Имитация левитации воды на Ардуино
Добрый вечер! В этой публикации я расскажу о своей самоделке, задумал которую я достаточно давно. Но реализовал только сейчас.
Впервые увидел этот эффект еще в детстве. Меня попросили помочь, подержать и посветить автомобильным стробоскопом на маховик двигателя автомобиля. Мотор запустили и после чего я увидел на вращающемся маховике, почти не подвижную насечку, которая стояла на одном месте, а маховик при этом вращался. После чего родилась идея сделать вентилятор и стробоскопом остановить его. Идею спустя какое то время реализовал, на лампе ИФК-120, тиристоре КУ202 с обвязкой, поигрался и закинул в дальний угол, но вот лет 6 тому назад увидел японское видео с левитацией воды. Так и родилась идея повторить этот трюк с левитацией капель. Долго не доходили до реализации руки и вот наконец то, сбылась мечта…
Посмотрите видеоролик того, что у меня получилось:
Как это работает
В ютубе есть несколько видео, в которых пытаются рассекать воду на капли, текущую из силиконового шланга, при помощи аудио колонки или динамической головки. Но в этом способе есть несколько недостатков.
1 — громоздкость конструкции(колонка, усилитель, генератор частот, стробоскоп)
2 — низкочастотный динамик не может воспроизводить меандр, из — за своей механической конструкции и на выходе у него получается что то вроде синусоиды. В итоге вода не рассекается на капли, а извивается как змея.
3 — Генератор частот каждый раз придется подстраиваться под частоту стробоскопа. Частота будет уплывать.
В моей конструкции все просто и дешево. Эту конструкцию может повторить каждый желающий, в домашних условиях.
Стробоскоп и электромагнит от автомобильного реле, работают на одной частоте. Электромагнит разбивает поток воды на капли, а стробоскоп засвечивает эти капли, в определенный момент. Так как капли падают с частотой равной стробоскопу, то получается эффект висящих в воздухе капель.
Схема
Транзисторы КТ972 у меня были под рукой, вот я их и поставил. Вы можете поставить любые другие транзисторы рассчитанные на напряжение не менее 30В и ток не менее 2А. Резисторы в базах транзисторов ограничивают ток до 40мА, что бы не повредить выход контроллера. Светодиодный элемент я использовал из старой неисправной светодиодной лампы. Что бы уменьшить напряжение питания элемента до 24 В. Я поделил элемент на две части, разрезав одну дорожку и запараллелил эти два массива светодиодов. Так как питание светодиодного элемента осуществляется короткими импульсами, а напряжение питания равно напряжению падения на светодиодах, то ограничивать ток я не стал. Диод стоящий параллельно электромагниту, защищает от отрицательных выбросов электромагнитной катушки. Можно поставить диод из той же, разобранной LED лампы. Электромагнит сделан из автомобильного реле. Реле у меня уже было раскурочено, по этому мне пришлось использовать его таким какое оно есть. Если бы у меня было исправное реле, я бы сначала попробовал подключить китайскую палочку на якорь реле. Для обеспечения зазора между постоянным магнитом и электромагнитом, можно вложить между ними кусочек поролона, или сдвинуть палочку с магнитом в бок. Как я и сделал.
Используемые в схеме компоненты:
Arduino nano — 1 шт.
Энкодер — 1 шт.
Макетная плата — 1 шт.
Старая LED лампа — 1 шт.
Транзистор КТ972 — 2 шт.
Реле автомобильное — 1шт.
Резистор 120 Ом — 2шт.
Подробности по коду для ардуино
Я использую Arduino Nano, потому что у меня их много и они прекрасно устанавливаются на макетной плате. Но Вы можете использовать абсолютно любой контроллер Ардуино и даже Digispark. Энкодер использует прерывание INT1. Если вращать энкодер без нажатия, то тогда регулируется частота вспышек стробоскопа и частота электромагнита, с шагом 0,1Гц. Если вращать с нажатием, то регулируется длительность вспышек светодиода, у фотографов это называется время выдержки. При этом частота не изменяется. Управление светодиодным элементом, для удобства отладки я подключил на D13, но Вы можете поменять все пины подключения, на любые другие. Только нельзя менять пин D3(INT1) энкодера.
Настройка левитрона
Основная настройка сводится к регулировке потока воды. Нужно настроить скорость потока воды таким образом, чтобы электромагнит мог стабильно разбивать поток воды на капли. Я думаю что это очень просто и Вы визуально сразу поймете где золотая середина. Также настройте частоту вспышек стробоскопа, на более комфортную для Ваших глаз. Частота вспышек влияет
на расстояние между каплями, а если капли начнут рваться без синхронизации, то перестройте поток воды. Если хотите снять видео на камеру, то нужно подстроить стробоскоп под частоту камеры, что бы на камере не было мерцаний
Что дальше?
Планирую купить импульсный насос и на его основе сделать левитирующий дождь из душевой лейки. Так что будет еще одна небольшая статья и видео на тему «Левитация воды»
Подписывайтесь что бы не пропустить новую статью и видео.
Будут вопросы спрашивайте, не стесняйтесь.
Я с удовольствием отвечу на них
Источник
Вода каплями течет вверх
С самого раннего детства мы знаем, что такое вода. Это необходимое условие жизни. Вода это самое распространенное в природе вещество. Вода настолько привычна, что нам кажется, что нет ничего необычного в этом веществе. Редко кто задается вопросом, что же такое вода?
На уроках окружающего мира я узнала, что вода это бесцветная, прозрачная жидкость, существенным признаком которой является текучесть. Но только ли это вода? Вода это уникальная особенность, отличительная черта планеты Земля. Мировой океан – это вода. Реки, озера, болота, ручьи, пруды, водохранилища, каналы, родники – это вода. Лёд и снег – это вода. Тучи, облака, туманы – это вода. Вода – это главная составляющая всех живых организмов. Вода всюду. Силой и красотой воды восхищаются художники и поэты. Воду изучают ученые.
Трудно себе представить нашу жизнь без воды. Поэтому, я считаю, что любая тема о воде – всегда будет актуальной, так как вода это единственное вещество на Земле, обладающее удивительными свойствами и без которого не может существовать ни один живой организм. Вода – это богатство. Мы должны научиться видеть, понимать и применять в жизни удивительные свойства воды. Умение видеть необычные и интересные явления не требует особых затрат и усилий, однако используется живой природой и человеком в повседневной жизни.
Мне стало очень интересно, так ли необычна вода и что нового я могу увидеть и понять, изучая природу воды. На уроках окружающего мира я узнала, что для роста и развития всем живым организмам, в том числе и растениям необходима вода. Практически все растения поглощают воду из почвы с помощью корня. В то же время, наблюдая за ростом растений, я задала себе вопрос, почему листья на самой макушке деревьев, даже самых высоких, зеленые и не сохнут. Как вода поднимается к ним от корня до самого верха? Раз листья и цветы не сохнут, значит, вода течет вверх. Я знаю, что человек может заставить течь воду вверх. Примером тому служат многочисленные фонтаны, созданные людьми. Но как вода без помощи человека может течь вверх? Ответ на вопрос мне непременно захотелось получить. Поэтому я решила выяснить, что помогает воде самостоятельно течь вверх.
Цель исследования: определить условия, заставляющие течь воду вверх.
Изучить литературу по данному вопросу.
Провести анкетирование одноклассников.
Провести опыты, доказывающие или опровергающие мою гипотезу.
Анализировать и систематизировать полученные данные.
Объект исследования: вода.
Предмет исследования: условия, влияющие на движение воды вверх.
анализ литературы по теме работы;
проведение физических опытов;
наблюдение и сравнение, систематизация;
обобщение опыта, полученного в результате работы.
План проведения исследования:
изучение теоретической части вопроса;
проведение опытов, сравнение и обобщение;
подведение итогов исследования, выводы.
Гипотеза: вода может течь вверх.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Какие же условия влияют на движение воды? Опираясь на то, что мне уже известно, я решила ответить на этот вопрос, изучая более подробно то, как происходит движение воды в растениях. Для этого я изучила различные источники информации: прочла книги, статьи интернет-сайтов, посмотрела научные фильмы. Мною был проведен ряд опытов.
М ы знаем, что если выпустить камень из рук, он упадет на пол. «Виновата» в этом сила тяжести, которая притягивает все без исключения объекты к центру Земли. А подняв упавший камень, мы заметим, что его внешний вид нисколько не изменился. Он – твердый, а твердые предметы сохраняют свою первоначальную форму.
Теперь представим себе, что упал не камень, а стакан с водой. Вода выплеснется и в беспорядке растечется. Мы знаем, жидкость собственной формы не имеет. Она занимает тот объем, ту форму, в которую налита. Все та же сила тяжести заставляет жидкость стремиться к самой низкой точке. Одним словом, где вода — там самое низкое место. Почему реки впадают в море? Просто уровень воды в морях ниже. Любая река как бы наклонена к тому морю, в которое она впадает. Ярким доказательством тому, что вода притягивается к Земле и стремится занять самый низкий уровень, являются водопады.
Таким образом, мы выяснили, что вода текучая, не имеет собственной формы. Вода течет вниз под действием силы тяжести и занимает самое низкое место, то есть течет вниз.
Я так же знаю, что вода медленно и незаметно поднимается по стволу растения вверх, поддерживая его жизнь. Ученые утверждают, что при определенных условиях она способна течь вверх самопроизвольно. Долгое время то, как вода из почвы поднимается вверх от корня до верхушки, оставалось загадкой для них. Однако, изучая строение растений, выяснилось, что практически у всех представителей растительного мира есть очень тоненькие, едва заметные трубочки – капилляры. И это позволяет предположить, что именно по капиллярам вода и поднимается вверх. Значит, сама природа сотворила чудо и вопреки силе тяжести, заставила течь воду вверх. Наука до сих пор не может дать точный ответ на вопрос, какое же именно условие способствуют этому явлению. Поэтому они склоняются к мысли, что движение воды от корня к макушке растения осуществляется под действием нескольких сил, работающих одновременно.
В ыделяют три основных условия – капиллярность, смачиваемость и испарение воды листьями.
Капиллярность— это способность жидкостей подниматься и опускаться по капиллярам.
Капилляры – это тоненькие сосуды, трубочки.
Если поместить достаточно тонкую трубку (например, соломинку) в сосуд с водой, уровень воды в трубке поднимается чуть выше уровня воды в сосуде. Вода в капилляре поднимается тем выше, чем тоньше трубочка. Способность воды подниматься в узкой трубочке, это один из примеров к апиллярных явлений. Благодаря капиллярности растения способны доставлять воду из почвы к ветвям и листьям. Это происходит всегда и повсеместно. Например, сама поднимается вода вверх в почве, сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту — от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам, сама движется вода вверх в порах салфетки или промокательной бумаги, в ткани.
Но по всем ли трубочкам вода способна подниматься вверх? Разобраться в этом нам поможет такое свойство воды, как способность смачивать различные предметы.
Смачиваемость – это частичное или полное пропитывание твердых тел жидкостью.
Одни твердые тела способны хорошо смачиваться водой, а другие совершенно не смачиваются. Всем известно, что если поместить каплю воды на плоскую поверхность, она либо растечется, либо примет округлую форму. Если капля растечется или впитается, то мы говорим, что твердое тело смачивается. Если капля останется в форме шара, то мы говорим, что твердое тело не смачивается, то есть не впитывает воду.
Учеными-физиками было доказано, что по капиллярам, которые обладают хорошей смачиваемостью, вода способна подниматься вверх. А по капиллярам, которые не способны смачиваться водой, вода вверх не поднимается.
Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар).
Н а уроках окружающего мира я узнала, что все растения испаряют воду в основном с помощью листьев и травянистых стеблей. На листьях есть устьица. Устьица – это поры или микроскопические отверстия в кожице листьев и травянистых стеблей растений.
Испарение воды листьями оказывает большое значение на движение воды вверх. Растение непрерывно испаряет воду через устьица. Благодаря испарению, появляется возможность нового притока воды к листьям. Присасывающее действие испарения играет большую роль в передвижении воды по растению, оно как бы тянет воду по капиллярам вверх.
Таким образом, я могу предположить, что вода течет вверх по стволу растения, если одновременно соблюдаются все, описанные выше, условия. А именно, растения в своем строении от корня до листьев и цветков имеют тонкие трубочки – капилляры. Капилляры растений смачиваются водой, то есть впитывают воду, следовательно, по капиллярам вода может подниматься вверх. На движение воды вверх на достаточную высоту влияет испарение воды листьями. Это явление оказывает тянущий эффект на воду от корня до самой макушки растений, в том числе и самых высоких деревьев.
Чтобы это доказать или опровергнуть, я проведу ряд опытов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Свое исследование я решила начать с анкетирования , так как мне захотелось выяснить, что думают мои одноклассники по этому поводу. Им были заданы вопросы: Может ли вода течь вверх? Возможно ли увидеть в природе, что вода течет вверх? Возможно ли увидеть в условиях, созданных человеком, что вода течет вверх?
Ответы моих одноклассников можно увидеть на диаграммах. Всего на анкеты отвечало 30 ребят.
На диаграмме видно, что мнения моих одноклассников разделились.
На диаграмме видно, что большинство моих одноклассников считают, что в природе нельзя увидеть того, что вода течет вверх.
На диаграмме мы можем видеть следующее: несмотря на сомнения, что вода может течь вверх, некоторые ребята все же предположили то, что в искусственно созданных условиях, вода все же может течь вверх. Это 7 человек.
Изучив все анкеты, мне стало еще более интересно работать над изучением этой темы. Для того чтобы подтвердить или опровергнуть мою гипотезу мною был проведен ряд опытов.
Опыт №1 «ветка сельдерея»
Ц ель: определить, есть ли у растений капилляры.
Нам потребуется: ветки сельдерея с листьями, стаканы, вода, пищевые красители, нож.
Н альем в стаканы воду и подкрасим её.
Опустим в подкрашенную воду веточки сельдерея и поставим в теплое место на 3-4 часа.
Через 3-4 часа надрежем ветку сельдерея поперек и вдоль.
Ч то наблюдаю: на поперечном срезе видно маленькие дырочки; на продольном срезе видны мельчайшие трубочки, окрашенные красителем.
поперечный срез продольный срез
Вывод: у растений есть капилляры.
Опыт № 2 «Такие разные трубочки»
Ц ель: определить, как толщина трубочки-капилляра влияет на высоту столбика воды в ней.
Нам потребуется: 3 трубочки разной толщины, вода, краситель, лист бумаги, линейка, пластилин.
Подготовим три трубочки разного диаметра.
Опустим трубочки в емкость с подкрашенной водой.
Чтобы вода не вытекла из трубочек, для оценки результата, закроем верхний край трубочки пластилином.
О ценим результат.
Что наблюдаю: в самой тонкой трубочке водяной столбик выше, чем в трубочке со средней толщиной и толстой.
Вывод: чем тоньше трубочка, тем выше поднимается вода.
О пыт № 3 «Бумажная радуга»
Цель: определить, как движется вода по салфетке.
Нам потребуется: набор цветных фломастеров, ножницы, салфетка, стакан с водой.
Вырезаем из салфетки полоску.
Наносим на полоску, отступая 5 см. от края, разноцветные точки фломастерами в один ряд.
Н аливаем в стакан воду.
Опускаем полоску из салфетки в стакан с водой так, чтобы она лишь немного касалась поверхности воды.
Ч то наблюдаю: салфетка имеет пористую структуру и состоит преимущественно из целлюлозы, которая имеет волокнистое строение. Вода по салфетке поднимается вверх, находя себе пути-капилляры, увлекая за собой цвета от фломастера. Движение краски фломастера нам помогает наглядно это увидеть.
Вывод: вода по салфетке течет вверх по капиллярам.
Цель: определить, как смачиваются различные поверхности.
Нам потребуется: лист бумаги, стеклянная тарелка, пипетка с подкрашенной водой, растительное масло.
Подготовим стеклянную и бумажную поверхности. Часть оставим чистыми, а часть смажем растительным маслом.
К апнем по одной капле воды из пипетки на эти поверхности.
Что наблюдаю: капля воды на чистой поверхности стекла расплылась по стеклу, на чистой поверхности листа капля воды впиталась в лист. На поверхности стекла и листа, смазанных маслом, капля воды приняла форму, близкую к шарику.
Вывод: разные поверхности смачиваются по-разному.
Теперь проверим, как смачиваемость твердых тел влияет на движение воды вверх.
Опыт № 4 «Бумажная радуга 2»
Цель: определить, как движется вода по чистой салфетке и масляной салфетке.
Н ам потребуется: набор цветных фломастеров, ножницы, салфетка, емкость с водой, растительное масло.
Вырезаем из салфетки 2 полоски, одну смазываем растительным маслом.
Наносим на обе полоски, отступая 5 см. от края, разноцветные точки фломастерами в один ряд.
О пускаем полоски в ёмкость с водой так, чтобы она лишь немного касалась поверхности воды.
Что наблюдаю: по чистой салфетке, вода способна течь вверх. То есть чистая салфетка хорошо смачивается, что позволяет воде самопроизвольно поднимается по мельчайшим порам – капиллярам вверх. Как мы уже знаем, именно это явление получило название капиллярность. По салфетке, загрязненной растительным маслом, по её порам-капиллярам, вода вверх не поднимается.
Вывод: если вода не смачивает поверхность капилляра, то она не может самопроизвольно течь вверх. Если поверхность смачиваема, то вода по капиллярам самостоятельно поднимается вверх.
Опыт № 5 «Растения испаряют воду»
Цель: доказать, что листья растений испаряют воду.
Нам потребуется: комнатное растение, полиэтиленовый пакет.
Возьмем комнатное растение, умеренно польем его.
Поместим стебли и листья растения в полиэтиленовый пакет и плотно пакет завяжем, не повредив растение. Горшок и землю в пакет ставить не нужно.
Оставим на ночь.
Что наблюдаю: поверхность пакета покрылась капельками воды.
Вывод: растения испаряют воду.
Взаимодействие трех условий
Опыт № 6 «Волшебные растения»
Цель: доказать, что по капиллярам растений вода способна самостоятельно подниматься вверх до самых листьев и цветков.
Нам понадобится: цветы белой хризантемы, веточки сельдерея с листьями, емкость с водой, пищевые красители.
Возьму несколько емкостей с водой и покрашу воду в каждой в разный цвет. Я выбрала синий, красный и желтый цвета.
Б еру три цветка хризантемы и две веточки сельдерея ставлю каждый в свою емкость.
Оставляю на 5-6 часов.
Ч то наблюдаю: несколько часов спустя вижу, что цветы и лисья сельдерея начали окрашиваться в тот цвет, в какой была окрашена вода.
Вывод: растения имеют капилляры. По ним вода самопроизвольно течет (поднимается) вверх, окрашивая цветки и листья.
Общий вывод: вода может самопроизвольно течь вверх.
В результате проделанных опытов, мною были сделаны следующие выводы:
Моя гипотеза подтвердилась: вода может течь вверх.
На движение воды вверх большое влияние оказывают такие условия, как капиллярность, смачиваемость и испарение воды листьями растений.
Вода – это уникальное и загадочное вещество, которое вопреки силе притяжения может течь вверх.
Своими открытиями я поделилась с одноклассниками в школе. Рассказала им все, что узнала в процессе своей работы о необычном явлении, которое мы можем наблюдать в природе. Рассказала о том, что способность воды подниматься вверх по тонким трубкам-капиллярам имеет огромное значение в жизни растений. Так, корень, всасывая воду и растворенные в ней минеральные вещества из почвы, обеспечивает поступление их в стебель растения, а там по специальным каналам – капиллярам вода с минеральными веществами самостоятельно поднимается до макушки самых высоких растений. Тем самым поддерживается жизнь на нашей планете.
Исследовательская работа — это интересный увлекательный процесс! Задачи, поставленные мной в начале исследования, были успешно решены. Для себя я открыла много нового и интересного.
Но все ли свойства воды изучены учеными? Конечно, нет! Вода — загадочное вещество. До сих пор ученые не могут понять и объяснить очень многие её свойства. Но, можно не сомневаться, что все загадки воды будут успешно разрешены наукой. Будет открыто еще немало новых, более удивительных свойств вода – самого необыкновенного вещества в мире!
Ванклив Дж. Большая книга научных развлечений. Пер. с англ. Песковой И М.-Москава:АСТ:Астрель,2009
Леонович Ф. Ф. Физика без формул. -Москва: издательство АСТ.2018
Мейяни А. Большая книга экспериментов. Пер. с ит .Мотылёвой Э.И.-Москва: РОСМЭН 2018
Яковлева М.А.Большая книга научных опытов для детей и взрослых-Москва:Эксмо,2018
Источник
