Атомные часы

Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) – подразделение Управления по технологиям США, одного из агентств Министерства торговли США. Штаб-квартира организации располагается в Гейтерсберге.

В задачу института входит «продвигать» инновационную и индустриальную конкурентоспособность США путём развития наук об измерениях, стандартизации и технологий с целью повышения экономической безопасности и улучшения качества жизни. Вместе с Американским национальным институтом стандартов (ANSI) участвует в разработке стандартов и спецификаций к программным решениям используемым как в государственном секторе США, так и имеющим коммерческое применение.

Четыре научных работника NIST получили Нобелевские премии по физике: Уильям Д. Филлипс (1997), Эрик А. Корнелл (2001), Джон Л. Холл (2005) и Дэвид Дж. Уайнленд (2012). Это наибольшее количество нобелевских лауреатов в отдельной правительственной лаборатории США. Все четыре лауреата были награждены за работы, связанные с лазерным охлаждением атомов, что имеет непосредственное отношение к разработке и развитию технологии атомных часов.

Атомные часы (молекулярные, квантовые часы) – прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул.

Атомные часы важны в навигации. Определение положения космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолётов, подводных лодок, а также передвижение автомобилей в автоматическом режиме по спутниковой связи (GPS, ГЛОНАСС, Galileo) невозможны без атомных часов. Атомные часы используются также в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в том числе в базовых станциях мобильной связи, международными и национальными бюро стандартов и службами точного времени, которые периодически транслируют временные сигналы по радио.

С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Согласно этому определению, атом цезия-133 является стандартом для измерений времени и частоты. Точность определения секунды определяет точность определения других основных единиц, таких как, например, вольт или метр, содержащих секунду в своём определении.

Специалисты Национального института стандартов и технологий США установили мировой рекорд, доведя точность атомных часов на основе стронция до отклонения на одну секунду за 15 миллиардов лет (что приблизительно соответствует возрасту Вселенной). Точность предыдущих часов, созданных ими же в 2014 году, была в три раза меньше – отклонение составляло одну секунду на 5 миллиардов лет.

В этих измерительных приборах аналогом «тиканья» механических часов выступают перемещения атомов стронция в пространственной решетке, созданной с помощью лазера. За одну секунду атомы совершают 430 миллиардов таких переходов.

Несмотря на то что такие часы имеют гораздо большую точность, в стабильности их работы еще необходимо удостовериться на практике. Поэтому в мире на данный момент более распространены часы на основе цезия, а не стронция. Они работают с погрешностью в одну секунду на несколько десятков миллионов лет. C 1967 года в Международной системе единиц измерения принято, что секунда – это 9 192 631 770 переходов, которые совершает атом цезия-133.

Как отмечается в заявлении американских физиков, многие уже ставшие привычными технологии, такие как мобильные телефоны, приемники сигнала спутниковой системы глобального позиционирования (GPS) и даже система электроснабжения, полагаются именно на атомные часы. По словам ученых, даже небольшое улучшение в работе этого прибора ведет к появлению новых технологий.

Банка Мейсона

Это банка с завинчивающейся крышкой для консервирования.

Название «банка Мейсона» относится к литым консервным банкам из стекла, горлышки которых имеют внешнюю резьбу. На эту резьбу надевается металлический обруч, смысл которого – прижим железной крышки к банке. С внутренней стороны крышки находится резиновая прокладка, за счет которой закрытие получается герметичным. Как правило, кольца и крышки можно купить вместе с банками Мейсона. Кольца допустимо использовать неоднократно, крышки же делаются одноразовыми. Приобрести их не проблема.

В массовое производство чаще запускаются контейнеры для консервов из пластика и жестяные банки, банки Мейсона шире распространены в изготовлении домашней консервации. Придумал эти сосуды Джон Лэндис Мейсон (1832–1902), известный жестянщик в Филадельфии XIX века.

История баночек Mason началась в 1858 году, когда предприимчивый нью-йоркский кузнец Джон Л. Мейсон изобрел машину, которая смогла нарезать металлические заготовки для крышечек. Эти специальным образом прорезиненные крышечки позволили совершить миниреволюцию в процессе консервирования. Баночки Mason герметично закрываются благодаря металлическому обручу и прорезиненной крышке, делая процесс консервации максимально простым, достаточно лишь вручную завернуть крышечку.

Крышки и обручи продаются как в комплекте с самими баночками, так и отдельно от них, так как саму крышку для консервации можно использовать только 1 раз, после чего ее следует сменить. Металлические части не контактируют с находящимися внутри продуктами, а значит, возможная ржавчина не попадает в пищу. Если вы используете баночку в других целях, пользоваться одной крышкой можно долго.

Банкомат

Потребность в банкомате появилась уже в начале XX века. Нужна была машина, которая сможет выполнять кассовые операции без участия человека. Многие хотели сконструировать такой аппарат. Сделал это Лютер Джордж Симьян в 1939 году. Именно он положил начало истории банкоматов. Симьян первым создал машину, которая могла принимать наличные и через которую можно было оплатить квитанции. Назвал он ее банкограф.

Внутри Симьян вмонтировал маленький фотоаппарат для фотографирования денег. На каждом снимке ставились время и дата. Каждому клиенту выдавалась квитанция о получении средств. Изобретатель уговорил руководство одного из банков провести испытание первого в истории банкомата. Банкомат был просто «волшебным ящиком», который не мог: ни принять платеж, не имел связи с банком, не мог занести деньги на счет, а просто выдавал деньги всем, кто хорошо попросит. Этот банкомат почти полгода простоял в одном из отделений банка.

Прорыв в истории банкоматов произошел, когда изобретатель Дональд Ветцел придумал всем известные пластиковые карты с магнитной полосой, в которой находилась вся необходимая информация о владельце и его операциях. Стоили они дорого, и распространяли их только очень крупные банки. В 1973 году банкомат был официально запатентован. За свое изобретение в 2005 году Дональд Ветцел получил орден Британской империи от самой королевы.

Барометр

Барометр (от греческих слов «тяжесть» и «измеряю») – это прибор для измерения атмосферного давления, а поскольку погода на улице связана с атмосферным давлением, то можно смело говорить о барометре, как о предсказателе погоды. Изобретен барометр был еще в 1644 году итальянцем, учеником Галилея, Эванджелистом Торричелли. И вот уже несколько веков барометр с успехом используется в различных отраслях науки и техники, а также в быту.

Принцип работы барометра заключается в измерении давления земной атмосферы. Толща атмосферы, а это десятки километров, давит на все тела, и это давление как раз и измеряет барометр. А по изменению барометрического давления можно судить о предстоящем изменении погоды. Как правило, эти изменения происходят несколько раньше, чем меняется погода, поэтому можно заранее предсказать, будет ли завтра моросить дождик (преобладание областей низкого давления – циклоны) или светить яркое солнце (области высокого давления – антициклоны).

Барометры бывают жидкостные и анероиды (то есть безжидкостные). И принцип их работы в целом одинаков. Только в первом случае барометрическое давление фиксируется по изменению в сосуде уровня жидкости, на которую давит атмосфера, а во втором – по деформации герметичного металлического гофрированного контейнера, в котором создано разряжение. При повышении атмосферного давления контейнер немного сжимается, а при понижении – распрямляется. Изменение геометрии контейнера через рычажную систему передается на стрелку.

В быту в основном используют барометр анероид, т. к. он более компактен. Но более точными считаются жидкостные, а именно, ртутные барометры. Недаром измерение атмосферного давления проводится в эквиваленте высоты столбика ртути в ртутном барометре. Вы, наверное, не раз слышали в прогнозе погоды, что атмосферное давление составляет столько-то миллиметров ртутного столба. Даже если измерения проводились с помощью барометра-анероида, то его показания все равно указываются в эквиваленте столбика ртутного барометра. Несмотря на введение международной метрической системы, гектопаскали так и не смогли прижиться для определения атмосферного давления, как, впрочем, и бары, и старые добрые миллиметры ртутного столба используются сегодня.

С помощью показаний барометра можно не только предсказывать погоду, но и определять высоту над поверхностью земли. Поскольку с ростом высоты уменьшается давление атмосферы, то, зная величину падения барометрического давления на разных высотах, с помощью барометра можно определять высоту над поверхностью земли.

Бритва Жиллетт

До изобретения станка мужчины брились клинковыми бритвами. Первый станок появился на рынке в 1874 году в Великобритании. Кинг Кэмп Жиллетт (1855–1932) разработал станок для бритья, в который зажималось лезвие для бритья. В возрасте 40 лет во время бритья у него появилась идея, как можно облегчить нудный процесс точения лезвия бритвы. Он придумал бритвенный станок, в который зажимается лезвие, которое можно выбрасывать после того, как оно стало тупым. «Я стоял, сжав бритву в руке, – писал позже Кинг Кэмп, – и вдруг совершенно явственно представил себе будущий станок Жиллетт! За считанные секунды в голове промелькнуло множество вопросов, но ответы находились моментально, как будто все это происходило во сне».

Жиллетт впервые обратил внимание, что работает в бритве лишь тонкое лезвие, а оставшаяся часть служит для его поддержки – хотя производство ручки тоже требует времени и денег. В то время ручку делали из дорогой стали и украшали резьбой, чеканкой и прочими излишествами. Почему бы не придумать более экономный способ удержания лезвия, а самому ему увеличить срок действия.

Так родилась идея сменного, заточенного с двух сторон лезвия, а также Т-образной дешевой ручки с зажимами. До этого конструкция бритвы не менялась веками, а ее использование было процедурой рискованной и малоприятной – не случайно долгое время бритва называлась «опасной». Лишь в середине 1870-х годов братья Кемпфе в Германии изобрели «безопасную», но кованую и с лезвием, требовавшим постоянной заточки.

Жиллетт задумался о принципиально ином станке с другим лезвием – тонким, прочным, легким и дешевым, чтобы его можно было выкидывать и заменять после каждого бритья. Потенциальными покупателями такого товара должны были стать все взрослые мужчины на свете – вне зависимости от их национальной принадлежности, благосостояния и образования. Это и было гениальное изобретение, патент на которое мог обогатить изобретателя в одночасье.

Нужна была особая сталь для лезвия: одновременно тонкая, прочная и дешевая. Изобретатель еще не знал тогда, что эта сталь по стоимости окажется намного дороже расчетной. Не знал он и того, что одни лабораторные тесты потребуют четверти миллиона долларов.

Шесть лет прошли в бесплодных поисках, пока в 1901 году судьба не свела Жиллетта с инженером-механиком Уильямом Никерсоном, который и придумал технологию укрепления и заточки стальной ленты. После этого дело сдвинулось с мертвой точки – был получен патент на Т-образную безопасную бритву (которую можно открыть, чтобы сменить затупившееся лезвие на новое) и основана фирма по ее производству. Однако начальный капитал быстро иссяк, и компаньоны – Жиллетт и Никерсон с двумя своими друзьями – разместили акции компании на бирже, выручив еще $5 тысяч. Но и те вскоре улетучились, а себестоимость бритв оставалась еще слишком высокой для предмета одноразового использования. Жиллетту удалось привлечь инвесторов, и в 1903 году началось серийное производство его бритв.

В первый год было продано всего 168 станков и 51 лезвие, а в следующем году число достигло уже 90 000 станков и 123 000 лезвий.

С тех пор лезвия для бритья не нужно было точить, а можно было просто заменять старые лезвия на новые.

Главным достижением Жиллетта-бизнесмена был нестандартный маркетинговый ход, с тех пор ставший классическим: производитель бритвенных станков начал продавать их ниже себестоимости, даже раздавать даром! Так он приучил потребителей к своей продукции и заставил их покупать все больше лезвий.

Это и было главное изобретение Кинга Кэмпа Жиллетта. Модель бизнеса, которая получила название «бритва-лезвие», а сегодня называется моделью «наживки и крючка», когда главный продукт продается по заведомо заниженной цене, а прибыль получается за счет многократной продажи расходного продукта, без которого не работает главный. Фактически речь идет об особой форме продажи в рассрочку: потребитель в итоге компенсирует издержки компании на производство главного продукта, покупая расходные материалы. Как любил повторять сам Жиллетт, «не нужно жалеть денег на покупку рынка».