Текст книги "Тайны великих открытий"

Автор книги: Александр Помогайбо

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 20 страниц)

Анализ материала, в данном случае стекла, подскажет, с какой меркой мы должны подходить к нашему герою.

Стекло прозрачно. Стеклянный человек прозрачен. Можно читать его мысли… Он не может говорить неправду, это сразу бы увидели; один выход – найти шляпу…

Стекло хрупкое. Раз так, то, значит, дом стеклянного человека должен быть весь обит чем-нибудь мягким. Тротуары будут застелены матрацами. Рукопожатия отменяются (!). Тяжелые работы – тоже. Врачом в подлинном смысле этого слова будет не медик, а стеклодув.

Стекло может быть цветным. Стекло можно мыть. И так далее".

Анализ исходных материалов порой бывает полезен. В самом деле, какая бы блестящая идея ни посетила нашу голову, она бесполезна, если мы не можем воплотить ее в жизнь.

Подобный анализ труден по чисто психологическим причинам. В ходе эволюции человек привык решать задачи в терминах препятствий, а не в терминах средств. Это понятно: еще в недалеком прошлом задача могла нести смертельную опасность, человек привык искать ХОТЬ КАКОЙ выход, то есть те особенности преграды, которые помогли бы эту преграду немедленно преодолеть. Но нашей жизни ничего не угрожает; и потому мы можем осмотреться: что мы имеем для решения задачи?

Поскольку вспомнил Леонардо да Винчи, мы также прибегнем к примеру из итальянской истории.

Галилей вел астрономические наблюдения при помощи подзорной трубы, которую сам и изготовил. Строго говоря, идея подзорной трубы принадлежала не ему. Находясь в Венеции, Галилей услышал, что какой-то голландец преподнес местному правителю Морису Нассаускому трубку" которая по-зволяла ясно видеть отдаленные предметы, словно они находятся вблизи. Галилей стал размышлять, как мог быть устроен этот "волшебный снаряд", и, не зная никаких подробностей, все-таки догадался – по сути, используя метод анализа исходных материалов.

"Вот, – говорил Галилей, – каким было мое рассуждение. В устройство снаряда должны входить стекла, одно или многие. Одного быть не может. Стекло может быть или выпуклое, то есть более толстое в середине, или вогнутое, то есть тонкое в середине, или, наконец, с параллельными поверхностями. Стекло последней формы не уменьшает и не увеличивает видимых предметов; вогнутое их уменьшает, выпуклое увеличивает, но кажется смутным и неясным. Значит, одно стекло действия произвести не может; переходя к сочетанию двух стекол и зная, что стекла с параллельными поверхностями ничего не изменяют, я заключил, что от соединения его с тем или другим из остальных родов стекол также нельзя ждать действия. Поэтому я сосредоточил опыты на том, чтобы исследовать, что произойдет от соединения этих двух стекол, то есть выпуклого и вогнутого, и достиг результата, которого искал".

Галилей открыл горы на Луне, четыре спутника Юпитера, фазы у Венеры и пятна на Солнце. Каждое из этих открытий в отдельности могло бы сделать его имя бессмертным.

Всего этого он добился благодаря искусству "анализа исходных материалов".

А вот пример из нашей истории. В 1920-х годах на Балтийском заводе в Ленинграде начали проектировать лесовозы – чуть ли не первые после революции. Естественно, обсуждался вопрос, какой двигатель выбрать. Известно, что дизель значительно экономичнее паровой машины; по этой причине паровые машины в 1920-е годы уже доживали свой век. Тем не менее конструкторы Балтийского завода все же предпочли пар, и вот почему. Лесовозы должны были доставлять лес из Архангельска в Англию. В Архангельске не было нефтяного топлива, к тому же, выгрузив лес в Лондоне, корабль должен был идти обратно с балластом – таким балластом и стал дешевый английский уголь, который судно использовало в следующем рейсе.

Перед решением любой задачи полезно прежде всего прикинуть: что имеется? И составить перечень – но не только материалов, но и их возможных функций. Любой анализ исходных материалов в конечном счете – тот же анализ функций.

Зададимся, к примеру, следующим вопросом: что можно предложить для того, чтобы предотвратить снос морских буровых вышек ледовыми полями? Это довольно сложная проблема – но посмотрите, как легко генерировать идеи, если мы составим список элементов, находящихся в нашем распоряжении, и свойств этих элементов. Элементов немного – вода, воздух, нефть и попутный газ, но, подробно расписав их свойства, мы можем сразу найти целую серию решений.

Первое – вода. Что делает вода? Поддерживает лед. Отсюда первая идея – использовать твердую металлическую камеру, которая, попеременно наполняясь водой и воздухом, вспарывала бы лед снизу.

Ломать лед можно и сверху – наполняя емкость водой, на манер ледокольного судна.

Какие еще свойства у воды? Она соленая. Можно лить воду на состоящий из пресной воды лед – от соли он растает быстрее.

Вода упругая – это дает возможность разбивать лед из водяной пушки.

Какие свойства у льда? Он крепкий. Это значит, что можно прибуксировать айсберг и поставить его на якорь с направления движения льда. Вместе с тем лед рыхлый там, где он находится в воде. Можно поставить подводный винт, который бы разрыхлял подводную часть льда, – подобный метод прежде использовали на некоторых ледокольных судах.

Лед способен плавать только на поверхности. Отсюда идея ограждений в виде огромного буя. Наползая на буй передней частью, задней частью льдина остается в воде – и ломается на более мелкие части.

Какие свойства у газа? Он горит. Можно использовать газовую резку.

Итак, мы буквально за несколько минут получили целый ряд вполне действенных идей.

Иногда в общий анализ включается этап анализа физических принципов. Зачем нужен этот этап?

В Первую мировую войну американцы столкнулись с такой проблемой – судно, на которое сбрасывается много бомб, не тонет. За советом обратились известному изобретателю (позднее – консультанту по военным делам при правительстве США), бывшему русскому военному летчику А. Северскому.

Ответ А. Северского был следующим – бомбы надо сбрасывать не на корабль, а… рядом с кораблем. Ударная волна распарывает швы, и корабль идет ко дну.

Подобный совет мог дать человек, хорошо знавший физические принципы.

К сожалению, о необходимости рассматривать физический принцип частенько забывают. Во время Второй мировой войны конструкторы тяжелых танков были озадачены тем, что даже самая мощная броня не спасала танковые экипажи – от внутренней части танковой брони откалывались осколки и поражали людей. Ударная волна, проходя по броне, составляла узлы и пучности, – из-за этого и отскакивали кусочки брони. Явление это было неожиданностью для конструкторов. С этой проблемой они тогда не справились толком (активная защита появилась много позже), а вот в самолете Ил-2 против этого явления были предприняты специальные меры. Бронеспинку делали не из одного толстого листа брони, а из двух более тонких. Ударная волна первого листа не проходила во второй лист. Это внесло свою лепту в легендарную живучесть "илов".

Конструкторы Ил-2 учли свойства ударной волны – но, к сожалению, не учли в полной мере другого физического принципа, и очень важного, – центра тяжести. Летчики столкнулись с тем, что прицельная очередь уходила ниже цели. При исследовании выяснилось, что виноват длинный магазин к авиационной пушке. Самолет стрелял в наклонном положении, магазин опустошался, центр тяжести самолета менялся, и нос опускался вниз. Немного, но достаточно, чтобы сбить прицел. Пришлось менять пушку – на ту, для которой снаряды располагались в крыле.

Хотя понятие "центр тяжести" занимает относительно небольшое место в учебниках физики, в технике оно играет огромную роль. О связанных с центром тяжести причудах техники можно написать отдельную книгу; мы ограничимся только несколькими примерами.

Перед Первой мировой войной на вооружение русской армии поступила "горская шашка". Автор ее, Горский, решил сделать шашку, которой можно было бы и колоть, и рубить. Шашка была изогнутой, как и прочие шашки, но рукоятка и кончик шашки находились на одной оси, что позволяло вонзать оружие в противника.

Однако в армии шашку сочли неудобной, и от нее со временем отказались. Что же было причиной неудобства? Изгиб шашки был впереди ее оси, а это значит, что центр тяжести тоже располагался впереди оси, хотя у шашки центр тяжести должен быть сзади. Вспомним топор с его изогнутым назад топорищем. То, что центр тяжести у топора находится позади, позволяет легко его направлять.

По сути, объединив шашку и палаш, Горский произвел "анализ функций" – но не сделал анализа физического принципа. Потому-то идея и оказалась негодной.

Там, где может вмешаться физический принцип, надо: 1) точно его определить; 2) подробно расписать все формы проявления этого принципа; 3) найти потенциально опасные или полезные формы; 4) привлечь уже известные принципы для борьбы с опасными формами и использования полезных.

Пример – задача уменьшения ущерба от землетрясений.

Первый этап. Сейсмическая волна – это такая же волна, как и всякая другая. Физический принцип явления – распространение волны.

Второй этап. Формы проявления волновых свойств – наложение и вычитание, огибание, пучности и узлы, резонансные и колебательные свойства, отражение, изменение угла и скорости при переходе сред.

Третий этап. Пытаемся найти среди форм проявления физического принципа потенциально полезные. К примеру, возьмем колебательные свойства.

Четвертый этап. Минареты в Средней Азии строят с полукруглым фундаментом, который покоится на полукруглом ложе. Между ложем и фундаментом есть слой из сухих веток. Приняв удар, минарет отклоняется, а затем, колеблясь, постепенно освобождается от энергии. Тогда как энергия волны с кнута срывается с резким щелчком, минарет, став резонансной системой, становится ловушкой для волны. Колебательные свойства сейчас используется при строительстве японских небоскребов (хотя вряд ли японские строители позаимствовали этот метод в Средней Азии).

Можно на третьем этапе выбрать другую форму – "отражение". Мы знаем, что волны отражаются от поверхностей. Это значит, что зданию мало что будет грозить, если оно будет покоится на массивной плите. Сейсмическая волна отразиться от плиты. Не в этом ли заключается разгадка тайны баальбекских плит? В Баальбеке храмы наверняка строили навечно.

Можно на третьем этапе выбрать и "наложение". Вспомним, как морские волны, дойдя до волноломов, меняют направление и начинают друг друга гасить. Полагают, что подобный принцип использовали древние зодчие. Иначе не объяснить уходящие глубоко в землю стены, сужающиеся к концам. Волны, накладываясь друг на друга в здании, могут вызвать негативный эффект. Значит, стенам здания нужно придать одинаковую толщину, а само здание не должно менять профиль по ходу распространения волны (то есть у большого здания не должно быть маленьких пристроек).

Анализ физических принципов подразумевает и анализ формул. Наверняка при слове «формулы» у читателя свело or скуки скулы – но вспомните, как в «Букинисте» вы листали книгу «Космонавтика» и обливались слезами – как же все это безумно интересно! Сухие формулы, которые вам приходилось зубрить в институте, обрели плоть и кровь. Как оказалось, с их помощью можно рассчитать фотонный двигатель, космический парус и еще много чудесных вещей. Почему же в институтах, думали вы, эти формулы не привязывали к конкретным интересным проектам, чтобы оживить этим непонятные криптограммы?

Мы не сделаем этой ошибки. Мы "привяжемся" к конкретным случаям.

Начнем с космонавтики.

1. Существуют проекты ионного, электрического, магнитоэлектрического и других двигателей. Их изобретатели предлагают на этих двигателях долететь до Марса, Венеры, Юпитера и так далее. Но мы знаем, что для полета на Марс требуется скорость не меньше второй космической. Потому и летают на жидкостных ракетах. На ионах и электричестве такой скорости не разовьешь…

Или разовьешь? Формула скорости V=at; время t у нас бесконечно. Достаточно небольшого, буквально микро-скопического ускорения а, чтобы со временем ракета разогналась до ураганных скоростей. Проблема лишь в том, чтобы все долгое время разгона это ускорение оставалось. Изобретателю следует продумать, как он будет получать ионы – от Солнца, батареи или от чего-либо еще.

Этим примером мы хотели продемонстрировать присутствующую в большинстве формул ПРЯМУЮ ЗАВИСИМОСТЬ. Она не так проста, как это кажется на первый взгляд. Непростой ее делают составляющие формулу элементы.

Приглядитесь к формуле V=at. Какими разными являются ее составляющие! Время t увеличивается, оно полно жизни, динамики, развития, энергии. Ускорение же а – это всего лишь коэффициент между скоростью и временем. Оно мертво, безжизненно и, как космос, холодно. Время увеличивается само; чтобы увеличить а, надо много потрудиться.

Чуть изменим формулу, представив ее в следующем виде: a=V/t. Из этой новой формы, похоже, следует, что ускорение само уменьшается со временем. Ух, как интересно! А не открыли ли мы какую-нибудь новую закономерность?

К сожалению, не открыли. Скорость V в данной формуле – это не мертвый коэффициент. Если тело движется в пространстве с ускорением, то с увеличением времени t меняется и скорость V – то есть ускорение а остается постоянным.

Действительно, изучать формулы надо только по таким книгам, как "Космонавтика". Не потому, что это интересно, а потому, что это правильно.

2. Теперь перейдем к КВАДРАТИЧНОЙ ЗАВИСИМОСТИ.

Русский оружейник Федоров потратил много сил на переход русской армии с оружия калибром 7,62 миллиметра на оружие калибром 6,5 миллиметра. Казалось бы, один миллиметр разницы – стоит ли ломать копья? Но лобовое сопротивление пули, помимо прочего, пропорционально площади среза, а площадь считается по формуле pR ². А это значит, что с уменьшением радиуса площадь падает не настолько же, а существенно больше. Если калибр падает на 13 процентов, то площадь падает на четверть – а это весьма солидно.

По аналогичной причине, в частности, авиаконструкторы и стремились сделать "радиус" самолета (мидель) как можно меньшим. Как и создатели авиадвигателей мидель мотора.

Из всего сказанного можно сделать вывод: если в формуле есть квадратичная зависимость, ради параметра с этой зависимостью следует бороться не покладая рук. Если зависимость кубическая – ради нее можно идти на любое преступление. Конечно, не наказуемое.

3. ЭКСПОНЕНТА по своей подлости сравнима только со старухой Шапокляк. Подтвердим это обвинение примером.

Прочность стальных деталей при нагрузках падает по экспоненте – но до определенного момента, когда сталь, несколько утратив от первоначальной прочность, не приобретает фиксированной твердости.

Вот привычка к такому характеру изменения прочности и подвела английских конструкторов. Алюминиевые "Кометы" – первые в мире реактивные лайнеры – падали вместе с пассажирами, поскольку англичане не учли, что у алюминия экспонента опускается очень низко. Во Вторую мировую алюминиевые бомбардировщики англичан летали без разрушений корпуса – но для послевоенных лайнеров потребовалась герметизация салона. Разница давлений на стенки лайнера со стороны атмосферы и со стороны салона, нагружая алюминиевый корпус рейс за рейсом, и погубила несколько крылатых машин.

На предварительных же испытаниях алюминий вел себя неплохо – поскольку эти испытания затрагивали еще только верхнюю часть коварной экспоненты, по которой точно просчитать дальнейшее ее поведение было нелегко.

4. У большинства читателей, без сомнения, со школы аллергия на формулы, поэтому мы и ограничим вышеизложенным разговор о формулах. Всем прочим – если они того пожелают – советуем посмотреть в курсе физики, как необычно ведут себя различные составляющие формул. Часто формула – это настоящая казацкая вольная республика, где каждый заявляет о праве жить по своим законам. Одни составляющие формул желают использоваться только в виде постоянных величин, другие – в виде моментальных значений, третьи не признают отрицательных значений, четвертые могут быть только коэффициентами, тогда как пятые могут служить аргументами функций – и так далее.

Все это говорит о том, что при изучении формул надо в первую очередь изучать смысл физических явлений, которые эти формулы обозначают. Смысл достаточно ясно виден только на примерах.

Кроме анализа физических принципов иногда полезно сделать анализ на физический принцип. Вместо обычного, привычного метода иногда куда лучше работает какой-нибудь принцип из учебника физики. Примером могут служить хотя бы газовые рули на ракетах фон Брауна, использованные немецким конструктором вместо привычных механических рулей.

У самолета Ил-62 передняя кромка крыла имеет "изломанный" вид. В чем смысл этого излома? При переходе на стреловидное крыло обнаружилось, что поток встречного воздуха идет не под крыло, а скользит по крылу, срываясь с его конца. Чтобы загнать воздух под крыло, стали использовать перегородки. Но на пассажирском лайнере такие перегородки были бы слишком велики. Тогда обратились к физическому принципу. Излом на крыле создавал большой воздушный вихрь, препятствующий движению воздуха вдоль крыла.

Следующая стадия анализа – определение границ. При анализе следует помнить, что каждое правило имеет свои границы применения.

Во время операции по спасению экипажа подводной лодки "Курск" среди прочих удивительных сообщений прессы дважды промелькнуло утверждение, что капитан якобы хотел положить лодку на грунт. Позднее часть родственников погибших отказались принять участие в траурной церемонии, считая, что команда сама положила лодку на дно, и ее еще можно спасти. Ограничиваясь чисто технической стороной этой трагедии, заметим, что лодку, подобную "Курску", на дно класть было просто нельзя – поскольку после этого она вряд ли могла бы всплыть. Архимедова сила выталкивает вверх тело только потому, что давление воды на тело снизу больше давления сверху (эта разница появляется из-за разности в весе столба воды на разных глубинах). Если снизу не вода, а илисто-песчаный грунт, давить снизу нечему – остается лишь груз воды, которая с большой силой прижимает лодку к грунту! Лодки с круглым сечением, лежащие на небольших глубинах и на твердом грунте, могут всплыть без особых помех – но в случае с "Курском" все было иначе.

Это типичный пример "граничных условий" – в данном случае, области действия закона Архимеда. Ошибка прессы и родственников вполне объяснима – в школьном учебнике физики этот момент не освещен, поскольку учебник имеет склонность к формулам, а не к качественным процессам.

Другой пример граничных условий. Во время пожара на Останкинской телебашне пожарным мешало то, что проходы были очень узки. Архитекторы могли бы провести совсем небольшое исследование, чтобы найти оптимальные величины проходов. Английский ученый Дж. Джонс опубликовал в своей книге специальное исследование, посвященное проходам. Он установил, что любой человек с полным комфортом может пройти проход шириной 62,5 сантиметра. Меньшее расстояние допустимо – но это уже не свободный проход, и потому он имеет ограничения на применение: 40 сантиметров – касание стены, 37,5 сантиметра – придется повернуться, 35 сантиметров – проход преодолевается с трудом – с выдохом, приподниманием на цыпочки, поднятием плеч и локтей.

Французский архитектор Корбюзье, изучив этот вопрос установил, что 50 сантиметров стандартного прохода в средствах транспорта вполне достаточно, чтобы прошел человек любой комплекции, расстояние же шириной всего в 1 метр 83 сантиметра, то есть в человеческий рост, позволяет пройти большой толпе. Поскольку жилье связано с жизнью человека, Корбюзье рассчитал архитектурные размеры и пропорции в соответствии с человеческими размерами и пропорциями и неукоснительно руководствовался ими, создавая проекты зданий.

В конце 1940-х Корбюзье приступил к проектированию "жилого комплекса" – гигантского здания, в котором жилье размещалось вместе с предприятиями бытового обслуживанием и частично – с небольшими предприятиями. Подобная планировка освобождала окружающее пространство для зелени, расстояние до работы сокращалось до минимума. Но при проектировании столь массивного сооружения возникла проблема: население "жилой единицы" примерно в одно и то же время должно было отправиться на работу. Следовало сделать широкий проход, однако Корбюзье сделал его шириной всего в 1 метр 83 сантиметра, несмотря на критику других архитекторов. И оказался прав. В проходе к "жилой единице" действительно никогда не возникало заторов.

В начале 2000 года в авиакатастрофе погиб известный журналист Артем Боровик. Журналистских версий на эту тему было много, но с технической точки зрения этот случай также довольно хорошо подпадает под понятие "граничные условия". Когда самолет резко взлетает (а как показало расследование, колесо злополучного самолета оторвалось от взлетной полосы раньше, чем нужно), угол атаки может достичь критических углов, когда воздушный поток уже не обтекает крыло, а резко срывается с верхнего края, образуя вихри. Это снижает подъемную силу самолета. Если при этом двигатели расположены за крылом, как в случае с Як-40, это завихрение приводит к неустойчивой работе двигателя. Но этим неприятности не кончаются. 70 процентов подъемной силы крыла создает разряжение над его верхней частью. Воздушный вихрь "выключает" заднюю часть крыла, и самолет проседает хвостом, отчего турбулентный поток налетает уже на рули высоты – если они расположены сверху, как и было в Як-40. Рули высоты становятся неэффективными, и машина попадает в режим "глубокого срыва", выход из которого невозможен. Самолет теряет скорость и начинает падать подобно листку дерева (что и было в случае со злополучным Як-40). Впервые подобный эффект проявился 3 июня 1966 года во время сертификации английского самолета "Трайдент". Четыре летчика-испытателя погибли.

Позднее гибли и другие летчики. Создатели "Трайдентов" вынуждены были внести в конструкцию специальные изменения, которые препятствовали бы слишком резкому взлету; но порой пилоты отключали эти предохранительные устройства, поскольку они вызывали неудобства.

Расследование так и не выявило конкретную причину катастрофы Як-40. Возможно, какой-то одной причины и нет – просто граничные факторы, сами по себе достаточно безобидные, наложились друг на друга.

Из этой катастрофы следует сделать вывод, что граничные условия нужно определять не только в отдельности, но и в комплексе, как наложение малозначимых отклонений (ранний взлет, нерегламентное отклонение предкрылков, отсутствие обработки крыльев средствами против обледенения и т. д.).

Следующим этапом исследования может быть вероятностный и статистический анализ.

Танк во время Второй мировой войны бронировали одинаково по всей высоте, пока кто-то не установил, что по разным причинам 90 процентов попаданий происходят выше одного метра. Это означало, что броню сверху можно было усилить за счет брони снизу.

В вероятностном анализе иногда может применяться теория вероятностей, но с рядом оговорок, которых преподаватели обычно не делают.

Теория вероятностей имеет весьма малое отношение к вероятностям реальной жизни. Теория базируются на бесконечных выборках и законах больших чисел; в жизни же бесконечного числа проб, конечно, никто не делает. Если вероятность поражения самолета российской ракетой равна, скажем, 0,95, а американской – 0,9, сделать вывод, какая из них лучше, нельзя, поскольку число испытаний могло быть разным, как и условия эксперимента.

Непонимание ограниченности теории вероятностей может преподнести самые разнообразные сюрпризы. К примеру, если вероятность неисправности составляет 1 процент, это не значит, что она ничтожно мала. На самом деле она чудовищно велика – из 100 случаев практически гарантировано возникновение одной неисправности. Мало того – эта неисправность может проявить себя не в сотый раз, а в первый. При этом из 100 случаев все 100 могут привести к неисправности. Теория вероятностей рассматривает бесконечные выборки; при 100 000 000 выборках вероятность в конечном итоге действительно может оказаться 1 процент.

Из всего этого следует сделать вывод, что изделие должно быть настолько надежным, чтобы о вероятности речь вообще не шла. Любая "вероятность" имеет причину – ее и надо отыскать. Проверьте "люфты", зазоры, возможность попадания посторонних предметов, износ со временем, поведение болтов при вибрации, возможность интенсивной или неправильной эксплуатации.

Что касается случая с танком, то 90 процентов тоже имеют объяснение – неровности земли, которые берут на себя часть снарядов, а также правило, содержащееся в учебниках по тактике, предписывающее стрелять из-за возвышенности.

Итак, вероятностный анализ – это не использование формул, а статистическая обработка всех данных эксперимента и последующие выводы для внесения необходимых изменений в конструкцию.

Теперь рассмотрим использование в анализе эксперимента.

В качестве примера хотелось бы привести научную деятельность русского ученого Д.К. Чернова (1839–1921), основоположника металловедения и теории термической обработки стали. Его имя сейчас можно найти не во всяком словаре – однако если бы не этот человек, Россия в конце XIX века могла бы катастрофически отстать от других европейских стран в области металлургии, а следовательно, и в сфере вооружений.

На Всемирной парижской выставке директор одного из крупнейших металлургических заводов Франции Монгольфье сказал:

«Считаю своим долгом открыто и публично заявить в присутствии стольких знатоков и специалистов, что наши заводы и сталелитейное дело обязаны своим настоящим развитием и успехом в значительной степени трудам и исследованиям русского инженера Чернова».

Историк науки Лев Гумилевский пишет о Чернове:

«Он первым начал вводить науку в технологические процессы».

Первая эпохальная работа, проделанная Д.К. Черновым, обязана своим появлением перевооружению армии после поражения в Крымской войне. При изготовлении крупнокалиберных орудий в России часть стволов по неизвестной причине при выстреле разрушалась. Удивительным при этом было то, что все стволы изготовлялись примерно по одному технологическому процессу, однако одни выдерживали десятки выстрелов, другие же разрушались еще при ковке, рассыпаясь под молотом на части. Разобраться в этом явлении и было поручено совсем молодому в те годы инженеру Чернову.

Прежде всего инженер начал с внимательного изучения процесса. Он проводил у печей дни и ночи, учился у опытных рабочих определять температуру по цвету стальной поковки.

В ходе исследований выяснилось, что сталь с крупными зернами на изломе имеет меньшую прочность, чем сталь с мелкими зернами. За этим экспериментом последовали другие. Оказалось, что ковка не влияет на внутреннюю структуру металла (ковкой уплотняли заготовки, убирая внутренние пустоты).

Следующим экспериментом стала ковка при разных температурах. При этом обнаружились изменения в структуре. Мало того – каждому сорту стали соответствовала определенная температура.

Изучая эти температуры, Чернов определил две самые критические. Первая температура, которую он назвал "точка а", отличалась удивительным свойством: понемногу темнеющая при остывании масса вдруг снова раскалялась, как бы вспыхивала и потом снова начинала темнеть, но уже до конца. Такое явление наблюдалось не всегда; при быстром охлаждении его не было.

Непонятная вспышка требовала объяснения. Чернов предположил, что при этой температуре сталь претерпевает какое-то внутреннее преобразование.

Чернов провел еще один эксперимент – он приказал закалить две болванки: прошедшую критическую точку и не прошедшую. Болванка, не прошедшая критическую точку, закалки не приняла, оказалась мягкой. Это было первое из многих открытий Чернова.

Чернов повторил эксперимент десятки раз и убедился, что ошибки не было.

Но это не решило главный вопрос – почему сталь получается то крупнозернистой, то мелкозернистой. Многие полагали, что для получения мелкой зернистости нужно усилить давление на сталь при ковке. Эксперименты мало соответствовали этой теории, но Чернов внимательно стал ее проверять. И нашел ключ к решению – "точку b", которая стала вторым его открытием. Эта точка тоже соответствовала определенной температуре. Металл при ковке остывал, и в какое-то время наступал малозаметный момент, когда поверхность начинала словно морщиться и лущиться. Отмечали это, конечно, и до Чернова, но только он зафиксировал для себя эту точку и начал проводить с ней эксперименты.

Выяснилось следующее. Сталь, которую нагревали не доходя до "точки а", не закаливалась совсем. Сталь, прошедшая "точку а", но не достигшая "точки b", начинала принимать закалку, "но по виду излома можно заключить, что в ней не совершается еще заметной перегруппировки частиц", отчего и после быстрого, и после медленного нагрева структура стали оставалась такой же, что и до нагрева. После же нагрева выше "точки b" происходила быстрая перегруппировка частиц; сталь образовывала аморфную воскообразную массу, которая при быстром охлаждении ниже "точки b" оставалась без перемены аморфной. При медленном же охлаждении масса начинала кристаллизоваться, то есть снова распадалась на отдельные зерна.

Из новой стали начали делать не только стволы крупнокалиберных орудий, но и стволы винтовок Мосина, пулеметов "максим", вагонные оси, колеса, корпуса судов и броневые плиты…

Вскоре перед Д.К. Черновым встала новая задача. Генри Бессемер открыл новый способ получения стали. Изобретатель гидравлического пресса и нового метода золочения бронзовой пылью различных изделий, Бессемер пришел в металлургию из другой области и, не обремененный традиционными представлениями, как бы между делом революционизировал металлургию. Для изобретенного им орудия требовалось отлить сталь более дешевым и быстрым способом, чем тот, что применялся, и он стал продувать чугун в тигле воздухом, чтобы усилить реакцию окисления углерода.

В первых же своих опытах Бессемер обнаружил, что при продувании сгорающие примеси – углерод, марганец и кремний – быстро выгорают, значительно повышая температуру. Это повышение резко снижало потребности в горючих материалах. Но… при воспроизводстве в России конвертера Бессемера обнаружилось, что сталь получается разного качества. Почему?

Этим вопросом занялся Чернов. Первым делом он решил определить наилучший способ наблюдения процесса и выбрал спектроскоп. Изменения в спектре позволили ему четко фиксировать превращения в ходе плавки стали. Этих превращений оказалось четыре. Примеси сгорали в разное время, что меняло характер и режимы плавки.