Текст книги "И тут появился изобретатель"

Автор книги: Генрих Альтов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)

Зная законы развития технических систем, мы можем предсказать дальнейшее развитие этой системы, то есть предсказать появление новых изобретений. Системе предстоит перейти к четвертому этапу – стать не просто регулируемой, а саморегулируемой. Электрод будет перемещаться сам – в зависимости от изменения условий работы. А потом система перейдет с макроуровня на микроуровень: вместо винтов для перемещения электрода будут использованы тепловое расширение, обратный пьезоэффект или магнитострикция.

Заметьте, мы рассматриваем ответ на еще не возникшие задачи! Пройдут годы, потребуется увеличить точность действия установки, и только тогда появятся задачи, которые мы решили уже сейчас.

При работе методом проб и ошибок ответ на задачу обычно появляется значительно позже, чем сама задача. Мы же с вами теперь понимаем логику развития технических систем и можем предвидеть возникновение новых задач, заранее зная, как их надо будет решать.

«Коронный» номер коронного разряда

В учебниках физики эффекты и явления описаны, так сказать, нейтрально: при нагревании тела расширяются… и все. А если те же эффекты изложить «по-изобретательски»? Например: «При нагревании тела расширяются, следовательно, это явление можно использовать во всех случаях, когда требуется осуществить небольшие, но очень точные перемещения тел». Если проработать так все учебники физики с шестого по десятый класс, получится комплект очень сильных инструментов – справочник по применению физических эффектов и явлений.

Возьмем для примера описание коронного разряда в учебнике для 9-го класса: «При атмосферном давлении в сильно неоднородных электрических полях наблюдается разряд, светящаяся область которого часто напоминает корону. Поэтому его и назвали коронным. Плотность заряда на поверхности проводника тем больше, чем больше его кривизна. На острие плотность заряда максимальна. Поэтому возле острия возникает сильное электрическое поле. Когда его напряженность превысит 3 · 10⁶ в/м, наступает разряд. При такой большой напряженности поля ионизация посредством электронного удара происходит при атмосферном давлении. По мере удаления от поверхности проводника напряженность быстро убывает. Поэтому ионизация и связанное с ней свечение газа наблюдается в ограниченной области пространства. С коронным разрядом приходится считаться, имея дело с высоким напряжением. При наличии выступающих частей или очень тонких проводов может начаться коронный разряд».

Итак, корона зависит от состава и давления газа, окружающего провод. Это значит, что мы нашли решение задачи 1 об измерении давления газа внутри электрической лампы. Если на нить накала подать высокое напряжение, возникает коронный разряд, яркость которого будет зависеть от давления газа.

Вернемся еще раз к учебнику. Коронный разряд вызывает ионизацию газа. Если в газе есть частицы порошка, пыли, мелкие капельки, ионы «прилипнут» к ним. Следовательно, коронный разряд позволяет заряжать частицы твердого и жидкого вещества. А заряженными частицами легко управлять. Коронный разряд можно использовать для очистки газов от пыли, для дозировки частиц, взвешенных в потоке газа, для перемещения различных порошков, для определения примесей в газе и т. д. Получение заряженных частиц – главный, «коронный» номер коронного разряда.

Как видите, простое, в общем, физическое явление таит богатые изобретательские возможности.

О чем размышлял начальник

До сих пор речь шла о простых физических эффектах, знакомых каждому школьнику. Существует физика более сложная, хотя бы та, которую изучают в высших учебных заведениях. Знание этой физики дает изобретателю более сильные инструменты.

Сейчас мы разберем задачу, для решения которой достаточно школьной физики. А потом я объясню, что можно получить сверх этого, если использовать хотя бы «кусочек» институтской физики.

Задача 27. Лед на проводах

Красивое зрелище – покрытые пушистым снегом провода линий электропередач. Но у электриков эта красота не вызывает восторга. Снег подтаивает, превращается в лед. Слой льда нарастает, провода растягиваются под его тяжестью и обрываются.

В одном северном районе работала электростанция, находящаяся в ста километрах от города. Зимой время от времени приходилось обогревать линию: подавали очень сильный ток, провода нагревались, лед подтаивал, падал. Пока обогревали линию, всех потребителей электростанции приходилось отключать. Стояла суровая зима, и начальник станции, опасаясь обледенения, приказал почаще отключать подачу энергии и обогревать линию. Останавливались заводы, гас свет в домах.

Посыпались жалобы, и начальник решил производить обогрев пореже. Провода стали рваться, город часто оставался без электроэнергии.

– Что же делать? – задумался начальник. – Техническое противоречие: часто греть линию – потребители то и дело будут оставаться без тока, редко греть линию – повысится опасность обледенения. Ну и ситуация…

И тут появился изобретатель.

– Раскрываем учебник физики для седьмого класса, – сказал он. – Достроим веполь и используем явление электромагнитной индукции…

Почему изобретатель упомянул о достройке веполя? Как использовать электромагнитную индукцию?

Даны провод (вещество) и электрический ток (поле). Льда на проводе не должно быть. Значит, у нас только одно вещество и поле. Чтобы достроить веполь, нужно ввести второе вещество. Это вещество под действием обычного электрического тока будет нагреваться и обогревать провод. В чем тут хитрость? Провод сделан из вещества с низким электрическим сопротивлением и не нагревается под действием идущего по нему тока. Сделать провод из металла с высоким сопротивлением нельзя – провод будет горячим, но потребители не получат энергию. Физическое противоречие: сопротивление провода должно быть большим и должно быть небольшим… Изобретатель предложил взять два вещества: провод остается обычным проводом, но через каждые пять метров на него надевают колечко из феррита – ферромагнитного вещества с высоким электрическим сопротивлением. Благодаря электромагнитной индукции в колечках возникает ток, колечки быстро нагреваются и предотвращают обледенение провода.

На это решение несколько лет назад выдано авторское свидетельство. Но задачу без особого труда решают десятиклассники, знающие основы вепольного анализа.

Казалось бы, с задачей все в порядке – получен хороший ответ. Однако ферритовые колечки нагревают линию круглый год. Представляете себе, сколько энергии расходуется напрасно? Даже зимой нет надобности нагревать всю линию, а только те участки, где температура ниже нуля. Возникает новая задача: как сделать, чтобы колечки сами включались при низкой температуре и выключались, если температура повышается?

Для решения этой задачи нужно знать, что ферритовые вещества остаются ферромагнитными только до определенной температуры, называемой точкой Кюри. У разных ферромагнитных веществ разная точка Кюри. Можно сделать колечки из вещества с точкой Кюри, скажем, около пяти градусов. Тогда колечки будут сами выключаться, если температура воздуха превысит пять градусов, и сами же будут включаться при температуре ниже пяти градусов.

Появление и исчезновение магнитных свойств при переходе через точку Кюри можно использовать и при решении других задач.

Запомните это интереснейшее физическое явление.

Вся необъятная физика

Анри Грижо, пациент психиатрической клиники, изобретал… твердую воду. Не лед, а именно твердую воду, которая не плавилась бы по крайней мере до 200 градусов. И это удалось… в фантастическом рассказе одного польского писателя «Сумасшедший». Грижо получил белый, похожий на пудру порошок. При сильном нагревании порошок превращался в обыкновенную чистую воду.

Рассказ был опубликован в 1964 году. А три года спустя и в самом деле изобрели твердую воду, состоящую из такой смеси: 90 процентов воды и 10 процентов кремниевой кислоты. Твердая вода, действительно, оказалась похожей на белую пудру.

Может возникнуть вопрос: а зачем нужна твердая вода?

Предоставим слово Анри Грижо:

«Мое изобретение позволит сооружать заводы в местностях, богатых минеральным сырьем, но бедных водой; сейчас ее доставляют в дорогостоящих цистернах, а будут посылать просто в бумажных мешках. Торговля? Совершенно исчезнут стеклянные, керамические и металлические сосуды для всяких жидкостей. Жидкости будут продаваться в виде порошков, содержащих сухую воду… Тысячи, десятки тысяч способов использования сухой воды в обыкновенной жизни приведут к полному перевороту. Пользоваться водой в жидком состоянии будет так же смешно, как и пользоваться лучиной».

Ученые стремятся получить твердую воду, которая содержала бы всего 2―3 процента кремниевой кислоты. В учебниках физики об этом еще ничего нет. Физика развивается очень быстро, все время открываются новые эффекты и явления. Представляете себе, как важно изобретателям знать об этих новых открытиях?

Вот типичная история. Пока одни ученые старались сделать воду более твердой, другие искали пути сделать воду более… жидкой. В 1948 году английский ученый В. Томс открыл удивительный физический эффект: трение воды о стенки водопровода можно резко уменьшить, если добавить в воду ничтожное количество (сотые доли процента) некоторых полимеров. Трение в значительной мере вызвано образованием вихрей в быстро движущемся потоке, а длинные молекулы полимеров, располагаясь вдоль потока, гасят вихри, упорядочивают движение воды, делают воду более скользкой…

Сообщение об эффекте Томса было опубликовано, и вскоре появилось множество изобретений, использовавших новое открытие. Эффект Томса помогал увеличивать скорость кораблей, снижать потери энергии при транспортировке по трубам самых различных жидкостей, увеличивать «дальнобойность» пожарных брандспойтов.

А недавно изобретатели из Московского государственного университета предложили добавлять полимеры в… лед на катках. Под лезвием конька создается высокое давление, лед плавится, образуется тонкий слой водяной смазки, позволяющей конькобежцу скользить по льду. Полимер, добавленный в лед, переходит в эту смазку и уменьшает трение.

Таких примеров можно привести очень много. Изобретателю нужна вся необъятная физика – тысячи и тысячи эффектов и явлений. Вы можете возразить: ни один физик не знает всю физику, ведь в ней так много разделов. Нельзя требовать от изобретателя, чтобы он знал физику лучше физиков. Да, конечно, нельзя объять необъятное. Выход – в создании подробных справочников по изобретательскому применению физических эффектов и явлений. Примерно так, как мы это сделали с коронным разрядом, только, конечно, значительно подробнее и точнее.

Первые справочники по «изобретательской физике» появились в начале 70-х годов. В них были описаны изобретательские возможности многих физических эффектов. Казалось бы, вслед за этим должны появиться справочники по сочетаниям эффектов. Но таких справочников нет до сих пор. Слишком велико число возможных сочетаний…

Вот, например, такое явление, как поляризация света. Известно, что свет – это электромагнитные колебания. Пропуская свет через некоторые вещества, можно его поляризовать: колебания будут происходить в одной плоскости, например, в вертикальной. Второе явление: существуют кристаллы, которые поворачивают плоскость поляризации света. Чем больше толщина пластинки из такого кристалла, тем сильнее поворачивается плоскость поляризации идущего сквозь пластинку поляризованного света. Третье явление (оно вам знакомо): при нагревании тела расширяются. Объедините эти три явления – получится… термометр. Чем выше температура, тем больше толщина пластинки и, следовательно, тем на больший угол поворачивается проходящий сквозь пластину поляризованный свет.

Законы, по которым образуются такие сочетания физических эффектов, еще не совсем ясны. Здесь сегодня передний край исследований по теории решения изобретательских задач.

Лента, которую придумал Мёбиус

В рассказе известного писателя-фантаста Артура Кларка «Стена мрака» мудрец Грейл спрашивает своего собеседника:

«Вот, – сказал он Брейлдону, – плоский лист. У него, разумеется, две стороны. Можешь ты представить себе этот лист без двух сторон?

Брейлдон удивленно воззрился на него:

– Это невозможно…»

Действительно, на первый взгляд это невозможно. Возьмите полоску бумаги – у нее две стороны. Можно соединить, склеить концы полоски, получится кольцо, и все равно останутся две поверхности: наружная и внутренняя. А если сначала перекрутить лист, а потом соединить концы?

«Грейл снова соединил вместе концы бумажной полоски, но сперва один раз перекрутил ее.

– Проведи теперь пальцем, – тихо сказал Грейл.

Брейлдон не стал этого делать, он и без того понял, что подразумевает старый мудрец.

– Я понимаю, – произнес он. – Больше нет двух раздельных плоскостей. Теперь – одна сплошная поверхность, односторонняя плоскость…»

«Перекрученное» кольцо получило название ленты Мёбиуса – по имени немецкого математика, впервые описавшего его необыкновенные свойства.

Представьте себе, что по наружной поверхности обычного кольца путешествует муравей. Если муравей не пересекает рёбра, а идет вдоль листа, он вернется в исходную точку, обойдя наружную поверхность. На ленте Мёбиуса путешествие муравья будет длиться вдвое дольше: муравей, не пересекая рёбер, обойдет обе поверхности – наружную и внутреннюю. Такое путешествие по необычной планете и совершает один из героев «Стены мрака». Фантастика, скажете вы. Нет! Уже сегодня удивительные свойства ленты Мёбиуса используются в самых различных изобретениях.

Представьте себе обыкновенную ленту, образующую кольцо. На наружную сторону ленты нанесен шлифовальный порошок. Ленту прижимают к изделию, прокручивают, идет шлифовка. Через какое-то время стирается и сам шлифовальный слой на ленте. Приходится прерывать процесс, менять ленту. Как сделать, чтобы лента работала вдвое дольше, если размеры ленты увеличивать нельзя? Несколько лет назад советскому изобретателю А. Губайдуллину было выдано авторское свидетельство на шлифовальное устройство с лентой Мёбиуса: размеры ленты остались прежними, но длина шлифующей поверхности (а значит, и долговечность ленты) увеличилась вдвое. Не правда ли, остроумное решение?

Есть фильтры, в которых жидкость пропускают сквозь ленту из фильтрующего материала. Постепенно эта лента засоряется, приходится ее менять. Наверное, вы уже догадались, что надо сделать… Да, на фильтр с лентой Мёбиуса тоже выдано авторское свидетельство. Есть авторское свидетельство и на магнитофон с лентой Мёбиуса. Всего в разных странах за последние годы выдано более ста патентов и авторских свидетельств на использование этой удивительной ленты. Выходит, изобретения создаются не только по формуле «хитрость плюс физика», но и по формуле «хитрость плюс геометрия»…

Вырежьте из картона два круга. Положите один круг на стол, а другой круг держите над первым. Соедините края дисков несколькими деревянными рейками. Получится решетчатый цилиндр. Что-то вроде беличьего колеса, лежащего на боку. А теперь вращайте верхний диск в одну сторону, а нижний в другую. Возникает криволинейная фигура с тонкой «талией», напоминающая песочные часы. Чем больше угол поворота дисков, тем тоньше «талия». Фигура эта называется гиперболоидом вращения и имеет много свойств, очень привлекательных для изобретателя. Поверхность гиперболоида криволинейна, хотя образована она прямыми рейками. Следовательно, гиперболоид легко изготовить. Башня Шухова в московском телецентре на Шаболовке – гиперболоид. Сделана башня из прямых металлических стержней, а «скрученность» придает конструкции устойчивость и прочность. Соорудить башню с любой другой криволинейной плоскостью было бы очень трудно: потребовались бы криволинейные стержни.

Самое ценное свойство гиперболоида – легко изменять кривизну его поверхности. Повернул основание – меняется кривизна. Это свойство использовано во многих изобретениях. В Японии, например, недавно запатентованы «гиперболоидные» ролики для ленточного конвейера. В отличие от обычных цилиндрических роликов, «гиперболоидные» ролики меняют свою кривизну и, следовательно, кривизну ленты транспортера. А это очень важно. При транспортировке сыпучего груза нужно, чтобы лента была вогнутой. Если же по транспортеру идут ящики, лента должна быть плоской.

В авторском свидетельстве № 426 618 приведена такая формула изобретения: «Копирующий каток картофелеуборочной машины, содержащий установленные на валу два диска, связанные между собой прутиками, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности приспособления рабочей поверхности катка к различным профилям грядок, прутки соединены с дисками шарнирно, а диски установлены на валу с возможностью поворота их относительно другого». Слово «гиперболоид» не упоминается, но и без пояснений видно: использовано свойство гиперболоида легко менять кривизну.

Есть немало других «геометрических изобретений», основанных на применении параболоидов, спиралей и т. д. Получается, что изобретателю нужно знать не только физику, но и математику. И не только математику. Если к теории решения изобретательских задач добавить еще и знание хотя бы «школьной» химии – творческий арсенал намного обогатится.

Курс – на ИКР

Недавно произошла такая история. Один инженер занимался металлоплакирующей смазкой. Это обычная смазка, в которую добавлено несколько процентов тонкоизмельченного металлического порошка. В процессе работы частицы металла оседают на трущиеся поверхности и защищают их от износа. Чем меньше зазор между поверхностями, тем мельче должны быть частицы металла в смазке. Возникает техническое противоречие: чем мельче частицы металла, тем лучше смазка, но тем труднее ее приготовить.

Как бы поступили мы с вами? Прежде всего, представили бы себе идеальный конечный результат (ИКР), то есть ответили бы на вопрос: что хотелось бы получить в самом идеальном случае? ИКР – фантазия, мечта. ИКР недостижим. Но он прокладывает путь к решению.

Каков идеальный конечный результат для задачи о смазке? Ответить нетрудно: идеально было бы измельчить частицы металла до предела, до отдельных атомов. Предлагается, как видите, парадоксальная подсказка: «Трудно получать мелкие частицы металла? Значит, будем получать сверх-сверх-сверхмелкие частицы – это намного легче».

Для следующего шага уже нужна химия.

Масло с крупными частицами металла – это механическая взвесь. Если раздробить частицы металла, получим коллоидный раствор. Наконец, если измельчить металл до атомов или ионов, получится истинный раствор. Теперь можно уточнить ИКР: идеально было бы иметь раствор металла в масле, то есть масло, а в нем отдельные атомы металла.

К сожалению, такой ИКР недостижим. Еще алхимики знали: подобное растворяется в подобном. Масло – вещество органическое, в нем хорошо растворяются органические вещества. А металлы, увы, не принадлежат к органическим веществам. На пути к ИКР возникает физическое противоречие: атомы металла должны быть растворены в масле (надо стремиться к ИКР!) – и не должны быть растворены (нельзя нарушать законы химии!). Отступим чуть-чуть от ИКР: пусть в масле будут растворены не атомы, а молекулы, содержащие металл. Мы использовали уже знакомый вам прием «сделать чуть меньше требуемого»: не удается измельчить вещество до атомов, ладно, пусть частицы вещества будут чуть крупнее – не атомы, а молекулы. И противоречие сразу исчезает. В масле нет атомов металла (есть молекулы) – и в масле есть атомы металла (они входят в молекулы, «спрятаны» в них).

Остается решить один вопрос: какие именно молекулы взять? Тут единственная и очевидная возможность. Молекулы должны содержать металл и должны быть органическими. Следовательно, нужно взять металлоорганическое соединение. Оно легко растворится в масле (органическое вещество легко растворяется в органическом веществе) и будет содержать атомы металла.

Чтобы решить задачу, пришлось использовать несколько простых приемов (ИКР, физическое противоречие, прием «сделать чуть меньше требуемого») и одно очень простое правило из химии (подобное растворяется в подобном). Правда, задача еще не решена до конца. Молекулы металлоорганического вещества содержат атомы металла, но ведь нам нужно, чтобы атомы металла были не в соединении, а отдельно… Тут снова придется вспомнить химию. Чтобы атом металла выделился из молекулы, молекулу нужно разложить. Как это сделать? На уроках химии вы ставили такие опыты: нагревали вещество и при определенной температуре оно разлагалось. Масло в процессе работы нагревается от трения. Если мы возьмем металлоорганическое вещество, разлагающееся при повышении температуры, задача будет полностью решена.

А теперь посмотрим, как решалась эта задача на самом деле.

Инженер сначала искал решение методом проб и ошибок. Он пробовал самые различные способы измельчения металлов, ставил опыты, пытался найти решение в литературе… Шли годы, и вот однажды в книжном магазине инженер услышал, как кто-то из покупателей попросил продавца дать ему справочник по металлоорганическим соединениям. Инженер задумался. Металлоорганические вещества включают металл – раз; они – органические вещества, значит, растворяются в масле – два… Но ведь именно такое сочетание и требуется! Инженер купил справочник, полистал его и сразу же нашел подходящее вещество – кадмиевую соль уксусной кислоты.

В рассказах об изобретениях часто приводятся такие случаи. Они типичны при работе методом проб и ошибок. Человек ищет решение наугад и даже не догадывается, что к задаче можно подойти научно: сформулировать ИКР, определить физическое противоречие. Задача не поддается, и человек пытается использовать все, что он видит или слышит. Хорошо, что кто-то попросил в магазине справочник по металлоорганическим веществам. Если бы не эта случайная подсказка, кто знает, сколько еще лет продолжались бы поиски…

В предыдущей главе мы сформулировали прием: «Если в какое-то вещество надо ввести добавку другого вещества, но по каким-то причинам этого нельзя сделать, следует использовать в качестве добавки имеющееся вещество, немного его изменив». Что значит «немного изменив»? Изменения могут быть физические: нагреть, охладить, взять вещество в другом агрегатном состоянии и т. д. И химические: взять вещество не в чистом виде, а в виде соединения, из которого оно может выделиться, или, наоборот, взять простое вещество, а потом, когда оно сыграет свою роль, перевести его в химическое соединение.

Приведу еще один интересный пример использования этого приема. Кристаллы окиси алюминия выращивают из очень чистого расплава. Нельзя даже плавить окись алюминия в платиновом тигле: в расплав могут попасть атомы платины. В сущности, это изобретательская задача с четким физическим противоречием: сосуд должен быть, чтобы расплав не разлился, и сосуда не должно быть, чтобы расплав не загрязнился. Придется плавить окись алюминия в… окиси алюминия.

Возьмем любой сосуд, наполненный окисью алюминия, и будем нагревать окись так, чтобы расплавилась только центральная часть. Получится расплав окиси алюминия в «тигле» из твердой окиси алюминия. Для нагрева надо использовать электромагнитную индукцию: источник энергии при этом не соприкасается с нагреваемым веществом.

Все прекрасно, но твердая окись алюминия – диэлектрик, она не проводит электрический ток. Значит, нет и электромагнитной индукции. Правда, расплавленная окись – проводник. Но для плавления нужен нагрев, а нагрева не будет, поскольку твердая окись – диэлектрик…

С задачами так бывает часто: осилишь одно противоречие, возникает другое, третье… Как в беге с препятствиями – преодолел один барьер, а за ним еще барьер и еще…

Итак, физическое противоречие: в окись алюминия необходимо добавить кусочки металла, чтобы возникала электромагнитная индукция, – и нельзя добавлять кусочки металла, потому что загрязнение окиси недопустимо. Изобретение, позволившее преодолеть это противоречие, оказалось удивительно простым. В окись алюминия перед началом плавки вводят кусочки алюминия. Алюминий хорошо проводит электрический ток, поэтому под действием индукции он быстро нагревается сам и нагревает окись алюминия – она начинает плавиться. Теперь алюминий не нужен, расплавленная окись сама проводит ток. И алюминий исчезает: при высокой температуре он просто-напросто сгорает, превращаясь в окись алюминия. А окись, естественно, не загрязняет окиси…

Порядок на «мозговом чердаке»

Тут читателю пора возмутиться. Все началось с критики метода проб и ошибок: чтобы решить сложную задачу, приходится перебирать множество вариантов, нужно работать годами, и нет гарантии, что решение будет найдено. Созданы правила и формулы. Взял формулу и, не утомляя себя размышлениями, решил задачу. Хорошо!.. И вдруг оказывается: нужно знать законы развития технических систем, многочисленные приемы, выкрутасы вроде «вещество есть и его как бы нет», правила вепольного анализа… Мало того, нужно еще и основательно знать физику, изобретательские возможности физических эффектов и явлений. Знать математику и химию. Наверняка окажется, что надо знать и биологию: в живой природе «запатентовано» великое множество интересных идей.

Может быть, проще изобретать по старинке?

Да, изобретать по старинке проще. Рыть землю лопатой проще, чем управлять экскаватором. Ходить пешком проще, чем водить машину. За скорость, мощность, эффективность любого действия приходится платить знаниями. Изобретательство не исключение. Хочешь быстро решать трудные задачи – учись, осваивай «изобретательскую физику» и все остальное.

Впрочем, тут есть один интересный момент. Для решения изобретательских задач важны не столько новые знания, сколько хорошая организация тех знаний, которыми человек уже обладает.

Современный школьник знает много, но знания эти плохо организованы. Коэффициент полезного использования знаний весьма низок – едва ли выше одного-двух процентов. Я говорю о школьниках потому, что именно в школьные годы мы привыкаем многое запоминать, выучивать, не используя. Знания лежат как вещи на плохом складе – навалом, без активного применения.

Помните задачу о долгоносиках? После ее опубликования в «Пионерской правде» пришло очень много писем, и более половины из них содержало примерно такой ответ: «Нужно взять стакан, положить туда двести долгоносиков, измерить их температуру обыкновенным термометром, а потом разделить на число долгоносиков». Это писали учащиеся пятых – восьмых классов! Если бы их спросили: «Температура каждого пальца 36°. Пальцы сжали в кулак. Какова температура кулака?» – никто не сказал бы, что температура кулака 180°. Против этого восстал бы жизненный опыт. А при решении задачи о долгоносиках такая ошибка совершается запросто: знания о теплоте и температуре не освоены, лежат мертвым грузом в кладовых памяти.

Как оживить знания?

Если верить Конан Дойлю, одним из первых с этой проблемой столкнулся Шерлок Холмс. До Холмса криминалистические задачи решались методом проб и ошибок. Холмс ввел систему решения и, естественно, столкнулся с необходимостью иметь большой запас активных знаний. Холмс говорит об этом так:

«– Видите ли, – сказал он, – мне представляется, что человеческий мозг похож на маленький пустой чердак, который вы можете обставить как хотите. Дурак натащит туда всякой рухляди, какая попадется под руку, и полезные, нужные вещи уже некуда будет всунуть или, в лучшем случае, до них среди всей этой завали и не докопаешься. А человек толковый тщательно отбирает то, что он поместит в мозговой чердак. Он возьмет лишь инструменты, которые понадобятся ему для работы, но зато их будет множество, и все он разложит в образцовом порядке».

Отбор знаний за вас осуществляет школьная программа. И делает это хорошо: теоретически каждая страница ваших учебников по физике, химии, математике, биологии может быть сильным инструментом при решении творческих задач. Проблема в том, чтобы оживить эти знания, понять, почувствовать их творческие возможности. Решив изобретательскую задачу с помощью какого-то физического явления, вы словно заново знакомитесь с этим явлением, открывая в нем нечто новое, неожиданное, интересное.

Это относится и к знаниям, выходящим за рамки школьной программы. Они тоже могут быть использованы как инструменты творчества, но эти «посторонние» знания свалены в «мозговом чердаке» совсем уже без всякого порядка.

Сейчас мы разберем очень интересную задачу. Для ее решения хватило бы знаний на уровне детского сада, если бы знания были хорошо организованы.

Задача 28. Куда дует ветер

В одном совхозе были построены большие коровники. Воздух в них должен быть чистым, поэтому директор совхоза пригласил ученых, чтобы проконсультироваться – хороша ли вентиляция в коровниках.

– Придется исследовать движение воздуха в коровниках, – сказал один ученый. – Произведем замеры скорости воздушных потоков. Помещения огромные, потолки высокие. Движение воздуха зависит от температуры стен, крыши. Понадобится множество замеров. Работы месяца на два.

И тут появился изобретатель.

– Пока вы совещались, я получил данные по первому коровнику, – сказал он. – Для каждой точки, даже под самым потолком. Это же так просто…

Как получил изобретатель эти данные?

Не будем искать решение наугад. Начнем, как положено, с ИКР. Идеальное решение: по нашему желанию в любом месте коровника возникают стрелки, указывающие направление и скорость воздушного потока. Как этого достичь?

Допустим, мы взяли свечу и следим за отклонением ее пламени. Если бы требовалось измерить скорость движения воздуха в одном, десяти или даже в ста местах, такой способ сошел бы. Но ИКР гласит: в любой точке! Выходит, свеча слишком неэффективный инструмент. Пламя «привязано» к свече, нельзя заполнить огнем все помещение… Может, заполнить коровник дымом? Тоже плохо: дым будет во всех точках, но он непрозрачен, и мы ничего не увидим и ничего не измерим. Чтобы достичь ИКР, нужно нечто, обладающее сочетанием противоречивых свойств: оно должно быть везде, во всех точках, – и его не должно быть нигде, чтобы воздух оставался прозрачным и можно было бы все видеть.

Знакомая ситуация: в воздух надо что-то добавить – и нельзя ничего добавлять. Пламя и дым не подходят как раз потому, что они соответствуют только первой половине требования. Будем действовать, как в предыдущих задачах. Введем в воздух «кусочки» воздуха, но только измененного, видимого, окрашенного.

Как окрасить «кусочек» воздуха?