Текст книги "Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями)"

ФОТОГРАФИ́ЧЕСКИЙ АППАРÁТ, оптико-механический прибор для создания оптического изображения фотографируемого объекта на светочувствительном слое фотоматериала (фото – или киноплёнке, фотопластинке и др.). Содержит светонепроницаемую камеру, съёмочный объектив, видоискатель, фотографический затвор, механизм для протяжки фотоплёнки, фотокассету. Помимо этого, фотоаппараты часто оснащают дополнительными устройствами и приспособлениями, которые позволяют упростить процесс съёмки, облегчают выбор диафрагмы и выдержки, создают дополнительное освещение объекта съёмки (напр., автофокусировка объектива, экспонометрическое устройство, электронный импульсный осветитель, электропривод для протягивания фотоплёнки и взвода затвора). Фотоаппарат, в котором все операции, связанные с его подготовкой к съёмке, с самой съёмкой, а иногда и с получением готовых снимков, выполняются без участия фотографа (который только нажимает спусковую кнопку), называется автоматическим фотоаппаратом. Работает такой фотоаппарат по программе, заложенной в его конструкции (простейшие модели, предназначенные для фотолюбителей), либо содержащейся в памяти управляющего встроенного в аппарат микропроцессора (полные автоматы для профессиональных фотографов).

Схема фотоаппарата:

1 – элемент питания; 2 – объектив; 3 – фотоплёнка; 4 – система линз объектива; 5 – зеркало видоискателя; 6 – пентапризма зеркального видоискателя

При фотографировании световое изображение фотографируемого предмета проецируется объективом на светочувствительный слой фотоплёнки, в котором образуется скрытое изображение этого предмета. Чтобы сделать его видимым, плёнку из аппарата вынимают и проявляют, получается негативное или позитивное изображение. Чтобы изображение было чётким, резким, объектив фокусируют или наводят на резкость. Фокусируют объектив либо по шкале расстояний (от фотоаппарата до главного объекта съёмки), либо с помощью дальномера, либо по изображению, видимому в зеркальном видеоискателе. В соответствии со способом фокусировки различают фотоаппараты шкальные, дальномерные и зеркальные. Отдельную группу составляют фотоаппараты, объективы которых сфокусированы постоянно на бесконечность; они дают резкое изображение начиная с 1.5–2 м до объекта съёмки. Большинство современных фотоаппаратов отечественного и зарубежного производства оснащены системой автофокусировки, которая в момент нажатия спусковой кнопки затвора автоматически устанавливает объектив в положение, обеспечивающее резкое изображение снимаемых предметов. Однако наилучшее качество фотоснимка достигается при фокусировке объектива по изображению в зеркальном видоискателе. Дело в том, что изображение, наблюдаемое в таком видоискателе, в точности повторяет изображение, которое объектив во время съёмки нарисует на фотоплёнке. Получается, что фотограф как бы видит будущий снимок и потому заранее может внести нужные изменения: приблизиться к объекту или отойти от него, изменить угол съёмки (ракурс), сфокусировать объектив на сюжетно важном элементе, оставив остальную часть кадра слегка размытой, подобрать наиболее эффектное распределение света и теней и т. д. Вот почему практически все профессиональные фотографы и фотохудожники предпочитают пользоваться зеркальными фотоаппаратами.

Прототипом фотографического аппарата послужила камера-обскура, известная ещё со времён Леонардо да Винчи. Правда, долгое время она использовалась как инструмент для документально точной зарисовки различных предметов, помещаемых перед камерой. В 1568 г. венецианец Д. Барбаро описал камеру-обскуру, в отверстие которой вставлена плоско-выпуклая линза, повышающая яркость оптического изображения. Этот аппарат получил название стеноп-камера. Такой камерой пользовались изобретатели фотографии Л. Дагер и Н. Ньепс (Франция). В кон. 30-х гг. 19 в. во Франции было впервые организовано серийное изготовление деревянных фотокамер (на основе стеноп-камеры) с двухлинзовым объективом и громоздкими кассетами. Первый фотоаппарат с металлическим корпусом был создан в 1842 г. немецкой фирмой «Фойхтлендер»; в нём был установлен многолинзовый объектив, изготовленный немецким оптиком П. Фойхтлендером по расчётам венгерского оптика Й. Пецваля. В 1888 г. американский изобретатель Дж. Истмен создал первый в мире фотоаппарат «Kodak», заряжавшийся роликовой фотоплёнкой на гибкой целлулоидной основе. В 1947 г. американский изобретатель Э. Лэнд разработал фотоаппарат для моментальной фотографии «Полароид», который выдавал готовый фотоснимок через 1–2 мин после съёмки без какой-либо обработки фотоматериалов вне аппарата. Через год Лэнд организовал фирму «Полароид» для массового производства таких фотоаппаратов. В 60—80-х гг. 20 в. появились фотоаппараты с автоматической установкой диафрагмы и выдержки, автоматической фокусировкой объектива, электронным управлением фотозатвором, электрическим приводом механизма протяжки фотоплёнки и т. д. В кон. 20 в. в США и Японии появились принципиально новые цифровые фотоаппараты, представляющие собой своеобразное сочетание оптических устройств традиционных фотоаппаратов с телевизионными средствами преобразования изображений и компьютерными методами обработки видеоинформации.

Зеркальный фотоаппарат «Canon»

За время существования фотографии было создано несколько сотен типов фотоаппаратов, различных по конструкции, назначению, формату кадра, используемому фотоматериалу, степени автоматизации фотографического процесса и т. д. Условно их можно разделить на две группы. К первой самой многочисленной группе относятся фотоаппараты общего назначения, применяемые профессиональными фотографами и фотолюбителями в изобразительной фотографии (обычные, панорамные, стереоскопические и др.). Вторую группу составляют фотоаппараты, разработанные или приспособленные для научных, производственных, документальных и иных видов съёмок (фотоаппараты для аэрофотосъёмки, подводной съёмки, фотографирования небесных объектов и пр.).

Фотоаппарат «Полароид»

ФОТОРУЖЬЁ, фотоаппарат, предназначенный для съёмки с большим увеличением удалённых предметов, напр. птиц, диких зверей в естественных условиях, а также деталей архитектурных сооружений и других объектов, к которым нельзя подойти на близкое расстояние. Фотоаппарат, обычно зеркальный, снабжён объективом с фокусным расстоянием не менее 300 мм и для съёмки укрепляется на держателе в виде ружейной ложи или пистолетного типа с плечевым упором. Держатель имеет приспособление для фокусировки объектива и курок для спуска затвора фотоаппарата. При съёмке фоторужьё наводят на снимаемый объект и удерживают его в таком положении (используя держатель), пока не сработает затвор, т. к. малейшие колебания объектива фоторужья приводят к смазыванию изображения. В России выпускается с 1965 г.

Фотоснайпер

ФОТОУВЕЛИЧИ́ТЕЛЬ, прибор, предназначенный для фотопечати с негатива проекционным способом. Основные части любого фотоувеличителя: проекционная головка (с осветителем, конденсором, негативодержателем и объективом), стол (экран) и стойка для крепления проекционной головки над столом. Световой поток, создаваемый осветителем, проходит через негатив, находящийся в негативодержателе, и попадает в объектив, который формирует изображение печатаемого кадра на светочувствительном слое фотобумаги, помещаемой на столе. Осветитель содержит источник света (обычно лампу накаливания) и отражатель, частично увеличивающий световой поток в направлении негативодержателя. Конденсор собирает (концентрирует) идущие от источника света лучи и направляет их на негатив в негативодержателе; состоит из двух одинаковых плоско-выпуклых линз, обращённых сферическими поверхностями друг к другу. Негативодержатель представляет собой две пластины с вырезами по размеру кадра на фотоплёнке (напр., 24x36 мм, 60x60 мм), между которыми помещают печатаемый негатив. Концы пластин изогнуты, чтобы удерживать рулончик фотоплёнки. Объектив увеличивает изображение печатаемого кадра и проецирует его на лист фотобумаги на столе-экране. Степень увеличения зависит как от фокусного расстояния объектива, так и от расстояния между объективом и столом. Поднимая и опуская проекционную головку над столом, можно в определённых пределах изменять масштаб изображения на фотобумаге, т. е. размер фотоснимка. У большинства современных фотоувеличителей при изменении увеличения объектив фокусируется автоматически.

Схема фотоувеличителя:

1 – источник света (лампа накаливания); 2 – регулятор положения источника света; 3 – кожух осветителя; 4 – матовое стекло; 5 – конденсор; 6 – стойка (штанга); 7 – винт крепления кронштейна на стойке; 8 – экран; 9 – проекционный объектив; 10 – негативодержатель

ФОТОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ЭКСПОНÓМЕТР, см. в ст. Экспонометр.

ФОТОЭЛЕМÉНТ, прибор, в котором под действием падающего на него света возникает электродвижущая сила (фотоЭДС) или электрический ток (фототок). Различают фотоэлементы электровакуумные и полупроводниковые. Используют их в автоматической контрольной и измерительной аппаратуре. Фотоэлемент, действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии (внешнем фотоэффекте), представляет собой электровакуумный прибор с двумя электродами – фотокатодом и анодом, помещёнными в вакуумированный или наполненный газом стеклянный баллон. Фотокатодом служит фоточувствительный слой, нанесённый на участок стеклянной оболочки баллона либо на поверхность металлической пластинки внутри баллона. Анод выполняется в виде металлического кольца или сетки. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности катода. При замыкании электрической цепи фотоэлемента в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал А. Г. Столетов в 1887 г. Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, представляет собой полупроводниковый прибор с выпрямляющим полупроводниковым переходом. При замыкании внешней электрической цепи полупроводникового фотоэлемента через нагрузку начинает протекать электрический ток, пропорциональный световому потоку. Фотоэлементы служат приёмниками оптического излучения, в т. ч. видимого света. Полупроводниковые фотоэлементы используют также для прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию – в солнечных батареях (напр., на космических станциях), в фотоэлектрических генераторах.

Схемы включения электровакуумного (а) и полупроводникового (б) фотоэлементов:

К – фотокатод; А – анод; Ф – световой поток; п и р – области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е – источник постоянного тока; Rн – нагрузочный резистор

ФРЕЗЕРОВÁНИЕ, 1) обработка резанием различных материалов (металл, древесина, камень и др.) при вращательном движении инструмента – фрезы – и поступательном движении обрабатываемой заготовки. Фреза является многолезвийным режущим инструментом с зубьями, расположенными на цилиндрическом корпусе параллельно или наклонно к его оси. Изготовляют фрезы цельнолитыми или со вставными пластинками из твёрдых сплавов или композитных материалов. В металлообработке фрезерование осуществляется на фрезерных станках при обработке плоскостей и криволинейных поверхностей деталей, нарезании резьбы и зубчатых колёс, образовании шлицев, канавок, пазов и т. п., а также при резке материалов. При фрезеровании зубья вращающейся фрезы срезают стружку с подаваемой на неё заготовки, образуя требуемую поверхность детали. Обработка фрезой даёт возможность получать детали с достаточно высокой точностью размеров и чистотой поверхности. В деревообработке для фрезерования используют цепнофрезерные и долбёжные станки с рабочим органом в виде цепи из закалённой стали или в виде специальной т. н. гнездовой фрезы (на долбёжных станках).

2) Фрезерование почвы – первичная обработка почвы, производимая почвенными фрезерными машинами при осушении, во время предпосевной обработки, при добыче торфа.

Фрезы:

а – цилиндрические; б – концевая с коническим хвостовиком; в – торцевая насадная со вставными ножами; г – червячная

ФРИКЦИÓННАЯ ПЕРЕДÁЧА, механическая передача, в которой движение передаётся или преобразуется за счёт сил трения между прижимаемыми друг к другу цилиндрами, конусами, дисками и т. п. Используется для передачи вращательного движения между пересекающимися и параллельными валами, для преобразования вращательного движения в винтовое или поступательное. Фрикционная передача является одной из разновидностей бесступенчатых передач; применяется в механизмах вращения шпинделей винтовых прессов и металлорежущих станков, в узлах ручного регулирования приборов и т. п.

ФРОЛÓВ Козьма Дмитриевич (1726–1800), российский изобретатель. Создал на Алтае (Змеиногорский рудник) в 1760-х гг. комплекс сооружений и гидросиловых установок, которые позволили механизировать бо́льшую часть производственных процессов: откачку воды из рудников, подъём и транспортировку руды и т. д. До настоящего времени сохранились земляная плотина (высотой 18 м) и ряд других сооружений, построенных под руководством Фролова.

ФТОРОПЛÁСТЫ (фторолоны), синтетические термопласты, продукты полимеризации фторпроизводных олефинов. Фторопласты различаются по молекулярной массе (от 100 тыс. до 10 млн.); плотность 1700–2180 кг/мі, температура эксплуатации от 120 до 260 °C, прочность на растяжение не превышает 55 МПа. Стойки к действию агрессивных сред, не горят и даже самозатухают при возгорании. Выпускаются в виде паст, порошков или гранул, которые при необходимости формуют в изделия по технологии переработки пластмасс; для политетрафторэтилена используют технологию порошковой металлургии или керамики. Из фторопластов изготовляют коррозионностойкие контейнеры, теплообменники, химические реакторы, конструкционные детали, протезы органов человека, листы, плёнки, трубы, шланги, изоляцию для проводов и кабелей. Растворами фторопластов пропитывают ткани, работающие в агрессивных средах; низкомолекулярные фторопласты используют как сухие смазки, компоненты антифрикционных материалов.

ФУ́ЛТОН (fulton) Роберт (1765–1815), американский изобретатель парохода. В 1806—07 гг. построил первый в мире колёсный пароход «Клермонт» с паровой машиной мощностью 20 л. с. (14.7 кВт), который стал постоянно курсировать по р. Гудзон от Нью-Йорка до Олбани. В дальнейшем создал ещё несколько колёсных пароходов, в т. ч. первое в мире паровое военное судно «Демологос». Помимо пароходов, построил подводную лодку «Наутилус», имевшую все основные части будущих подлодок.

ФУНДÁМЕНТ СООРУЖÉНИЯ, подземная или подводная часть сооружения, служащая для передачи нагрузок (собственного веса, временной нагрузки и т. д.) от сооружения на основание. Возводятся гл. обр. из железобетона, бетона и бута. Фундаменты делятся на фундаменты мелкого и глубокого заложения.

Фундаменты мелкого заложения (обычно на естественном основании) устраиваются в относительно неглубоких котлованах или траншеях. Бывают ленточными (под стены и колонны), отдельно стоящими (под отдельные колонны, стойки, памятники и т. д.) и сплошными в виде плит или массивов различных форм (под всё сооружение или его часть). Верхняя поверхность фундамента называется обрезом, а нижняя, опирающаяся на основание, – подошвой. Расстояние от планировочной отметки земли до подошвы фундамента (а при наличии специальной подготовки под фундамент из песка, гравия и т. п. – до низа подготовки) называется глубиной заложения фундамента. Глубина заложения устанавливается с учётом назначения сооружения, величины и характера нагрузок, действующих на основание, геологических, гидрогеологических условий и климатических особенностей района. В глинистых грунтах главным фактором является глубина промерзания грунта. Дело в том, что мелкие частицы (менее 0.1 мм) таких грунтов при промерзании перемещаются (пучинятся) на десятки сантиметров, что вызывает перемещения фундамента и деформацию всего сооружения. Для пучинистых грунтов глубину заложения фундамента назначают не менее расчётной глубины промерзания грунта. Для Москвы и Московской области, напр., она составляет 1 м 40 см.

Фундаменты глубокого заложения устраивают при слабых, просадочных, взбухающих и т. п. грунтах, при высоком уровне грунтовых вод, а также при возведении сооружений, несущих большие нагрузки (мосты, гидротехнические сооружения и т. д.). Фундаменты глубокого заложения бывают свайные (см. Свайные фундаменты), в виде кессонов, опускных колодцев и глубоких опор (оболочек и набивных). Ок. 80 % возводимых в жилищном строительстве фундаментов – фундаменты мелкого заложения.

ФУНИКУЛЁР, рельсовая дорога с канатной тягой для перевозки пассажиров или грузов в вагонах на крутых подъёмах на короткие расстояния. Канат скользит по роликам, расположенным между рельсами. Тяговое усилие передаётся через канат от электродвигателя, находящегося на концевой (обычно верхней) станции, через систему механических передач и приводную лебёдку. Вагон или канат оснащён механическим тормозом, обеспечивающим автоматическое торможение при отключении электродвигателей или обрыве каната. В зависимости от назначения фуникулёры бывают пассажирские, грузовые и грузопассажирские, по устройству – одновагонные (с одним попеременно поднимающимся и опускающимся вагоном) и двухвагонные (с двумя уравновешивающими друг друга вагонами, движущимися навстречу). Двухвагонные фуникулёры могут выполняться двухпутными (с независимыми рельсовыми путями) и однопутными (с разъездами в средней части). Провозная способность фуникулёров обычно не превышает 600 человек в час. Фуникулёры имеют ограниченное распространение, обычно их устраивают в местностях с горным рельефом, в курортных зонах, внутри промышленных объектов, расположенных в горах, и т. п. Впервые фуникулёр был применён в 1854 г. в Италии и Австрии.

ФУ́РМА, устройство для подачи газообразных компонентов процесса, напр. воздуха, кислорода, природного газа и т. п., в металлургические печи или для продувки металлической ванны при выплавке стали или цветных металлов. В доменных печах фурма представляет собой сопло с водоохлаждаемой рубашкой, а в вагранках и других шахтных печах – щелевидное отверстие в стенке агрегата. В конвертерах и мартеновских печах фурма служит для подачи кислорода, представляет собой трубу с наконечником специальной конструкции и водоохлаждаемой рубашкой, снабжается механизмом для подъёма, опускания и замены. Кроме дутья, через фурму могут подаваться (вдуваться) порошкообразные и жидкие материалы (напр., пылеугольное топливо и мазут в доменном процессе).

ФУТЕРÓВКА, защитная внутренняя облицовка металлургических и тепловых агрегатов и их частей (печей, топок, ковшей, боровов, труб и др.), а также химических аппаратов, травильных ванн и т. п. Выполняется из кирпичей, плит, блоков, бетонов, набивных масс и т. н. торкретмасс. В зависимости от назначения и вида материала футеровка может быть огнеупорной, кислотоупорной, теплоизоляционной.

ФЮЗЕЛЯ́Ж, корпус летательного аппарата, внутри которого размещают кабину экипажа, пассажирский салон, грузовые отсеки, различное оборудование. Фюзеляж связывает между собой крыло, оперение, иногда шасси и двигательную установку. Основные элементы конструкции – каркас и обшивка. У большинства летательных аппаратов каркас собирают из продольных (лонжероны, стрингеры) и поперечных (шпангоуты) элементов (балочная конструкция), воспринимающих нагрузки и образующих внутренний объём. Часто каркас изготовляют в виде пространственной фермы. Есть каркасы смешанные: передняя часть ферменная, а хвостовая – балочная и наоборот. У большинства современных самолётов фюзеляжи имеют сигарообразную форму с закруглённой носовой и сужающейся хвостовой частями. Фюзеляж гидросамолёта внешне напоминает лодку. У сверхзвуковых самолётов носовую часть фюзеляжа делают заострённой для улучшения аэродинамических свойств. Обшивка фюзеляжа придаёт ему обтекаемую форму и также частично воспринимает нагрузки.

У первых самолётов (нач. 20 в.) каркас фюзеляжа изготовляли из деревянных реек, а обшивку из ткани. В период 1-й мировой войны создавались самолёты с фюзеляжем, крыльями и оперением, обшитыми специальной авиационной фанерой. В 30—40-х гг. во многих странах, в т. ч. в России, Франции, Германии, США, Италии, начали выпускать самолёты с металлическим каркасом и металлической обшивкой. При изготовлении каркасов фюзеляжей широко используются лёгкие и прочные алюминиевые и титановые сплавы, а обшивку делают из листов алюминиевых сплавов. Такие же фюзеляжи у вертолётов. В фюзеляжах планёров используют гл. обр. композиционные и пластмассовые материалы, реже древесину и фанеру.