Magyar találmányok témakörök szerint: áttekintő térkép

Ez a lap térkép, nem rangsor. Nem azt akarja megmutatni, hogy „mi mindent találtak fel a magyarok”, hanem azt, hogy egy-egy magyar fejlesztés melyik tudományterülethez kapcsolódik, és milyen elv működteti. Minden témakörnél először pár sorban leírjuk, mi a terület alapkérdése, aztán belinkeljük a saját cikkeinket, végül röviden – forrásra támaszkodva – említünk néhány közismert magyar fejlesztést is, amelyről még nem írtunk külön.

Két szabályt végig tartunk. Ha egy találmány elsősége vagy „magyarsága” vitatott, kimondjuk. Ha pedig egy adatot nem tudtunk ellenőrizni, inkább kihagyjuk.

Geometria és matematika

A geometria itt nem tankönyvi feladat, hanem a tárgyak viselkedésének kulcsa. Hány helyen állhat meg egy test az asztalon? Milyen alak gördül vissza magától? Hogyan lehet egy elvont tételből megfogható tárgyat készíteni? Ezek a kérdések a statikától a biológiáig sok területet összekötnek.

• A Gömböc: a test, amely mindig ugyanarra az oldalára áll – Arnold 1995-ös kérdésétől Domokos Gábor és Várkonyi Péter 2006-os válaszáig, és tovább, a boltozatos páncélú teknősökig.

Rokon téma a térbeli kirakós játékok matematikája, amelyről lejjebb, az oktatás és játék témakörnél írunk.

Űrkutatás és robotika

A világűrbe küldött eszköznél minden gramm és minden watt számít, a robotnál pedig az, hogy a gép érzékelje a környezetét, és ehhez igazítsa a mozgását. A két terület sok ponton találkozik: a műhold forgását szabályozni kell, a bolygókutató robotnak önállóan kell boldogulnia.

• Masat-1: egy tízcentis kocka, amely közel három évig keringett – az első magyar műhold energiamérlege, rádiója, mágneses stabilizálása, és a BME-s utódok a SMOG-P-től az MRC-100-ig.
• Gömbrobotok: hogyan gurul, kanyarodik és mér egy labda alakú gép? – ingás hajtás, kanyarodás perdülettel, inerciális mérés, és a „Magyarok a Marson” diákverseny.

A két cikk jól kiegészíti egymást: a műhold a Föld mágneses terébe kapaszkodva fordul, a gömbrobot a saját súlypontját tologatja. Mindkettő ugyanarra a kérdésre keres választ: hogyan lehet egy zárt testet kívülről látható kapaszkodó nélkül irányítani?

Környezet és víz

A víz tisztítása szinte mindig szétválasztás: valamit el kell különíteni a víztől, ami nem odavaló. A módszer a szennyező természetétől függ – az olaj fölúszik, a lebegő részecske fennakad, az oldott molekula egy felületen tapad meg, a mikroorganizmust ultraibolya fény teheti szaporodásképtelenné. Ebben a témakörben gyakran a legbecsületesebb válasz az, hogy „attól függ”: a víz összetételétől, a mennyiségtől és a karbantartástól.

• Olaj a csapadékvízben: hogyan választja le az olajfogó? – Stokes-törvény, koaleszcens betét, úszós elzáró, szorbensek, és mit jelentenek az olajfogók szabványos osztályai.
• Tiszta víz vegyszer nélkül? Mit tud az UV-fény, a membrán és az aktív szén – a három eljárás fizikája, korlátai, és a hazai arzénmentesítés tanulságai.

Energia

Az energia témakörben két kérdés tér vissza újra meg újra: honnan jön az energia, és mennyi vész el útközben? A legtöbb csodálatos ígéret ott bukik el, ahol valaki nem írja fel az energiamérleget.

• Áram a lépteinkből: mennyi energia nyerhető a mozgásból? – indukció és piezoelektromosság, mért teljesítmények a cipőbetéttől a térdgenerátorig, és miért nem hűt a mozgásból táplált hűtőtáska.

A transzformátor (1885). A budapesti Ganz-gyár három mérnöke, Zipernowsky Károly, Déri Miksa és Bláthy Ottó Titusz 1885 első hónapjaiban nyújtotta be szabadalmi bejelentéseit a zárt vasmagú transzformátorra és a párhuzamosan kapcsolt transzformátorokkal működő váltakozó áramú elosztásra. A BME folyóiratában, a Periodica Polytechnicában a transzformátor centenáriumára megjelent tanulmány szerint a bejelentések 1885 január és március között születtek, és a „transzformátor” elnevezést is ők használták először. A transzformátor elve – az elektromágneses indukció – korábban is ismert volt, és mások is kísérleteztek indukciós tekercsekkel; a ZBD-rendszer újdonsága a zárt vasmag és a párhuzamos kapcsolás volt, amely a nagy távolságú váltakozó áramú hálózatokat gyakorlatban is használhatóvá tette.

Jedlik Ányos forgó gépei. Jedlik Ányos bencés szerzetes és fizikus az 1820-as évek végén épített elektromágneses forgó szerkezetet, és később a dinamó öngerjesztésének elvével is foglalkozott. Elsőségének megítélése vitatott: eredményeit évtizedekig nem publikálta, ezért azok nem hatottak a gépek fejlődésére, és a nemzetközi szakirodalom a dinamót jellemzően Werner von Siemens 1866-os munkájához köti. A magyar források Jedlik korábbi kísérleteit hangsúlyozzák – a kettő együtt adja a teljes képet.

Közlekedés

A járműveknél a fizika két legfontosabb kérdése az egyensúly és a hatékony meghajtás. Az egyensúly mechanikai kérdés – súlypont, alátámasztás, kormányzás –, a meghajtás pedig az energiaátalakításé.

• Egy keréken egyensúlyban: a Gauss-kerék és az egykerekűek fizikája – fordított inga, borulási idő, és egy számolás arról, mennyit ér valójában a giroszkópos hatás.

A porlasztó (1893). Bánki Donát és Csonka János a Ganz-gyár mérnökeiként dolgozott a robbanómotorokon; a porlasztóra és a motor szabályozására vonatkozó szabadalmi bejelentésük 1893. február 11-én kelt. A porlasztó feladata, hogy a tüzelőanyagot finom cseppekre bontva egyenletesen elkeverje a beáramló levegővel. Az elsőség itt is vitatott: a karburátor kidolgozását mások – például Wilhelm Maybach – nevéhez is kötik, és a források a párhuzamos szabadalmak dátumait is eltérően közlik.

Képalkotás

A képalkotás alapkérdése, hogyan lehet a fényből – vagy más hullámokból – információt kinyerni egy tárgyról: térben, élesen, gyorsan. A modern mikroszkópia és a holográfia ugyanabból a felismerésből indul: a fény nemcsak erősség, hanem fázis és interferencia is.

• Térben és gyorsan: hogyan lát bele egy mikroszkóp az élő agyszövetbe? – konfokális és kétfoton-mikroszkópia, akuszto-optikai pásztázás, és a budapesti kutatócsoport szerepe.

A holográfia (1947). Gábor Dénes, Budapesten született fizikus 1947-ben, az angliai Rugbyben, a British Thomson-Houston cégnél dolgozva vetette fel a hullámfront-rekonstrukció elvét, eredetileg az elektronmikroszkópok javítására. A „hologram” szót is ő vezette be. Az elv igazi gyakorlati áttörése a lézer feltalálása után jött el, 1971-ben pedig Gábor Dénes megkapta a fizikai Nobel-díjat a holografikus módszer feltalálásáért és fejlesztéséért. A holográfia tehát magyar születésű kutató találmánya, de angliai munkahelyen, angol kutatási környezetben született – mindkét állítás igaz.

Oktatás és játék

Egy jó játék és egy jó tananyag ugyanazt tudja: kíváncsivá tesz, és közben észrevétlenül tanít. Ebbe a témakörbe sorolhatók azok a fejlesztések, amelyek a gondolkodást, a térlátást vagy a programozást tették hozzáférhetőbbé.

Saját cikkeink közül ide kapcsolódik a gömbrobotokról szóló írás, mert a guruló labdarobotok ma elsősorban oktatási eszközként és diákversenyeken élnek, valamint a Gömböc, amely a matematika szemléltetésének egyik legismertebb tárgya lett.

A bűvös kocka (1974). Rubik Ernő építész, szobrász és tervező 1974-ben alkotta meg a forgatható kockát; a szabadalmi bejelentés 1975-ben történt Magyarországon. A kocka matematikai szempontból is érdekes tárgy: a lehetséges állapotok száma óriási, a megoldó algoritmusok pedig a csoportelmélet szemléletes példái. A kereskedelmi siker 1980-tól jött el, amikor egy amerikai játékgyártón keresztül nemzetközi forgalmazásba került.

A BASIC programozási nyelv (1964). Kemény János, Budapesten született matematikus az Egyesült Államokbeli Dartmouth College-ban Thomas Kurtzcal együtt dolgozta ki a BASIC nyelvet, kifejezetten azzal a céllal, hogy kezdők – nem csak szakemberek – is programozhassanak. Az első BASIC program 1964. május 1-jén futott le az egyetem időosztásos rendszerén. Itt is fontos a pontosság: a nyelv közös fejlesztés volt, és amerikai egyetemen született.

Ami egyik dobozba sem fér

A golyóstoll. Bíró László József a Német Szabadalmi és Védjegyhivatal összefoglalója szerint 1938-ban több országban is szabadalmat kért golyóstollára, majd Argentínába emigrált, ahol testvérével tovább fejlesztette, és 1943-ban újabb bejelentéseket tett, többek között az Egyesült Államokban. A golyós íróeszköz ötlete ugyanakkor nem tőle származik: ugyanez a forrás egy 1888-as amerikai szabadalmat is említ, amely bőr jelölésére jól működött, papírra viszont túl durva volt. Bíró érdeme az volt, hogy a golyós hegyet olyan tintával párosította, amely se nem túl híg, se nem túl sűrű – így lett belőle papíron is jól működő, gyártható toll. Ez jó példa arra, hogy a „feltalálás” sokszor nem az első ötlet, hanem az első működő megvalósítás.

Hogyan használja ezt a térképet?

Ha egy kiselőadáshoz keres témát, válasszon egy témakört, és kezdje az ott linkelt cikkel: mindegyikben talál egy egyszerű magyarázatot és egy otthon is elvégezhető kísérletet vagy becslést. Ha egy tanórához keres példát, a témakörök bevezető bekezdései segíthetnek összekötni a tárgyat a tananyaggal – a súlypontot a Gömböccel, az indukciót az energiagyűjtéssel, a fényszóródást a mikroszkóppal.

A térkép bővülni fog. Az új cikkeink mindig bekerülnek a megfelelő témakörbe, a rövid bekezdésekből pedig idővel önálló írások lehetnek.