Текст книги "И тут появился изобретатель"

Автор книги: Генрих Альтов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 9 страниц)

А теперь задача: сделайте изобретение, улучшающее этот дозатор.

Не зная законов развития технических систем, можно растеряться: ведь в задаче даже не сказано, чем плох магнитный дозатор. Но вы легко справитесь с задачей. Дана система, находящаяся на втором этапе развития. Следующее изобретение должно перевести систему на третий этап, придать ей динамичность. Магниты расположены неподвижно относительно друг друга. Сделаем их подвижными. Теперь, меняя расстояние между магнитами, можно менять величину дозы, отмеряемой прибором. У дозатора появилось новое и полезное качество!

Дозатор с подвижными магнитами (авторское свидетельство № 312 810) изобретен через пять лет после появления магнитного дозатора. А ведь его можно было создать буквально через минуту после того, как придумали магнитный дозатор. Пять потерянных лет… Может быть, не такая уж большая потеря времени, но ведь подобных случаев тысячи и тысячи!

Кстати, «сделать систему динамичной» – еще один (восьмой) прием.

Задача 18. Катамаран – не катамаран

На судоремонтном заводе спустили на воду новый речной теплоход-катамаран.

– Красивый корабль, – сказал старый мастер.

– Красивый, – согласился стоявший рядом инженер. – А главное – устойчивый. Он ведь будет ходить по смешанным маршрутам – часть пути по морю, часть по реке. На реке-то спокойно, а вот в море…

И тут появился изобретатель.

– Корабль хороший, спору нет, – сказал он. – Но все-таки необходимо еще одно усовершенствование: нужен корабль, который катамаран и не катамаран…

Как вы считаете, о каком усовершенствовании говорил изобретатель?

Решая эту задачу, помните, что система «речной катамаран» входит в надсистему «речной транспорт». Значит, катамаран должен учитывать «интересы» надсистемы и составляющих ее систем.

Феполь из рода веполей

А теперь одна из самых трудных задач. Впрочем, вы уже не раз видели, что трудная задача трудна только до тех пор, пока мы не знаем законов развития технических систем.

Задача 19. Полигон-универсал

На заводе, выпускавшем сельскохозяйственные машины, был небольшой полигон – участок земли, обнесенный забором. На полигоне испытывали новые конструкции машин – как они трогаются с места, как разворачиваются. И вот стало известно, что в ближайшее время заводу предстоит выпускать машины для многих стран, причем каждой из этих стран нужны машины, рассчитанные на разные почвы.

– Нужно сто сорок полигонов, – сказал директор инженерам, собравшимся у него в кабинете. – Где мы возьмем столько места?

– И столько денег, – добавил главный бухгалтер. – Нет, это просто нереально – строить сто сорок полигонов! Положение безвыходное…

И тут появился изобретатель.

– Безвыходных положений нет! – воскликнул он. – Один универсальный полигон может заменить сто сорок. Для этого нужно…

Что для этого нужно – как вы думаете?

Надеюсь, вы не станете предлагать: разделить один полигон на 140 мелких (заводской полигон очень невелик);

возить машины для испытаний в разные страны (каждую новую машину приходится испытывать десятки раз; представляете, какие потребуются расходы?);

менять почву на полигоне так, как меняют арену в цирке (140 передвижных «арен» – это гигантское сооружение);

замораживать и размораживать почву (это слишком медленно);

вывозить и привозить разные виды грунта (это медленно и очень дорого)…

Подобные идеи дают выигрыш в чем-то одном. Но ведут к проигрышу в другом. А нам надо преодолеть техническое противоречие: научиться менять свойства почвы на полигоне, не расплачиваясь за это недопустимым усложнением, удорожанием, увеличением полигона.

Давайте, прежде всего, запишем условия задачи. Что дано? Дана почва, обозначим ее буквой В₁ (вещество). Нужно научиться управлять свойствами В₁, действуя на В₁ какими-то силами. Обозначим эти силы буквой П (поле сил). Получается такая схема:

Полей в физике известно четыре: гравитационное, электромагнитное (в частности, электрическое и магнитное поля) и два поля ядерные – так называемые слабые и сильные взаимодействия. В технике применяют еще и термины «тепловое поле», «механическое поле». Итак, шесть полей. Сразу отбросим ядерные поля: нам ведь нужно очень простое решение задачи. Отбросим и гравитационное поле: управлять силой тяжести наука пока не научилась.

Остаются три поля. Теперь понятно, почему задача трудная. Почва не отзывается на действие электромагнитных сил и очень неохотно отзывается на действие механического и теплового полей. Отчетливо видно физическое противоречие: поле П должно действовать на вещество В₁ – этого требуют условия задачи – и поле П не должно действовать на вещество В₁, ибо имеющиеся в нашем распоряжении поля плохо управляют свойствами данного вещества. Такое противоречие встречается во многих задачах. И преодолевают его обычно одним и тем же путем. Если нельзя обеспечить прямое действие П на В₁, надо пойти в обход. Пусть поле П действует на вещество В₁ через какое-то другое вещество В₂, которое хорошо отзывается на действие того или иного поля:

Действие есть (в обход) и действия (прямого) нет…

Допустим, мы решили использовать магнитное поле. Каким в этом случае должно быть вещество В₂? Ответ очевиден: надо взять ферромагнитное вещество, скажем, железный порошок, который легко смешивается с В₁. Намагниченные частицы притягиваются друг к другу. Чем сильнее магнитное поле, тем больше и силы притяжения. Смесь «почва плюс ферромагнитный порошок» в сильном магнитном поле может приобрести прочность гранита. И может быть рыхлой и подвижной, как песок в пустыне…

Итак, если в какое-то вещество добавить железный порошок, то с помощью магнитного поля можно легко менять свойства этого вещества, управлять им – сжимать, растягивать, изгибать, перемещать и т. д. Теперь у вас, кроме восьми приемов, еще два комплекса приемов: сочетание «раздробить-объединить» и сочетание «добавить магнитный порошок и действовать магнитным полем». Причем это последнее сочетание обладает исключительной силой. Вот несколько примеров.

Танкеры иногда сбрасывают в океан воду, загрязненную нефтью. За это полагается крупный штраф, но как доказать, что нефть сброшена именно с данного корабля? Недавно был предложен остроумный способ. При погрузке в нефть добавляют мельчайшие магнитные частицы (для каждого корабля – частицы с определенными магнитными свойствами). Обнаружив в океане нефтяное пятно, патрульный корабль берет пробу нефти и по магнитным меткам легко находит виновного в загрязнении воды.

При изготовлении древесностружечных плит желательно, чтобы продолговатые стружки располагались не как попало, а по длине плиты, это повышает ее прочность. Но как это сделать? Ведь не будешь поворачивать каждую стружку вручную… Изобретатели предложили использовать магнитный порошок. Частицы порошка прочно вцепляются в каждую стружку, а магнит поворачивает стружки так, как нужно.

Можно заставить магнитный порошок прицепиться и к волокнам хлопка. Это намного упростит прядение и ткачество, волокна будут подчиняться действию магнитных полей. Потом частицы порошка нетрудно смыть – качество ткани не ухудшится.

Если добавить магнитные частицы в состав, из которого делают головки спичек, получатся «омагниченные» спички – их легко укладывать в коробки. Вообще, добавка магнитных частиц в любое изделие часто помогает автоматизировать укладку.

А теперь очень легкая задача. Собственно, она нисколько не легче задачи об испытательном полигоне. Но вы должны решить задачу без всяких затруднений.

Задача 20. Ну, заяц, погоди!

Для съемки мультфильма делают множество рисунков. В каждом метре кинопленки 52 рисунка, а в десятиминутном фильме – свыше 15 000! На одной киностудии решили снять контурный фильм. Снимают контурный фильм так. На фанерном щите художник выкладывает рисунок цветным шнуром. Оператор снимает кадр, художник передвигает шнур, снова оператор снимает кадр и так далее. Все-таки проще передвигать шнур, чем делать целый рисунок.

– Ох, медленно идет дело, – сказал оператор.

– Медленно, – согласился художник, подправляя изображение зайца. – Чтобы этот зайчик пробежал по экрану, мы потратим рабочий день, не меньше.

И тут появился изобретатель.

– Ну, заяц, погоди! – решительно сказал он. – Мы тебя расшевелим…

Как вы думаете – что предложил изобретатель?

«Триумвират», включающий вещество, ферромагнитный порошок и магнитное поле, получил название фепо́ль (от слов «ферромагнитный порошок» и «поле»). Но ведь такие «триумвираты» можно строить и с другими полями. Вспомните хотя бы задачу 13 об упрямой пружине. Наверное, вы догадались, что пружину надо «упрятать» в лед, а для этого составить «триумвират» из теплового поля П_т, пружины В₁ и льда В₂.

Управлять пружиной непосредственно очень неудобно – в этом суть задачи. Управляют ею, намораживая и размораживая лед (лучше всего – сухой лед, чтобы при таянии не было воды).

В задаче 9 об укрупнении капель жидкости дано одно вещество – капли. Можно сразу сказать: для решения задачи понадобится еще одно вещество и поле. В простейшем случае можно добавить в жидкость ферромагнитные частицы и управлять «слипанием» капель с помощью магнитного поля.

А если нельзя добавлять в жидкость никаких посторонних частиц?

Возникает противоречие: второе вещество должно быть – и второго вещества не должно быть. Разделим поток на две части, зарядим одну из них положительно, другую отрицательно. Противоречие устранено! У нас одно вещество, мы не добавляли других веществ – и все-таки у нас как бы два разных вещества… Система из двух веществ и электрического поля построена, задача решена: разноименно заряженные капли будут слипаться. Такой системой легко управлять, увеличивая или уменьшая величину зарядов.

«Триумвираты» с любыми полями (не только магнитными) условно названы «веполями» (от слов «вещество» и «поле»). Так что феполь – частный случай веполя. Как прямоугольный треугольник – частный (хотя и очень важный) случай треугольника вообще.

Я не случайно сравнил веполи с треугольниками. Понятие «веполь» играет в теории решения изобретательских задач столь же важную роль, как и понятие «треугольник» в математике. Треугольник – минимальная геометрическая фигура. Любую сложную фигуру можно разбить на треугольники. И если мы умеем решать задачи с треугольниками, мы осилим задачи с любыми другими фигурами. Так и в технике: если мы умеем решать задачи «на веполь», то справимся и с задачами, связанными со сложными техническими системами.

Азбука вепольного анализа

Вепольные формулы можно сравнить с формулами химическими. Вот, например, запись «реакции», дающей ответ на задачу 17:

Волнистая стрелка означает «действует неудовлетворительно», двойная стрелка – «надо перейти к системе».

Как строить и преобразовывать веполи? Нам пока достаточно знать несколько простых правил.

Правило первое: если в задаче дана часть веполя, для решения нужно достроить веполь.

Разберем, например, задачу о бензобаке. Дано вещество В₁ (пустой бак), неумеющее подавать сигнал о своем состоянии. Руководствуясь первым правилом, можно сразу записать решение задачи:

Обратите внимание: поля, которые действуют на вещества, мы записываем сверху, над строчкой; поля, которые создаются веществами и «выходят наружу», – под строчкой.

Итак, в вепольной форме задача решена. Остается уточнить: что такое В₂ и П. Поле должно действовать на человека; значит, оно может быть электромагнитным (оптическим), механическим (звуковым) или тепловым. Оптическое поле неудобно: дополнительные оптические сигналы будут отвлекать водителя. Еще неудобнее сигналы тепловые. А звуковые? Теперь понятна роль В₂. Это вещество, когда бак пустеет, должно взаимодействовать с ним, создавая звуковой сигнал. Задача решена! Бросим в бак какой-нибудь поплавок. Пока в баке есть бензин, поплавок плавает «молча» (боковые стороны поплавка должны быть мягкими, чтобы поплавок не стучал о стенки бака).

Но как только горючего станет мало, поплавок застучит о дно бака, и водитель услышит сильный посторонний звук.

Получившуюся вепольную систему можно записать в виде ромба:

Механическое поле П₁ (сила тряски) действует на поплавок В₂, который взаимодействует с баком В₁, и благодаря этому получается звуковое поле П₂. Очень многие задачи на измерение и обнаружение решаются присоединением к веществу, которое дано по условиям задачи, «вепольной приставки»:

Эта приставка так же типична для решения «измерительных» и «обнаружительных» задач, как присоединение группы COOH к радикалу R в формулах органических кислот:

R может быть разным, но каждая органическая кислота, как известно, содержит группу COOH.

Теперь о втором правиле вепольного анализа. Суть его такова: если по условиям задачи дан ненужный веполь, то для его разрушения следует ввести между веществами В₁ и В₂ вещество В₃, являющееся видоизменением В₁ или В₂. Это можно записать схемой:

Разрушить веполь можно по-разному. Изменить П, В₁ или В₂. Убрать П. Убрать В₁ или В₂. Ввести П₂. Ввести В₃. Последнее проще всего. Но обычно по условиям задачи вводить В₃ нельзя. Возникает противоречие: надо вводить В₃ – и нельзя вводить В₃. И вот правило указывает хитрый обходной путь: введем В₃, но пусть это будет одно из имеющихся веществ, только слегка видоизмененное. Тогда противоречие легко преодолевается: В₃ есть – и В₃ как бы нет.

Поясним это правило примером. Многие электростанции работают на угле. Привозят уголь в железнодорожных вагонах и высыпают в громадные бункеры – железобетонные воронки. Под воронками установлены шнековые транспортеры – нечто вроде мясорубок. Правда, шнеки не рубят уголь, а только подгребают к трубопроводу. Дальше уголь самотеком идет по наклонным трубам к шаровой мельнице. Это громадный вращающийся цилиндр, внутри которого перекатываются тяжелые стальные шары. Уголь перемалывается в крошку, в пыль. Поток воздуха несет перемолотый уголь в сепаратор, где пыль отделяется и идет в топки, а крошка возвращается в мельницу на вторичный помол. Система, в общем, простая и надежная… если уголь не слишком влажный. Ну, а влажный уголь поступает в бункеры довольно часто. И вот тут начинаются мучения. Уголь залепляет шнеки, липнет к стенкам труб, к горловине мельницы… Потом в мельнице лишняя вода отжимается, отделяется, но до мельницы мокрый уголь причиняет массу хлопот.

Многие изобретатели в разных странах пытались перехитрить мокрый уголь. Подсушивали его, меняли форму труб, трясли трубы… Мелкий уголь – вещество опасное. При экспериментах он не раз воспламенялся, случались пожары и взрывы. Наконец, американцы запатентовали фторопластовое покрытие труб. Стоило такое покрытие дорого, но, казалось, задача решена – хотя и дорогой ценой. Однако вскоре выяснилось: уголь быстро сдирал фторопластовое покрытие.

Фраза «мокрый уголь прилипает к стенке трубы» на языке вепольного анализа звучит так: «Дан ненужный веполь – два вещества и поле механических сил сцепления». Фторопласт – это В₃, притом совершенно постороннее В₃. Правило нарушено! Как вы, наверное, догадались, В₃ нужно сделать не из фторопласта, а из видоизмененного металла или, что проще, видоизмененного угля. В₁ – мокрый уголь. Значит, роль В₃ может играть сухой уголь. Даже тонкий слой сухого угля между стенками трубы и мокрым углем сразу предотвратит прилипание. (Обсыпая сырые котлеты измельченными сухарями, хозяйка, сама того не подозревая, использует правило вепольного анализа.)

Подсушенную в воздушном потоке крошку угля, возвращающуюся в мельницу, отвели к шнекам. Предельно простое изменение, но задача блестяще решена!

Обратите внимание: в задачах о каплях жидкости и о мокром угле есть нечто общее, хотя в первом случае нужно построить веполь, а во втором – разрушить. В обеих задачах требуется ввести вещество и нельзя (нежелательно, трудно) его вводить. Это противоречие преодолевается тем, что в качестве вводимого вещества используют имеющееся вещество, немного его изменив. Возникает парадоксальная ситуация: нового вещества нет (мы используем имеющееся) и новое вещество есть (мы в чем-то изменили имеющееся вещество).

Обычное мышление оперирует простой логикой: «да» значит «да», «нет» значит «нет», «черное» это «черное», «белое» это «белое» и т. д. Мы с вами вырабатываем другой стиль мышления, опирающийся на диалектическую логику: «да» и «нет» могут сосуществовать в «да-нет», «черное» может быть и «белым»…

Попробуйте свои силы

Напомню приемы, с которыми вы познакомились в этой главе:

6. Соединить объекты в единую систему.

7. Разделить объекты (или систему) на части.

8. Сделать систему динамичной, меняющейся.

9. Добавить ферромагнитный порошок и действовать магнитным полем.

Узнали вы и правила вепольного анализа: о достройке и разрушении веполей, – и о том, как вводить вещества, если вводить их нельзя…

Теперь остается потренироваться. Вот несколько задач. Учтите: при решении надо пользоваться определенными приемами и правилами. Отвыкайте искать решение вслепую, наугад перебирая варианты.

Задача 21. Всем штормам назло

В море, неподалеку от берега, работал земснаряд: углублял дно, расчищая путь кораблям. Грунт, поднятый со дна моря, смешивался с морской водой и по трубам перекачивался на пять километров. За земснарядом огромным хвостом, изгибающимся на волнах, плыли трубы. На плаву их держали пустые железные бочки-понтоны.

– Получено штормовое предупреждение, – сказал начальник смены. – Надо прекращать работу. Придется отсоединять «хвост», вести его в укрытие. А потом снова присоединять. Считай, сутки потеряем.

– Что поделаешь, – пожал плечами механик. – Если шторм порвет трубы, будет хуже.

И тут появился изобретатель.

– Можно работать всем штормам назло, – сказал он. – Просто система «труба – понтоны» должна стать…

Какой должна стать эта система и как она будет работать при шторме?

Задача 22. Винт для Карлсона

Однажды директор «Детского мира» приехал на фабрику игрушек и сказал главному инженеру:

– Покупатели спрашивают Карлсона, а такой куклы нет. Каждый день слезы… Выручайте!

– У нас два образца кукол, – ответил ему главный инженер. – Вот смотрите…

Одна кукла была точь-в-точь такой, как рисуют в книжках, но не летала. У другой за спиной был большой винт – намного больше, чем сам Карлсон. Кукла не могла стоять, но зато ее можно было запускать – как игрушечный вертолет.

– Плохо, – вздохнул директор. – Одна кукла похожа, но не летает. Другая летает, но совсем не похожа: какая-то ветряная мельница, а не Карлсон…

– Техническое противоречие, – развел руками инженер. – Сделаешь маленький винт, Карлсон не полетит, не хватит силы у винта. А большой винт портит внешний вид, кукла на ногах не стоит. Просто не знаю, как быть…

И тут, конечно, появился изобретатель.

– Перейдем к физическому противоречию, – сказал он. – Винт должен быть большим и винт не должен быть большим. Ясное дело: надо воспользоваться приемом…

Каким приемом и как воспользоваться?

Задача 23. Десять тысяч пирамидок

В одной лаборатории разрабатывали новый алмазный инструмент для шлифования. Инструмент получался отличный, но изготавливать его было очень сложно. Крохотные алмазные зерна, имевшие форму пирамидок, приходилось вручную укладывать вершиной вверх.

– Десять тысяч пирамидок – и все вручную, – возмущались лаборанты. – Почему никто не подумал, как механизировать эту работу?

– Думали, – ответил заведующий лабораторией. – Да только ничего путного не придумали.

И тут появился изобретатель.

– Красивая задачка, – сказал он. – Нужно вспомнить прием…

Какой прием нужно вспомнить? Как механизировать укладку алмазных зерен?

Задача 24. Почти прекрасная машина

На выставке инженер объяснил посетителям:

– Раньше фрукты укладывали в ящики и коробки вручную, а теперь это делает машина. Видите, конвейер подает пустую коробку на стол. Фрукты скатываются сверху по лотку. Электромотор заставляет стол вибрировать, чтобы фрукты укладывались плотнее. Прекрасная машина, но… Есть у нее один недостаток: падая в коробку, фрукты ударяются друг о друга и от этого портятся.

– Можно опустить лоток, по которому скатываются фрукты, прямо ко дну коробки, – предложил один из посетителей.

– Можно, конечно, – вздохнул инженер. – Но по мере наполнения коробки придется его поднимать. Значит, нужна автоматическая система, которая будет следить за наполнением тары и поднимать лоток. Машина усложнится. Опускать коробку? Еще сложнее…

И тут появился изобретатель.

– Один апельсин ударяется о другой, – сказал он. – Задача на разрушение веполя. Возьмите…

И он объяснил, как сделать, чтобы при падении в коробку не бились даже самые нежные фрукты.

А что предложите вы?

Наука изобретать

Хитрость и физика

Вы прочитали треть книги. Если попытаться предельно сжато изложить смысл прочитанного, получится примерно следующее.

Изобретательские задачи издавна решались (да и сегодня еще решаются) методом проб и ошибок. Метод неэффективный, поэтому на решение задач приходилось тратить много усилий, времени, средств. Изобретения нередко запаздывают на многие годы. Научно-техническая революция потребовала принципиально новых методов изобретательства. Один из таких методов предлагает решать задачи, не перебирая «пустые» варианты. Основная идея такова: технические системы возникают и развиваются закономерно; изучение этих закономерностей дает приемы – инструменты для решения изобретательских задач.

Приемы, с которыми вы познакомились, можно разделить на три группы:

различные хитрости, например прием «сделать заранее»;

приемы, основанные на использовании физических эффектов и явлений; к их числу можно отнести прием «изменить агрегатное состояние»;

комплексные приемы, включающие и хитрость, и физику, например построение веполей.

Чаще всего при решении изобретательских задач приходится применять сначала хитрость, потом физику. Успех достигается именно сочетанием того и другого. Поэтому применение физики при решении изобретательских задач очень важно.

Посмотрим, как происходит «стыковка» хитрости и физики.

Задача 25. Будет работать вечно!

На одном заводе часто выходила из строя машина-автомат. Это была очень хорошая машина, но в ней то и дело портилась простая деталь – изогнутая труба, по которой сжатый воздух с большой скоростью гнал поток маленьких стальных шариков. Шарики били по стенке трубы в месте поворота и откалывали кусочки металла. Ударившись о стенку, каждый шарик оставлял едва заметную царапину, но за несколько часов шарики насквозь пробивали толстую, прочную трубу.

– Давайте поставим две трубы, – сказал начальник цеха. – Пока одна работает, другую успеем отремонтировать.

И тут появился изобретатель.

– Разве это дело: все время заниматься ремонтом?! – воскликнул он. – Есть у меня подходящая идея… Гарантирую: машина будет работать вечно!

Потребовалось всего пять минут, чтобы осуществить идею изобретения. Что предложил изобретатель?

Итак, одно вещество (стальные шарики) механически взаимодействует с другим веществом (стенками трубы). Следовательно, дан ненужный (даже вредный) веполь. На заводе его пытались разрушить, вводя третье вещество – разные прокладки, прослойки. Это теоретически неправильно: для хорошего решения надо, чтобы третье вещество было (оно защитит стенку) и его не было (тогда оно не будет разрушаться). Этим веществом могут стать те же шарики. Только неподвижные, остановившиеся у стенки трубы. Если изгиб трубы изнутри покрыть шариками, стенки перестанут разрушаться. Летящие шарики могут выбить один или несколько шариков из защитного слоя, но его место тут же заполнится одним из мчащихся по трубе шариков.

На этом хитрость заканчивается. Теперь нужна физика: как получить защитный слой шариков? Физика простая, ее проходят в седьмом классе: надо использовать магниты. Там, где труба изгибается, поставим снаружи магнит. Внутри к трубе сразу прилипнет слой шариков. Задача решена! Интересно отметить, что дробеметные аппараты для упрочнения деталей широко применялись по крайней мере за четверть века до появления авторского свидетельства № 261 207 на магнитную защиту. Все видели задачу, но решали ее иначе – устанавливали прокладки, делали стенки аппарата из более прочной стали…

Задача 26. Сверхточный кран

Заведующий химической лабораторией пригласил изобретателя и сказал:

– Нам надо управлять потоком газа, который по этой металлической трубе идет из одного сосуда в другой. У нас есть краны с притертой стеклянной пробкой, но они не обеспечивают требуемой точности: трудно регулировать величину отверстия, по которому перетекает газ.

– Конечно, – сказал изобретатель, – вы бы еще самоварный кран поставили.

Химик сделал вид, что не расслышал замечания.

– Можно, – продолжал он, – поставить резиновую трубку и зажим. Но и это не дает нужной точности.

– Зажимы, – усмехнулся изобретатель. – Бельевые прищепки…

Тут химик не выдержал:

– Сотни лет так работаем. Попробуйте-ка придумать кран не сложнее «прищепки» или «самоварного крана», а по точности раз в десять лучше.

– Капелька хитрости плюс физика девятого класса. Надо сделать так…

Что предложил изобретатель?

Для нас с вами кран – типичная вепольная система: корпус В₁, поворачиваемая деталь В₂ и поле механических сил П_мех. Под действием поля П_мехдеталь В₂ перемещается относительно корпуса В₁, благодаря чему зазор между В₁ и В₂ становится шире или, наоборот, сужается. Веполь уже есть, но работает он неважно. Следовательно, придется заменить веполь, использовать другое поле. Какое именно – электрическое, магнитное, электромагнитное, тепловое?

Здесь хитрости кончаются и начинается физика. В учебнике физики для девятого класса есть целая глава о тепловом расширении. А нам как раз и надо менять ширину зазора между В₁ и В₂.

Откроем учебник. Вот и описание опыта: сквозь нагретое кольцо проходит шар, который до этого не проходил. Рисунок кольца и шара – готовая модель нашего крана.

Сравним полученное решение с авторским свидетельством № 179 489: «Устройство для дозировки малых количеств газа, состоящее из корпуса, и стержня, плотно пригнанного к внутренней поверхности корпуса, отличающееся тем, что, с целью дозировки малых количеств газа с высокой степенью точности, корпус изготовлен из материала, имеющего большой коэффициент теплового расширения, а стержень – из материала, коэффициент теплового расширения которого значительно меньше, чем у материала корпуса».

Наверное, вы уже поняли, как работает такой кран. При нагревании корпус расширяется сильно, а стержень – слабо. Возникает зазор. Чем сильнее нагрет корпус, тем больше зазор. Смысл изобретения, как видите, в том, что вместо движения больших деталей, «железок», предложено использовать растяжение и сжатие кристаллической решетки.

Кстати, растягивать и сжимать кристаллическую решетку можно не только тепловым полем. «Некоторые кристаллы, например кварц, сегнетова соль и турмалин, в электрическом поле меняют свои размеры: в зависимости от направления поля они сжимаются или растягиваются», – это из учебника физики для десятого класса. Называется это явление обратным пьезоэффектом. Ну а то, что обратный пьезоэффект можно использовать для создания микрокрана, вы и сами уже догадались.

Есть еще один похожий эффект – магнитострикция: магнитное поле растягивает (или сжимает) некоторые металлы. Тоже подходящий ответ для задачи о кране.

Как решать задачи, которых еще нет

Прием решения многих задач: «Переход с макроуровня на микроуровень».

Вот, например, авторское свидетельство № 438 327: «Вибрационный гироскоп с массами, приводимыми в колебательное движение внешними переменными или электрическими полями, отличающийся тем, что в качестве колеблющихся масс применены электроны или заряженные ионы». В обычных вибрационных гироскопах колеблются массивные грузы – «гири», установленные на стержнях. Идея изобретения в том, что в качестве «гирь» взяты микрочастицы – электроны или ионы. Такой гироскоп намного компактнее, точнее и надежнее.

Когда в предыдущей главе вы читали о четырех этапах развития технических систем, у вас, возможно, возник вопрос: ну, хорошо, системы проходят четыре этапа, а что происходит с системами дальше? А дальше две возможности. Об одной я уже говорил: система, достигнув пределов развития, объединяется с другой системой и образует новую, более сложную систему – развитие продолжается. Например, велосипед, объединившись с двигателем внутреннего сгорания, превратился в мотоцикл. Возникла новая система, развитие продолжалось.

Иногда путь к объединению с другими системами закрыт. Объединяться надо и объединяться нельзя… Такое противоречие преодолевают дроблением: разделим систему на несколько частей и построим нечто новое, соединив эти части. Запрет касался объединения с посторонними системами, мы этот запрет не нарушили.

Ну, а если нельзя ни объединять, ни дробить? Предположим, поставлена задача: требуется усилить «пружинящие» свойства спиральной пружины, ничего не добавляя к ней и не дробя ее. Будем считать, что пружина сделана из самой подходящей стали, менять сталь нет смысла.

На первый взгляд, положение кажется безвыходным. Ничего нельзя менять – как же перейти к новой системе?! И все-таки выход есть! Новая система прячется… внутри старой. Мы смотрим на пружину как на «железку», а ведь внутри этой «железки» – целый мир частиц, огромная система, которая есть (она существует!) и которой вроде бы нет (мы ее не используем!). Намагнитим пружину так, чтобы над каждым витком был одноименным магнитный полюс. Одноименные заряды отталкиваются, следовательно, для сжатия пружины потребуется больший расход энергии. Задача решена, хотя внешне пружина нисколько не изменилась: мы ничего не добавляли, не дробили…

Итак, есть два пути развития систем, исчерпавших, казалось бы, все возможности развития. Первый путь – объединение с другими системами (или дробление на части и перекомбинирование этих частей). Второй путь – переход с макроуровня на микроуровень, когда вовлекается «в игру», так сказать, внутренний мир систем: частицы, молекулы, атомы…

Я приведу сейчас формулу одного изобретения. Речь идет о незнакомой вам машине. Но суть изобретения будет понятна. Итак, авторское свидетельство № 489 662: «Устройство для нанесения полимерных порошков, содержащее камеру и электрод, отличающееся тем, что, с целью повышения качества наносимого покрытия, электрод снабжен средством перемещения, выполненным в виде микрометрических винтов». Электрод (стержень) был соединен с камерой неподвижно. Изобретатель предложил сделать электрод перемещающимся. Это – переход технической системы со второго этажа на третий, вам такие переходы уже знакомы.