Юные исследователи

Хорошие традиции сложились в Доме юных техников Челябинского тракторного завода. По мере того как школьники овладевают практическими навыками, необходимыми для успешной разработки и изготовления простейших действующих моделей машин, кораблей, самолетов и тракторов, их приобщают к рационализаторской работе. Работа эта связана с совершенствованием оборудования, имеющегося в Доме юных техников, его лабораториях, учебном гараже и кордодроме. Г. В. Омельченко, Г.. В. Крученых и другие ветераны тракторного завода отдают свое свободное время подрастающим энтузиастам, молодой смене тракторостроителей.

Школьникам прививается чувство хозяина своего Дома. Учащиеся собираются здесь не только для того, чтобы делать модели, но и просто побеседовать на интересующие их темы, обсудить насущные проблемы науки и техники, поговорить о новинках, внедряемых на родном тракторном заводе, обменяться марками, встретиться с заводскими специалистами. Все чаще сюда приходят семьями. Отец, бывший юный техник, приводит подрастающего сына, чтобы тот тоже испытал благотворное влияние умных, добрых и знающих свое дело наставников.

Здесь же мальчишки получают навыки настоящей поисковой, исследовательской работы. Уже много лет Дом юных техников сотрудничает с Челябинским политехническим институтом. По заказу этого института под руководством кандидата технических наук А. Е. Пинегина юные конструкторы строят действующие модели-копии новых тракторов в масштабе 1:5. На этих моделях проводят различные испытания ходовой части, отдельных узлов и механизмов.

Интересной работой заняты школьники в физико-технической и химико-технологической лабораториях. В последней, например, была разработана и изготовлена действующая модель химической солнечной батареи.

Участники этой работы под руководством В. В. Меньшикова ознакомились с тем, как решается проблема получения новых источников энергии в нашей стране и за рубежом. Изучали соответствующую литературу, встречались с консультантами.

Известно, что Солнце изливает на Землю колоссальный поток энергии - 1,05⋅10¹⁸ кВт⋅ч. Примерно пятая часть ее доходит до Земли. Но даже это количество энергии в 30 тысяч раз превышает все количество энергии, производимой на земном шаре.

В настоящее время уже разработали различные варианты прямого преобразования энергии Солнца в другие формы энергии для практического использования ее в народном хозяйстве. Например, на спутниках и космических станциях успешно применяются кремниевые солнечные батареи. Но пока производство, солнечных батарей очень дорого.

В то же время известно, что еще в 1839 г. Э. Беккерель открыл явление, которое назвали фотовольтаическим эффектом. Суть эффекта заключается в следующем. Если два электрода, покрытых фоточувствительным слоем, поместить в электролит и затем на один из них направить свет, то возникает электрический ток. И только в 1966 г. в США был выдан патент на химический источник электрического тока, использующий этот эффект. Эти источники энергии не требуют сверхчистых материалов. Сравнительно проста и технология их получения.

Школьники изготовили химические элементы в лаборатории Дома юных техников;. Для этого они использовали стальную пластину площадью 110 дм². Пластину обезжирили и в течение получаса кадмировали в растворе, состоящем из 5-8 г/л желатина, 50-100 г/л сульфата кадмия, 50-70 г/л сульфата натрия, 10-20 г/л серной кислоты и 8-10 г/л фенола.

Катодная плотность тока 5-10 А/дм². Раствор приготавливается при комнатной температуре. Обработанную пластину промывают в воде и помещают в раствор сульфида натрия (10 г/л) у положительного полюса источника постоянного тока при плотности тока 2-3 А/дм². Готовый электрод вновь промывают водой.

Для второго электрода берут графитовую пластину. Весь элемент собирают в пластмассовой коробочке с выводами проводов (расстояние между электродами не более 8-10 мм), в которую заливают электролит, 78 г/л сульфида натрия, 6,4 г/л серы, 4 г/л гидроксида натрия.

Уровень электролита должен быть на 5 мм выше поверхности полупроводникового электрода. Проводники элемента замыкают между собой и выдерживают в течение 5 мин. После этого приступают к испытаниям.

Для этого подключают проводники к милливольтметру или миллиамперметру и записывают показание приборов. Затем на элемент направляют сильный луч света. Стрелка прибора отклоняется. На полученных в кружке элементах коэффициент преобразования энергии составил примерно 9%.

В настоящее время школьники продолжают экспериментальные исследования.

Современные внешкольные учреждения располагают достаточно мощной материально-технической базой. Они имеют не только разнообразный станочный парк и автомототранспорт, но и свои ЭВМ. Например, в клубе юных техников Сибирского отделения АН СССР имеется свой выход на большую ЭВМ СО АН СССР.

Школьники не только осваивают эти машины, знакомятся с их устройством и правилами эксплуатации, но и выполняют работы по заказам местных предприятий и учреждений.

По просьбе Куйбышевского медицинского института имени Д. И. Ульянова и Куйбышевского педагогического института имени В. В. Куйбышева в лаборатории вычислительной техники клуба юных техников "Юпитер" была проведена математическая обработка статистического

материала, отражающего работоспособность учащихся школы № 30 Октябрьского района г. Куйбышева. Эта работа явилась частью исследований, проводимых под руководством НИИ физиологии детей и подростков АПН СССР. Статистические материалы, полученные специалистами при изучении изменений работоспособности школьников в динамике учебного дня, учебной недели и учебного года, необходимо было математически обработать и проанализировать.

В лаборатории вычислительной техники клуба "Юпитер" имеется ЭВМ "Наири". Десятиклассники О. Горбенко, О. Сологуб, И. Фридман, Е. Шестакова и М. Денисова под руководством И. Д. Левина разработали программу, позволившую автоматизировать процесс математической обработки материала, в котором анализируется работоспособность учащихся. Программа полностью соответствует требованиям, предъявленным НИИ физиологии детей и подростков АПН СССР.

Результаты, полученные школьниками, были оформлены в виде научного отчета. К отчетам даны приложения - перфоленты и таблицы показателей.

Анализ этих результатов позволил сделать следующие выводы.

1. Предложенная программа позволяет значительно сократить время математической обработки результатов эксперимента: на обработку данных было затрачено около 36 ч.

До составления программы обработка материалов на микрокалькуляторах занимала до 720 ч.

2. Программа позволила получить более точные данные показателей работоспособности учащихся, так как были исключены ошибки, возникающие в процессе ручной обработки. Кроме того, исследователи получили не только общие усредненные показатели, но и раздельные показатели по группам учащихся, что значительно расширяет возможности исследований.

3. Программа может быть пригодной и для выполнения расчетов, связанных с выдвижением новых гипотез и планированием ожидаемых результатов, для создания различных математических моделей, отражающих влияние различных факторов (например, режима питания) на работоспособность школьников на уроках.

Другую очень интересную программу для ЭВМ разработали старшеклассники из клуба юных техников СО АН СССР Г. Вайнштейн и А. Величко. Школьники не ограничились только составлением программы. Они собрали простейшую информационно-справочную машину и назвали ее "Бельчонок-1". Машина предназначена для автоматизации анализа первичной структуры рибосомных белков. Изготовлена она по заказу отдела проектирования прикладных систем вычислительного центра СО АН СССР.

Этот заказ явился следствием того, что при проведении биохимических исследований часто возникает необходимость анализа первичной структуры высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кислот), в ходе которого находят определенные сочетания нуклеотидов или аминокислотных остатков в белках или нуклеиновых кислотах, подсчитать частоту их появления в каждой структуре, проследить активность этих биополимеров.

Выполнение этих действий вручную - по каталогам и справочным картотекам - отнимает много времени и не дает гарантии от ошибок.

Система, разработанная в клубе юных техников СО АН СССР, позволяет записать на магнитной ленте или диске все имеющиеся сведения о различных белках и их первичной структуре, оперативно исправить или заменить имеющуюся информацию, выполнить поиск любой конфигурации аминокислот или места ферментативного разрыва в известных белках, выдать справку о любом включении в систему белка.

Работать с системой можно с любого терминала, подключенного к ЭВМ вычислительного центра СО АН СССР.

Машина "Бельчонок-1" получила высокую оценку специалистов и уже практически применяется при биохимических исследованиях.

Старшеклассники из научного общества учащихся Волгограда И. Андреев, Д. Земликовский, Л. Майстренко и М. Поленичкин под руководством кандидата технических наук В. М. Ткаченко увлеклись проблемой, связанной с измерением скорости корродирования металлов.

Ежегодные потери металла от коррозии составляют миллионы тонн. Коррозию вызывают самые различные причины, но обычно они связаны с неблагоприятным воздействием окружающей среды и электрохимическими процессами, протекающими в металлах. Скорость и вид коррозийных разрушений зависят от способа обработки металла, строения его кристаллической решетки и т. п.

Проблеме измерения скорости процесса корродирования металлов посвящено немало работ, и школьникам вначале пришлось ознакомиться с современным состоянием проблемы по литературным источникам, встретиться со специалистами, прослушать обзорную лекцию своего руководителя. Затем они приступили к экспериментальной исследовательской работе, которая проводилась на кафедре физики Волгоградского инженерно-строительного института.

Суть электрохимической коррозии металлов заключается в следующем. На поверхности металла, находящегося, например, в электролите, возникает множество гальванических элементов, аноды которых и являются очагами коррозии. При этом известно, что скорость коррозийного разрушения прямо пропорциональна плотности анодного тока. Токи же, в свою очередь, зависят от физико-химических условий на поверхности каждого из электродов.

Для исследования временных зависимостей токов коррозии школьники собрали экспериментальную установку, в которую можно одновременно вставлять до 16 электродов. Электроды представляют собой стальную сварочную проволоку диаметром 4 мм и длиной до 30 мм.

Кроме электродов установка снабжена блоком шунтов для измерения токов, переключателем для подключения милливольтметра к шунтам и переменного сопротивления - регулятора тока внешней поляризации.

В зависимости от коррозийной активности среды, в которую помещаются электроды, между ними возникают токи коррозии. Токи будут тем большими, чем агрессивнее среда. Если изменять физико-химические показатели среды электродов, то будет изменяться и скорость коррозии, которую можно фиксировать по показаниям миллиамперметра.

С помощью этой установки школьники пытались определить величину так называемой защитной плотности тока - параметра, который необходимо знать при выборе средств электрохимической защиты металлических изделий от коррозии. Суть электрохимической защиты заключается в том, что за счет внешнего источника тока металлическая часть изделия поляризуется катодно до полного подавления коррозийных анодных токов.

В качестве внешнего источника школьники использовали гальванический элемент, у которого катодом служит система рабочих электродов, а анодом алюминиевый корпус датчика. В ряде стандартных электрохимических потенциалов алюминий отрицательнее железа и является анодом. Для регулирования тока катодной поляризации использовали переменное сопротивление. Шкалу величины сопротивления отградуировали в единицах плотности тока.

После серии экспериментальных исследований и испытаний измеритель скорости коррозии (рис. 53), разработанный, изготовленный и испытанный школьниками, применяют практически для работы на промысловых резервуарах Коробковского нефтегазодобывающего управления. Работы по доводке и усовершенствованию продолжаются.

Рис. 53. Устройство и электрическая схема измерителя скорости коррозии: 1 - рабочие электроды, 2 - диэлектрический наполнитель, 3 - алюминиевый корпус (протектор), 4 - многожильный кабель, 5 - блок измерений, 6 - переключатель шунтов, 7 - регулятор защитного тока, 8 - клеммы для милливольтметра

Оригинальную идею для применения телевизора в учебном процессе использовали учащиеся 8-го класса С. Бозвительных и В. Семушин из школы № 13 г. Глазова Удмуртской АССР. Они под руководством учителя физики этой школы Ю. А. Тарунова и преподавателя педагогического института имени В. Г. Короленко В. В. Майера разработали установку для демонстрации силы Лоренца.

Дело в том, что на уроках физики силу Лоренца демонстрировали с использованием осциллографа. Маленький экран прибора затруднял демонстрацию опытов.

Школьники предложили использовать для демонстрации экран телевизора "Чайка-4". Для получения четких полос на экране решено было сделать приставку - генератор полос.

Генератор работает следующим образом. С одного из плеч мультивибратора П-образные сигналы через разделительный конденсатор поступают на базу транзистора генератора несущей волны. Генератор несущей волны собран на транзисторе П-422 с обратной емкостной связью. В коллекторную цепь транзистора включен колебательный контур. Конденсатор служит для замыкания цепи тока высокой частоты. В генераторе имеются два делителя. С одного из них модулированный сигнал снимается и подается на телевизор. Модуляция несущей частоты осуществляется в цепи генератора. С помощью резистора можно изменять частоту колебаний, вырабатываемых мультивибратором, и регулировать число полос на экране (от 2 до 10). Переключатель дает возможность менять цвет полос (черные и белые).

Установка широко используется на уроках физики и на факультативных занятиях. В настоящее время организуется ее внедрение в других школах города и в пединституте.