©Злотин БОРИС ЛЬВОВИЧ, ©Зусман АЛЛА ВЕНИАМИНОВНА.
Изобретатель пришел на урок
иллюстрации: ©А.Д. Гладышев, ©Н.А. Асланова
публикация на сайте http://jlproj.org
Разговор в учительской
ИГЗ: "Ключи к изобретениям"
ЗАДАЧИ:
УДАРИМ ПО ИНЕРЦИИ
За стеной раздался звон.В комнату ворвался Джон.
По полу вода бежит,
Под окном раскрытым
Мери мертвая лежит
На стекле разбитом...
— Ребята, разъясните ситуацию — что произошло в комнате?
Не знаете? Тогда задавайте вопросы.
— В режиме «Диалог с ЭВМ»?
— Да. Только сначала несколько соображений вам в помощь.
Вы понимаете, что мы не развлекаемся, а занимаемся серьезными вещами. Мы учимся решать исследовательские задачи. А они бывают очень разные. Пока мы работали с хорошо поставленными задачами типа отрыва контактов. Там было ясно, что происходит, нужно было только понять, почему. Обычно такой ясности нет, возникает масса вопросов, для ответа на них нужно ставить эксперименты — осмысленные вопросы природе. Этому мы и учимся, решая ситуационные задания, то есть расшифровывая непонятные ситуации, восстанавливая недостающие звенья. При этом не забывайте выявлять ресурсы, особенно информационные, пользуйтесь понятием идеальности, приемом обращения исследовательской задачи, формулируйте противоречия. И старайтесь решить задачу как можно меньшим числом вопросов.
Ребята быстро выбрали капитана и посыпались вопросы:
— Смерть Мери вызвана естественными причинами или последовала от каких-то насильственных действий?
— Естественными.
Хороший вопрос. Он сразу отмел целый ворох гипотез, связанных с разного рода покушениями, нападениями...
— Это она разбила стекло?
— Нет.
— Она пила воду и захлебнулась? — Нет.
...Около тридцати вопросов задали ребята, пока выяснили, что Мери — это золотая рыбка, погибшая из-за того, что порывом ветра распахнуло окно, и створка ударила по стоявшему на подоконнике аквариуму.
— Хорошо. Но многовато все-таки лишних вопросов. Давайте теперь, зная ответ, определим кратчайший путь к нему.
Идет обсуждение. Так вырабатывается стратегия поиска, формулируются общие правила. Вот они.
1. Ситуационные задания нужно превращать в исследовательские задачи, а потом — в изобретательские с помощью приема обращения: заменой вопроса «как объяснить?» на вопрос «как сделать?»
2. Разобраться с имеющимися в задаче, как правило, информационными ресурсами, обычно умышленно упоминаемыми в условии вскользь, отсортировать с помощью вопросов те, которые имеют отношение к решению, от тех, что введены в задачу с целью ее усложнения (лишняя информация, мешающая поиску, всегда содержится в реальных задачах, поэтому она вводится и в ситуационные задания).
3. Использовать для построения гипотез инструменты ТРИЗ: идеальность, противоречия, вепольный анализ.
4. Сформулировав гипотезу, необходимо спланировать «эксперимент» — вопрос, который даст однозначный ответ и разделит поисковое поле на части. Здесь может помочь вепольный анализ, потому что часто получается, что эксперимент — задача «на обнаружение».
Задача 50. Очень красивая женщина, плохо разбираясь в правилах дорожного движения (у нее даже не было прав на вождение автомобиля), остановилась на железнодорожном переезде, что строжайше запрещено для всех видов транспорта, развернулась и, не обращая внимания на знак одностороннего движения, двинулась в противоположном направлении. Все это происходило на глазах полисмена, но он не реагировал на это. Почему?
С этой задачей ребята провозились довольно долго, на ответ вышли практически случайно — нарушения не было, потому что женщина шла пешком.
— Почему задача оказалась такой трудной?
— В условиях задачи сказано о правилах движения, о правах. Мы думали...
— Действительно, задача специально так поставлена. Над вами подшутила психологическая инерция. Точно так же она постоянно шутит над изобретателем, ученым. Вот какую историю я прочитал в одном из номеров журнала «Техника и наука». Всегда, с самых первых дней авиации самолеты садились на аэродром против ветра — при этом укорачивается пробег, облегчается посадка, так как встречный ветер увеличивает подъемную силу крыла, что позволяет подходить к земле на меньшей скорости. Но посадка против ветра зачастую удлиняет путь самолета над аэродромом на десятки километров, потому что приходится делать круги, выбирая направление посадки в зависимости от направления ветра. Растет расход горючего, усложняется работа диспетчеров и летчиков. «Поистине поразительная сила инерции мышления! — пишет корреспондент.— Авиация разменяла восьмой десяток лет, эру поршневых самолетов сменила эра реактивных, на линии вышли мощные воздушные лайнеры, для которых помощь ветра уже не имела значения. И все же действуют «по старинке». Экономия от внедрения простейшего предложения садиться независимо от ветра составила за год свыше 18 миллионов рублей! Сокращение времени полетов условно прибавило на линии Аэрофлота дополнительный самолет типа ИЛ-62!
— А можно привести еще пример психологической инерции? — спрашивает высокий юноша в очках — «книжный червь» Миша, как потом охарактеризовал его Физик.— Я вчера купил книгу «От мечты к открытию». Ее автор — Ганс Селье, он пишет о том, как стать ученым. Очень интересно.
— Не сомневаюсь. Селье — крупнейший ученый нашего века, он открыл «стресс» — то, что сегодня называют «болезнь XX века».
— Да, вот я как раз хотел рассказать о том, как он этот стресс открыл. Однажды студентам-медикам, среди которых был и Селье, показали несколько больных, которых по одному приглашали в аудиторию, где их расспрашивал профессор. Все пациенты жаловались на недомогание, потерю аппетита, у некоторых был жар. Профессор перечислял характерные признаки каждой болезни (они были разные). Но из-за того, что болезни у пациентов только начались, эти характерные признаки было весьма трудно увидеть. Поэтому Селье обратил внимание не на различия в признаках болезни, а на их схожесть. Он сформулировал их про себя как признаки недомогания вообще.
— Верно. Из этого потом выросла теория стресса.
— Да. И еще Селье написал, что ему удалось это общее увидеть, потому что это были его первые пациенты и его взгляд еще не был задавлен достижениями современной медицины — то есть психологической инерцией! Вот ему повезло, да?
— Молодец, ты все верно подметил. Только дело здесь не просто в везении. Как ты думаешь, сколько еще студентов наблюдали тех больных вместе с Селье? А открытие сделал он один, потому что сумел преодолеть психологическую инерцию. Почти цро всякого крупного ученого или изобретателя можно сказать, что секрет их успеха в немалой степени в умении не поддаваться инерции.
— Эх, избавиться бы всем от этой инерции раз и навсегда! Вот было бы здорово! Таблетку такую придумали бы...
— Не советую. Людей, у которых нет совсем психологической инерции, хватает. Только жить им приходится в специальных «домах, откуда их не выпускают.
— Это сумасшедшие?
— Да. Человек совсем без инерции — ненормальный. Инерция очень часто просто необходима, она помогает во всех делах, где нужны определенные навыки. Нельзя же каждый раз по-новому есть, отпирать дверь, надевать туфли. Для того чтобы стать творческим человеком, совсем не обязательно терять разум, нужно научиться инерцией управлять: по своему желанию ее включать и отключать, ослаблять, направлять в нужную сторону. В ТРИЗ есть ряд приемов, помогающих это делать. С некоторыми из них вы уже знакомы. Помните?
— Метод маленьких человечков! ММЧ!
— Верно. Он заставляет разбираться, что происходит на самом деле, увидеть процесс по-новому. Еще? Забыли? А формулирование идеального решения? Ведь оно заставляет искать решение в необычном направлении. Есть и еще приемы. Например, «шаг назад от ИКР». ИКР — это идеальный конечный результат, так в АРИЗ называется идеальное решение.
Задача 51. Испытания погружных (то есть работающих под водой) электродвигателей происходит следующим образом. Двигатели устанавливают на специальный поддон — решетку и опускают ее на дно испытательного бассейна. Затем подключают кабели, заливают воду и проверяют, нет ли где замыканий. Но заливать воду при каждом испытании, а потом ее сливать в канализацию нельзя — слишком большой расход воды. Можно, конечно, сделать второй бак и сли&ать в него воду, но по ряду причин использовать для этого насос нежелательно. Как быть?
— Начните решение с того, что нарисуйте в воображении идеальную картину, как все должно быть.
— Это просто. Идеально — никакого насоса нет, а вода сама заливает двигатели.
— Хорошо. А теперь представьте, что вода залила, но не совсем. Чуть-чуть не хватает, буквально полмиллиметра, на один шаг от идеальности отступили. Как быть?
— Долить со стороны? Нет, это нарушает идеальность. Вода сама должна подняться на эти полмиллиметра. Ясно! Достаточно что-то бросить в воду — и ее уровень поднимется!
— Неплохо. В принципе близко к тому решению, которое мы свое время нашли. Но у нас, пожалуй, остроумнее получилось. Воду ведь можно вытеснить не только твердым телом, но и...
— Другой жидкостью!
— Или газом! Просто воздухом!
Через несколько минут на доске была нарисована схема: ниже испытательной ванны расположен дополнительный бак, наполненный водой, закрытый наглухо крышкой и с помощью трубы соединенный с ванной. В отверстие дополнительного бака от имеющейся в цехе магистрали подается сжатый воздух, быстро вытесняющий воду в ванну,— и двигатели залиты. После окончания испытаний вода самотеком уходит в бак.
Разговор в учительской
ИГЗ: "Ключи к изобретениям"
ЗАДАЧИ:
РАЗГОВОР В УЧИТЕЛЬСКОЙ
— Конечно, разгадывать ситуационные задачи интересно, полезно — отрабатывается исследовательское мышление. Но где их брать? Ведь те, что вы дали сегодня, завтра будет знать вся школа, и, будьте уверены, они еще много лет будут ходить из класса в класс.
— Во-первых, таких задач много, я вам покажу мою подборку. А во-вторых, их очень легко делать. Берете любую ситуацию и извлекаете из нее какие-то элементы. Задача в том, чтобы их восстановить. Да и обычные задачи можно самому конструировать. Для «затравки» годится любой физический эффект.
— Например, таяние льда. Как этот эффект превратить в задачу? Изобретатель задумался. Потом сказал:
— При решении задачи мы идем от ее условия к противоречию, а затем к его разрешению. А здесь нужно пройти этот путь наоборот. Лед растаял — этот эффект может быть разрешением пргтиворечия типа «вещество есть — вещества нет». Скажем так: вещество должно быть, чтобы производить какое-то действие, и его не должно быть, чтобы не мешать другому действию. Теперь нужно придумать эти действия. Что может делать лед?
— Давить на что-то. Удерживать. Придать твердость. Разное может.
— Отлично, начнем с последнего. У нас есть что-то мягкое, и это для нас плохо. Например, нужно просверлить резиновый шланг — наделать в нем отверстий. А шланг мягкий, сверлится плохо. Вот тут-то и пригодится твердость льда — нальем внутрь воды, заморозим — и можно сверлить сколько душе угодно.
— Это здорово. Но речь шла об эффекте не замерзания льда, а таяния. — Конечно! Ведь потом лед из шланга нужно удалить! Вот он и растает, а вода выльется. А вот другая задача. Что-то нужно удержать, чтобы не развалилось, не рассыпалось, и не нужно удерживать, чтобы не занимать места, не мешать. Например, нужно установить куда-нибудь маленькую пружинку. Пальцами или другим инструментом не возьмешь, потому что перед установкой придется отпустить — она и вырвется. А со льдом — все просто. Вморозили пружинку в лед, установили, потом лед растаял, вода вытекла, а пружинка на месте.
— А такой эффект: магнит притягивает железку. Как его превратить в задачу типа «диалог с ЭВМ»?
— Например, так. Жулик скопировал ключ, но, сколько ни пытался, не мог открыть замок. Почему? Настоящий ключ еще и намагничен, чтобы отодвинуть последнюю задвижку.
— Убедили. А такой вопрос: можно эти задачи давать шестиклассникам?
— Я давал. Если не нужно сложной физики, они хорошо решают. Но им очень трудно работать систематично. Чтобы их немного приучить к этому, я сначала давал более простые задачи, например отгадать задуманное число. Здесь тактика «деления пополам» — единственно возможная и работает четко: задуманное число больше тысячи? — Нет. Больше пятисот? — Нет. Больше двухсот пятидесяти? — Да. Меньше трехсот семидесяти пяти? — Нет... И так далее. Еще очень хорошо идут разминочные упражнения типа: «Человек ехал в троллейбусе и вышел, не доехав две остановки до своей. Почему?» Причины могут каждый раз меняться: увидел знакомого и вышел, троллейбус пошел в парк, не было билета — вошел контролер, решил прогуляться и т. д.
— А я тоже придумал задачку: летит стая напильников с запада на южный полюс. Что они будут делать, когда прилетят?
— Южный полюс Земли? — Нет.
— Значит, магнита. Все ясно. Прилетят, прилипнут, будут висеть. Так? А знаете, почему я так быстро решил вашу задачу?
— Я не вовремя ее дал. Только что говорили о магнитах, легко догадаться. Получилось у вас психологическая инерция, только полезная.
— Да, об инерции. У меня на работе начинаются горячие денечки, я некоторое время не смогу к вам приходить. Попробуйте с ребятами еще позаниматься борьбой с ней. Материал у вас есть — в книгах по ТРИЗ.
— Я, конечно, все это прочел, но давайте наметим, что я должен делать.
— Лучше всего начать с метода числовой оси. Правда, вы о таком методе еще не читали, но он очень схож с оператором РВС — размер, время, стоимость. — Да, я помню, речь шла о снижении психологической инерции путем увеличения или уменьшения этих параметров. А потом смотрели, не станет ли легче задача, не проглянет ли решение.
— Да. Но «раскачивать» можно не только размеры, время, а практически любой показатель системы. Вот, помните, во время нашей первой встречи я давал задачу на закон Архимеда?
— Это с гирей в лодке? — Да. Там была пудовая гиря. А теперь поработаем с числовой осью. Допустим, что наша гиря из звездного вещества — крупинка, которая весит миллион тонн...
— Действительно, так легче решать. Пока она была в лодке — вытесняла миллионы тонн, лодка глубоко погрузилась, огромная такая... А как выкинул эту песчинку за борт — лодка всплыла, а песчинка, конечно, сколько может вытеснить? Да ничего! Значит, уровень понизится.
— А если из лодки выбросили блок пенопласта весом в пуд — что будет с уровнем воды в пруду?
— Это просто. Блок будет плавать, значит, вытеснит количество воды, равное своему весу, как и вытеснял, находясь в лодке. Уровень не изменится.
— Один совет при работе с числовой осью. Не нужно торопиться изменять параметр сразу до бесконечности. Лучше это делать постепенно, сначала увеличить раз в десять, потом в сто, тысячу, миллион... Уменьшить в десять раз, сто, десять тысяч, до нуля, сделать величину отрицательной. И каждый раз внимательно смотреть, не появилось ли новое качество.
— Но если речь идет, например, о длине, как ее сделать отрицательной?
— Не знаю. Но попробовать представить, что это такое всегда полезно — прекрасно снижает инерцию. Прогонка по числовой оси — это еще не все. Любая задача ставится с какими-то ограничениями: техническими, физическими, человеческими. Причем иногда они оговорены, иногда подразумеваются, а часто мы автоматически считаем, что они есть, а на самом деле их не существует. Во всех подобных случаях очень важно рассмотреть действительные или мнимые ограничения, представить, что будет, если их снять. Например, наш объект работает при земной силе тяжести, в земной атмосфере, а что будет на Луне? Или в космосе? При давлениях в тысячи атмосфер? Под водой, под землей? А если этой машиной будет управлять не человек, а разумный осьминог?
— Напоминает метод профессора Арнольда.
— Да, много общего. А вот еще один метод — выявление ресурсов путем обнаружения скрытых свойств разных объектов. Еще Гегель говорил, что одна и та же вещь может по-разному выглядеть в разных системах. В. И. Ленин пояснял это положение примером: стакан в разных системах связей обнаруживает большое количество свойств, качеств, сторон, взаимоотношений; это и стеклянный цилиндр, и инструмент для питья, и предмет с художественной резьбой и рисунками и т. д. Есть такая задача: уравновесить весы так, чтобы они через некоторое время сами вышли из равновесия, используя в качестве разновесов карандаши, гирьки, резинки, вату, свечу, соль, песок, спички, пластилин. Решение этой задачи зависит от нахождения скрытого свойства одного из разновесов — свечи. Основное ее свойство — гореть и освещать, а скрытое — терять при горении вес. Кстати, это не единственное ее скрытое свойство. Вспомните, какие еще?
— Свеча легко плавится, значит, она может легко изменить свою форму. Если натереть свечой поверхность, по ней легче скользить.
— Натертое свечой стекло не запотеет. Свечу можно использовать для окуривания.
— Кстати, известны случаи отравления свечами!
— Вот видите. А еще с помощью свечи можно определять направление ветра, удалить из замкнутого объема кислород... Да много еще чего можно! Умение выявить скрытые ресурсы очень полезное. Один мой коллега подал более сорока заявок на изобретения, используя ресурсы одного эффекта: плавление — затвердевание.
— Эти методы действительно интересны, но вы совсем не упомянули целую группу методов психологической активизации, а ведь они специально были созданы для преодоления психологической инерции.
— Безусловно, об этих методах нужно ребятам рассказать: о «мозговом штурме», «синектике», морфологическом анализе. А начать разговор о них лучше всего с метода фокальных объектов. Вы уже думали, как его давать ребятам?
— Наверное, не стоит особенно вдаваться в теорию. Собственно, ее и нет. Просто предложу выбрать любой объект для совершенствования.
— Могу поспорить, что они назовут авторучку или очки (глядя на вас), в крайнем случае — окно, дверь, стол. Много раз проверял, можете им еще раз продемонстрировать психологическую инерцию — напишите заранее эти слова на листке бумаги.
— Попробую. Потом попрошу достать какую-нибудь художественную книгу (они всегда с собой таскают книги), ткнуть пальцем в любую страницу и назвать с десяток существительных.
— Эти существительные хорошо выписать в ряд в верхней части доски — она у вас широкая. Разделите доску на части вертикальными линиями и пригласите добровольцев из ребят. Пусть каждый возьмет по одному слову. Устройте соревнование — кто быстрее напишет к нему десять определений — прилагательных, относящихся к данному существительному.
— Отлично. Они у меня разделены на бригады для проведения лабораторных работ. Вот и вызову по одному из каждой, получится соревнование между бригадами. Только будут подсказывать своим.
— Ну и пусть. Вы это им официально разрешите.
— Представляю, какой шум будет!
— Ничего. Ваши коллеги, по-моему, уже к этому привыкли. Кстати, при подведении итогов соревнования нужно учитывать оригинальность придуманных ребятами прилагательных. После этого вы сами можете по очереди «подставлять» прилагательные к выбранному для совершенствования объекту и вместе с ребятами оценивать, что получается. Я вам для примера зачитаю стенограмму одного такого занятия. «Фокальный» объект — кастрюля. Цель работы — расширение ассортимента продукции завода, повышение спроса на продукцию. Случайные объекты (взяты из словаря): дерево, лампа, кошка, сигарета. Признаки случайных объектов:
- Дерево: высокое, зеленое, голое, срубленное, сгоревшее, молодое, генеалогическое, чахлое, железное, хлебное, пробковое, красное, черное, с ободранной корой, с толстой корой, с корнями, раскидистое.
- Лампа: электрическая, разбитая, светящаяся, настольная, электронная, паяльная, волшебная, матовая, цветная.
- Кошка: живая, игривая, пушистая, сибирская, царапающаяся, голодная, злая, полосатая, нюхающая, мяукающая, дикая, домашняя.
- Сигарета: вредная, с фильтром, отсыревшая, брошенная, дымящаяся.
— Неплохо. Я это обязательно использую.
— Ну и отлично. Не забудьте только объяснить, откуда взялось название метода — фокальных объектов.
— Конечно. Название связано с тем, что мы совершенствуемый объект, например кастрюлю, все время держим в «фокусе» нашего внимания, как звезду в фокусе телескопа.
Разговор в учительской
ИГЗ: "Ключи к изобретениям"
ЗАДАЧИ:
ИГЗ: «КЛЮЧИ К ИЗОБРЕТЕНИЯМ
Решая с ребятами задачи с помощью вепольного анализа, Изобретатель
всегда предупреждал, что поиск недостающих элементов при достройке
веполя нужно начинать с перебора полей. Почему? Да потому что
изобретательских полей совсем немного, почти все они вместились в
короткую аббревиатуру МАТХЭМ, а веществ — миллионы. Если их все
перебирать... Страшно подумать. Но есть среди них особенные, служащие
ключами к интереснейшим решениям. О них непременно нужно ребятам
рассказать.
Собственно говоря, о некоторых веществах Изобретатель уже рассказывал:
об использовании льда, ферромагнитных порошков и магнитных жидкостей;
кратко упомянул об активированном угле, твердой углекислоте (сухом
льде)... Теперь нужно остановиться на этом подробнее. С чего начать?
Ребята обожают взрывы — начнем с взрывчатки.
После войны на складах осталось огромное количество неиспользованного пороха. Возникла проблема: срок хранения истекает, дальнейшее хранение опасно, а уничтожать жалко, ведь на его изготовление было затрачено много труда, материалов. Почему бы его не применить в народном хозяйстве, ведь взрывать нужно много? Но беда в том, что порох не детонирует, а горит, причем по сравнению с другими взрывчатками довольно медленно. Взрыв получается тогда, когда вся масса взрывчатки реагирует (детонирует) практически мгновенно, а это зависит от скорости распространения давления в ней. Порох — мягкая, пористая масса, энергия давления не передается быстро в разные стороны, а гасится. И вот однажды инженер Н. М. Сытый проделал очень странную вещь. Он взял ведро с порохом и налил в него воды. Но ведь всем известно, что мокрый порох не горит. А почему, собственно говоря? Кислород воздуха ему не нужен, у него есть свой, входящий в его химический состав. Не горит потому, что в воде его невозможно поджечь. А нельзя ли взорвать? Порох в воде — это не просто «каша». Вода несжимаема, и энергия взрыва в воде рассеиваться не будет, значит, порох должен взорваться от детонации. Такой был замысел. И совершенно «бредовая» идея подтвердилась! Сначала мокрый порох использовали для корчевки огромных пней: сверлили в них отверстия диаметром 2-4 сантиметра и глубиной сантиметров тридцать, насыпали порох и заливали водой. Затем подрывали небольшим количеством тротила, пень разлетался вдребезги. Потом с помощью пороха стали рыть траншеи. Ехал трактор, оставлял после себя небольшую канаву. В нее закладывался порох, водой он пропитывался сам — в земле ее много. Потом взрывали небольшой заряд в начале канавки — и готова траншея метровой глубины длиной в километр!
Из взрывного генератора выбрасываются две невзрывчатые жидкости: горючее (керосин) и окислитель (четырехокись азота), которые в смеси образуют сильную взрывчатку. Для взрыва в смесь периодически впрыскивается капля третьей жидкости — инициатора. Взрывы гремят до 20 раз в секунду, и взрывной бур углубляется в землю. Раздробленную породу выбрасывают наверх взрывные газы. При бурении в твердых породах скважин диаметром 300-400 миллиметров скорость проходки до 30 метров в час!
Из сводки Совинформбюро: «5 июля 1943 года. 8 самолетов ИЛ-2 сожгли ПТАБами 16 танков противника». Фашисты как огня боялись «черной смерти» — так они прозвали наш знаменитый штурмовик ИЛ-2, самый массовый самолет войны. Но и ему нелегко было поразить вражеский танк: для этого нужно попасть в него стокилограммовой фугасной бомбой. Скорость самолета над полем боя была довольно высокой, легко можно было промахнуться, а всего таких бомб взять в боевой вылет ИЛ-2 мог только 4 штуки... И вот в 1942 году советский изобретатель И. А. Ларионов предложил новую противотанковую авиабомбу (ПТАБ) весом всего около килограмма. Самолет теперь мог взять четыре сотни таких бомб, и достаточно было хотя бы одной попасть в танк, чтобы тот вышел из строя. Секрет ПТАБ, очень строго охранявшийся до начала Курской битвы, заключался в том, что она была снабжена кумулятивным зарядом. Это обычный на вид цилиндр из взрывчатки с одной собенностью: на торце заряда имеется выемка в виде конуса, скрытого тонким слоем металла. При взрыве заряда конусная выемка играет роль лупы — фокусирует энергию взрыва в очень узкий луч. Открыт кумулятивный эффект был еще в прошлом веке, тогда и начались первые попытки его использования. Но для широкого применения необходимо было разобраться в природе этого странного явления, создать методики то расчета. Эту работу выполнил академик М. А. Лаврентьев, оказалось, что в кумулятивном луче давления достигают совершенно фантастических величин — 600 миллионов атмосфер. Лаврентьев предположил, что при таком давлении взаимодействие заряда с преградой, например броней танка, теоретически описывается как взаимодействие двух струй жидкости! Вначале идея показалась артиллеристам-взрывникам столь странной, что Лаврентьева не хотели слушать. Но эксперименты доказали его правоту. Кумулятивная струя (такое название точнее, чем луч) движется со скоростью до 90 километров в секунду и моментально «прокалывает» любую броню. Сегодня кумулятивный эффект нашел себе и мирное применение. С его помощью можно быстро прорезать толстую металлическую балку или бетонную трубу, пробить отверстие...
Уже было рассказано, как с помощью электроискровой обработки удаляли обломки сверла или метчика из отверстия. А вот другая технология: в отверстие пипеткой капают каплю бризантной (дробящей) жидкой взрывчатки. Электрическая искра вызывает взрыв. Мелко раздробленные кусочки инструмента вылетают наружу, а деталь, сделанная из более мягкого материала, чем инструмент, остается невредимой.
А можно ли произвести взрыв внутри человека? Конечно, с Мирными целями. Оказывается, можно. Одна из тяжелейших болезней — появление во внутренних органах «камней», образующихся из нерастворимых солей. Чаще всего этой болезнью поражается мочевой пузырь. Раньше единственное радикальное лечение — операция, причем довольно тяжелая. Сегодня предложено при помощи специального инструмента — катетера — вводить в пузырь капельку липкой взрывчатки, обволакивающей камень, а потом подрывать его. За всем ходом операции наблюдают на экране рентгеновского аппарата. Опыты пока проводятся на животных, но результаты обнадеживают.
Однажды в цехе понадобилось взорвать старые фундаменты, расположенные вблизи работающего оборудования. Как сделать, чтобы разлетающиеся при взрыве осколки не задели станки? Опасное место огородили фанерными щитами и залили... толстым слоем пены. Глухо грохнул взрыв, пена слегка приподнялась и опала. Вот и все.
Пена кажется очень непрочной. Но на самом деле она может поглощать много энергии, выдерживать приличные нагрузки. Чтобы разорвать один пузырек, много усилий не требуется, но ведь пузырьков — миллионы. И вот испытывают новую систему обеспечения аварийной посадки самолета с невыпускающимися по тем или иным причинам шасси. За несколько минут пеногенераторы создали на посадочной полосе слой пены в несколько сантиметров. И на него мягко приземлился самолет.
Весной при внезапных заморозках на поля выезжают пожарные машины с пеногенераторами — и нежные ростки надежно укрыты пеной от холода. Взойдет солнце, и пена разрушится как бы сама собой, вода увлажнит землю, а пенообразующие вещества, специальным образом подобранные, превратятся в хорошее удобрение. Очень близкое к идеальности решение. А в середине лета, когда полям может грозить гибель от различных насекомых, хорошо работает пена, в которой вместо воздуха сернистый газ, уничтожающий вредителей. Через несколько часов пена разрушится, газ улетучится, и поля станут снова безопасными для человека, животных, птиц. Это куда лучше, чем ядохимикаты, смываемые потом почвенными и дождевыми водами в реки и попадающие в конечном итоге к нам в пищу.
Новейшие пеноматериалы — пенометаллы. В расплавленном алюминии размешивают гидрид титана. При определенной температуре, которая выше температуры плавления алюминия, гидрид разлагается, выделяя газообразный водород. Вспененная масса быстро разливается по формам и застывает. Получается ячеистый металл с плотностью 0,16—0,6 г/см3, то есть куда легче воды. Аналогичным образом получают вспененные цинк, свинец, медь, сталь и их сплавы. Пенометаллы не только легки, они хорошо обрабатываются, склеиваются, свариваются, отлично гасят звук и вибрации. И еще они очень термостойки. Обычный алюминий плавится при температуре около 650 градусов, а конструкции из пеноалюминия выдерживают температуру 1400 градусов!
Американские полисмены торжествовали — наконец
перестанут грабить
банки! Все кладовые они снабдили потайными чувствительными
микрофонами. Датчики моментально поднимут тревогу при малейшем шуме в
помещении. А разве можно вскрыть сейф без шума? Но гангстеры тоже
хорошо знакомы с техникой. Они стали заливать замаскированные
микрофоны да и сам сейф пеной, которая прекрасно глушит звук!
Блюстители порядка не остались в долгу. Теперь они сами установили
пеногенераторы. В случае любого подозрения на проникновение
посторонних помещение заливается потоком быстро твердеющей пены.
Грабитель оказывается упакованным в пенопластовую коробку, в которой не
может даже пошевелиться! Но дышать он может — воздуха в пене для
дыхания вполне достаточно.
Пузырьки всплывают в более плотной жидкости — это всем известно. Но как превратить знание в конкретное дело? Любители аквариумов знают простенький насос — эрлифт, служащий для насыщения воды воздухом. В трубку, погруженную в воду и открытую книзу, подают пузырьки воздуха, которые, всплывая, увлекают за собой воду. Аналогичный насос был изобретен для перекачки химически активных и очень горячих расплавленных солей. Но, чтобы не охлаждать расплав, пузырьки образованы не воздухом, а воздушно-топливной смесью. Она вспыхивает, пылающий пузырь всплывает, увлекая расплав.
В глубоких карьерах открытой добычи угля или руды порой невозможно дышать — застаиваются и скапливаются выхлопные газы работающих здесь мощных экскаваторов, бульдозеров, тяжелых автомашин. Выхлопные газы горячие, по идее они дол¬жны подниматься вверх. Но этого не происходит, потому что газ смешивается с окружающим холодным воздухом и быстро остывает. Как заставить их подниматься вверх, не смешиваясь с воздухом? Предложено пропускать выхлопные газы через сосуд с пенообразующей жидкостью (мыльным раствором). Горячие мыльные пузыри поднимаются вверх, и ветерок над карьером относит их в сторону.
Термиты — вещества, дающие при сгорании большое количество тепла. Многие из них способны гореть под водой, потому что имеют, как и взрывчатые вещества, необходимый для горения кислород «с собой». Например, если смешать алюминиевую пудру с окисью железа (обычно простой ржавчиной) и как следует эту смесь нагреть, более активный алюминий начинает отбирать у железа кислород, восстанавливать его. При этом выделяется столько тепла, что железо плавится! Этот эффект используют для сварки рельсов. А недавно было предложено использовать термит при гидроизоляции стыков в домах: длинную пластиковую «колбасу», начиненную специальными смолами и небольшим количеством термита, закладывают в стык и поджигают электрическим разрядом. Термит горит, смола плавится — и гидроизоляция готова!
Для получения высококачественного материала из металлического порошка необходимо было нагреть этот порошок до 1000 градусов, выдерживать при этой температуре всего полсекунды, после чего быстро охладить на 300 градусов. Создать такой температурный режим оказалось очень сложно. Попробовали продувать тонкую струйку порошка сквозь пламя, воздействовать инфракрасным излучением, но выход годного продукта был ничтожен. Порошок «искупали» в горючем веществе — обычной нефти, потом нагрели в бескислородной атмосфере — нефть при этом превратилась в тонкий слой углеподобного вещества, покрывающий каждую порошинку. Затем порошок ввели в печь, наполненную кислородом и с температурой около 700 градусов. Угольный слой вспыхнул, подняв температуру порошинок до 1000 градусов, и сгорел, после чего они тут же остыли.
В 1948 году советские ученые Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос сделали открытие, впоследствии зарегистрированное под номером 239 «Явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа». За мало понятным названием укрылись удивительные вещества, способные «запоминать» свою форму и в определенных условиях восстанавливать ее. Явление получило более понятное название — эффект памяти формы — ЭПФ. Допустим, изготовили из вещества с таким свойством при определенной температуре трубку. Затем изменили ее форму: растянули или сплющили. Теперь, если нагреть деформированную трубку до другой определенной температуры, она «вспомнит» свою прежнюю форму, сожмется или распрямится. Сразу ясно, как можно применить такое вещество. Например, нужно герметически соединить две трубки между собой. Надеваем на них отрезок трубки, изготовленной из материала с ЭПФ, нагреваем его — и уменьшившийся в диаметре отрезок плотно захватил концы соединяемых трубок.
Материалы с ЭПФ пока редкость. Хотя ничего загадочного в их химическом составе нет. Есть материалы с ЭПФ на основе меди, железа, никеля, серебра, золота, марганца. В настоящее время наиболее известен нитинол — никелид титана. Известны и материалы, которые могут «запоминать» не одну форму, а две: «холодную» и «горячую». Тогда, меняя температуру, можно заставить их поочередно вспомнить то одну, то другую, причем делать это многократно, до 105—108 циклов, не опасаясь трещин и разрушения. Удивительные свойства новых материалов позволяют им выполнять множество полезных действий: от простого перемещения объектов, их соединения и разъединения до работы в качестве теплового двигателя, так как они умеют преобразовывать тепловую энергию в механическую. А что если изготовить из нитинола обыкновенный лист, чтобы толщина его при температурном переходе лишь ненамного увеличивалась? Потом закрыть лист маской темного цвета с прорезями и осветить сильной лампой. Там, где лист закрыт маской, он нагреется, и в этих местах поверхность слегка приподымется, остальные останутся в прежнем состоянии. Если маска — обычный текст, то мы получили прекрасную форму для печати! И если использовать нитинол с многократным действием, то она будет служить практически вечно.
Свойство запоминать форму сегодня известно не только у металлов, но и у некоторых полимеров. Широко используются для упаковки термоусадочные полиэтиленовые пленки, пластмассовые трубки, способные под действием пламени обычной зажигалки уменьшать свой диаметр. Теперь нет нужды изготавливать необходимые для разных целей изогнутые стеклянные трубки — отрезки трубки из пластмассы с ЭПФ надежно соединят стеклянные прямые отрезки, и всей системе можно будет придать любую конфигурацию.
Задача 52. На подземных рудниках порой приходится заниматься опасным делом, которое называется «разбутовка» рудоспуска. Рудоспуск — вертикальный колодец, по которому сбрасы¬вают добытую на верхних горизонтах рудника руду на нижние, где проходят транспортные пути. Бывает, что в рудоспуск попадают бревна и доски от шахтной крепи, большие куски породы, и колодец забивается. Шахтеры говорят «забутовался рудоспуск». Чтобы «разбутовать» его, нужно взорвать завал. Когда-то в колодец влезал человек с привязанной на шесте взрывчаткой, устанавливал шест, зажигал бикфордов шнур... Это было страшно опасно — в любой момент сверху мог упасть камень. За рубежом приспособили для этой цели робота. Потом решили использовать ракеты. Здесь очень важно, чтобы ракета стала в колодце вертикально, не ударила по стене вместо завала. Придумали сложные навигационные гироскопические устройства для ориентации. Дорого! Нужно придумать что-нибудь получше.
Задача 53. Известен способ подъема затонувших кораблей путем закачивания воздуха вовнутрь. Но он требует трудоемкой и порой опасной работы под водой для герметизации всех щелей, из которых воздух мог бы вырваться. Как, используя этот способ подъема, обойтись без герметизаций?