Эти вещи окружают нас повсюду и исправно служат нам каждый день. Ими настолько легко и удобно пользоваться, что мы практически не замечаем их работы, воспринимая их повсеместное присутствие как должное. Между тем за внешней простотой зачастую скрываются весьма сложные, оригинальные и остроумные инженерные идеи, которые вложили в них создатели. Этим материалом мы отдаем должное простым вещам, которые делают нашу жизнь легкой.
Эскалатор
Что делает: высота ступеньки у эскалатора несколько больше, чем у обычной лестницы — ведь по нему вовсе не обязательно ходить пешком. Однако при приближении к выходу ступеньки становятся все ниже, а затем и вовсе превращаются в ровный пол.
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.
Торговый автомат
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.
Офисное кресло
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.
Заправочный пистолет
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.
