Page 1

Cijena 10 KNI; 1,32 EURI; 1,76 USD;I 2,52 BAM;I 150,57 RSD;I 80,84 MKD

I Arduino + Visualino = STEMI I SF priča I I Mala škola fotografije I

ISBN 0400-0315

Rubrike

Izbor I Najveća replika katedrale od Lego-kockica na svijetuI I Leteći robot inspiriran malenim kolibrićem I IA  lfa-X - najbrži putnički vlak iz Japana I I Engelbergerova Nagrada za 2019. godinu I IU  brzivači čestica i izvori zračenja I Broj 626 I Lipanj / June 2019. I Godina LXIII.

ČASOPIS ZA MODELARSTVO I SAMOGRADNJU

www.hztk.hr


ELEKTRIČNI AUTOMOBILI

U OVOM BROJU Zajedničkim snagama do autonomne električne mobilnosti. . . . . . . . . 2 Najveća replika katedrale od Lego-kockica na svijetu . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Diodni termometar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Osnove STEM-a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (22). . . . . 10 Leteći robot inspiriran malenim kolibrićem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Svjetski kup modela klase F5J . . . . . . . . . . 14 General Electric gradi najveću vjetroturbinu na svijetu. . . . . . . . . . . . . . . . 15 Mala škola fotografije. . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Pogled unatrag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Analiza fotografija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Alfa-X - najbrži putnički vlak iz Japana . . . . 16 Dozvan iz bezdana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Mali elektronički sklopovi (12) . . . . . . . . . . 24 Plinska rasvjeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Ubrzivači čestica i izvori zračenja. . . . . . . . 29 General Electric gradi najveću vjetroturbinu na svijetu. . . . . . . . . . . . . . . . 33 Engelbergerova nagrada za 2019. godinu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Zajedničkim snagama do autonomne električne mobilnosti

Citroën je novim autonomnim konceptualnim električnim vozilom 19_19 obilježio svoju stotu godišnjicu, a Goodyear je posebno za tu prigodu i isključivo za ovaj model napravio konceptualnu gumu C100 s jedinstvenom konstrukcijom i inovativnim svojstvima. Jedinstvenom vozilu odgovaraju i jedinstvene gume koje odlikuje nekoliko inovativnih značajki. Guma C100 ima promjer od 1 m, što je za 40 cm više u usporedbi s prosječnim autogumama. Veći promjer omogućuje veću izdržljivost, veću udobnost, ali i bolje vozne značajke na mokroj podlozi, a boljoj energetskoj učinkovitosti ovog električnog vozila u prilog ide smanjen otpor kotrljanja. Koncept gume C100 uključuje i korištenje napredne senzorne tehnologije koja Nacrt u prilogu: prati stanje površine ceste kao i vremenske Japanska sondažna raketa SS-520-5 uvjete na cesti te komunikacijom s kontrolnim sustavom konceptualnog autonomnog vozila Robotski modeli za učenje kroz igru Citroën 19_19 doprinosi kvaliteti vožnje. Guma u STEM-nastavi -- Fischertechnik (22) C100 omogućuje znatno tišu vožnju zahvaljujući gaznom sloju koji ima gotovo 100 blokova više od Nakladnik: Hrvatska zajednica tehničke Uredništvo i administracija: Dalmatinska 12, obične gume. Gazni sloj, inspiP.p. 149, 10002 Za­greb, Hrvatska kulture, Dalmatinska 12, P. p. 149, 10002 telefon (01) 48 48 762 i faks (01) 48 46 979; riran prirodnom spužvom, ima Zagreb, Hrvat­ska/Croatia www.hztk.hr; e-pošta: abc-tehnike@hztk.hr mogućnost da u suhim uvjetima Za nakladnika: Ivan Vlainić “ABC tehnike” na adresi www.hztk.hr Uredništvo: dr. sc. Zvonimir Jako­bović, postaje krući, a u mokrim se Izlazi jedanput na mjesec u školskoj godini Miljen­ko Ožura, Emir Mahmutović, omekša čime se postižu bolja (10 brojeva godišnje) Denis Vincek, Paolo Zenzerović, Ivan Lučić, svojstva gume kod kočenja u Rukopisi, crteži i fotografije se ne vraćaju Zoran Kušan Žiro-račun: Hrvat­ska zajednica tehničke kul­ raznim situacijama i uvjetima. Glavni urednik: Zoran Kušan ture HR68 2360 0001 1015 5947 0 Sandra Knežević Izvor: https://news.goodyear.eu/

DTP / Layout and design: Zoran Kušan Lektura i korektura: Morana Kovač Broj 10 (626), lipanj 2019. Školska godina 2018./2019. Naslovna stranica: L  eteći robot inspiriran malenim kolibrićem

Devizni račun: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Zagreb, Dalmatinska 12, Zagre­bačka banka d.d. IBAN: 6823600001101559470 BIC: ZABAHR2X Cijena za inozemstvo: 2,25 eura, poštarina uključena u cijeni Tisak: Alfacommerce d.o.o., Zagreb

Ministarstvo znanosti i obrazovanja preporučilo je uporabu “ABC tehnike” u osnovnim i srednjim školama


Najveća replika katedrale od Lego-kockica na svijetu Jedna po jedna Lego-kockica i Nacionalna katedrala u Washingtonu (druga po veličini u SAD-u) bi kroz dvije-tri godine trebala dobiti svoju repliku. Projekt je pokrenut s ciljem prikupljanja sredstava za dovršetak obnove Nacionalne katedrale pogođene potresom 2011. godine, a potaknut i nedavnim požarom pariške katedrale Notre-Dame. Ideja projekta je da posjetitelji mogu doći i uživo pratiti napredak u izgradnji, s time da

IZLOŽBE

donacijom od 2 USD za jednu kockicu mogu sudjelovati u prikupljanju sredstava za dovršetak obnove same katedrale. Isto tako mogu pomoći volonterima u sastavljanju dijelova građevine, poput vrata, prozora, tornjeva, koji se zatim uklapaju u cjelinu. U suradnji s tvrtkom Bright Bricks (profesionalna Lego-građevinska tvrtka) replika katedrale u omjeru 1:40 bit će sastavljena od oko 500 tisuća Lego-kockica. Replika duljine 4

3


Katedrala Sv. Petra i Pavla u Washingtonu

m, širine 2,5 m i visine od 3,35 m moći će prikazati i najljepše detalje poput zapadne rozete, Betlehemske kapele i središnjeg tornja. Za svaki pojedini stup bit će potrebno utrošiti oko 700 Lego-kocaka, a prava katedrala između ostalog sadrži 112 grotesknih kipova, 215 vitraja i 288 kamenih anđela. Izvor: https://cathedral.org/lego/ Sandra Knežević

4


Diodni termometar Temperatura je fizičko svojstvo i mjerna veličina koju je važno mjeriti u prirodoznanstvenim istraživanjima i tehnici te svakodnevnom životu. Mjerenje temperature jedan je od primarnih zadataka u svakom istraživanju, a nepridavanje važnosti preciznom mjerenju temperature može dovesti do krivih zaključaka ili neuviđanja prirodnih fenomena. Bilo koje svojstvo koje pokazuje temperaturnu zavisnost može poslužiti kao termometrijski parametar ako zadovoljava sljedeće uvjete: prvo, temperatura se može mjeriti jednostavno, brzo i točno, drugo, osjetljivost termometra mora biti velika, a vrijeme odziva na temperaturne promjene brzo, i treće, toplinski učinak termometra i njegov toplinski kapacitet moraju biti minimalni kako bi što manje utjecali na primarni cilj mjerenja. Termometri se razvrstavaju na dva tipa s obzirom mjere li temperaturu izravno (primarni) ili je potrebno dodatno umjeravanje na barem jednoj poznatoj temperaturi (sekundarni). Prednost sekundarnih termometara koje je potrebno umjeravati njihova je velika osjetljivost koja primarne termometre u toj karakteristici nadmašuje i do deset puta. Primjeri sekundarnih termometara su otpornički

ELEKTROTEHNIKA

i poluvodički termometri, CMN-magnetski termometri, kapacitivni termometri i termočlanci. U ovom članku pokazuje se ima li PN-poluvodička dioda temperaturnu ovisnost o naponu koja je dovoljno jednostavna i objašnjiva kako bi poslužila kao termometrijski parametar i ako da, može li poslužiti kao brz, točan i osjetljiv temperaturni senzor. Uz to, ukratko je opisano kako izraditi diodni termometar i umjeriti ga za pouzdano mjerenje temperature. PN-dioda je neomski elektronički element budući da struja iznad specifičnog napona ili napona praga raste eksponencijalno s porastom napona. Kako bi se dioda iskoristila kao temperaturni senzor potrebno je provjeriti može li zavis­ nost napona o temperaturi diode biti linearna iako dioda kao elektronički element pokazuje nelinearnu karakteristiku. Odgovor je da, ako se radi o silicijevoj diodi (npr. 1N4148 ili 1N4007) za temperaturni interval od 273 K do 373 K uz padove napona na diodi od 0,1 V od 0,45 V što uz stalnu struju kroz diodu od 10 μA daje uvjet za linearnost T-U karakteristike diode. Navedeni interval temperatura provjeren je mjerenjima za potrebe izrade eksperimentalnog rada iz fizike,

a)

c)

b)

Slika 1. a) Shema sklopa, b) položaj elektroničkih sastavnica na pločici (nacrtano programom Altium Designer 13) i c) konačan izgled pločice s diodom

dok se u literaturi navodi puno šire temperaturno područje mjerenja diode od čak 1 K do 400 K. Za germanijeve ispravljačke diode uz stalnu struju kroz diodu T-U karakteristika postaje nelinearna već za temperature iznad 313 K zbog čega germanijeve diode nemaju senzorski potencijal. Povišenje temperature diode ima za posljedicu smanjivanje otpora diode. Kako bi se smanjio toplinski doprinos same diode nužno je imati stalnu struju kroz diodu. Struju je moguće sta-

5


Pribor Ispravljačka dioda Stabilizator napona Kondenzator LE-dioda Tranzistor

Opis 1N4007 L7805 0,33 µF i 0,1 µF 630 nm/pokazatelj stanja IRF 9630 MOSFET 2 silicijeve, 1 LED i 1 Mjerna dioda germanijeva Izvor 12 V istosmjerno Operacijsko pojačalo LM324N Voltmetar Digitalni 1 × 1 kΩ, 2 × 10 kΩ, Otpornici 1 × 33 kΩ, 2 × 100 kΩ, 1 × 150 kΩ, 1 × 250 kΩ 1 × 10 kΩ Promjenjivi otpornik 2 × 100 kΩ Slika 2. Elektroničke sastavnice za izradu sklopa

bilizirati uporabom FET-a ili otpornikom velikog otpora. S obzirom na vrlo male promjene napona od 2 mV/K za povećanje izlaznog napona rabi se pojačalo. Na Slici 1. prikazan je dio sheme sklopa i položaj elektroničkih sastavnica na tiskanoj pločici kao i konačan izgled sklopa s kojim se provjerava T-U zavisnost, a na temelju koje se definira pravac umjeravanja. Shema sklopa je prikazana pojednostavljeno kako bi se lakše opisao rad bitnih dijelova sklopa. U konačnoj inačici sklop je neznatno složeniji i čine ga elektronički elementi prikazani u tablici na Slici 2. Rad sklopa i elementi uporabljeni za izradu sklopa mogu se ukratko opisati na sljedeći način. Mala struja kroz diodu D1 od 100 μA (Slika 1.) omogućuje da temperatura diode zavisi isključivo o vanjskoj temperaturi. Operacijsko pojačalo U1:A naponsko je slijedilo koje na izlazu ima isti napon kao na neinvertirajućem ulazu. Zbog velikog ulaznog otpora operacijskog pojačala struja kroz neinvertirajući ulaz U1:B vrlo je mala zbog čega ne utječe na struju kroz diodu. Operacijsko pojačalo U1:B spojeno je kao diferencijalno pojačalo koje pojačava razliku napona između neinvertirajućeg i invertirajućeg ulaza na pojačalu U1:B. Faktor pojačanja je R5/R2. Napon na neinvertirajućem ulazu U1:B je [R3/(R3+R4)]∙UCC. Za opisani sklop važan je faktor pojačanja i napon na neinvertirajućem ulazu U1:B. Te vrijed­ nosti određuju prikaz temperatura diode na izlazu pojačala te ih treba namjestiti ovisno o rasponu temperatura mjerenja. Na primjer, ako je faktor pojačanja 30 tada je na 100 oC napon

6

6,5 V. Napajanje sklopa je 5 V. Isto tako, naponi na ulazima u pojačala ne smiju biti blizu 0 V i 5 V jer pojačalo dopušta napone na ulazima od 0 V do UCC=1,5 V. Izlaz prikazanog sklopa moguće je spojiti na analogno-digitalni ulaz mikrokontrolera. U tom slučaju rezolucija sklopa iznosila bi 0,15 oC za temperaturno područje od – 10 oC do 120 oC. Pravac umjeravanja može se dobiti iz rezultata mjerenjem napona na diodi i temperature. Mjerenja je moguće provesti sa silicijevom diodom u zatvorenom kućištu postavljenom u staklenu epruvetu koja je sa sondom termometra toplinski izolirana te postavljena u zagrijanu čašu s vodom. Nakon stabilizacije temperature diode može se mjeriti temperatura diode i napon. Iz dobivenih podataka metodom najmanjih kvadrata u nekom od računalnih programa za crtanje grafičkih prikaza potom je moguće dobiti pravac umjeravanja u linearnom dijelu zavisnosti (Slika 3.). Za to se može koristiti MS Office Excel koji s funkcijom ‘’brzi raspored’’ automatski ispisuje jednadžbu pravca umjeravanja na grafu i korelacijski koeficijent (R2) povezanosti varijabli. Izmjerene vrijednosti pokazuju da se povećanjem temperature diode povećava

Slika 3. Zavisnost temperature o naponu za silicijevu diodu

napon na diodi što je rezultat uporabe naponskog pojačala. Na kraju valja napomenuti da termometri s diodom, u ovom slučaju silicijevom, imaju dobre i manje dobre karakteristike. Glavni nedostatak silicijeve diode kao temperaturnog senzora potreba je za individualnim umjeravanjem zbog razlika u svojstvima svake pojedinačne diode. Do razlika dolazi u procesu proizvodnje dioda,


a promjene u naponu na diodi pri određenoj temperaturi i struji kroz diodu iznose do ±5 mV. Razlike su posljedica koncentracije nečistoća u n i p tipu poluvodiča zbog čega svaka dioda ima autentičnu U(T) karakteristiku. Drugi nedostatak silicijeve diode osjetljivost je na magnetsko polje zbog čega nisu primjenjive za mjerenje temperature kad postoji relativno jako magnet-

sko polje. Dobre su strane velika osjetljivost na temperaturne promjene, brz odziv na promjene temperature, izrazita ponovljivost U(T) zavisnosti i vrlo male dimenzije prikladne za uporabu u eksperimentalnim uređajima. Kao alternativa ispravljačkoj diodi može se uporabiti i LE-dioda, ali sa sklopom bez pojačala zbog većeg ulaznog otpora LE-diode. Antonio Svedružić, prof.

ARDUINO + VISUALINO = STEM

Osnove STEM-a Poštovani čitatelji, u prošlom ste nastavku izradili i programirali metronom. U ovom ćete, desetom nastavku serije, upoznati binarne i heksadekadske brojevne sustave.

Nastavak 10.

Dekadski brojevni sustav Svaki put kad napišete neki dekadski broj, kao na primjer 128, vi ustvari izostavljate potencije baze 10 koji ga čine, jer je dogovoreno da brojeve valja pisati skraćeno, bez potencija. Kod takvog načina pisanja važna je pozicija svakog pojedinog broja u nizu. Na primjeru broja 128 broj 1 je na poziciji stotica, 2 na poziciji desetica i 8 na poziciji jedinica. U stvarnosti bi broj 128 trebalo pisati ovako: 1 × 102 + 2 × 101 + 8 × 100, odnosno 1 × 100 + 2 × 10 + 8 × 1. Binarni brojevni sustav U elektronici, svi digitalni integrirani sklopovi koriste dvije električne razine. Prva je razina kad napona ima, a druga je razina kad napona nema. Uobičajeno je da se s logičkom razinom 1 (“HIGH”) ukazuje da napona ima, a s logičkom razinom 0 (“LOW”) da napona nema. Iz tog razloga javila se potreba za uvođenjem novog načina računanja, koji se temelji na brojevima 1 i 0. Ako se primijeni načelo koje se koristi u dekadskom brojevnom sustavu, a pritom se misli na pozicijsko pisanje brojeva, onda se broj 128 binarno piše ovako: 1 0 0 0 0 0 0 0. Kako su dogovorno izostavljene potencije baze 2, isti taj broj bi ustvari trebao izgledati ovako: 1 × 27 + 0 × 26 + 0 × 25 + 0 × 24 + 0 × 23 + 0 × 22 + 0 × 21 + 0 × 20, odnosno 1 × 128 + 0 × 64 + 0 × 32 + 0 × 16 + 0 × 8 + 0 × 4 + 0 × 2 + 0 × 1. Dobro je znati

da je to ujedno i formula za pretvorbu binarnog u dekadski brojevni sustav. Heksadekatski brojevni sustav Osim navedenih, u informatici se susreće i heksadekadski brojevni sustav kod kojega je baza 16. Često se koristi kod pisanja softvera jer nudi značajne prednosti. Heksadekadski brojevni sustav temelji se na brojevima od 0 do 15. Prvih deset označavaju se isto kao i kod dekadskog brojevnog sustava: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 i 9. Preostali brojevi, od 10 do 15, označavaju se određenim slovima abecede kako slijedi: 10 = A, 11 = B, 12 = C, 13 = D, 14 = E i 15 = F. Dekadski broj 128 radi svega toga heksadekadski se piše ovako: 80. Kako su izostavljene potencije baze 16, isti taj broj bi ustvari trebao izgledati ovako: 8 × 161 + 0 × 160, odnosno 8 × 16 + 0 × 1. To je ujedno i formula za pretvorbu heksadekatskog u dekadski brojevni sustav. Korištenjem heksadekadskog sustava pojednostavnjuje se prikazivanje binarnih brojeva jer se sa samo nekoliko znamenaka zamjenjuje nepregledan broj nula i jedinica. Kako pretvoriti dekadski broj u binaran ili heksadekatski i obrnuto? Najjednostavniji način pretvorbe je uz pomoć kalkulatora. U Windowsima takav kalkulator postoji. Kad ga pokrenete on se otvara u takozvanom standardnom modu pa ga trebate preko padajućeg izbornika “View” prebaciti u “Programmer”. To svakako isprobajte. Zadatak 1. Napišite program kao na Slici 10.1. koji će pritiskom na četiri tipke Kaeduove pločice generirati binarne brojeve. Za prikaz brojeva koristite Visualinov monitor.

7


čitaju i odgovarajući dekadski brojevi. Pogledajte Sliku 10.3.

Slika 10.1. S četiri tipke moguće je generirati četveroznamenkaste binarne brojeve. U informatici se znamenka naziva “bit”

Program otpremite. Ako je sve kako valja, na Visualinovom će se monitoru nakon nekoliko sekundi pojaviti natpis “binarno 0000”. Kaeduovu pločicu okrenite tako da su tipke usmjerene prema vama. Redom, od desne prema lijevoj pritišćite tipke. Ako je sve kako valja, kod pritiska tipke SW2 na monitoru bi se trebalo ispisati: “binarno 0001”; kod pritiska tipke SW3 trebalo bi se ispisati: “binarno 0010”; kod pritiska tipke SW4 trebalo bi se ispisati: “binarno 0100”; kod pritiska tipke SW5 trebalo bi se ispisati: “binarno 1000”. Koji su to brojevi u dekadskom sustavu? Redom su to 1, 2, 4 i 8. Naravno, moguće su i sve druge kombinacije. Tako naprimjer kada želite dobiti broj 3 tada morate istovremeno pritiskati tipke SW2 i SW3, jer 0001 + 0010 = 0011, odnosno 1 + 2 = 3. Kada želite dobiti najveći četverobitan broj onda morate istovremeno pritiskati SW2, SW3, SW4 i SW5. Dobit ćete binaran broj 1111, a to je u dekadskom brojevnom sustavu broj 15. Što program radi? Četiri bloka “DigitalRead PIN#” čitaju digitalna stanja s četiri tipke. Njihove se vrijednosti, 1 ili 0, pospremaju u četiri promjenljive. Za prikaz dobivenog broja koristi se blok “create text with” (Slika 10.2.) koji redom, jedan do drugoga slaže brojeve iz promjenljivih, a potom se s blokom “Serial Println” na Visualinovom monitoru sve skupa prikazuje kao tekst.

Slika 10.2. Ovaj se blok nalazi u “Text”. Koristi se za spajanje dvaju tekstova te njihovo ispisivanje u jednom redu Visualinovog monitora

Zadatak 2. Proširite i prepravite prethodni program tako da se na Visualinovom monitoru osim binarnih

8

Slika 10.3. Ovim se proširenjem na Visualinovom monitoru, osim binarnih prikazuju i odgovarajući dekadski brojevi

Program otpremite. Ako je sve kako valja, nakon nekoliko će se sekundi na Visualinovom monitoru ispisati: “binaran broj 0 = dekadski broj 0”. Isprobajte sve kombinacije. Kako to radi? Za pretvorbu iz binarnog u dekadski brojevni sustav korištena je formula koja je navedena u uvodu. Unutar matematičkog bloka računaju se potencije broja 2. Svaki se tako dobiveni broj množi s brojem odgovarajućeg bita, a na kraju se svi ti umnošci zbrajaju. Pažljivom čitatelju neće promaći da je formula zapisana u dva reda. Kako ćete to postići? Najprije trebate uobičajeno posložiti matematičke blokove za potenciranje, množenje i zbrajanje, a potom trebate desnim klikom miša po prvom vanjskom matematičkom bloku zbrajanja doći do padajućeg izbornika, gdje trebate izabrati “External Inputs”. Nadalje, vidljivo je da je proširen blok “create text with”. Kako ćete to postići? Unutar spomenutog bloka kliknite po plavoj zvjezdici. U

Slika 10.4. U svrhu proširivanja Slika 10.5. U padajućem bloka “create text with” klikni- izborniku zakačite blok te po plavoj zvjezdici “element” te ga dovucite u blok “join”. To ponavljajte onoliko puta koliko predviđate da će vam trebati riječi u jednom nizu


padajućem izborniku, metodom zakači i potegni, zakačite blok “element” te ga dovucite i ispustite unutar bloka “join”. Pogledajte Sliku 10.4. i Sliku 10.5. Kako je vidljivo, u ovom se programu ne koristi način prikazivanja binarnog broja kao u prethodnom programu. Za pretvorbu i prikaz binarnog broja koristi se blok “Convert”. Taj će blok pretvoriti broj dekadskog sustava upisanog kod “value” u neki drugi brojevni sustav. Dovoljno je da kliknete na crni trokutić i iz padajućeg izbornika izaberete “Binary”. Pogledajte Sliku 10.6.

Slika 10.6. Ovaj se blok nalazi u “Communication”. Kod “value” valja upisati dekadski broj, a klikom na trokutić valja izabrati u koji će se sustav taj broj pretvoriti. Napomena, ovaj blok funkcionira samo kad je pridružen bloku “Serial Println”

Primijetite da se kod binarnog broja ovim blokom ne ispisuju nule s lijeve strane. Naime, u binarnom je sustavu 0100 isto što i 100. Jednako tako, u dekadskom je sustavu broj 04 isto što i broj 4. Zašto? Kod pozicijskog pisanja broja važna je pozicija broja, a nula se koristi samo kada pozicije trebaju ostati točne. Na primjer, kod broja 8603 nula zauzima mjesto desetica. Bez nje bi broj ostao bez oznake pozicije pa bi izgledao ovako: 863, a to onda nije više isti broj. Na kraju programa dodana je pauza od 1000 ms zbog toga da brojevi, radi prebrzih izmjena, ne bi na monitoru titrali.

Zadatak 3.

Proširite prethodni program tako da se na Vizualinovom monitoru dobiju i odgovarajući heksadekadski brojevi. Pogledajte Sliku 10.7.

zivati brojeve u binarnom, u dekadskom i u heksadekadskom sustavu

Program otpremite. Ako je sve kako valja, nakon nekoliko će se sekundi na Visualinovom monitoru ispisati: “0 binarno = 0 dekadski = 0 heksadekadski”. Isprobajte sve kombinacije. Kako to radi? Sve je isto kao i u prethodnom programu. Jedino je prikaz podataka proširen s blokom koji dekadske brojeve pretvara u heksadekadske.

Zadatak 4.

Napišite program binarne kockice za igranje “Čovječe, ne ljuti se!”. Za prikaz binarnog broja koristite tri LED-ice Kaeduove pločice. Zašto samo tri? Naime, kockica ima šest brojeva, a za to su dovoljna 3 bita. Pogledajte Sliku 10.8.

Slika 10.8. Sa samo tri LED-ice moguć je binaran prikaz svih brojeva kockice

Na Slici 10.9. prikazan je glavni dio programa.

Slika 10.9. Ovo je glavni dio programa binarne kockice

Na Slici 10.10. i na Slici 10.11. prikazane su funkcije koje trebate napisati uz glavni dio programa.

Slika 10.10. Funkcija igre svjetlosti triju LED-ica Slika 10.7. Ovaj će program na monitoru Visualina prika-


“STEM” U NASTAVI

Slike na prilogu

Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi -Fischertechnik (22)

Slika 10.11. Funkcija koja će uz pomoć LED-ica prikazivati binarne brojeve

Program otpremite. Nakon nekoliko sekundi trebala bi započeti igra svjetlosti triju LED-ica. Pritisnite tipku SW2. Igra svjetlosti bi trebala prestati te bi se trebale upaliti samo LED-ice koje će prikazivati binaran broj. Za ponovno “bacanje” kockice trebate pritisnuti tipku SW3. Ideja za samostalan rad. Proširite program na način da se generirani binarni brojevi kockice ispisuju i na monitoru Visualina. Marino Čikeš, prof.

MINISTARSTVO ZNANOSTI I OBRAZOVANJA REPUBLIKE HRVATSKE

SRPANJ/KOLOVOZ 2017. NACIONALNI CENTAR TEHNIČKE KULTURE KRALJEVICA

10

Upravljanje robotskim vozilom omogućava rješavanje niza složenih problemskih situacija. Pretraživanje teško pristupačnih dijelova razrušenih građevina zahtijeva uporabu autonomnih robota koji smanjuju opasnost i ubrzavaju proces pronalaženja ozlijeđenih. Opasnost pri provjeri razrušenih prostora u gradovima i traženje preživjelih nakon potresa na nepristupačnim dijelovima građevina zahtijeva upotrebu mobilnih robota. Zahtjevni zadaci potrage za preživjelima iziskuju izradu konstrukcije robota opremljenog senzorima sposobnog za obavljanje tih zadataka. Senzori omogućavaju očitanje ulaznih podataka koje obrađuje sučelje (interface) pomoću učitanog programa. Elektronički sklop upravlja izlaznim elementima modela robota uporabom programskog algoritma. Slika 1. _RV Robotsko vozilo Model robotskog vozila građen je od pogonskog mehanizma (elektromotor), prijenosnog mehanizma (getriba) i gonjenog mehanizma (kotači). Autonomno robotsko vozilo opremljeno je svjetlosnim senzorima smještenima na prednjem dijelu čime je omogućeno kretanje u smjeru izvora svjetla. Senzori traže izvor svjetla (npr. svjetiljku) i ako oba fototranzistora identificiraju svjetlo, robotsko se vozilo kreće prema njemu i prati ga. Izvor svjetla ne smije se pomicati prebrzo i mora se kretati postepeno i kontinuirano. Ako model izgubi kontakt s izvorom svjetla robotsko vozilo započinje ponovno pretraživanje. Konstrukcijom modela robotskog vozila upravljamo uz pomoć svjetlosnih senzora (fototranzistora). Odabir konstukcijskih blokova i elektrotehničkih elemenata omogućava detaljan


i sustavan popis koji olakšava izradu robotskog vozila. Slika 2. _FT_elementi Građevni blok s rupom ima dva otvora različitih dimenzija (veći i manji) kroz koji prolazi element s osovinom na kojem je smješten treći kotač. Slika 3. _FT_konstrukcijaA Građevni blok s rupom povezan je građevnim elementom s dva spojnika i građevnim blokom s dva spojnika. Ovime je osigurana čvrsta osnova oko koje spajamo pogonski mehanizam robotskog vozila. Slika 4. _FT_konstrukcijaB Slika 5. _FT_konstrukcijaC Slika 6. _FT_konstrukcijaD Pogonski elektromotor s prijenosnim mehanizmom spajamo umetanjem do krajnjeg položaja. Pozicija lijevog i desnog elektromotora određena je njihovom funkcijom i njihovo podešavanje važan je korak u izradi konstrukcije robotskog vozila. Slika 7. _FT_konstrukcijaE Slika 8. _FT_konstrukcijaF Elektromotor se vrti pri prolasku struje u oba smjera (cw, ccw) i rotacijom pužnog vijka omogućava pokretanje pogonskog mehanizma. Navoji dodiruju zupčanik koji je u međusobnoj interakciji unutar sustava prijenosnog mehanizma i uzrokuju pokretanje zupčanika povezanog s osovinom lijevog i desnog kotača. Slika 9. _FT_konstrukcijaG Treći kotač upotrebljavamo pri promjeni smjera kretanja robotskog vozila čime je osigurana njegova stabilnost. Time je omogućeno upravljanje i pokretanje robotskog vozila u svim smjerovima (naprijed, nazad, lijevo, desno). Napomena: Spojni blok rotirajućeg kotača umećemo u rupu manjeg otvora koja je okrenuta prema podlozi. Prijenos kružnog gibanja (rotacije) elektromotora na prijenosni mehanizam zupčanika ostvaren je čvrstom vezom. Posljedica je nemogućnost vrtnje elektromotora dok ga ne spojimo na sučelje i izvor napajanja (bateriju). Slika 10. _FT_konstrukcijaH Slika 11. _FT_konstrukcijaI Priprema za povezivanje kotača s prijenosnim mehanizmom osigurava veliki građevni blok s rupom kroz koju provlačimo osovinu pričvršćenu za kotač. Slika 12. _FT_konstrukcijaJ

Postavljanje i podešavanje pozicije malog građevnog bloka na veliki građevni blok s rupom u sredini osigurava umetanje osovine lijevog i desnog kotača koja prolazi kroz vanjski otvor malog građevnog bloka. Stezanje velikog zupčanika omogućava čvrstoću i postojanost prilikom vrtnje kotača koji je spojen s osovinom. Podešavanje pozicije kotača pričvršćenog za osovinu važan je korak za funkcionalnost robotskog vozila. Slika 13. _FT_konstrukcijaK Slika 14. _FT_konstrukcijaL Spajanje zupčanika s dijelovima prijenosnog mehanizma odvija se preko osovine, pri čemu dolazi do prijenosa gibanja na kotače vozila. Spajanje oplate kotača s gumom i maticom osigurava povezivanje u funkcionalnu cjelinu pomoću elementa za sastavljanje lijevog i desnog kotača (stezna matica). Slika 15. _FT_konstrukcijaLJ Slika 16. _FT_konstrukcijaM Veliki građevni elementi omogućavaju povezivanje modela robotskog vozila u čvrstu cjelinu. Ovaj dio konstrukcije robotskog vozila osigurava veću kvalitetu i potpunu cjelovitost robotskog vozila. Poboljšanje pojačanja čvrstoće konstrukcije osigurano je tankim spojnim elementima s obje strane donje površine velikih građevnih blokova. Slika 17. _FT_konstrukcijaN Slika 18. _FT_konstrukcijaNJ Dodatni građevni spojni elementi (crveni) postavljeni su na gornju lijevu i desnu stranu vozila. Funkcija im je povećati čvrstoću konstrukcije modela robota i omogućiti izradu pomične konstrukcije podnožja vozila građene od tri velika građevna bloka. Slika 19. _FT_konstrukcijaO Slika 20. _FT_konstrukcijaP Slika 21. _FT_konstrukcijaR Slika 22. _FT_konstrukcijaS Na veliki građevni blok umetnut je mali spojni građevni blok koji je smješten u sredini nosača. Namjena je omogućiti lagano i jednostavno mijenjanje baterijskog bloka (izvora napajanja) robotskog vozila. Ovime je osigurana čvrstoća i nepomičnost baterijskog bloka tijekom kretanja robotskog vozila. Slika 23. _konstrukcijaŠ Slika 24. _konstrukcijaT Slika 25. _konstrukcijaU

11


Tanki veliki građevni spojni elementi (crveni) postavljeni su na prednju i stražnju stranu vozila. Ovime je dodatno povećana čvrstoća i cjelovitost konstrukcije robotskog vozila. Slika 26. _konstrukcijaV Slika 27. _FT_elementi1 Umetanje baterijskog bloka osigurava dodatnu stabilnost robotskog vozila kojemu je velika masa baterijskog bloka ravnomjerno raspoređena na stražnji dio konstrukcije trećeg pomoćnog kotača. Količina i vrsta konstukcijskih blokova i elektrotehničkih elemenata detaljano je prikazana (Slika 27.) čime je olakšana izrada modela robotskog vozila. Slika 28. _konstrukcijaZ Slika 29. _konstrukcijaŽ Na vrhove nosača postolja za bateriju postavljeni su kosi elementi s jednom spojkom od 30° nagiba prema prednjem kraju robotskog vozila. Unutar kosih elemenata umetnut je mali spojnik koji omogućava postavljanje i podešavanje pozicije sučelja na robot. Ovime je osiguran ravnomjeran raspored mase između prednje i stražnje strane robota i omogućena je kompaktnost cijele konstrukcije. Slika 30. _konstrukcijaX Slika 31. _konstrukcijaY Spojni elementi postavljeni na prednjoj strani osiguravaju dodatnu stabilnost sučelja pri vožnji po neravnom terenu. Na desnu stranu sučelja postavljeni su kosi elementi od 30° koji su postolja za dva svjetlosna senzora (fototranzistora). Slika 32. _konstrukcijaW Svjetlosni senzori postavljeni su na kose elemente koji se nalaze na desnoj strani sučelja. Pozicija fototranzistora određena je pozicijom ulaza smještenih na sučelju radi smanjenja duljine vodiča i jednostavnosti pri povezivanju sa sučeljem. Slika 33. _konstrukcijaQ Slika 34. _konstrukcijaXY Ožičenje elektrotehničkih elemenata (elektromotora M1, M2) započinje s lijeve strane robotskog vozila okrenutog prema naprijed. Princip ovakvog načina povezivanja vodiča olakšava rad prilikom provjere i izrade algoritma programa. Spajanje elemenata s TXT-sučeljem: • elektromotori (M1 – lijevi, M2 – desni), • fototranzistori (I1 i I2 – desni naprijed)

• baterija (U = 9 V). Slika 35. _konstrukcijaXYZ Slika 36. _konstrukcijaYQ Napomena: Obavezno podesiti duljine vodiča na prikladnu udaljenost radi preglednosti spojeva elektromotora, svjetlosnih senzora (fototranzistora) i sučelja s vodičima. Pregledno i uredno povezane vodiče potrebno je grupirati radi izbjegavanja uplitanja s rotirajućim dijelovima robotskog vozila (kotačima i zupčanicima). Slika 37. _RV1 Provjera kontrole rada robotskog vozila: • vizualno ispitati i ispraviti nedostatake na robotskom vozilu i vodičima s TXT-sučeljem, • povezati TXT-sučelje s računalom (USB, Bluetooth) i izvorom napajanja (baterijom U = 9 V), • ispitati i provjeriti rad elektrotehničkih elemenata i senzora (tipkala, motora i lampica) s programom RoboPro. Konačna lista elemenata olakšava odabir konstrukcijskih blokova i elektrotehničkih elemenata za izradu konstrukcije modela robotskog vozila koji prati izvor svjetlosti (baterijska lampa). Slika 38. _FT_elementi2 Zadatak_1: Napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava kretanje prema na­prijed robotskom vozilu u smjeru izvora svjetlosti koji dolazi od baterijske lampe. Pokretanje vozila omogućavaju dva svjetlosna senzora (I1 i I2). Računalni program konstantno provjerava stanje na ulazima fototranzistora i ovisno o stanju na ulazima vozilo stoji, ide naprijed ili skreće u lijevu ili desnu stranu. Napomena: broj mogućih stanja na ulazima dva fototranzistora je četiri (4 = 22 = 2*2). Slika 39. _FT_Light Programsko rješenje prikazano tablicom istine olakšava razumijevanje i rad robotskog vozila koji prati izvore svjetlosti. SVETLOSNI SENZORI AKTUATORI (MOTORI) (FOTOTRANZISTORI) I1 I2 M1 (lijevi) M2 (desni) 1 1 cw (naprijed) cw (naprijed) 1 0 ccw (natrag) cw (naprijed) 0 1 cw (naprijed) ccw (natrag) 0 0 stop stop

Tablica stanja ulaznih/izlaznih elemenata

Napomena: provjera rada svjelosnih senzora i smjera vrtnje elektromotora osnovni je korak

12


prije pisanja programskog koda. Ako je smjer vrtnje elektromotora suprotan od željenog, potrebno je zamijeniti mjesta (polaritete) vodičima. Zadatak_2: Napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava kretanje prema nazad robotskim vozilu kada izvor svjetlosti osvijetli fototranzistore (I1 i I2). Ako je samo jedan od fototranzistora osvijetljen (I1 ili I2) elektromotori pokreću vozilo prema naprijed. Slika 40. _FT_Light1 Programsko rješenje prikazano tablicom istine olakšava razumijevanje i rad robotskog vozila koje prati izvor svjetlosti. SVETLOSNI SENZORI AKTUATORI (MOTORI) (FOTOTRANZISTORI) I1 I2 M1 (lijevi) M2 (desni) 1 1 ccw (natrag) ccw (natrag) 1 0 cw (naprijed) cw (naprijed) 0 1 cw (naprijed) cw (naprijed) 0 0 stop stop

Tablica stanja ulaznih/izlaznih elemenata

Vježbe upravljanja robotskim vozilom: Vježba_1. Napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava kretanje robotskog vozila kada izvor svjetlosti osvijetli fototranzistore koji su smješteni s prednje (I1 i I2), stražnje (I3 i I4), lijeve (I5 i I6) i desne (I7 i I8) strane robotskog vozila. Ako je samo jedan od fototranzistora osvijetljen (I1 ili I2) elektromotori pokreću vozilo prema naprijed. Ako je samo jedan od fototranzistora osvijetljen (I3 ili I4) elektromotori pokreću vozilo prema nazad. Ako je samo jedan od fototranzistora osvijetljen (I5 ili I6) vozilo skreće udesno. Ako je samo jedan od fototranzistora osvijetljen (I7 ili I8) vozilo skreće ulijevo. Vježba_2. Postavi na robotsko vozilo dvije lampice različite boje: plavu i crvenu. Poveži lampice sa sučeljem na izlaze (O5 i O6) i napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava kretanje robotskog vozila kada izvor svjetlosti osvijetli fototranzistore (I1–I8). Kada bilo koji fototranzistor detektira izvor svjetlosti vozilo se kreće i plava lampica treperi (pali/gasi) u periodu od 0,2 sekunde. Crvena lampica svijet­ li neprekidno u slučaju kada fototranzistori ne očitavaju izvor svjetlosti. Petar Dobrić, prof.

ROBOTIKA

Leteći robot inspiriran malenim kolibrićem Znanstvenici sa Sveučilišta Purdue izradili su leteći robot koji je poput kolibrića, najmanje ptice na svijetu specifične po visokoj frekvenciji zamaha krilima od čak 80 zamaha u sekundi. Kolibriću to omogućuje let u stranu i unatrag, ali i zadržavanje u zraku na jednome mjestu, a robot time dobiva mogućnost boljeg i preciznijeg manevriranja kroz ruševine i slabo dostupna mjesta kao i učinkovitije potrage za žrtvama zarobljenim ispod ruševina. Uz pomoć algoritama strojnog učenja leteći robot usvojio je tehnike kretanja i manevriranja koje kolibrići koriste u svom svakodnevnom životu. To znači da robot uči pomoću simulacije i “zna” kako se treba kretati i ponašati u određenoj situaciji, što znači i samostalno predvidjeti u kojem trenutku treba izvesti manevar za bijeg. Kombinacija umjetne inteligencije (AI – artificial intelligence) i fleksibilnih lepršavih krila omogućuje robotu savladavanje i nekih novih pokreta i trikova. Robot nema razvijen vid, ali osjeća dodirivanje s raznim površinama, pri čemu se kod svakog dodira mijenja električna struja, za koju su znanstvenici zaključili da ju mogu pratiti. Tijelo robota izrađeno je pomoću 3-printera, a krila od ugljikovih vlakana i laserski rezanih membrana. Težina robota je 12 g, poput prosječnog odraslog kolibrića, a izradili su i manji, veličine insekta koji teži samo 1 g. Što je manji veličinom, robot ima mogućnost veće frekvencije zamaha krilima, a prema tome i učinkovitijeg leta. SK Izvor: https://www.geek.com/tech/hummingbirdrobots-use-ai-to-go-where-drones-cant-1786846/

13


Svjetski kup modela klase F5J

Naš aeroklub ove je godine prvi put bio domaćin Svjetskog kupa modela jedrilica klase F5J. Kratak opis ovog tipa jedrilica: To su tvornički rađene jedrilice s radioupravljanjem i elektromotorom. Raspon krila im je od 3,5 do 4 m, a masa iznad 1 kg, s tendencijom prema manje. Nakon starta motor se automatski gasi nakon 30 sekundi rada. Cilj je nakon starta postići što veću visinu i zatim uz pomoć usponskih strujanja toplog zraka ostati u zraku 10 minuta te sletjeti što bliže označenoj točki. Sva odstupanja od ovog donose negativne bodove. Istovremeno starta osam modela, prema unaprijed utvrđenom rasporedu. Natjecanje ima osam rundi i na kraju se izvodi fly-off kako bi se odredio redoslijed natjecatelja. Natjecanje je održano u subotu i nedjelju, 1. i 2. lipnja, s time da su svi sudionici stigli u Slavonski Brod u petak, 31. svibnja kako bi se upoznali s terenom. Ukupno je sudjelovalo 35 najtecatelja iz Hrvatske i sedam drugih država, Austrije, Bugarske, Grčke, Kine, Njemačke, Mađarske i Slovenije.

14

MODELARSTVO

Natjecanje je kvarilo nestabilno i povremeno kišovito vrijeme, uz stalnu naoblaku i izostanak usponskih strujanja toplog zraka. Zamijetio sam da su natjecatelji koristili usponska strujanja toplog zraka iznad obližnjeg naselja! Moram spomenuti da se i kod nas pojavio proizvođač ovog tipa jedrilica. Natjecanje je održano uz podršku Hrvatskog zrakoplovnog saveza te tvrtke Cadenas iz Slavonskog Brod kao sponzora, na čemu im zahvaljujemo. I na kraju redoslijed pobjednika: Juniori: Martin Pliberšek – Slovenija Christos Ntanavaras – Grčka Seniori: Arijan Hucaljuk – Hrvatska Primož Rižner – Slovenija Saša Pećinar – Hrvatska Bojan Zvonarević Aeroklub Slavonski Brod


OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE

General Electric gradi najveću vjetroturbinu na svijetu General Electric je objavio da kreće u izgradnju prototipa vjetroturbine za proizvodnju električne energije nazvanu Haliade-X, koja će, svojom visinom od 260 m, ako se mjeri od tla do najvišeg vrha koji dotiču njezine lopatice, biti najveća na svijetu. Pri okretanju rotora čiji promjer iznosi 220 m i čije su lopatice duljine 107 m, prebrisat će se površina od nevjerojatnih 38 000 m2. Haliade-X svojom snagom od 12 MW, proiz­ vodit će dvostruko više električne energije od postojećih modela Haliade. Jedna ovakva vjetroturbina omogućavat će opskrbu gotovo 16 000 europskih kućanstava, što bi značilo da će jedna vjetroelektrana snage 750 MW moći opskrbljivati oko 1 milijun kućanstava EU-a. Izvor: https://www.ge.com/renewableenergy/ stories/worlds-largest-wind-turbine-validationprocess Sandra Knežević

15


NOVE TEHNOLOGIJE

Alfa-X - najbrži putnički vlak iz Japana Vlak Alfa-X

Japanske tvrtke Kawasaki Heavy Industries i Hitachi surađivale su u izradi brzog vlaka nove generacije Alfa-X koji je ušao u testnu fazu i trenutno vozi testne noćne vožnje između gradova Aomorija i Sendaija. Vlak Alfa-X može dosegnuti maksimalnu brzinu od 400 km/h, što bi značilo da bi se prijevoz putnika mogao odvijati pri brzinama od 360 km/h. Kako bi se lakše nosio s velikim brzinama, vlak ima 22 m dug aerodinamičan “nos” dizajniran tako da u što većoj mjeri smanji otpor i buku, naročito pri prolasku kroz tunele. Sustav kočenja vlaka Alfa-X čine zračne kočnice na krovu kao i magnetske ploče u njegovom podvozju, a ima ugrađen i sustav za smanjenje utjecaja podrhtavanja tla u slučaju potresa. Trebao bi to biti najbrži putnički vlak na svijetu jednom kad ga puste u promet, što je planirano za 2030. godinu. Japan u međuvremenu planira lansirati novu prvorazrednu inačicu postojećeg brzog vlaka Shinkansen koja bi trebala biti spremna za

16

Brzi vlak Shinkansen

Olimpijske igre u Tokiju 2020. Brzina koju dostiže ostala bi oko 300 km/h, ali će imati poboljšane karakteristike, bit će energetski učinkovitija i pružati veću udobnost za putnike, s više prostora za noge i više utičnica. Sndra Knežević


MALA ŠKOLA FOTOGRAFIJE Piše: Borislav Božić, prof.

OPTIČKI I DIGITALNI ZOOM Pored optičkog zooma sad nam ova digitalna tehnologija nudi i mogućnost digitalnog zooma, a što ustvari i nije pravi zoom, već je naprosto tehnološka mogućnost. Kada koristimo ovaj digitalni zoom, moramo biti jako pažljivi jer je njegova kvaliteta ovisna o kvaliteti svih ostalih digitalnih komponenti u aparatu pa ga je najbolje testirati na svom aparatu i vidjeti do koje ga mjere možemo koristiti. Kod optičkog zooma leće se pokreću unutar objektiva mijenjajući vidni kut i na taj način “udaljavamo” ili “približavamo” motiv. Kvaliteta optičkog zooma ovisi o kvaliteti pojedinačnih leća, njihovom proračunu, brušenju, oslojavanju, odnosno cjelokup­ noj konstrukciji. Optički zoom je fizička stvarnost jer se kod njega manipulira konstruktivnim elementima. Za razliku od optičkog zooma, kod digitalnoga se sve odvija na programskoj, softverskoj razini pa je on u tom smislu pseudoinačica zooma. Zasnovan je na programu i o njemu ovisi, ali ovisi i o kvaliteti senzora fotoaparata. Kako to digitalno zoomiramo? Program je zasnovan na izrezivanju određenog dijela fotografije i nje-


Pixel je element digitalne slike i predstavlja pojedinačnu vrijednosti boja ako je slika u boji. Ako je crno-bijela, onda predstavlja svaki pojedinačni sivi ton. Svaki pixel ima i svoju fizičku dimenziju, a to znači i prostorna ograničenja kod njegova manipuliranja. Shema iznad ovog teksta zorno pokazuje situaciju kada određeno digitalno područje povećavamo do mjere vidljivosti pixela, tj. pravilnih kvadratića koji označavaju ovu strukturnu mjeru - pixel. Ako bismo uspoređivali ovaj svijet pixela s poznatim materijalnim svijetom, onda je dobar primjer neka od elastičnih tkanina. Elastična tkanina ima mogućnost rastezanja (povećanja) do određene granice i ako prijeđemo tu granicu, tkanina puca. Ista se stvar ili vrlo slično dešava i s pixelima - povećavamo ih do granice podnošljivosti, a ako prijeđemo tu granicu, sve “puca”, sve se raspada i fotografija je neupotrebljiva.

nog uvećavanja do standardnog formata. To vrlo zorno pokazuje fotografija jagode iznad ovog teksta. Primjer pokazuje snažni digitalni zoom jer je jedan manji dio jagode uvećan na puni format i vidljiva je negativna posljedica tog uvećanja. Kada smo uvećali, tj. digitalno zoomirali sliku do ove mjere, pixeli postaju vidljivi, pravilni, raznobojni kvadratići. Dakle, svako pretjerivanje u digitalnom uvećanju, pa i u digitalnom zoomu, dovodi do toga da je rezultat manji ili veći šum fotografske slike. Šum je pojam koji koristimo u terminologiji digitalne fotografije za zamućenst, tj. neoštrinu slike.


POGLED UNATRAG OBJEKTIV Charlesa Chevaliera Charles Louis Chevalier (1804. – 1859.) Bio je francuski optičar koji je naslijedio očev i djedov optičarski posao koji se bazirao na proizvodnji mikroskopa i drugih optičkih pomagala. U vrijeme kada je posao preuzimao Charles, već se uveliko eksperimentiralo dagerotipijom i on je za prve proizvođače dagerotipijskih kamera konstruirao i

prvi objektiv. Prije proizvodnje objektiva za dagerotipijske kamere već su radili leće za cameru lucidu (lat.) - svijetlu komoru, optički instrument za crtanje i kopiranje objekata, koja je korištena u slikarstvu. Nicephore Niepce naručivao je od Charlesa prve objektive za svoje fotografske eksperimente.

Za prve je fotografe Chevalierovo unapređenje optike bilo vrlo značajno. On je konstruirao objektiv od jedne rasipne i jedne sabirne leće čime je dijelom popravio kromatsku aberaciju. S obzirom na to da se do tada koristila obično jedna sabirna leća sa svim svoji nedostatcima koje je imala, to je bio veliki napredak u fotografskoj optici. Kombiniranjem dviju leća uspio je popraviti nedostatke, tako da je sada slika bila bolja. Ovako konstruirani objektiv službeno je ugrađivan u prve dagerotipske kamere koje je proizvodila tvrtka Giroux Le Daguerreotype. Ti objektivi imali su žarišnu duljinu 40 cm i bili su namijenjeni kamerama formata 16.5 × 21.5 cm.


Dubravka Kanjski

ANALIZA FOTOGRAFIJA

Diplomirala je na Filozofskom fakultetu u Zagrebu 1985. (mag. paed.). Likovnom umjetnošću bavi se više od dvadeset i pet godina, a od 2000. g. redovito izlaže. Dosad je izlagala na sedam­ naest samostalnih i preko osamdeset skupnih i selektiranih izložbi u zemlji i inozemstvu: Zagreb, Rijeka, Karlovac, Slavonski Brod, Šibenik, Crikvenica, Slippery Rock i Indiana (SAD), Venecija, Trst i Palermo (Italija), Piran (Slovenija), Ostrava (Češka), Kyoto (Japan) itd. Sudionica je brojnih likovnih natječaja, ex tempora, web­izložbi i likovnih kolonija. Ostvarila je nekoliko umjetničkih projekata. Ima iskustva u likovno­ pedagoškom radu s djecom i odraslima. Djela joj se nalaze u mnogima javnim i privatnim zbirkama. Dobitnica je više likovnih nagrada i priznanja. Živi i stvara u Crikvenici. Članica je Hrvatskog društva likovnih umjetnika Rijeka i Hrvatske zajednice samostalnih umjetnika. Fotografije koje donosimo ovdje snimljene su iz aviona sa 11000 metara visine iznad saharske pustinje. Ovaj fenomenalni grafizam i strukturu tla moguće je doživjeti samo s ovako velike visine. Duh fotografija odražava

likovni senzibilitet autorice koji prakticira u drugim likovnim disciplinama. Njen sveukupni rad obilježava vrhunska čistoća likovnog izraza i estetska koherentnost.


Dozvan iz bezdana Žene u tišini svlače šarene haljine i ostavljaju ih na žalu, pod stablima što se naginju nad vodu i stvaraju duboku sjenu. Svanulo je prije pola sata, u šumi iza njih vlada svježa polutama. Jutarnji pjev rudovoljki i sjeničica i slatkopoja na vrhuncu je, mužjaci zvonkim pjesmama iz krošnji mame družice ili oglašavaju dokle je njihovo ili jednostavno slave svanuće novoga dana. Njima se pridružuje bubnjanje drvodjelića. Šareni ribar uz prodorni zov bježi s grane nad vodom, poplašen ženama, i odlazi poput kakve plamene strije­ le, leteći nisko nad površinom mirnom kao ulje. Laguna se prostire sve do vanjskog grebena na kojem se u pjenovitoj crti lome oceanski valovi. Kassa pogleda ostale žene, njih dvadeset, poredane na žalu. Voda im oplakuje nožne prste, ali ne ulaze: čekaju Kassin znak. Treba čekati, zna Kassa. Plaćenici iza njih gledaju ih, očima klize po njihovim mladim nagim tijelima. Žene ne mare. Znaju da im plaćenici neće ništa. Mogli bi, ali neće. Strah pred Stroesserom jači je od požude. Kassa i ostale žene također znaju da Stroesser vjeruje kako ih u jednom trenutku više neće trebati. I da će onda možda i pustiti svojim plaćenicima neka se naslade. Samo, one znaju ono što Stroesser ne zna: da taj trenutak nikad neće doći. *** Stroesser promatra žene dok tako stoje na rubu vode. Pita se što čekaju? Prilazi Kassi. “Hoćemo li već jednom?”, nestrpljiv je. Žuri mu se da utaži svoju glad za krvlju. Kassa mu se okreće. U njenim tamnim očima on se zrcali poput kakvog kukca. U njenim tamnim očima, on je još i manji od kukca.

SF PRIČA “Nije još vrijeme”, odgovara mu Kassa bez straha. “Nemoj mi izvoditi”, prijeti Stroesser glasom nadmoćnoga, glasom onoga tko radi što mu se prohtije. “Zapamti, moji ljudi paze na vaše obitelji. Jedan poziv i –” Stroesser prelazi kažiprstom preko grla. Gesta koju čak i ovdje razumiju. “Ako je u dosegu da nas može čuti”, mirno će Kassa, “onda će doći. Nadam se da ćete biti spremni.”

21


“O da”, kima Stroesser glavom i ceri se. “Bit ću spreman, ženo, ne boj se. Samo ti obavi svoje.” *** Sunce se diglo. Jutarnji pjev u smaragdnoj šumi zamro je. Tek tu i tamo doziva kakva sjeničica dok oblijeće grane u potrazi za sitnim paučnjacima što se skrivaju ispod lišća. Kassa pogleda ostale žene. One mirno čekaju njen znak. Stroesser i njegovi plaćenici također čekaju: ništa im drugo ne preostaje, koliko god nestrpljivi bili. Tada Kassa kima glavom. Sve žene, njih dvadeset i jedna, kao jedna gaze u vodu. Koračaju mekanim dnom, ostavljajući uskovitlane oblake pijeska za svojim stopalima. Gaze dok im topla voda lagune ne dođe do pojasa. Stroesser ih napeto promatra. Mogle bi se sada baciti u vodu, pomisli on, i zaplivati, a onda – Ali ne! Žene se kao jedna sagibaju i počinju dlanovima udarati po površini vode. Prvi udarci su jedan za drugim, u polaganom, skoro lijenom, uspavljujućem ritmu. Ali onda, i dalje lijevom rukom pljuskajući polako, desnom počinju udarati jedan sasvim nov ritam, brži, silovitiji, serije udaraca po vodi. Voda pred njima zapjenjena je, a njihovi dlanovi sad već stvaraju melodiju, čas polaganu, čas mahnitu, pa opet sporiju. Dlanovi su im poput mora, malo postojani, mirni kao jutarnja bonaca, malo se valjaju: zapjenjene planine što tuku po grebenu i prelijevaju se preko njega i grme kako se ruše na plažu. A onda se propinju poput orijaških valova sred orkana, što poklapaju sve pod sobom i predaju moru u ruke. A što more uzme, nikad više ne vraća. Zna to Kassa, znaju ostale žene, znaju i Stroesser i njegovi plaćenici. Stroesser sluša njihov zapjenjeni ritam, čuje kako se širi lagunom, kako pred sobom tjera srebrnasta jata girulica i vretenaste štukce. I samoga ga nosi pjesma dlanova po površini mora, osjeća kako ga drevni ritmovi Kassinih predaka vode prema grebenu, nad podvodne šume jelenrogova, među usplahirene šarenke i blještave zlaćanke i grabežljive kučine. Ritmovi odjekuju i dalje, prelaze greben, ostavljaju ga za sobom tamo gdje se ruši poput litice u dubinu, u modro, u neprobojan ultramarin što postaje crno, gdje sunce više ne dopire, a jedina su svjetla plavičasti i crveni i bijeli fotofori zmijičnjaka i šiljozuba.

22

Jedri ženski povik trza Stroessera natrag u stvarnost! Kassa kliče moru, njen glas stapa se s udarcima dlanom, sa zapjenjenom vodom, s kliktajima oštrokrilih zvrkuša i žalobnim vijanjem crvenokljunih bena dok se iz visina ruše na jata potjerana ženskim dlanovima i kricima. Stroesser sluša žene, prepoznaje te kliktaje. Plaćenik do njega ceri se kako jedna od žena vrišti u sladostrašću, ne prekidajući ni na sekundu ples dlanovima. Druge kao da je zadirkuju veselim povicima, ne prestajući pljuskati. Malo kasnije, još jedna žena se grči, pa još jedna. Kassa se smiješi, usprkos Stroesseru i nekim tuđim muškarcima koje je doveo. Nesputano žensko veselje prelazi i na nju, obuzima je i ona radosno podvriskuje dok je valovi užitka oplakuju, prijeteći je oboriti s drhtavih nogu. Ali ni ona ne gubi ritam, glazba koju žene stvaraju svojim dlanovima i glasovima ovladala je lagunom. Da nema Stroessera i njegovih plaćenika što im u selu drže obitelji kao taoce, sad bi vani, na pola puta do grebena, bile vitke piroge s plovcima, iz izdubljenih paljenih debala, spuštenih jedara sa suncima naslikanim na njima, i maskama predaka i moćnim božanstvima, i u njima muževi i sinovi i braća s bačenim mrežama, da love ribu što je žene tjeraju udarcima dlanova od obale prema grebenu. Tako žene pomažu loviti ribu. U laguni. U zaljevu pola dana hoda niz obalu. U plimnim jezerima nekoliko stotina koraka u šumi. Ponegdje sve iz sela, ponekad samo njih tri ili četiri: ritmičnim udarcima dlanova plaše i gone ribu u razapete mreže. Ali, a to je ono što Stroessera zanima, zašto je došao i upao im u selo s naoružanim ljudima i tako im poredanima rekao što hoće, udarcima dlanova i povicima privlači se i Njega. *** On čuje pljuskanje i povike i krike, dopiru do njegova mračnog carstva duboko pod grebenom. Zna što oni znače. Ribu. Hranu. Čuje zov žena iz lagune. I odaziva mu se, kako mu se odazivao od davnina. Polako se diže iz tame, prati sunčeve zrake što bodu u plavetnilo. Isprva se s površine ništa ne vidi, a tada se u ultramarinu ocrtava nejasan obris. Nekoliko zamaha repnom perajom, i tjelesina se pomalja, sunce po njemu iscrtava treperavu čipku dok On slijedi drevnu pjesmu žena.


On staje tik pod valovima. Ne probijajući površinu mora, pliva prema kanalu, mjestu na grebenu kuda može ući u lagunu. Pušta da ga valovi, stjerani u prolaz među koraljnim liticama, protjeraju u lagunu i tek kad se nađe nad bijelim pijeskom, On širi svoje lovke i tone na dno. Jednim zamahom lovke On obujmljuje cijelo jato hitrih šarunjica i razjapljuje čeljusti, ispunjene redovima zuba. Proždire svoj plijen, dok ga s otoka mami sad već divlji ritam iz koga žari sunce i cure sokovi slasnog voća i kulja strast toplih noći. A skriveno ispod svega, da ne čuju uši neposvećenih, On čuje strepnju i poziv upomoć. Ženama i njihovim ljudima i njihovoj djeci On je božanstvo. Njegov ga narod zove da im pomogne. I upozorava ga na prijetnju. *** “Evo ga!”, viče Kassa Stroesseru. “Dolazi!” Stroesser žustro skače na noge. Vidi lovku kako se lijeno izvija nad površinom mora. Vražje žene su uspjele! Prizvale su ga! Njemu na nišan, da ga ulovi: najveći trofej u njegovoj karijeri lovca. “Pazi na njih!”, viče Stroesser zapovjedniku plaćenika i, ne gubeći više ni sekunde, trči u šumu. Nekoliko minuta poslije, čuje se zujanje nad krošnjama i Stroesser prelijeće žene u svom maskiranom aeroskuteru. Kassa i njezine prijateljice prestaju udarati dlanovima, glazba staje kao presječena. Vezan remenjem u svom sjedalu, Stroesser iz zraka jasno vidi legendarno čudovište, taman obris naspram bijeloga pijeska na dnu lagune. Vretenasto tijelo. Snažna repna peraja. Lovke sažete u snop. I četiri bijele kljove što izbijaju iz glave ravno prema naprijed: moćno oružje kojim neman tjera svoje suparnike. I uskoro, najveći trofej u Stroesserovoj bogatoj zbirci. Ponesen lovačkim žarom, Stroesser lansira tri četverorotorna drona s kamerama, da snime i za buduća pokoljenja ovjekovječe njegov pothvat. Sam pritiskom tipke na upravljaču spušta elektrotračni top ispod trupa aeroskutera. Eksplozivni projektil u njemu raskomadat će neman. Možda će trebati još jedan, pomišlja Stroesser odmjeravajući svoj plijen. Aeroskuter klizi nad morem, Stroesser ga spušta niže da se još divi svojoj lovini. A onda cilja. Palac počiva na okidaču. Projicirani križ ciljnika hita preko valova. Stroesseru se čini kako će mu srce stati. Nikad nije lovio ovakav trofej! Beštiju veću čak

i od najvećih zemaljskih kitova! Još malo. Samo malo... Još, još, da puca iz što veće blizine, još samo trenutak... Sad! Stroesser pritiska okidač i projektil izlijeće, ali dotad mirna neman odjednom hita natrag, kao gonjena mlaznim pogonom, i ispušta neprovidnu zavjesu crnila. Tamo gdje je projektil eksplodirao diže se zapjenjeni stup vode. Promašaj! Lovac psuje i okreće se aeroskuterom. Nije ni sanjao da je neman tako brza. Popeti se! Treba se popeti, ne vidi kroz crnilo gdje je prokletinja... Stroesser povlači upravljač k sebi, aeroskuter slijedi njegovu zapovijed bez odlaganja. Prekasno! Neman izlijeće iz vode, lovke munjevito posižu za aeroskuterom. Stroesser nabija brzinu, ali uzalud, tri ga lovke hvataju i povlače dolje. Sljedećeg trena, jedna od kljova zabija se u aeroskuter i komada ga poput igračke. Stroesser uz krik pada, taman da ga neman uhvati lovkom i ubaci u svoja nezajažljiva usta. Plaćenici na obali stoje zaprepašteni. Sve je gotovo u treptaju oka. Stroesserov pucanj, promašaj... Trenutak poslije, nema više ni nemani, ni aeroskutera, a ni Stroessera. Jedan plaćenik podiže pušku. “Nadam se da ste svoje usluge naplatili unaprijed!”, viče im svima Kassa. Zapovjednik odmjeri Kassu. Gledala ga je, neustrašiva. On se naceri. Naučit će je on drskosti... A onda jedna lovka prebriše ženama iznad glava. “Želite li vidjeti koliko je brz na kopnu?”, tiho će Kassa ledenim, prijetećim glasom, stisnutih šaka. Jedan pogled na tu lovku dovoljan je. Zapovjednik plaćenika više ne razmišlja. Došao je trenutak za odstupiti. On ima nos za procijeniti kad dođe takav trenutak. Zato je veteran osam ratova. Posiže za komunikatorom. “Pusti ih!”, zapovjeda svome čovjeku u selu. “Povlačimo se!” Nekoliko trenutaka stanke, netko nešto pita preko veze, a onda on viče u mikrofon: “Smjesta!” Kassa i žene bez riječi gledaju kako plaćenike guta šuma. A onda se ona okreće Njemu. Lovke se lijeno izvijaju nad valovima dok se On hrani ribom što su je cijelo prijepodne tjerale u jata. Kassa maše svom božanstvu, zahvalna što je od njih odagnao zlo s drugog svijeta. A onda ona i žene izlaze iz vode, uzimaju haljine i odlaze kroz šumu kući. I njima je vrijeme ručku. Aleksandar Žiljak

23


Mali elektronički sklopovi (12) U prošlim smo nastavcima proučavali sklopove koji mogu “podići” napon napajanja istrošene baterije ili akumulatora na nivo potreban za ispravan rad elektroničkog sklopa predviđenog za 5-voltno napajanje. Sada ćemo istražiti gdje je ta granica, odnosno, koji je najniži napon napajanja kod kojeg neki elektronički sklop još uvijek može raditi. Sklop na kojem ćemo raditi provjeru je astabilni multivibrator, poput ovoga sa Slike 57. Astabil je sklop u kojem dva tranzistora naizmjenično provode ili ne provode struju. Dok tranzistor provodi struju, kolektorski napon mu je 0 V; kad prestane provoditi, popet će se na +U. Pretpostavit ćemo da je baš u trenutku od kojeg smo počeli promatrati rad sklopa proveo tranzistor T1, zbog čega njegov kolektorski napon pada s +U na 0 V. Taj nagli pad napona prenosi se preko kondenzatora C1 na bazu tranzistora T2 i on trenutno prestaje provoditi struju – napon na njegovom kolektoru skočit će do +U. Ovo stanje smo na Slici 57. obilježili brojkom 1.

Slika 57. Predmet naših testiranja bit će astabilni multivibrator

Međutim, stanje 1 neće trajati vječno: kondenzator C1 puni se preko otpornika Rb2 i u jednom trenutku napon baze tranzistora T2 porast će do 0,6 V. To je dovoljno da bi T2 počeo provoditi struju, napon na njegovom kolektoru pada na 0 V, a taj pad napona se preko kondenzatora C2 prenosi na bazu tranzistora T1. Sada će T1 prestati provoditi struju i napon na njegovom kolektoru skočit će do +U (stanje 2). Stanja 1 i 2 neprestano se izmjenjuju pa je astabilni multivibrator oscilator, koji na svojim izlazima proizvodi

24

ELEKTRONIKA

Slika 58. Stabilizator napona 0-2 V

nizove pravokutnih impulsa. Kolika je njihova frekvencija, ovisi o vrijednostima komponenti C1, C2, Rb1 i Rb2. A to, s kolikim minimalnim naponom napajanja takav sklop može raditi, upravo ćemo istražiti. Za to će nam trebati naponski izvor promjenjivog izlaznog napona, prikazan na Slici 58. Kao i svi drugi sklopovi koje smo dosad sklapali na našoj eksperimentalnoj pločici, i on se napaja iz stabiliziranog izvora napona 5 V. Taj napon snizit ćemo pomoću serijski povezanih otpornika R1 i R2, čije su vrijednosti odabrane tako da je na njihovom spoju upravo 2 V. R2 je promjenjivi otpornik (trimer) pa napon na njegovom klizaču poprima vrijednosti od 0 V (kada se klizač nalazi u donjem položaju) do 2 V (kada se klizač nalazi u gornjem položaju). Ako za R2 upotrijebimo precizni višeokretni (multiturn) trimer, napon na njegovom klizaču moći ćemo vrlo precizno ugoditi. Međutim, sklopove koje ćemo testirati ne smijemo direktno spojiti na klizač trimera, jer bi oni svojim malim otporom “srušili” njegov napon. Zato smo dodali pojačalo s integriranim krugom IC1a i tranzistorom T1. Integrirani krug i tranzistor nalaze se u spoju čije je pojačanje 1: drugim riječima, napon na + ulazu IC1a istovjetan je naponu na izlaz­ nom priključku, obilježenom 0-2V. Predloženi integrirani krugovi, TLC272 i LM358, imaju dva važna svojstva neophodna za upotrebu u ovak­ vom sklopu: mogu raditi s ulaznim i izlaznim naponima sve do 0 V (mnoga operacijska pojačala to ne mogu) i imaju vrlo malu ulaznu struju


Slika 59. Testni sklop 1: astabilni multivibrator s LE-diodom

(pa zato neće utjecati na napon klizača). Izlazna struja ovih integriraca ograničena je na nekoliko desetaka mA. Kako bismo iz stabilizatora mogli “povući” veće struje, sve do 200 mA, dodali smo tranzistor T1. To je puno više nego li će nam trebati tijekom našeg testiranja, ali ovakav stabilizator moći će poslužiti i za neke druge primjene. Utjecaj napona napajanja na rad elektroničkog sklopa najprije ćemo promatrati na astabilnom multivibratoru prema Slici 59. Uz kondenzatore C1 i C2 kapaciteta 47 µF, frekvencija oscilacija bit će oko 1 Hz. Oscilira li astabil, mogli bismo provjeriti pomoću voltmetra, čije izvode spajamo između kolektora jednog od tranzistora i mase (- pol napona napajanja). Čim uključimo napon napajanja od 1,5 V, voltmetar će početi pokazivati različite vrijednosti u rasponu od 0 do 1,5 V – to je dobar pokazatelj da astabil radi. (Zašto voltmetar ne pokazuje naizmjenično napone od 0 i 1,5 V, kako bismo očekivali prema prethodnom opisu načina rada astabila? Digitalnom voltmetru treba malo vremena kako bi mogao točno izmjeriti napon – naš astabil je za njega prebrz. Ali, ako se očitanja mijenjaju u pravilnom ritmu, to je dobar pokazatelj da astabil radi!) Bit će puno efektnije uspijemo li učiniti rad astabila vidljivim: za to će nam poslužiti svjetleća dioda D1. Za ovaj pokus odabrat ćemo crvenu LE-diodu koja svijetli punim intenzitetom pri struji od 2 mA (takve LE-diode zovu se low current). Problem je, što crvenim LE-diodama treba napon od oko 1,5 V da bi zasvijetlile, a diodama drugih boja potrebni su još viši naponi. Zato smo LE-diodu na astabil povezali preko “diodne pumpe” koju čine C3 i D2. U prošlim nastavcima naučili smo kako diodna pumpa udvostručuje napon, pa očekujemo da

će LE-dioda moći svijetliti i kod nižih napona napajanja... provjerimo! Zaista, kada spojimo napon napajanja od 1,5 V, LE-dioda će početi bljeskati približno jednom svake sekunde. Smanjujemo li napon napajanja, intenzitet svjetlosti počet će se smanjivati, što je i logično, ali će LE-dioda nastaviti bljeskati. Dokle god LE-dioda bljeska, pa makar i jedva primjetno, to će biti dokaz da astabil još uvijek radi. Moja LE-dioda ugasila se kada sam napon napajanja spustio ispod 0,9 V. Znači li to da je astabil prestao raditi, ili možda napon koji proizvodi diodna pumpa nije dovoljno visok da bi upalio LE-diodu? Provjerimo to pomoću sklopa prikazanog na Slici 60.!

Slika 60. Testni sklop 2: astabilni multivibrator s piezo zujalicom

Ovo je također astabilni multivibrator, koji sada kao indikator koristi piezo zujalicu X1. Takve zujalice najosjetljivije su u frekvencijskom području oko 1 kHz. Kako bismo frekvenciju astabila podigli na 1 kHz, morali smo kondenzatore C1 i C2 zamijeniti kondenzatorima kapaciteta 47 nF. Kod sklopa sa Slike 60. uočavamo još jednu novinu: umjesto NPN-tranzistora BC549, sada su upotrijebljeni PNP-tranzistori BC559. Time se princip rada nije promijenio, a razlog za ovu promjenu otkrit ćemo malo kasnije. PNP-tranzistori zahtijevaju “obrnuti” polaritet napajanja od NPN-tranzistora, zato su sada emiteri tranzistora spojeni na + izvod, a kolektori su “okrenuti” prema masi, odnosno - polu napona napajanja. Spojimo li sklop sa Slike 60. na napon od 1,5 V, iz zujalice će se začuti pištanje, koje će snižavanjem napona napajanja postajati sve tiše, da bi kod 0,6 V potpuno utihnulo. Zaključujemo, kako je najniži napon kod kojih sklop s tranzistorima poput BC559 može raditi, oko 0,6 V. Pritom nije

25


bitno, jesu li ti tranzistori NPN- ili PNP-tipa (i sklop sa Slike 59. radio bi do 0,6 V, da smo umjesto LE-diode upotrijebili piezo zujalicu). BC549 i BC559 tranzistori koje smo koristili, kao i svi drugi tranzistori čije oznake počinju slovima BC ili BF, napravljeni su od silicija. Jedno od svojstava silicijskih tranzistora je da im je potreban napon između baze i emitera od oko 0,6 V, kako bi mogli početi provoditi struju. To je ujedno i razlog, zašto naš astabil nije mogao raditi s naponom napajanja nižim od 0,6 V. Prije silicijskih u širokoj upotrebi bili su germanijski tranzistori (oznake AC ili AF). Germanijske tranzistore danas ćete teško pronaći u trgovinama, jer su ih silicijski potpuno potisnuli. Ali, ako vam je dostupan kakav AC-tranzistor (ja sam u starim zalihama pronašao dva s oznakom AC542), pokušajte ugraditi ga u astabil sa Slike 60. Većina germanijskih tranzistora je PNP-tipa, čemu je sklop sa Slike 60. već prilagođen – umjesto BC559, samo ubacite AC542. Vrijedilo je pokušati – astabil s germanijskim tranzistorima radio je sve do napona od 0,2 V. Iako su karakteristike silicijskih tranzistora u pravilu znatno bolje od karakteristika germanijskih tranzistora, u jednom ih ipak ne mogu nadigrati: sklop s germanijskim tranzistorima radit će pri znatno nižem naponu napajanja! Za kraj, pojasnimo zašto je važno imati sklopove koji rade pri niskom naponu napajanja. Što je niži napon napajanja i potrošnja energije bit će manja, a to ujedno znači i manje zagrijavanje čitavog sklopa i smanjenje problema koji su s tim povezani. Složene uređaje poput osobnih računala čine milijuni tranzistora pa tu postaje značajna i vrlo mala ušteda na pojedinom tranzistoru. Znači li to da bi u osobna računala trebalo ugrađivati sklopove bazirane na germanijskim tranzistorima? Naravno da ne, to je zastarjela tehnologija; u računalima se i tako koriste druk-

čije vrste tranzistora od ovih koje smo mi koristili. Mi smo samo htjeli pokazati kako se može provesti istraživanje utjecaja napona napajanja na rad elektroničkog sklopa... Tablica 22: Popis dijelova za sklop sa Slike 58.

Oznaka IC1 T1 R1 R2 R3 C1

Vrijednost TLC272 (LM258) BC337-40, BC337-25 15 kΩ 10 kΩ, trimer MT 1 kΩ 100 µF, elektrolit

Kom. 1 1 1 1 1 1

Oznaka T1, T2 D1 D2 R1 R2, R3 R4 C1, C2 C3

Vrijednost BC549C, BC549B LED 2mA, crvena BAT49, BAT85 1 kΩ 10 kΩ 100 Ω 47 µF, elektrolit 10 µF, elektrolit

Kom. 2 1 1 1 2 1 2 1

Oznaka T1, T2 R1, R4 R2, R3 C1, C2 X1

Vrijednost Kom. BC559C, BC559B, AC542 2 1 kΩ 2 10 kΩ 2 47 nF 2 piezo zujalica 1 Mr. sc. Vladimir Mitrović

Tablica 23: Popis dijelova za sklop sa Slike 59.

Tablica 24: Popis dijelova za sklop sa Slike 60.

SRPANJ/KOLOVOZ

MINISTARSTVO ZNANOSTI I OBRAZOVANJA REPUBLIKE HRVATSKE

Slika 61. Provjera rada sklopova sa slika 59. i 60.

26


TEHNIČKE POŠTANSKE MARKE

Plinska rasvjeta Modernizacija infrastrukture kao posljedica industrijske revolucije izravno se odrazila i na uvođenje plinske rasvjete u gradskim središtima. S maraka izdanih na temu plinske rasvjete saznaje se o vremenu njenog uvođenja, npr. u: Zagrebu 1863. (Hrvatska, 2013.), Pragu 1874. (Češka, 2017.), Reykjaviku 1910. (Island, 2010.), Rusiji 1811. (Rusija, 2011.) i dr., ali i drugim važnim događajima i osobama povezanim s plinskom rasvjetom: rasvjetni plin iskorišten za konstruiranje prvog praktično upotrebljivog motora s unutarnjim izgaranjem 1860. (Monako, 2010.), Carl Auer von Welsbach, izumitelj plinske lampe (Austrija, 2012.) i dr. O plinskom sustavu uvedenom u Zagrebu 1863. u trojezičnom stručnom tekstu koji prati hrvatsku marku “150. obljetnica uvođenja plinskog sustava u Zagrebu” mr. sc. Goran Arčabić, kustos Muzeja grada Zagreba piše: “Gradska plinara u Zagrebu puštena je u rad 31. listopada

Slika 1. Krajem XIX. i početkom XX. stoljeća, europskim prijestolnicama osigurana je suvremena javna rasvjeta, a svijeće i petrolejske svjetiljke u domovima dobrostojećih građana postupno je zamjenjivalo plinsko svjetlo

1863., a nalazila se u bloku koji danas zatvaraju Mažuranićev trg, Hebrangova ulica, Gundulićeva ulica i Žerjavićeva ulica. Premda početak plinifikacije gradskog središta Zagreba seže gotovo pola stoljeća nakon gradnje plinare u Beču, postavljanje prvih plinskih svjetiljaka važan je trenutak u modernizaciji zagrebačke infrastrukture. Plinara je donosila znatnu dobit, pa su dionice poduzeća 1873. godine otkupili domaći poduzetnici. Gradska općina plinaru je preuzela 1900. godine. Dotad je tehnologija proizvodnje plina bila osuvremenjena – plin se više nije proizvodio suhom destilacijom drva, već je korišten ugljen. Godine 1911. pušteno je u rad suvremeno postrojenje za proizvodnju i distribuciju plina smješteno na početku današnje Radničke ceste. Ubrzo nakon preseljenja na novu lokaciju plinara je za svoje zaposlenike podigla dva stambena objekta, što je zabilježeno kao gradnja jednog od prvih planiranih radničkih naselja u Zagrebu”. Rasvjetni plin (danas poznatiji kao gradski plin), goriv je i otrovan plin koji je putem javne distribucijske mreže dugo služio za gradsku plinsku rasvjetu te za upotrebu u domaćinstvima. Sastojao se pretežno od vodika i metana, uz manje udjele ugljičnoga monoksida i dioksida, dušika i teških ugljikovodika. Proizvodio se u plinarama i koksarama suhom destilacijom

Slika 2. U plinskim svjetiljkama svjetlost nastaje u cijevima s plinovima i parama prilikom tinjavog ili lučnog pražnjenja

27

Slika 3. Belgijski izumitelj Étienne Lenoir iskoristio je rasvjetni plin za konstruiranje prvog praktično upotrebljivog motora s unutarnjim izgaranjem 1860.


kamenog ugljena (kraćim zagrijavanjem na temperaturi 1100 do 1250 °C), poslije se pripravljao i primješavanjem generatorskoga plina ili vodenoga plina, a zatim i termičkom obradbom nekih naftnih derivata (benzina, plinskog ulja). Danas se praktički više ne proizvodi i ne upotrebljava, a u gradskoj plinskoj mreži zamijenjen je prirodnim plinom.

Slika 5. 12. veljače 2019. Republika Makedonija preimenovana je u Republiku Sjevernu Makedoniju

Sjeverna Makedonija

Poštanske marke i danas su prepoznatljiv te tražen proizvod koji je pogodan za prijenos različitih korisnih društvenih informacija, koje uvijek prate i obilježavaju aktualne teme društva kojem pripadaju. S druge strane važnost filatelije je višestruka (odgojno-obrazovna, investicijska, isticanje nacionalnog suvereniteta, kolekcionarska, promidžbena, kulturološka i dr.) i duboko prisutna u ljudskom društvu proteklih gotovo 180 godina. Filatelisti među prvima saznaju najnovije, vrlo često povijesne događaje za određeni narod ili državu. Posebice se to odnosi na one teme koje nisu izravno povezane s geografskim ili nekim drugim područjem interesa. Najnoviji primjer dolazi iz Makedonije (do sada međunarodno priznata kao Bivša Jugoslavenska Republika Makedonija) koja na svoja najnovija poštanska izdanja piše naziv Sjeverna Makedonija, i to latiničnim pismom na makedonskom, albanskom i engleskom jeziku. S obzirom kako marke spadaju u simbole državnosti i predstavljaju zemlju u svijetu, za očekivati je bilo da će se naziv države promjeniti i na markama. Kako Makedonci nemaju dugu tradiciju izda-

Slika 4. Čest motiv na markama Sjeverne Markedonije tehnička su dostignuća, posebice ona koja se odnose na astronomiju

28

vanja maraka, prvu su izdali 1992. godine, naziv države na markama uglavnom su pisali ćiriličnim pismom, što je u suprotnosti s Konvencijom Svjetske poštanske unije koja nalaže da se nazivi država na markama pišu isključivo latiničnim pismom. Izuzetak je Velika Britanija koja nema obvezu pisanja države iz povijesnih razloga (izumili prvu marku). Ustavnim amandmanima od 12. veljače 2019. Republika Makedonija preimenovana je u Republiku Sjevernu Makedoniju. Ovim činom riješen je 27 godina star spor Grčke oko naziva države, što se ogledao u trgovačkoj blokadi, zatvaranju granica, međunarodnom vetu na ulazak u određene asocijacije i sl. Sjeverna Makedonija (mak. Republika Severna Makedonija) nalazi se u jugoistočnoj Europi, između Kosova i Srbije na sjeveru, Bugarske na istoku, Grčke na jugu i Albanije na zapadu. U njoj živi nešto više od dva milijuna stanovnika, čak četvrtina u Skoplju, glavnom gradu. Ostali veći gradovi su Kumanovo, Prilep i Tetovo. Uz Makedonce, Albanci čine većinsko stanovništvo. Službeni je jezik makedonski i odnedavno albanski, razgovorni su romski, turski, srpski i bošnjački. Za razliku od brojnih drugih država koje obilježavaju samo nacionalne vrednote, Makedonci vrlo često na svojim markama predstavljaju različite svjetske događaje povezane s tehničkim znanostima, posebice s astronomijom: 475 godina od rođenja poljskog astronoma, teoretika heliocentričnoga sustava Nikole Kopernika (2018.), 275. obljetnica smrti engleskog astronoma i geodeta Edmonda Halleyja (2017.), 275 godina od smrti Andersa Celsiusa, švedskog fizičara i astronoma (2019.) i dr. Novčana je jedinica makedonski denar i njime je izražena nominalna vrijednost na markama. Ivo Aščić


ZVJEZDANI TRENUTCI ELEKTRONIKE

Ubrzivači čestica i izvori zračenja Elektronika je posebno područje suvremene tehnike koje je u malo više od stotinu godina našlo mnoge primjene te uvelike utjecalo na život, rad i svako djelovanje suvremenoga čovjeka. Počela je s primjenom prvo u radiokomunikacijama, da bi se ubrzo proširila u ostala područja telekomunikacija, primijenjene akustike, mjerene tehnike, medicinske tehnike i dr., a osobito u suvremenoj računalnoj tehnici. Danas je u svim područjima ljudskoga djelovanja, od razonode pa sve do svemirskih letova nezamisliv rad bez elektroničke opreme. Stoga će u ovom nizu biti prikazani glavni izumi koji su djelovali na razvoj suvremene elektronike, slikovito rečeno zvjezdani trenutci elektronike. Važan skup elektroničkih uređaja su oni koji proizvode ionizirajuće zračenje. Prvi je takav bio rendgenski uređaj, a slijedili su razni ubrzivači čestica: linearni akcelerator, ciklotron, betatron i dr.

Rendgenski uređaj

Prvi rendgenski uređaj konstruirao je 1895. godine njemački fizičar Wilhelm Conrad Röntgen (1845.–1923.) pri istraživanju katodnoga zračenja. Röntgen je dobitnik prve Nobelove nagrade za fiziku 1901. godine, koju je dobio “kao priznanje za izniman doprinos koji je dao pri pronalasku neobičnih zraka koje su potom po njemu nazvane”. Röntgen je istraživao svojstva katodnih zraka pomoću ionske cijevi pod visokim naponom. Bio je to prvi ubrzivač čestica – elektrona. Pri tome je 8. studenoga 1895. godine po svjetlucanju zaslona od barijevog platinacijanida, zaključio postojanje nekog neobičnog i vrlo prodornog zračenja. Anegdota kaže kako nekoliko dana nije izlazio iz laboratorija, proučavajući to, do tada nepoznato, zračenje nazvavši ga stoga slikovito X-zrakama. Francuski znanstvenik H. Becquerel odmah je nakon objavljivanja Röntgenovog otkrića predložio da se ono u počast pronalazaču nazove rendgenskim zračenjem, što je ušlo u većinu jezika1.

1 I danas se u engleskom i francuskom upotrebljava naziv X-rays, odnosno rayons X.

Wilhelm Conrad Röntgen, otkrivač prvoga umjetno proizvedenog ionizirajućeg zračenja, po njemu nazvanom rendgenskim zračenjem

Prva rendgenska snimka (šaka gospođe Röntgen)

Stog na spomeniku W. C. Röntgenu u Njemačkom muzeju u Münchenu piše: “Po njemu nazvane zrake pokazuju liječniku unutrašnjost živoga tijela, inženjeru unutrašnjost njegovih tvorevina, istraživaču donose vijest o unutrašnjoj građi atoma.” Röntgen je opažao to zračenje svjetlucanjem fluorescentnoga zaslona i zacrnjenjem fotografskoga sloja. Dva tjedna potom načinio je prvu rendgensku snimku ljudskoga tijela, i to šake svoje supruge Anne Berthe, koja je začuđena vidljivim kosturom šake rekla “sada sam vidjela svoju smrt.” Röntgen je u samo dva mjeseca istraživanja otkrio većinu svojstava toga zračenja i predvidio većinu njegovih primjena.

Prva snimanja šake rendgenskim zračenjem

29


Dijagnostičko snimanje ljudskoga tijela rendgenskim uređajem oko 1900. godine, s još potpuno nezaštićenom rendgenskom cijevi

Članak O novoj vrsti zraka predao je 28. prosinca u znanstveni časopis. Vijest o tome otkriću proširila se za tadašnje pojmove neobično brzo. Već se 5. siječnja 1896. pojavila u bečkim novinama, a 8. siječnja i u zagrebačkom Obzoru. Prvi stručni prikaz u Hrvatskoj objavljen je 15. veljače pod naslovom Röntgenovi traci u Liečničkom viestniku, a prvu demonstraciju primjene rendgenskoga zračenja načinio je 20. veljače 1896. profesor fizike Peter Salcher (1848.–1928.) na javnom predavanju u Rijeci. Tada je načinjena i prva u Hrvatskoj rendgenska snimka ljudske šake, dakle niti dva mjeseca nakon objavljivanja Röntgenova otkrića!

Röntgenovo otkriće već je u prvim mjesecima našlo primjenu u medicinskoj dijagnostici, jer je zbog različite apsorpcije u različitim tkivima omogućavalo promatranje i snimanje unutrašnjosti ljudskoga, a potom i životinjskog tijela. Ubrzo je rendgensko zračenje našlo brojne druge primjene. Zanimljivo je kako je Nikola Tesla početkom 1890-ih godina obavljao pokuse sa snažnim visokofrekvencijskim poljima. Pri tome je opazio da pobuđene tvari zrače neke neobične „valove sasvim posebnih svojstava“. Veliki požar laboratorija prekinuo je za neko vrijeme ta istraživanja, a kada je saznao za Röntgenovo otkriće ponovio je pokuse i poslao mu svoje snimke, koje su zbog snažnih Teslinih uređaja bile vrlo oštre. Röntgen mu je oduševljen odgovorio s pitanjem „Kako li samo to Vi činite“! Rendgensko zračenje je elektromagnetsko zračenje vrlo kratkih valnih duljina (u području 10–10…10–13 m), stoga visokih energija. Zato je vrlo prodorno pri prolazu kroz tvar, uz jaku ionizaciju tvari. Prodornost je ovisna o gustoći tvari, pa se tako mogu razlikovati dijelovi tijela ili predmeta različitih gustoća. Rendgensko zračenje nastaje umjetno pri bombardiranju neke mete katodnim zrakama, tj. brzim elektronima u rendgenskoj cijevi ili u ubrzivaču čestica, tzv. betatronu, ili u nuklearnim procesima u reaktorima, a prirodno nastaje u nuklearnim procesima u zvijezdama. Röntgen je, a tako se radilo i prvih godina primjene, proizvodio zračenje u ionskoj cijevi (evakuirana staklena cijev s dvjema utaljenim

Klasični rendgenski dijagno- Suvremeni uređaj za medicinsku računalnu stički uređaj tomografiju (CT)

30

Veliki Cockcroft-Waltonov ispravljač za linearni ubrzivač – Philips iz 1937. godine (Muzej znanosti, London)


elektrodama), priključivanjem tih elektroda na visoki napon (reda vrijednosti nekoliko desetaka kilovolta). Taj se napon proizvodio električnim induktorom s mehaničkim prekidačem (tzv. Ruhmkorffov induktor) napajanim električnim akumulatorom. Tek su se nekoliko godina poslije počele upotrebljavati elektronske rendgenske cijevi s užarenom katodom kao izvorom elektrona i visokonaponski transformatori napajani iz gradske električne mreže. Rendgensko zračenje postalo je neizostavnim sredstvom promatranja unutrašnjosti složenih tijela u tehnici te ljudskoga i životinjskoga tijela u medicini i biologiji. Tijekom druge polovice XX. stoljeća konstruirane su mnoge inačice rendgenskoga uređaja i izumljeni mnogi posebni postupci. Ponajprije je to snimanje slojeva promatranoga tijela, upravljano posebnim računalnim programima, tzv. računalna tomografija (CT, prema engl. Computed Tomograhy; a grč. tomos, režanj) i njezine mnogobrojne inačice, koje su važni postupci suvremene medicinske dijagnostike.

Ubrzivači čestica

Ubrzivači čestica ili akceleratori čestica su elektronički uređaji kojima se elementarne čestice ili njihovi slogovi ubrzavaju do vrlo velikih brzina, te tako dobivaju vrlo veliku kinetičku energiju. Takve čestice u međudjelovanju s tvari uzrokuju različite pojave, kao što je ionizacija tvari, pobuđivanje ionizirajućeg zračenja, pokretanje nuklearnih reakcija i dr. Takve ubrzane čestice rabe se za znanstvena istraživanja građe tvari i pojava u mikrosvijetu, a u medicini i tehnici primjenjuju se izravno za ozračivanje tkiva ili tvari, za pobuđivanje elektromagnetskoga zračenja (rendgenskoga ili gama-zračenja), za proizvodnju radionuklida i dr. Osnova ubrzivača su izvori čestica. Prvi i najjednostavniji izvor elektrona je užarena katoda,

Dio velikog hadronskog sudarivača u CERN-u

a potom su konstruirani različiti složeni izvori, tzv. injektori. Drugi važan dio je izvor visokoga napona. Takav je elektrostatički generator visokoga napona i do nekoliko milijuna volta konstruirao 1928. godine američki fizičar Van de

Izvorni patentni nacrt ciklotrona iz 1932. god. (E. O. Lawrence)

Graf (1901.–1967.), pa se naziva Van de Grafovim generatorom. Elektronički visokonaponski ispravljač konstruirali su 1932. godine engleski fizičar John Douglas Cockcroft (1897.–1967.) i irski fizičar Ernest Thomas Sinton Walton (1903.–1995.), pa se naziva Cockcroft-Waltonovim ili kaskadnim ispravljačem. a za to su 1951. godine podijelili Nobelovu nagradu za fiziku “za njihov rad na promjenama atomske jezgre pomoću ubrzanih atomskih čestica”. Ubrzivači čestica su složeni elektronički uređaji, koji su zbog potrebnih dugih staza za ubrzavanje često vrlo veliki, s cijevima za ubrzavanje i do nekoliko kilometara, a zbog potrebnih snažnih magneta teški i nekoliko tona, sve uz vrlo visoke napone u milijunima volta. Najveći ubrzivač čestica je tzv. hadronski sudarivač (engl. Large Hadron Collider) u Europskom laboratoriju za fiziku čestica, znamenitom CERN-u

Ciklotron u Institutu Ruđer Bošković iz 1960. godine, vlastite konstrukcije (akademik Tomo Bosanac; 1918.– 2003.)

31

Suvremeni ciklotron za medicinsku primjenu


Njemački betatron iz 1942. godine

Donald William Kerst sa svojim betatronom 1941. godine

Betatron za medicinsku primjenu, uređaj mase od nekoliko tona

u Ženevi2, u kružnom tunelu na dubini od 175 m, u kojemu je kružna cijev dugačka 27 km. U njemu je 2012. godine opažen Higgsov bozon, popularno nazvan Božjom česticom. Ovdje će biti opisano konstruiranje samo prvih, osnovnih ubrzivača, od kojih su do danas konstruirane brojne usavršene i namjenske inačice.

na ubrzivača. Najdulji linearni ubrzivač je u Stanfordskom linearno akceleratorskom centru (SLAC) u Kaliforniji kojemu je cijev duga 3,2 km. Linearni ubrzivač rabi se najviše u medicinskoj radioterapiji te kao izvor elektrona u drugim ubrzivačima.

Linearni ubrzivač

Ciklotron (prema engl. cycle, od grč. kyklos: krug) je ubrzivač u kojem se naelektrizirane čestice ubrzavaju električnim poljem višestrukim prolaskom između dviju šupljih elektroda u obliku poluvaljaka, koji se zbog sličnosti sa slovom D nazivaju „deovima“. Predložio ga je 1930. godine američki nuklearni fizičar Ernest Orlando Lawrence (1901.–1958.), a patentirao 1932. godine, koji je za to 1939. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku “za izum i razvoj ciklotrona i njim dobivene rezultate, posebno za rezultate s umjetnim radioaktivnim elementima”. Ernest i njegov brat John Hundale Lawrence (1904.–1991.), ravnatelj Sveučilišnog laboratorija za medicinsku fiziku, pokrenuli su primjenu ciklotrona u medicini i biologiji. Da bi čestice višekratno prolazile u prostoru između dviju elektroda, one se zakreću stalnim magnetskim poljem okomitim na njihovu putanju. Da bi polje bilo ispravnoga smjera, napon mora biti izmjeničan, tako da je elektroda iz koje čestica izlazi istog polariteta kao čestica, a ona prema kojoj se giba suprotnoga. Polumjer staze za određenu česticu, uz stalno magnetsko polje razmjeran je samo brzini čestice. Kako se brzina čestice skokovito mijenja nakon svakog prolaska između elektroda, čestica se giba po sve većim polukružnicama, pa se može smatrati da se giba po spiralnoj stazi. Kada se čestica približi vanjskom rubu elektroda, magnetsko polje se isključuje i čestica izliječe po tangenti u toj točki. Njezina je energija jednaka

Linerani ubrzivači ubrzavaju čestice višestupanjski na pravocrtnoj putanji, za razliku od rendgenske cijevi koja ubrzava elektrone samo u jednom stupnju. Prvi je takav ubrzivač predložio još 1928. godine norveški fizičar Rolf Widerøe (1902.–1996.). Sastoji se od izvora naelektriziranih čestica, ponajprije elektrona (ali i protona i lakših iona), niza cjevastih elektroda nanizanih u jednoj osi te izvora visokofrekvencijskog napona koji sinkronizirano uspostavlja električno polje između elektroda, pa se naziva i rezonantnim ubrzivačem. Čestice se ubrzavaju poljem između dviju elektroda, ulijeću u sljedeću elektrodu, pa ponovno ubrzavaju između slijedećega para elektroda. Budući da se sve više ubrzavaju, svaka sljedeća elektroda i svaki međuprostor sva su dulji. Frekvencija izmjeničnoga napona, a time i električno polje moraju biti usklađeni s brzinom elektrona, što je u izvedbi velika tehnička poteškoća. Kinetička energija ubrzanog elektrona naboja e ovisi o broju n prostora između elektroda i naponu U između njih, tj. Ekin =  n  ·  e  ·  U. Povećanjem broja elektroda povećava se i dulji-

2 CERN (prema fr. Conseil européen pour la recherse nucléaire: Europsko vijeće za nuklearna istraživanja), danas Europski laboratorij za fiziku čestica, osnovan je 1954. godine. Izdržavaju ga 23 zemlje članice, najveći je svjetski znanstveni laboratorij, smješten u Meyrinu pokraj Ženeve, na samoj švicarsko-francuskoj granici. Od 28. veljače 2019. i Hrvatska je jedna od pridruženih članica CERN-a.

32

Ciklotron


umnošku dvostruke energije pojedinih obilazaka i broja obilazaka. Broj se obilazaka može povećati tako da se vremenski usklađeno (sinkrono) s povećanjem energije pojačava i magnetska indukcija okomitoga polja, a time smanjuje promjer putanje, pa se takav ciklotron naziva sinkrotronom. Najveći superprotonski sinkrotron SPC u CERN-u, koji ubrzava protone, ima polumjer od 6,9  km. U ciklotronima se ubrzavaju elektroni, ali i teže čestice, kao što su protoni i alfa-čestice. Takvim se česticama bombardiraju mete, potiču nuklearne reakcije te stvaraju umjetni nuklidi.

Betatron

Betatron je ubrzivač čestica koji elektromag­ netskom indukcijom ubrzava elektrone. Prvi su takvi ubrzivači stvarali elektronsko zračenje energija sličnih beta-zračenju radioaktivnih tvari, pa su nazvani betatronom, a rabili su se i nazivi indukcijski elektronski ubrzivač i rheotron. Za proizvodnju vrlo prodornog „tvrdog“ rend­ genskog zračenja, trebalo bi primijeniti vrlo visoke napone na rendgenskoj cijevi. Za uobičajene se rendgenske cijevi primjenjuju naponi do 250 kV, najviše do 500 kV. Više je napone vrlo teško postići transformatorima i ispravljačima zbog vrlo velikih toplinskih gubitaka i poteškoća s izoliranjem. Elektroni viših energija mogu se dobiti elektrostatičkim Van de Graffovim generatorom ili linearnim ubrzivačem, ali i to je ograničeno do nekoliko milijuna volta. Ubrzivač čestica na načelu indukcijskog trans­ formatora predložio je još 1920-ih godina Rolf Widerøe, u Njemačkoj ga je 1934. godine patentirao i izradio fizičar Max Christian Theodor Steenbeck (1904.–1981.), a u SAD-u ga je 1940. godine izradio fizičar Donald William Kerst (1911.–1993.). Betatron radi kao svaki transformator. Sastoji se od transformatorske feromagnetične jezgre, primarne zavojnice i toroidne staklene ili keramičke zrakoprazne cijevi kao sekundarne zavojnice. U nju se ubacuju elektroni koji se gibaju bez električnoga otpora, znači bez gubitaka. U trenutku porasta napona u primarnoj zavojnici raste i magnetsko polje, koje dvostruko utječe na elektrone u toroidnoj cijevi. Ono ih pojavom elektromagnetske indukcije ubrzava, a zato što se gibaju zakreću se po kružnoj stazi. Polumjer

te staze mora ostati stalan tijekom ubrzavanja, inače bi elektroni udarili u stijenku cijevi. Elektroni se ubrzavaju samo dok magnetsko polje raste. Pri napajanju primarne zavojnice sinusnom izmjeničnom strujom, to je samo za vrijeme prve četvrtine periode. Elektroni se ubacuju u putanju malo poslije početka porasta magnetskoga polja, a malo prije postizanja najviše vrijednosti moraju se izvući iz cijevi. Stoga je najviši napon ubrzavanja nešto niži od vršne vrijed­nosti izmjeničnog napona. U svakom ciklusu elektron načini velik broj obilazaka (i do milijun puta), pa je tako i ukupna energija koju dobije elektron također velika. Elektron pri kruženju stvara elektromagnetsko polje, pa zato gubi dio dobivene energije. Postoji granična energija pri kojoj elektron gubi energije koliko i dobiva. Gubici se smanjuju povećanjem polumjera staze i smanjenjem broja obilazaka. Zato snažni betatroni imaju velike i nekoliko tona teške elektromagnete, te velike cijevi za ubrzavanje. Nakon svakog se ciklusa elektroni izvlače iz cijevi otklonskim elektrodama. Takvo snažno elektronsko zračenje (beta-zračenje) može se upotrijebiti izravno ili se njime može bombardirati meta, čime nastaje vrlo tvrdo rendgensko zračenje ili gama-zračenje. U medicinskoj radioterapiji rabe se i elektronsko zračenje i posredno dobiveno rendgensko zračenje. Prve primjene betatrona u medicinskoj terapiji bile su 1948. godine na Sveučilišnoj klinici u Götingenu (Njemačka) te u bolnici u Chicagu (SAD), ali se šire počeo upotrebljavati tek krajem 1950-ih godina.

Zaključak

Ubrzivači čestica, od kojih je prvi bio rendgenski uređaj, postupno su konstruirani od kraja XIX. do kraja XX. stoljeća. Konstruirani su u rasponu od onih priručnih malih uređaja do najvećih elektroničkih uređaja s izmjerama u kilometrima i masama u tonama. Našli su veliku primjenu u osnovnim istraživanjima u fizici i tehnici, do medicinske primjene. Razvijeni su razni postupci istraživanja pomoću ubrzanoga čestičnoga zračenja iz njih ili posredno proizvedenoga ionizirajućega elektromagnetskoga zračenja. Danas su mnoga znanstvena istraživanja, jednako kao i tehničke i medicinske primjene, nezamislivi bez ubrzivača čestica. Dr. sc. Zvonimir Jakobović

33


Engelbergerova nagrada za 2019. godinu

SVIJET ROBOTIKE

ROBOTSKI END-EFEKTORI. Dobitnica Engelbergera za 2019. dolazi iz živopisnog područja robotskih end- effectora (krajnjih učinitelja ili izvršitelja). Na vrhu kinematičkog lanca mehanizma robotske ruke uvijek je smješten neki specijalizirani uređaj, alat ili oprema. Zapravo je to najrjeđe prihvatnica s prstima. Robotska ruka prilagođava se zadatku tako da mijenja različite alate ili koristi već ukomponirane u tzv. revolver-glavi. Krajnji izvršitelji sve su složeniji. Svjedoči tome i na desnoj slici prikazan izvršitelj tvrtke ATI Industrial Automation. Impresivan po dimenzijama i složenosti robotski end-efektor sa sustavom od 16 kalemova za polaganje slojeva tkanina pri izradi tijela do sada najvećih i najlakših raketa od kompozitnih materijala. Taj istraživačko-razvojni zadatak obavljen je uz asistenciju NASA-e koja je i naručitelj zadatka.

U okviru izložbe i konferencije Automate 2019 Show održana je 10. travnja 2019. u Chicagu i svečanost na kojoj je Savez proizvođača robota, RIA (Robotic Industries Association), dodijelio prestižne Engelbergerove nagrade za 2019. godinu. I ove godine nagrade kao da žele naglasiti podjednaku važnost primijenjene i znanstvene robotike. Istovremeno, posredno se, nagrađivanjem zaslužnog pojedinca naglašava važnost velikih specijaliziranih asocijacija, poput RIA-e, za razvoj robotike. Dodijeljene su dvije nagrade: Joseph F. Engelberger po kojem je nagrada Engelberger Robotics dobila ime, poznat je kao “otac robotike”, bio je osnivač i predsjednik Unimation Inc., prvog svjetskog proizvođača industrijskih robota. Nagrade se dodjeljuju pojedincima za izvrsnost u razvoju tehnologije, primjeni, obrazovanju i vodstvu u industriji robotike. Nagrađeni dobivaju honorar od 5 000 USD i medaljon s natpisom: “Doprinos napretku znanosti robotike u službi čovječanstva”.

34

jedna u kategoriji voditelja (liders) i druga u kategoriji obrazovanja. Nagradu za voditeljstvo dobila je menadžerica Catherine Morris, direktorica prodaje i voditeljica grupe u tvrtki ATI Industrial Automation, vodećem svjetskom proizvođaču robotskih end-efektora. Gospođa Morris smatra se vizionarskim liderom u području dodatne robotske opreme i robotičke industrije u cjelini. Dodatnom robotskom opremom naziva se područje robotskih end-efektora. To je razvojno vrlo propulzivna grana na kojoj se temelji primjena industrijskih robota. Raznolikost i zamršenost objekata s kojima roboti trebaju manipulirati i na kojima rade, traženje lakših rješenja potiče radikalne pristupe, stvara nove metode izrade. Ljudi koji rade u tom području svakodnevno su u dodiru s korisnicima robota pa mogu utjecati na širenje primjene i procjenjivati smjerove razvoja. Zbog toga su cijenjeni i utjecajni u robotičkim krugovima. Catherine Morris svojom profesionalnom biografijom svjedoči o fluidnosti suvremenih karijera. Po osnovnom obrazovanju ne dolazi iz tehničkih krugova. Diplomirala je na Sveučilištu Sjeverne Karoline u Chapel Hillu i započela karijeru kao učiteljica u srednjoj školi. U ATI-ju je zaposlena od 1994. godine i zagovara promjene,


Catherine Morris bila je jedina predsjednica RIA-e (Robotic Industries Association), neprofitne trgovačke udruge osnovane 1974. godine. Aktivnosti su joj usmjerene prema poboljšanju regionalne, nacionalne i globalne konkurentnosti sjevernoameričkih proizvodnih i uslužnih sektora kroz promicanje i poboljšanje robotike i automatizacije. RIA okuplja više od 550 proizvođača i korisnika robota, integratora sustava, dobavljača komponenti, konzultantskih tvrtki, istraživačkih skupina i obrazovnih institucija.

kako unutar organizacije, tako i industrije u cjelini. Njezina predanost ATI-ju i njegova misija da automatizaciju učini pristupačnijom stvorila je bezbroj mogućnosti za rast organizacije. Bila je predsjednica RIA-e u razdoblju od 2012. do 2013. kao prva žena u 45-godišnjoj povijesti udruge. Imala je ključnu ulogu u povećanju članstva. Predsjedala je i povjerenstvom Automate Showa, koji je postao vrhunska smotra automatizacije u SAD-u. Aktivna je članica Upravnog odbora RIA-e, a također je i članica uprave Matične skupine RIA-e, Udruge za unapređenje automatizacije (A3). Kroz njezinu biografiju uočava se uvijek prisutno inzistiranje na trgovini i širenju obujma robotike u svoj složenosti toga tržišta. U obrazloženju nagrade navodi se njena predanost pružanju najboljeg mogućeg rješenja, bez obzira na sve, što ju je i učinilo liderom u ATI-ju i robotičkoj industriji. “Njezina radna etika temelji se na povjerenju i kvaliteti.

Čak i kada se potrebe korisnika šire izvan rješenja koja omogućava njena matična tvrtka ATI, Catherine seže duboko u svoju mrežu kako bi pomogla svojim klijentima u rješavanju problema. Istinskim slušanjem problema i zahtjevnom dužnom pažnjom, Catherine olakšava rješenja koja joj omogućuju da napreduju.” Nagradu za obrazovanje dobio je dr. Howie Choset, profesor robotike na Institutu za robotiku Sveučilišta Carnegie Mellon (CMU) i suosnivač Instituta za naprednu proizvodnu robotiku (ARM). CMU je poznat po pionirskom radu u robotici. U povijesti Engelbergerove nagrade više njenih dobitnika bilo je s CMU-a: Takeo Kanade, Helen Whitaker i William “Red” Whittaker. Ovogodišnji dobitnik nagrade vodio je razvojna istraživanja čiji cilj je bio primjena robota u kirurgiji, proiz­ vodnji, inspekciji cjevovoda te pretraživanju u ruševinama. Dodjeljujući nagradu Howieju Chosetu željelo se naglasiti važnost praktičnog rada na pokretanju novih tvrtki u čemu je ovogodišnji dobitnik vrlo uspješan. Suosnivač je čak tri tvrtke i jednog instituta za napredna robotska istraživanja. Najpoznatija je tvrtka Medrobotics (osnovana još 2005.) za kirurške sustave, Hebi Robotics bavi se modularnim robotima (čija namjena je pretežno obrazovna), dok se Bito Robotics bavi autonomno vođenim vozilima. Kirurški robotizirani endoskop na čijem se radu temelji rad robotskog sustava Flex tvrtke Medrobotics koji je odobrila Američka agencija za lijekove i medicinsku opremu koristi se u SAD-u i Europi od 2015. godine. Kirurški roboti jedno su od najbrže napredujućih područja servisne robotike, a posebnost im je i u tome da su vrlo skupi. Druga njegova tvrtka

Moderna tehnološka reinterpretacija klasičnog “problema korištenja zmijolikih manipulatora” (slika desno) u poslovima inspekcije i spašavanja donijela je javnu popularnost Howieju Chosetu (slika lijevo). Osobito nakon pojavljivanja u legendarnom televizijskom Tonight Shawu.

35


ZMIJOLIKI ENDOSKOP. Robotski sustav Flex za operacije uha, grla i nosa temelji se na korištenju člankastog mehanizma nalik zmiji koji se daljinski vodi posredstvom joysticka tako da se prvi članak pozicionira uz pomoć HD-videa i potom pomiče guranjem prema naprijed u šupljinu. Ostali članci gibaju se po načelu follow lider (slijedi prethodnika). Postupak uvođenja “kirurške zmije” prema propisima američke agencije za odobravanje lijekova i medicinskih pomagala ne smije biti autonoman. Kad dosegne željeni položaj zmijoliki manipulator se ukruti i postaje cijev kroz koju se potom uvode instrumenti za izvođenje operacije. Izvlačenje cijevi može se automatizirati jer je riječ o proceduri obrnutoj od uvlačenja koja je bila memorirana.

Hebi Robotics bavi se još jednim uzbudljivim područjem: modularnom mobilnom robotikom. Poslovna strategija tvrtke temelji se na konceptu brzog razvoja servisnog (stacionarnog ili mobilnog) robota od standardiziranih modula. Tako se na najbrži mogući način može sklopiti robot koji će obaviti zahtijevane funkcije. To je tehnologijski osuvremenjena verzija još jedne od kanoničkih ideja iz samih početaka mobilne robotike univerzalnom modularnom sustavu za rapid prototiping (brza izrada prototipa). Sustav se, međutim, može koristiti i kao gotova jedinična platforma za obavljanje određenog zadataka. Moglo bi se reći da je riječ o svojevrsnoj makroverziji Lego-sustava. I zaista, osim kao razvojno sredstvo, koristi se na fakultetima kao obrazovni set. Tako se uspješno nastavlja

tradicija razvoja jeftinih edukacijskih robotičkih sustava. U obrazloženju nagrade za dr. Howieja Choseta povjerenstvo navodi i njegove zasluge kao jednog od suosnivača Instituta ARM koji je usmjeren na unapređenje tehnološkog razvoja i obrazovanja u robotici u proizvodnji te njegovu ulogu kao osnivačkog urednika časopisa Science Robotics. Kao i u prošloj godini, najprestižnija svjetska nagrada zadržala se u prostorima Zapada nastojeći potaknuti razvoj, proizvodnju i primjenu robota u SAD-u. Podaci da je gustoća robota u SAD-u dvostruko veća od one u Kini djeluje utješno u vremenima kada se očekuje kinesko vodstvo u svjetskoj robotici. Igor Ratković

MODULARNI ROBOTI. Moderna verzija hardvera za brzu izradu prototipova koji mogu biti i funkcionalne platforme. S njima je moguće realizirati klasičan edukacijski manipulator ili samobalansirajući mobilni sustav na kotačima nalik dostavnom robotu Boston Dynymicsa (slika desno). Jedan od temeljenih modula je i složeni pogonski modul: motor s energetskom i upravljačkom elektronikom (slika lijevo) koja omogućava upravljanje po poziciji, brzini i sili.

36

Profile for Zoran Kušan

ABC tehnike broj 626, lipanj 2019.  

Školska godina je prošla i na vaše i naše zadovoljstvo tu je i novi broj časopisa ABC tehnike. Uživajte u ljetnim praznicima čitajući naš i...

ABC tehnike broj 626, lipanj 2019.  

Školska godina je prošla i na vaše i naše zadovoljstvo tu je i novi broj časopisa ABC tehnike. Uživajte u ljetnim praznicima čitajući naš i...

Profile for zoran1002
Advertisement