюте, прогуливаться по салону или палубе, смотреть в окна. В ресторане – столы , сервированные серебряными приборами и фарфоровой посудой. В салоне был даже небольшой рояль
Генри Форда справедливо почитают революционером в области производства автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, доступных широким слоям населения. У Форда была мечта. С тех пор как он создал свою первую неуклюжую машину в 1896 году, нечто среднее между велосипедом с двухцилиндровым двигателем и машиной, он мечтал о производстве дешевого автомобиля, доступного простым людям. Однако он вовсе не был первым изобретателем автомобиля. Однажды он сказал: «Я не изобрел ничего нового. Просто я использовал все открытия, сделанные человечеством за столетия упорного труда, в одной машине».
Успех Форда отчасти строился на открытиях таких ученых-изобретателей, как бельгиец Этьен Ленуар, который создал двигатель внутреннего сгорания в 1860 году и установил его на дорожном велосипеде; немецкий инженер Николаус Август Отто, фирма которого «Отто и Ланген» в 1876 году создала 4-поршневый двигатель, используемый и в наше время; и Вильгельм Майбах, усовершенствовавший карбюратор.
Многие изобретатели внесли свою лепту в создание автомобиля, однако наибольший вклад принадлежит немецким инженерам Карлу Бенцу и Готлибу Даймлеру. В 1882 году Карл Бенц построил фабрику по производству газовых двигателей в Мангейме, Германия. Правда, он был уверен, что для моторов именно бензин будет более продуктивным и удобным видом горючего. В 1885 году Бенц привез свой трехколесный «безлошадный экипаж» в Мангейм и гордо разъезжал на нем вокруг завода. Так появился первый автомобиль с двигателем, работающим на бензине.
Вдохновленный первым успехом, Бенц усовершенствовал эту модель, добавив простой радиатор и более мощный двигатель. В 1886 году он получил патент на легковой автомобиль с двигателем, предельная скорость которого не превышала 16 км/ч. К 1900 году его компания стала крупнейшим мировым производителем автомобилей, продававшим 600 машин в год.
В то время как Бенц совершенствовал свой безлошадный экипаж, другой немец, Готлиб Даймлер, работал над созданием нового, 4-цилиндрового двигателя, предшественника современного автомобильного мотора. Он покинул компанию «Отто и Ланген» из-за разногласий с ее хозяевами. В своей скромной мастерской Даймлер сконструировал первый высокооборотный двигатель. В 1890 году он основал компанию «Даймлер мотор», и в 1901-м она выпустила первый «Мерседес».
Бенц и Даймлер никогда не встречались, но соперничали. По иронии судьбы, после смерти изобретателей их компании объединились в 1926 году в «Даймлер-Бенц».
Австрийцы же полагают, что отцом-основателем автомобилестроения был не Бенц, не Даймлер, а их соотечественник Зигфрид Маркус, автомобиль которого недавно взят под охрану государства: в реестре государственных памятников Австрии ему присвоен номер 3848/2001. Мощность его двигателя составляет 0,75 л.с. Автомобиль был создан в период между 1875 и 1889 годами. Точнее датировать год рождения невозможно, пока тщательно не изучены основные узлы двигателя и шасси.
Однако доподлинно известно лишь одно: конструкция Маркуса действительно является старейшим автомобилем, сохранившимся до наших дней. Говорят, правда, что он был не в состоянии передвигаться без помощи лошади... Независимо от того, чей приоритет установят эксперты, мы видим, что и Бенц, и Даймлер, и Маркус, и многие другие шли в одном направлении
Первые чертежи автомобиля (с пружинным приводом ) при-
надлежат Леонардо да Винчи, но действующего экземпляра
и сведений о его существовании до наших дней не дошло.
С появлением легкого, компактного и достаточно мощного
двигателя внутреннего сгорания открылись огромные возможности
для развития автомобиля. В 1885 году изобретатель из Германии
Г. Даймлер и его соотечественник К. Бенц но в 1886году,
изготовили и запатентовали первые экипажи которые передвигались
самостоятельно с бензиновым двигателем. В 1895 году К. Бенц
изготовил первый автобус с двигателем внутреннего сгорания.
А в 1896 году Г. Даймлер изготовил первый грузивик и такси.
В последнем десятилетии девятнадцатого века в Германии,
Англии и Франции зародилась автомобильная промышленность.
Первый четырехколесный автомобиль «Бенц». Несмотря на непритязательность конструкции, такие машины выпускались
вплоть до 1901 г, и их количество достигло 2300. На рисунке представлена модель «Виктория». 1893 г.
История телевидения
Появлением телевидения мы обязаны американцу Фило Тэйлор Фернсуорту, который 7 сентября 1927 года первым передал изображение полосы белого цвета на аппарат, внешне похожий на современный «ящик». Он даже не представлял, какой прорыв он осуществил и чем станет его изобретение через несколько десятков лет.
Со временем изображение стало гораздо качественнее и приобрело цвет, показав людям все плюсы нового телевидения. Что же касается формата нынешнего телевидения, то этим мы обязаны У.К.Л.Диксону. Аппарат, который он назвал Kinescope, был создан в лаборатории Томаса Эдисона и работал на плёнке с размером кадра 3/4 дюйма. Впоследствии вся киноиндустрия перешла на данный формат, признав его удобство при работе. Всё телевидение начало вещать в таком формате, независимо от параметров экрана.
История артиллерии
На протяжении более 600 лет артиллерия оставалась основной огневой силой российской армии. С начала XIX века бытует выражение «артиллерия - бог войны», определение, которое получило подтверждение в сражениях XX века, в первую мировую и особенно во вторую мировую войну.
Классическая артиллерия, основу которой составляли пушки, гаубицы и минометы различных типов, обеспечивала огневое поражение противника на поле боя, способствуя войскам в достижении успеха при минимальных собственных потерях. На всем протяжении Великой Отечественной войны наша армия располагала лучшей в мире 76-мм полевой пушкой, отвечающими требованиям времени образцами батальонной, дивизионной, полковой, корпусной и армейской артиллерии, артиллерией большой мощности, противотанковыми и танковыми орудиями. Своевременно были развернуты работы по оснащению войск самоходными артиллерийскими установками. Важную роль в достижении победы над врагом сыграло появление нового эффективного боевого средства - реактивных систем огня (РС30). Впервые послевоенные годы артиллерия развивалась в направлении увеличения дальности и точности стрельбы, использования новых технологий для повышения надежности и живучести артиллерийских систем и улучшения их эргономических свойств. Следующим этапом стали интенсивные работы по механизации и автоматизации всех операций по подготовке и производству выстрела. В дальнейшем особое значение стало придаваться достижению автономности действия артиллерийских систем, созданию автоматизированных средств управления огнем, включению артиллерийских орудий и РСЗО в состав артиллерийских комплексов, обеспечивающих согласованное решение задач разведки, собственно поражения целей и управления вооружением.
Огромное влияние на способы и формы ведения боевых действий оказало появление в 50-е годы ракетного оружия - тактических ракетных комплексов, ставших ударной составной частью ракетных войск и сухопутных войск, состоящих из артиллерии и позволивших поражать противника на больших дальностях в глубине его тактического и оперативного построения.
Этапным в развитии огневых средств общего назначения стало создание высокоточного оружия, обеспечивающего надежное поражение точечных целей, в том числе движущихся, одним-двумя выстрелами. К высокоточному оружию правомерно отнести постоянно совершенствующиеся возимые и носимые противотанковые ракетные комплексы различных поколений, ракеты, оснащенные управляемыми головными частями или обладающие свойствами коррекции движения на всей траектории, снаряды ствольной и реактивной артиллерии с активным или пассивным самонаведением.
Высокое качество и эффективность всех отечественных составляющих ракетно-артиллерийского вооружения: классической артиллерии, РСЗО, противотанковых и ракетных комплексов различных поколений, входящих в комплекты войсковых формирований российской армии, а также экспортированных и поставленных во многие страны мира - подтвердилось в ходе их эксплуатации и боевого применения в многочисленных войнах и конфликтах второй половины XX века, происходивших в различных уголках планеты.
Электрическое освещение
Представить свою жизнь без электрических приборов современный человек не в силах, таких как чайник, телевизор или лампочка, столь привычного и необходимого прибора в домашнем хозяйстве. Изобрел лампу накаливания в 1879 году Томас Эдисон, один из величайший изобретателей того времени.
На смену столь популярной в XIX веке газовой лампе пришла лампа накаливания. Заключается принцип работы лампочки в том, что находящаяся в стеклянной колбе с откачанным воздухом тончайшая металлическая нить под воздействием электрического тока раскаляется и начинает излучать свет.
Лампочка, даже спустя больше века, почти не изменилась, лишь претерпела небольшие изменения. Состоит лампа накаливания их контрактных проводников, цоколя, предохранителя, нити накала и стеклянной колбы, которая заполнена буферным газом и ограждает от окружающей среды нить накала. Лампы Эдисона, в отличие от современных ламп, большой продолжительностью работы не отличались, однако это не помешало ей вытеснить газовое освещение. Как увеличить срок службы лампочки в 1909 году придумал сотрудник General Electric, Ирвинг Ленгмюр. Идея его заключалась в заполнении колбы инертным газом вместо буферного, что замедлило процесс испарения материала нити закаливания.
Несколько интересных фактов из жизни лампочки:
4-х ваттная электрическая лампочка ручной работы имеется в американском городе Ливермор, которую часто называют «Столетней лампой». Она горит более 100 лет, начиная с 1901 года, практически никогда не выключаясь.
До широкого распространения лампы Эдисона, люди спали в сутки по 10 часов.
В СССР лампа накаливание получила прозвище «лампочка Ильича» после осуществления ленинского плана ГОЭЛРО. Так еще называют в наши дни простую лампочку, которая свисает с потолка без плафона.
Шариковая ручка
Шариковая ручка была запатентована в США 10 июня 1943 года, изобрел ее венгерский журналист Джозеф Биро. Посетители Лондонского музея дизайна в 2005 году признали шариковую ручку лучшим мировым изобретением, которое дешево стоит. Однако состояние на этом изобретении заработал не изобретатель, а предприимчивый коммерсант.
Придумать изобретение можно на миллион, однако как его защитить? Над этим вопросом венгерский журналист Джозеф Ласло Биро наверное не особенно задумывался, когда придумывал в конце 1930-х годов шариковую ручку. Джозеф Биро был не только журналистом, но еще и изобретателем. Из-за того, что много приходилось писать обычным пером, которое требовало чернильницы и кляксы оставляло, он и сконструировал шариковую ручку.
В денежном плане изобретение казалось многообещающим. Поэтому почти сразу патент на производство шариковых ручек для своих пилотов выкупило ВВС Великобритании. Возиться в воздухе с перьевыми ручками им было крайне неудобно.
На продаже патента Биро мог бы зарабатывать и дальше, но его судьба забросила в Аргентину. Здесь Биро перерегистрировал свой патент и с большой выгодой продал его компании Eversharp за один миллион долларов. Первое в мире массовое производство ручек для всех наладила аргентинская компания. Внутри страны торговля шла прекрасно: множество покупателей пленили практичность и дешевизна нового изобретения. Когда Eversharp планировала о захвате мирового рынка, произошла большая неприятность, вызванная несовершенством патентной системы того времени.
Запатентована была шариковая ручка автором только в Венгрии и Аргентине, т.е. по месту его жительства. С целью недопущения плагиата в мировом масштабе, ему пришлось бы объехать все страны мира и заново запатентовать свое изобретение. В связи с тем, что это было практически невозможным, идею шариковой ручки у Биро и Eversharp просто украли.
По Аргентине путешествовал однажды американский коммивояжер Милтон Рейнолдс. Он случайно купил на улице несколько шариковых ручек. Рейнолдсу деловая хватка подсказала, что из этой простой вещицы можно извлечь огромную прибыль при массовой ее продаже. Он разузнал, что изобретение венгерского журналиста всего лишь в двух странах запатентовано, а крупнейший и богатейший рынок США для него не закрыт никакими патентами.
Таким образом, Рейнолдс поспешил этот рынок зарезервировать за собой. Он сам в 1943 году запатентовал в США шариковую ручку и наладил ее массовое производство. Как и предполагал Рейнолдс, у шариковой ручки был огромный успех. В магазине Джимбела в Нью-Йорке только за один день было продано 10 000 штук. Интересен тот факт, что завлекались первые покупатели лозунгом о том, что и под водой может писать новая ручка!
Милтон Рейнолдс стал миллионером благодаря удачно украденной идее. Отстоять свое право на патент автор произведения Джозеф Биро пытался в американском суде, но проиграл.
Скорее всего Биро было обидно, тем более что его изобретение к тому времени еще не исчерпало весь свой потенциал «создателя миллионеров». Француз Марсель Бик в 1958 году доработал шариковую ручку и получил в производстве сверхдешевую модель под названием BIC, положив тем самым начало организации BIC Corporation, которая и сейчас контролирует одну треть мирового рынка продаж в США шариковых ручек.
Тайна стекла раскрыта
Можно без преувеличения сказать, что с созданием телескопа и микроскопа в XVII веке связано и рождение новой научной дисциплины - оптики. А развитие оптики повлекло за собой совершенствование технологии изготовления линз и призм. Стеклом занялись многие ученые в разных странах. Казалось, что о стекле мы уже знаем все. И вдруг явление оптического пробоя в стеклах. Открытие данного явления, результат нашего знакомства с одним из важнейших открытий второй половины XX века лазером.
Хотя с момента создания первого лазера прошло в общем-то совсем немного времени, он уже чрезвычайно прочно вошел в арсенал современной техники и используется в самых разных областях. Здесь и лазерная дефектоскопия, и обработка материалов, когда лазерный луч прожигает крохотное отверстие в металле, и упрочнение деталей. При помощи лазеров осуществляется локация, они помогают маркшейдерам и строителям, которые используют лазерный луч как отвес или им меряют отклонение от горизонтали. Вообще-то с помощью лазера можно даже делать надписи внутри прозрачного кристалла. Наконец, лазер прочно завоевал себе позиции в медицине, в первую очередь в офтальмологии.
Но, пожалуй, главное не это. В эпоху энергетического кризиса особое значение приобретает управляемый термояд. И как один из перспективных вариантов решения этой злободневной проблемы - лазерный термояд, основанный на том, что атом сжимается мощными лазерными пучками. В этом случае исключительное значение приобретает увеличение мощности лазеров. Речь идет о создании лазеров с гигантским импульсом порядка 107 секунды и короче, обладающих одновременно большой мощностью. Раньше в технике вопрос о создании подобных лазеров не ставился.
Но едва они появились, как ученые столкнулись с загадочным обстоятельством. Неожиданно элементы оптической системы и сам рубиновый стержень, почему-то стали выходить из строя. Напомним, что простейший лазер состоит из яркой лампы для оптической накачки, рубинового стержня, который рождает лазерный луч, и двух зеркал, образующих резонатор колебаний. Современные лазеры содержат множество сложных устройств для фокусировки и поворота луча линзы и призмы. А также оптические элементы, служащие для умножения частоты, прозрачные кристаллы.
Как известно, от фундаментальных научных работ не требуют экономического эффекта. Более того, сами ученые затрудняются указать область применения их открытий. Так, великий Фарадей, показывавший свою лабораторию премьер-министру Англии Гладстону, на вопрос последнего, какое практическое значение имеет открытие электромагнитной индукции, пожав плечами, ответил: «Вы можете обложить ее налогом». Сегодня же невозможно представить себе развитие техники, не использующее открытие Фарадея.
И тем не менее, говоря о цене оптических элементов лазера, которые выходят из строя, сразу вспоминается крылатое выражение: самое практичное это хорошая теория. Действительно, решение проблемы оптического пробоя, а именно так был назван загадочный выход из строя оптических элементов лазера, имеет большое практическое и, следовательно, экономическое значение для науки и народного хозяйства.
Как внешне проявляется явление пробоя? Вроде бы лазер работает нормально. Но вот на выходе неожиданно теряется фокусировка. Оказывается, что на одном из элементов внутри или на поверхности неожиданно возникает крохотная точка, еле видимая простым глазом. А иногда ее невооруженным глазом и не увидеть. Её размер может быть около микрона. Иногда перестает генерировать сам лазер, значит в теле рубинового стержня возник пробой. Внешне пробой, если его можно различить простым глазом, это крохотная буль- бочка, возникшая в стержне. А если в линзе, то это непрозрачная точечка, похожая на крохотный пузырек в стекле. Оптический пробой стал серьезным препятствием на пути создания лазеров. Тем более что развитие лазерной техники потребовало создания синтетических кристаллов на основе стекла как более дешевого материала. Если раньше кристалл граната с добавкой ниодима стоил десятки тысяч рублей, то теперь их с успехом заменили лазеры из ниодимового стекла значительно более дешевые.
Но опять-таки стекло подвержено оптическому пробою.
Поэтому начиная с 2001 года группа молодых ученых в различных научно-исследовательских институтах начала работать над решением этой проблемы. Необходимо было разобраться в механизме разрушения, возникающего в стекле, и на этой основе дать соответствующие рекомендации конструкторам и технологам, создающим лазерную технику. Были проведены десятки тысяч сложных измерений в процессе экспериментов. По ходу дела пришлось конструировать специальные лазеры и необходимую научную аппаратуру.
В результате исследований выяснилось, что причина оптического пробоя — наличие инородных микровключений в стекле. Так, кристаллы лазера выращиваются в тиглях из... платины. А использование этого драгоценного металла, отличающегося минимальной химической активностью, вызвано необходимостью создать абсолютно стерильную атмосферу, в которой выращивался кристалл. Однако мельчайшие частицы платины размером во много раз меньше микрона тем не менее попадают в стекло. Что же происходит тогда с линзой? Когда луч большой мощности попадает на нее, то из-за того, что она непрозрачная, частица начинает поглощать лучистую энергию. При этом лучистая энергия переходит в тепловую. В соответствии с законом теплообмена частица начинает передавать тепло в окружающую ее зону.
Но может возникнуть ситуация, когда теплоотвод не поспевает за нагревом, вот тут-то начинается своеобразный тепловой взрыв. Можно провести аналогию с порохом. Когда порох горит на воздухе в свободном обмене, взрыва не происходит, потому что есть свободный отвод энергии. Но когда этот же процесс возникает в замкнутом объеме и энергию отводить некуда, накопившаяся энергия прокладывает себе дорогу силой взрыва.
Чем температура в зоне микровключения выше, тем больше поглощение этой лучистой энергии. А чем больше поглощение, тем выше температура. Возникает лавинообразный процесс — взрыв. При тепловом взрыве выделяющаяся энергия, кроме того, может изменять окружающую частицу структуры стекла: оно станет непрозрачным. Теперь очаг увеличился. Лучистая энергия, попадая в него, производит все новые и новые взрывы, все увеличивая и увеличивая непрозрачную зону. В ней начинают возникать пузырьки и микротрещины, уже различимые невооруженным глазом. В конце концов стекло попросту может разрушиться.
Таков механизм оптического пробоя. Найдя его, ученые стали ставить эксперименты с целью изучить влияние лазерных лучей различной мощности на типы стекол, применяемых в лазерной технике, содержащие всевозможные включения. Ведь достаточно, чтобы к 100 миллионам атомов в среднем примешался один только атом инородного включения, как возникает опасность пробоя.
Конечно, один атом примеси сам по себе не опасен, но он образует опасные конгломераты, которые в дальнейшем поглощают лучистую энергию, вызывая оптический пробой стекла.
Наконец были выявлены включения, наиболее опасные для пробоя. В итоге ученые смогли дать рекомендации по созданию новых типов стекол, обладающих во много раз большей оптической стойкостью, чем обычные.
Однако, помимо решения важной прикладной задачи, были проведены и фундаментальные исследования. Была изучена проблема порогов. Оказалось, что для всякого прозрачного оптического материала существует свой предельный теоретический порог разрушения под воздействием лазерного излучения. А это обстоятельство чрезвычайно важно … Продолжение »
