Наука винаходити
СТІЛ ЗАМОВЛЕНЬ:
БОНУСИ:
ДОДАТИ В ЗАКЛАДКИ
Дизайн та підтримка:Олександр Кузнєцов
Технічне забезпечення: Михайло Булах
Програмування: Данило Мончукін
Маркетинг: Тетяна Анастасьєва
Переклад: Наталія Кузнєцова
зроблено в Україні
Книги та статті
ХИТРІСТЬ І ФІЗИКА
Винахідницькі завдання здавна вирішувалися (та й сьогодні вирішуються) методом спроб і помилок. Метод неефективний, тому вирішення завдань доводилося витрачати багато зусиль, часу, коштів. Винаходи нерідко запізнюються на багато років. Науково-технічна революція зажадала принципово нових методів винахідництва. З'явилася теорія вирішення винахідницьких завдань (ТРВЗ), вона вчить вирішувати завдання, не перебираючи "порожні" варіанти. Основна ідея така: технічні системи виникають та розвиваються закономірно; Вивчення цих закономірностей дає прийоми - інструменти на вирішення винахідницьких завдань.
Прийоми, з якими ви познайомилися, можна поділити на три групи:
- Різні хитрощі, наприклад прийом "зробити заздалегідь";
- прийоми, засновані на використанні фізичних ефектів і явищ, до них можна віднести прийом "змінити агрегатний стан";
- комплексні прийоми, що включають і хитрість, і фізику, наприклад, побудова феполів.
Найчастіше під час вирішення винахідницьких завдань доводиться застосовувати спочатку хитрість, потім фізику. Успіх досягається саме поєднанням того та іншого. Тому застосування фізики під час вирішення винахідницьких завдань - одне із найважливіших розділів теорії винахідництва.
Подивимося, як відбувається стикування хитрості та фізики.
Завдання 29. БУДЕ ПРАЦЮВАТИВІЧНО!
На одному заводі часто виходила з ладу машина-автомат. Це була дуже хороша машина, але в ній постійно псувалася проста деталь - вигнута трубка, по якій стиснене повітря з великою швидкістю гнало потік маленьких сталевих кульок. Кулі били по стінці труби в місці повороту і відколювали шматочки металу. Вдарившись об стінку, кожна кулька залишала ледь помітну подряпину, але за кілька годин кульки наскрізь пробивали товсту, міцну трубу.
- Давайте поставимо дві труби, - сказав начальник цеху, - Поки одна працює, іншу встигнемо відремонтувати.
І тут з'явився винахідник.
- Хіба це справа: весь час робити ремонт?! - Вигукнув він. - Є в мене слушна ідея. Гарантую: машина працюватиме вічно!
Потрібно було лише п'ять хвилин, щоб здійснити ідею винаходу. Що він запропонував?
Отже, одна речовина (сталеві кульки) механічно взаємодіє з іншою речовиною (стінками труби). Отже, дано непотрібний (навіть шкідливий) веполь. На заводі його намагалися зруйнувати, вводячи третю речовину – різні прокладки, прошарки. Це неправильно: треба, щоб третя речовина одночасно захищала стінки та не руйнувалася. Цією речовиною можуть стати ті ж кульки. Тільки нерухомі труби, що зупинилися біля стінки. Якщо вигин труби зсередини покрити кульками, стінки перестануть руйнуватися. Летячі кульки можуть вибити одну або кілька кульок із захисного шару, але його місце відразу заповниться однією з кульок, що мчать по трубі.
Завдання 30. ЗВЕРХТОЧНИЙ КРАН
Завідувач хімічної лабораторії запросив винахідника і сказав:
- Нам треба керувати потоком газу, який цією металевою трубою йде з однієї посудини в іншу. У нас є крани з притертою скляноюпробкою, але вони не забезпечують необхідної точності: важко регулювати величину отвору, яким перетікає газ.
- Звичайно, - сказав винахідник, - ви ще самоварний кран поставили б.
Хімік вдав, що не почув зауваження.
- Можна, - продовжував він, - поставити гумову трубку та затискач. Але це не дає потрібної точності.
- Затискачі, - посміхнувся винахідник. - Білизняні прищіпки.
Тут хімік не витримав:
- Сотні років так працюємо. Спробуйте придумати кран не складніше "прищіпки" або "самоварного крана", а за точністю разів у десять краще.
- Крапелька хитрощів плюс фізика дев'ятого класу. Потрібно зробити так.
Що запропонував винахідник?
Для спеціаліста з ТРВЗ кран - типова вепольна система: корпус В1, деталь В2, що повертається, і поле механічних сил Пмех. Під дією поля Пмех деталь В2 переміщається щодо корпусу В1, завдяки чому зазор між В1 і В3 стає ширшим або, навпаки, звужується. Веполь уже є, але він працює неважливо. Отже, доведеться замінити веполя, використовувати інше поле. Яке саме – електричне, магнітне, електромагнітне, теплове?
Тут хитрощі закінчуються і починається фізика. У підручнику фізики для дев'ятого класу є цілий розділ про теплове розширення! А нам таки треба міняти ширину зазору між В1 і В2.
Відкриваємо підручник. Ось і опис досвіду: крізь нагріте кільце проходить куля, яка до цього не проходила. Малюнок кільця та кулі – готова модель нашого крана.
Напевно, ви зрозуміли, як працює такий кран. При нагріванні корпус сильно розширюється, а стрижень слабо. Виникає проміжок. Чим сильніше нагрітий корпус, тим більший зазор.
Сенс винаходу, як бачите, у тому, що замість руху великихдеталей, "залізок", запропоновано використовувати розтягування та стиск кристалічних ґрат. До речі, розтягувати та стискати кристалічну решітку можна не лише тепловим полем. "Деякі кристали, наприклад кварц, сегнетова сіль та турмалін, в електричному полі змінюють свої розміри: залежно від напрямку поля вони стискаються або розтягуються" це з підручника фізики для десятого класу. Називається це явище зворотним п'єзоефектом. Ну а про те, що зворотний п'єзоефект можна використовувати для створення мікрокрана, ви й самі вже здогадалися. Є ще схожий ефект – магніто-стрикція: магнітне поле розтягує (або стискає) деякі метали. Теж відповідний відповідь завдання про крані.
Завдання 31. ПОГЛЯНЕМО У МАЙБУТНЄ
Якщо треба видавити з майже порожнього тюбика залишки зубної пасти, тюбик кладуть на тверду поверхню і прокочують олівцем. Такий і принцип дії перистальтичного насоса (див. рис.): ролики притискають гнучкий шланг до корпусу насоса і, рухаючись, змушують рідину або пасту перетікати шлангом.
Ми випускаємо двадцять типів перистальтичних насосів, сказав головний інженер заводу своєму заступнику. - Найближчими місяцями освоїмо ще три. Але в принципі всі насоси однакові, відрізняються вони лише розмірами та призначенням. Невже і надалі ці насоси не зміняться?
– Напевно, не зміняться, – відповів заступник. - Адже принцип той самий.
І тут з'явилися винахідники. Одразу троє!
Обов'язково будуть нові насоси, – запевнив перший винахідник. – Перистальтичний принцип збережеться, але дія перейде на мікрорівень.
Пропонуємо використати для цього фізичні ефекти, – сказали його товариші. - У нас три абсолютно нові перистальтичні насоси.
Винахідники почалирозгортати креслення.
Як, на вашу думку, чи можуть бути влаштовані ці насоси? Які фізичні ефекти у них використані?
Перехід від грубого руху "залізок" до тонкого переміщення молекул, атомів - закономірність розвитку техніки. Звідси й прийом розв'язання багатьох завдань: "перехід із макрорівня на мікрорівень".
Коли у попередньому розділі ви читали про чотири етапи розвитку технічних систем, у вас, можливо, постало питання: ну, добре, системи проходять чотири етапи, а що відбувається з системами далі? А далі дві можливості. Про одну я вже говорив: система, досягнувши меж розвитку, поєднується з іншою системою і утворює нову, складнішу систему - розвиток продовжується. Наприклад, велосипед, об'єднавшись із двигуном внутрішнього згоряння, перетворився на мотоцикл. Виникла нова система, розвиток продовжувався.
Іноді шлях до поєднання інших систем закритий. Об'єднуватися треба – і об'єднуватись не можна. Таке протиріччя долають дробленням: розділимо систему кілька частин і побудуємо щось нове, з'єднавши ці частини. Заборона стосувалася об'єднання із сторонніми системами, ми цю заборону не порушили.
Ну, а якщо не можна ні об'єднувати, ні дробити? Припустимо, поставлене завдання: потрібно посилити "пружинні" властивості спіральної пружини, нічого не додаючи до неї і не дроблячи її. Вважатимемо, що пружина зроблена з самої відповідної сталі, змінювати сталь немає сенсу.
Дивіться інші статьирозділу І тут з'явився винахідник.
Рекомендуємо завантажити в нашій Безкоштовній технічній бібліотеці: