Текст книги "Изобретатель пришел на урок. Развиваем креативное мышление"

Волшебное слово

Изобретатель вынул из кармана небольшой подковообразный магнит и поднес его к кучке скрепок, высыпанных на стол. Скрепки дружно подскочили к магниту.

– Как это явление представить с помощью маленьких человечков? – спросил он.

– «Железные» человечки скрепок слушаются магнитного поля!

– Хорошо. А можно увидеть магнитное поле?

– Нет, нельзя! Оно невидимо!

– Невидимо, да не совсем, – сказал Изобретатель и вынул из другого кармана пробирку с черным порошком. Он высыпал порошок на лист бумаги, а потом расположил магнит над листом. На белой бумаге появился рисунок магнитных силовых линий, соединяющих полюса магнита.

– Видите, наши человечки «показали» нам магнитное поле, – улыбнулся Изобретатель. – Они умеют не только слушаться, но и сигналить! Запомните это очень важное свойство магнитных человечков.

– А еще бывают магнитные жидкости! – поднял руку мальчик. – Можно, я расскажу?

– Давай, рассказывай!

– Я скачал из Интернета книжку «Еж в стакане», думал про животных, а оказалось – про магниты. Хотел сначала стереть, но начал читать и мне понравилось. Оказывается, жидкость тоже может быть магнитной, если в ней размешать очень мелкий порошок железа. И она может твердеть в магнитном поле, а когда поле уберут – снова разжижаться.

– Молодец! А тебе когда-нибудь приходилось эту жидкость видеть? – спросил Изобретатель и, не дожидаясь ответа, вытащил пробирку, внутри которой плескалась вязкая жидкость чернильного цвета. Он поднес к пробирке магнит, и жидкость застыла, ощетинившись иглами разного размера. Ребята по очереди подходили к столу и разглядывали странную жидкость. И все согласились, что она в самом деле сейчас напоминает ежика.

Рис. 13. Ёж в стакане

– Человечки магнитной жидкости – особенные, – сказал Изобретатель, когда ребята вернулись на места. – Ведь у них две «профессии» – магнитиков и жидких человечков. Поэтому и возможности их велики, на их основе сделаны сотни, а может и тысячи изобретений. Мы о них еще поговорим.

– А на каких человечков может действовать электрическое поле?

– На электроны! Можно электроны тоже считать человечками?

– Кто нам может запретить? – рассмеялся Изобретатель. – Человечки наши, как захотим, так и будет. А на кого еще, кроме электронов, действует электрическое поле? – На ионы. Это атомы, у которых не хватает электронов или есть лишние.

– Отлично. Значит, есть «электрические» человечки, послушные электрическому полю. Но в обычном веществе они «прячутся», ведь вещество нейтрально. Поэтому их нужно «освободить», например, с помощью трения.

Изобретатель мелко изорвал кусочек бумаги, потом вытащил пластмассовую расческу, несколько раз провел ею по волосам и поднес расческу к клочкам бумаги. Кусочки немедленно «прыгнули» к расческе, но через некоторое время стали отскакивать, падать на стол. Но, немного полежав, снова взлетали. Отлично – сказал Изобретатель. Значит, есть «электрические» человечки, послушные электрическому полю. Но в обычном веществе они «прячутся», ведь вещество нейтрально.

Задача 13.

Почему кусочки бумаги так странно себя ведут сначала подскакивают, приклеиваются к расческе, а потом отскакивают от нее и падают вниз? Почему, полежав на ладони, они могут снова притянуться к расческе и снова отпасть? Это задание ребята получили на дом.

А урок продолжался.

– Маленькие человечки нужны не только для вашего развлечения и даже не только для лучшего понимания физики, – сказал Изобретатель, – самая главная их работа – помогать решать изобретательские задачи, встречающиеся в жизни гораздо чаще физических или математических.

В ТРИЗ есть целый раздел, в некотором роде «устав службы маленьких человечков». В нем записано, какие человечки каких полей слушаются, что умеют делать, а чего не могут и как этими «человечками» правильно руководить. Вот его Главные правила:

• «Маленькие человечки» – большие или мелкие, простые или сложные частицы вещества.

• Команды, которым «маленькие человечки» подчиняются – поля.

• Поэтому искусство командования «маленькими человечками» получило название: «Вепольный анализ» – от слов ВЕщество и ПОЛе.

• Основная идея вепольного анализа – для решения изобретательских задач вместо сложных реальных технических систем рассматривать их простые модели, построенные по определенным правилам из разных веществ и полей – веполи.

Веполь – простейшая модель работоспособной технической системы состоящая из трех элементов: двух веществ В₁ и В₂ и поля П. Под словом «вещество» понимают любой объект, может быть, даже сложную конструкцию, причем одно из веществ, как правило, изделие, которое по условиям задачи нужно обработать, получить, измерить, изменить как-то, а другое – инструмент, который может это изменение выполнить. Третий элемент модели – поле, под которым понимается некоторое действие веществ или энергия для их действия. Веполь изображают так:

Рис. 14. Веполи

Вот, например, нужно покрыть эту бумагу слоем порошка. – Изобретатель снова открыл пробирку с железным порошком. – Я его сыплю сверху на лист. Что у нас за изделие? Верно, лист бумаги. А порошок в данном случае инструмент. А поле какое? Согласен, гравитационное. Вот у нас и получился веполь. Ну а если нужно покрыть порошком участок потолка? Что изменится?

– Изделие теперь не лист, а потолок…

– Гравитационное поле не годится! Нужно другое поле.

– Какое же?

– У нас порошок железный, значит, можно магнитное поле использовать, оно удержит его и на потолке.

– А если порошок немагнитный? Например, песчинки?

Ребята задумались. Чтобы помочь им, Изобретатель демонстративно взял со стола расческу, с которой только что экспериментировал, и начал вертеть ее в руках.

– Электрическое! – тут же догадались многие. – Нужно эту поверхность зарядить!

– И порошок тоже, только другим знаком!

– Ну вот и отлично! – похвалил ребят Изобретатель. – А теперь обратите внимание, что вепольная модель у всех трех решений одинакова.

– Только поля разные! Да, введением поля, которому «подчиняются» имеющиеся маленькие человечки можно решить по стандартной схеме множество разных изобретательских задач. И что интересно: очень часто задача возникает только потому, что нет нужного инструмента или поля. Или решающий задачу не знает, что их нужно ввести. Помните, на Дне Знаний мы решали задачу Конструктора?

– Про якорь?

– Да. Тогда мы воспользовались другим элементом ТРИЗ – понятием идеальности. Но эту же задачу можно решать и с помощью вепольного анализа. Какая была у нас исходная модель? Помните? Был якорь, или хваталка, и грунт, то есть В₁ и В₂. А поля не было. Вернее, было, но слабое, мы от него отказались. Как теперь быть?

– Ввести магнитное поле!

– А почему именно магнитное?

– Ну, наверное, потому, что якорь железный.

– У нас не якорь, а хваталка, не забывайте. А хваталка может быть какой угодно.

Но не будем гадать. Помните, Шерлок Холмс говорил: «Я никогда не гадаю. Очень дурная привычка: действует гибельно на способность логически мыслить». Сделаем иначе. – Изобретатель повернулся к доске и написал странное слово «МеТХЭМ».

– Это аббревиатура, слово, составленное из первых букв названий наиболее часто встречающихся в изобретательстве полей, – пояснил он. – Ме – механическое, Т – тепловое, X – химическое, Э – электрическое, М – магнитное.

– Но разве может быть такое поле – химическое? – спросил Физик.

– Конечно, с точки зрения физики это – «незаконное» поле. Но мы с вами договоримся, что под словом «поле» будем понимать некоторое взаимодействие, обеспечивающее получение нужного нам результата. А химические взаимодействия дают прекрасные решения, – ответил Изобретатель и продолжал. – Итак, нужно проверить, нельзя ли прикрепить нашу хваталку к грунту, к скале с помощью перечисленных полей.

– Ме – механическое крепление. Собственно, обычный якорь зацепляется механически. Но, может быть, использовать другую механику?

– Можно снабдить якорь буром, – предложили ребята, – он просверлит скважину, и якорь в ней зацепится.

– В принципе, неплохо. Но такой якорь станет сложнее, потому что к нему придется приделать бур. Лучше, если наш якорь будет и хваталкой, и буром, так рекомендует принцип идеальности.

– Якорь-штопор! И вращается. Он вонзится в грунт и там останется!

Ну что ж, годится! – согласился Изобретатель. – Но механика – это не только перемещение, это еще инерционные силы, давление…

– Можно использовать давление! Сделать якорь-присоску, есть такие устройства. Например, нужно в ванной повесить вешалку для полотенца. Берут такую резиновую штучку, прижимают к стенке, чтобы весь воздух из нее вышел, и она держится за счет давления снаружи. А якорь будет держать давление воды!

– Интересно! Вот только ты, наверное, обращала внимание, что такие присоски плохо держатся на неровных стенках, – ответил Изобретатель девочке, предложившей решение. – Через неровности под присоску заходит воздух, и она отваливается.

– Ну и что? А мы смажем края присоски мылом, мыльная пена не пропускает воздух.

– Правильно! Нужно в якорь-присоску тоже что-то вроде мыла ввести!

– Зачем мыло? Мы же придумали на Дне Знаний – лед!

– Хорошо. Видите, этот путь привел к уже известному решению. Что-нибудь еще давление может дать?

– А взрыв – это тоже давление? – спросил кто-то из ребят.

– Да, взрывная волна – волна давления.

– Тогда можно выстрелить якорь в грунт. Как делают дырки в бетонных стенах – специальным пистолетом!

– А рыбу мы не переглушим? Подводные взрывы распространяются очень далеко. Впрочем, разве что в аварийной ситуации… Есть еще предложения по механическому полю?

– А звук – какое поле?

– Механическое переменное поле, это колебания и вибрации разных частот. Могут быть звуки с частотами, которые люди слышать не могут, а некоторые животные могут – инфразвук с частотой меньше 50 Герц и ультразвук с высокой больше 20 000 Герц. Можно ли их использовать?

– Можно сделать якорь как отбойный молоток, чтобы сам вонзился в скалу.

– Хорошо. А тепловое поле?

– Расплавить скалу, чтобы она стала мягкой. Тогда якорь лучше зацепится.

Все засмеялись. Как же, расплавишь скалу под водой! Там ведь ничего гореть не может!

– Ошибаетесь, ребята. Есть такие вещества, они называются термитными, которые могут гореть под водой и создавать высокую температуру. Впрочем, плавить скалу, действительно, довольно сложно. Но хочу обратить ваше внимание на то, что тепловое поле – это не обязательно нагрев, можно и охладить – тепловое поле со знаком «минус». Решение с охлаждением мы уже знаем, так что пойдем дальше. У нас осталось еще три поля: химическое, электрическое и магнитное. Предлагайте!

– Нужно сделать магнитный якорь!

– Вот придумал! Скала же немагнитная!

– Ну и что? Речь ведь шла о стоянках в гавани. Можно заранее опустить на дно специальные плиты с магнитами. Вот якорь к ним и пристанет, еще и лучше, чем просто в грунт!

Ну что же, пора подводить итоги.

– А у меня еще вопрос. Можно? – подняла руку девочка.

– Конечно.

– Зачем мы решаем сейчас эту задачу? Ведь ответ на нее мы знали. Так же неинтересно! – сердито заявила она.

– Понимаешь, в отличие от математических и большинства физических задач, изобретательские задачи часто имеют несколько ответов. Вот и ответ со льдом (есть такое изобретение, поэтому это решение мы называем контрольным ответом) не единственный. Например, предложение использовать магнитную плиту не менее интересно. И, кстати, я такого в литературе не встречал. Так что у вас всегда есть немалые шансы придумать решение лучше контрольного, – ответил Изобретатель.

– И это будет изобретением?

– Ну, от идеи до изобретения путь неблизкий, но лиха беда начало!

Изобретатель взглянул на часы. – Сейчас будет звонок, Задание вам дано. Может быть, есть еще вопросы?

– Лучше дайте еще задачку!

– Пожалуйста, – засмеялся Изобретатель. На занятиях с детьми он привык к таким просьбам. А Физик удивился.

Задача 14.

Медь высокой чистоты получают электролизом. В ванну, наполненную электролитом – специальным раствором, пропускающим электрический ток, опускают листы «черновой» меди, содержащей большое количество разных примесей и тонкие пластины чистой меди. На черновую медь подают положительный заряд, а на чистую – отрицательный. Через электролит идет ток, под действием которого маленькие человечки (ионы) меди уходят с положительного электрода (его называют анодом) к отрицательному (катоду). В результате анод постепенно растворяется. Человечки примесей падают на дно ванны, а на катоде скапливается чистая медь. Но у этого процесса есть серьезный недостаток: человечки меди садятся на катод случайным образом, где попало, поэтому не заполняют все пространство целиком, между ними остаются микроскопические пустоты – поры. Они тем больше, чем больше электролизный ток. Так вот, в поры попадает электролит и остается там. Потом во время перевозки готовых листов меди, особенно во влажной атмосфере, электролит выступает на поверхность листов, «украшая» их зелеными, черными пятнами. А это недопустимо. Поэтому каждый лист долго и тщательно моют горячей водой, выдерживают в кипятке часами. Но вода плохо проникает в мельчайшие поры, мытье стопроцентного результата не дает. Как существенно улучшить мытье меди?

Рис. 15. Производство чистой меди

Прозвенел звонок. Изобретатель стал собирать и рассовывать по карманам пробирки, магниты и услышал, как кто-то из ребят, выбегая из класса, пропел:

 
Медяшки драить нужно всем,
Не обойдешься без МеТХЭМ…
 

Разговор в учительской

– Как вы думаете, они справятся с задачами, которые им задали? – спросил Физик. – Задачи-то непростые.

– Не знаю. Но это не важно. Главное, чтобы они попытались решать, объяснили, как решали, и чтобы задача их заинтересовала.

– По-моему, интереса к вашим задачам у них хоть отбавляй! Даже дополнительную попросили! А физические задачи они не очень любят. Конечно, они их решают, некоторые даже довольно много, в особенности старшие, готовясь к поступлению в институт. Но все равно, это для них – работа, а ваши задачи – удовольствие. Как вы это объясните?

– Изобретательские задачи вовлекают их в творчество – а это самый верный источник удовольствия, главное – неисчерпаемый, – ответил Изобретатель.

– Но ведь и в физике есть нешаблонные, творческие задачи! Например, сборник, составленный П. Л. Капицей!

– Петр Леонидович был замечательным физиком и прекрасно разбирался в творческом обучении. Я знаю его задачи. Он считал, что их нужно ставить менее определенно, давая ученику возможность самостоятельно подобрать из опыта или справочника недостающие данные. А вы даете их школьникам?

Физик покачал головой:

– Сложноватые задачи, требуют много времени. Кое-что даю на факультативе, там они охотнее работают.

– А чем отличается обстановка на факультативе от урока?

– Ребят меньше, не все приходят. Потом там нет оценок, они не боятся высказываться.

– Вот видите, на творчество ребят влияет и обстановка урока. Она должна быть свободной, каждый должен иметь возможность высказываться, быть услышанным. Нужна «обратная связь» с аудиторией. Вы заметили, как они шуметь начинают при решении задач?

– Да, меня уже коллеги спрашивали, что происходит на уроке, почему такой шум.

– И оценок мы не ставили, как на факультативе. Ребята старались не для оценок, а потому что интересно было. Этот стимул намного сильнее. Я, честное слово, всегда ненавидел и получать оценки и ставить, – признался Изобретатель.

– Да, оценки меня немного беспокоят, что я им выставлю в четверти при такой системе? Но что-нибудь придумаем. А вообще мне нравится система обучения без оценок. Только министерство никогда не позволит…

– Министерство – бюрократическая система, они не могут без «плановых показателей». Я когда-то, еще во времена СССР работал специалистом по снижению стоимости и устранению брака на огромном электротехническом предприятии. Мне предписывалось использовать методику, называемую функционально-стоимостный анализ (ФСА). То, что эта методика никогда и никому особого успеха не принесла нисколько не останавливало бюрократию.

– И как же вы работали?

– Да очень просто – использовал ТРИЗ, делал изобретения, потом садился и с отвращением но быстро делал фальшивку для бюрократа – описывал работу в предписанных ФСА терминах и таблицах… По принципу «Хочешь жить – умей вертеться»… Между прочим, никого это в заблуждение не вводило, все понимали, что я жульничаю и закрывали на это глаза – потому что мои решения были полезны для предприятия и, особенно, для нашего начальства – было чем похвастаться.

Намек понял…. Задумчиво протянул Физик.

ИГЗ: Механика обычная и необычная

«Не обойдешься без МеТХЭМ!» – вспомнил песенку ребят Изобретатель и усмехнулся. Все не так просто. Волшебное слово – лишь подсказка, напоминание: посмотри возможность использования этого поля, не забудь про то… Но этого мало, с полями нужно уметь работать, в первую очередь хорошо знать их свойства и свойства работающих в «паре» с ними веществ. А возможностей бесконечно много. Пожалуй нужно дать ребятам «путеводитель по полям и послушным веществам».… Он скопировал из своих рабочих файлов таблицу полей. Не все здесь о них пока знают, но поиск в Интернете – не проблема.

Изобретатель открыл новый файл, который озаглавил «МеТХЭМ. Механика обычная и необычная». Что должно попасть сюда? Вот школьная программа по физике. Вопросов много: силы, масса, давление, мощность, работа, основы статики, кинематики и динамики, твердость тел, упругость и пластичность, законы сохранения, механические колебания и волны… А о новейших открытиях в механике ничего нет. Нет эффекта аномально низкого трения, избирательного переноса, эффекта Александрова… Так что работы много!

Какой раздел механики появился первым? Люди сначала научились использовать различные рычаги. Главное свойство рычага – преобразование силы и перемещений: во сколько раз больше перемещение одного из двух плеч рычага, во столько раз меньше сила, нужная для его перемещения – и наоборот. Другими словами, во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии – это золотое правило механики. Изобретатель достал из кладовки кусачки и рассеянно, без особого усилия перекусил гвоздь. «Нужно захватить кусачки с собой в класс, – подумал Изобретатель. – Хоть этот инструмент многие видели, но вряд ли задумывались, как это происходит».

А закон рычага был открыт Архимедом. Это он говорил: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир». Конечно, старик прихвастнул. Впрочем, простительно. Вряд ли Архимед представлял себе, каков вес Земли. Кстати, хорошее задание для тренировки ребят – подсчитать, каких размеров должен быть рычаг, с помощью которого можно сдвинуть Землю хоть на волосок. И как долго нужно на этот рычаг давить.

Рис. 16. Перевернем мир!

А может быть, первым механическим изобретением был не рычаг, а клин? Ведь именно его свойства позволяют хорошо рубить и резать каменным ножом, топором. Не зря боевую часть сабли, меча называли клинком. Ведь по своему действию клин, как и рычаг, – «увеличитель» силы. Во сколько раз больше продвижение клина вперед больше, чем в стороны, во столько же раз силы, действующие в стороны, больше силы, продвигающей клин вперед. Благодаря этому свойству клин помогает колоть дрова, даже камни. В переносном смысле слова «вбить клин» означает рассорить, разъединить людей.

…Убили медведя! Но как доставить его к своей пещере? Наверное, первым транспортным средством была простая волокуша – сани. Это хорошо зимой, а летом?

На древнеегипетском рисунке шеренги рабов тащат на санях огромную статую. Дорогу перед волокушей посыпают глиной, специальный человек поливает ее водой. Глина от этого становится скользкой, трение снижается. Но этого, конечно, недостаточно. Тогда люди придумали подложить под волокушу несколько круглых стволов. Тащить ее стало почти так же легко, как зимой. Вот только катки все норовят выскочить из-под волокуши, приходится снова и снова их подбирать и подкладывать под груз. Так далеко не уедешь… Появилось колесо-каток, прикрепленное к телеге. Колесо – одно из величайших изобретений человечества, появилось по меньшей мере 5 тысяч лет назад. Сегодня трудно сказать, где именно это произошло, скорее всего – независимо в разных районах Земли. Остатки деревянного колеса, изготовленного в конце IV тысячелетия до нашей эры, недавно обнаружены в Болгарии. Но вот что поразительно: древний народ майя, создавший свою удивительную цивилизацию в Америке, колеса не знал, хотя и использовал деревянные катки.

«Если наружный охват колеса небольшой, то оно застревает в земле, если широкий – шатается из стороны в сторону, а если нужно повернуть вправо или влево – повинуется с трудом. Если втулка слишком свободна, то… она соскакивает, а если чересчур плотна – делается неподатливой. Промежуток между осью и втулкой должен быть скользким. Ролики и колеса делаются из вяза и морского дуба, оси – из остролиста и кизила или, еще лучше, из железа, втулки же лучше всего изготовлять из меди, сплавленной с одной третью частью олова». Так рассуждал, формулировал технические противоречия, подводя итоги накопленного к тому времени опыта создания колес, Леон Баттиста Альберти – знаменитый итальянский механик, архитектор и инженер эпохи Раннего Возрождения. Его труд «Десять книг о зодчестве» вышел в 1485 году, после смерти своего создателя. Изобретатель записывал это и думал, что и сегодняшним инженерам неплохо было бы уметь четко формулировать противоречия, как это делал Альберти.

«Вообразите, что на вас надвигаются два огромных – в шесть-семь раз выше человека – железных колеса, которые все подминают под себя. Для сравнения представьте себе ручную тачку. Ее обычно возят по доске. Попробуйте прокатить ее по булыжной мостовой. Это вряд ли вам удастся, потому что маленькое колесо не перепрыгнет через булыжник. А извозчик легко двигается по мостовой. Колесо его пролётки имеет диаметр семьсот миллиметров и свободно перескакивает через камни и небольшие выемки. Десятиметровое же колесо будет свободно преодолевать окопы, проволочные заграждения, заборы, даже крестьянские постройки. В бронированной кабине будут расположены пулеметы и пушки». Эта цитата из книги А. Бека «Жизнь Бережкова», в которой под именем Алексея Бережкова описан выдающийся советский конструктор авиационных двигателей, Герой Социалистического Труда А. А. Микулин. «Нетопырь» – так назвали это дикое сооружение – юношеская работа Микулина. Оно было построено и даже испытано. Прокатившись пару сотен метров, «нетопырь» безнадежно застрял в мягком лесном грунте.

Рис. 17. Нетопырь Микулина

Интересно, что рассуждения, приведенные в цитате, правильны, но конструкторы «нетопыря» не сумели разрешить противоречие: колесо должно иметь большой диаметр там, где оно накатывается на препятствие, чтобы легко преодолевать эти препятствия, и колесо должно иметь малый диаметр, чтобы не быть слишком громоздким, тяжелым. Противоположные требования в данном случае можно разделить в пространстве. Получается некруглое колесо, изменяемое, динамичное, как принято говорить в ТРИЗ.

У знаменитого танка Т-34 высота которого 2.5 метра, передняя часть гусеницы эквивалентна части колеса, имеющего диаметр 10 метров. А дальше – большая и широкая плоская часть гусеницы равномерно распределяет вес танка на большую поверхность, и, в отличие от «нетопыря», танку не грозит опасность завязнуть в мягком грунте.

Очень важно для колеса трение на оси. Бороться за его снижение начали давно. Не зря Альберти оговаривал, что втулку лучше всего делать из сплавов меди с оловом – бронзы. Из нее и сегодня делают втулки в некоторых деталях. У такой втулки трение низкое за счет того, что микрочастицы олова – мягкого металла – служат как бы смазкой. А первые подшипники изобрели, насколько известно, в 330 году до нашей эры. Греки использовали их в конструкции тяжелого тарана. Но потом про них забыли. Возродились подшипники в рисунках Леонардо да Винчи. Но они мало кого интересовали. Даже после того, как в 1794 году в Англии был получен патент на «оси телег с очень легким вращением», промышленность не хотела их использовать. В 1870 году инженеры все-таки решили проверить, как они работают, и пришли к выводу, что теоретические преимущества подшипников не могут быть реализованы из-за недостаточно чистой обработки металла. Только в конце прошлого века появились шлифовальные станки, обеспечивающие нужную точность. А широкое внедрение подшипников началось после того, как в 1903 году автомобильные гонки выиграла машина, у которой оси колес были закреплены не на бронзовых втулках, мало изменившихся с древних времен, а на шарикоподшипниках. Сегодня невозможно представить технику без подшипников. В реактивном самолете их несколько десятков тысяч штук более чем 200 типоразмеров. А в день во всем мире выпускают более 100 миллионов штук. Чем меньше размер шариков и чем их больше, тем большую нагрузку может нести подшипник. А порой нагрузки огромны! Ротор гидрогенератора на гидростанции вращается с небольшой скоростью, но его вес – сотни тонн! Ротор турбогенератора полегче – несколько десятков тонн, но скорость вращения – 3000 оборотов в минуту. А газовая турбина вращается со скоростью десятки тысяч оборотов. Никакие шарики такой нагрузки не выдержат. Впрочем, самый маленький шарик – это атом, молекула. Такие подшипники, «работающие» на атомах и молекулах, есть – гидростатические, гидродинамические, пневмодинамические. Под вращающийся вал подают под давлением жидкость или газ, вал «плавает» на них. А лучше всего – без жидкостей, газов. Сегодня во многих высокоточных приборах работают магнитные подшипники: в них ротор «подвешен» при помощи постоянного магнита или электромагнита.

В области трения сегодня сделано еще одно важное открытие. Проводили обычные исследования трения в условиях высокого вакуума при облучении частицами высокой энергии. И вдруг трение упало практически до нуля! Выключили излучение – трение постепенно восстановилось. Включили – снова исчезло. После нескольких лет исследований этого явления выяснили, что за счет дополнительного притока энергии от излучения возникает особая ориентация молекул твердых веществ, при которой трение происходит как «по шарикам». Стало ясно, что эффект аномально низкого трения (АНТ), как его назвали авторы, может быть использован в самых разных областях техники.

Иногда простые идеи из механики позволяют решать очень трудные задачи… Во время войны английским летчикам поставили трудное боевое задание – бомбить немецкие плотины. Для успешного выполнения задания необходимо было, чтобы сброшенная бомба взорвалась у самой плотины, причем на определенной глубине. А как так точно попасть с быстро летящего самолета? И тогда сконструировали специальную цилиндрическую бомбу, напоминавшую бочку, длиной в полтора метра, диаметром в метр. Перед сбрасыванием такая бомба раскручивалась в бомбовом отсеке специальным двигателем до скорости 500 оборотов в минуту. Вращающаяся бомба, сброшенная на большой скорости, подпрыгивала на воде, как пущенный «блинчиком» камень, пока не «допрыгивала» до плотины и из-за вращения начинала катиться по ней в глубину. Примерно на глубине десять метров срабатывал гидростатический взрыватель.

Рис. 18. Прыгающая бомба

Интересно, что многие изобретения сначала появлялись в виде игрушек и только спустя столетия становились техническими устройствами. Волчок – детская забава, но под солидным названием «гироскоп» (по латыни «гиро» – круг) стал сердцем навигационной системы – самолета, ракеты, судов.

Кстати, игрушки изобретают и сегодня, и это ничуть не проще, чем придумывать станки, машины, другую технику. Школьники, изучающие ТРИЗ, придумали несколько новых конструкций Ваньки-Встаньки: с песочными часами внутри, с подвижным грузом, разделенного на две части – голову и туловище, которые могут качаться по-разному. Очень забавно было на него смотреть: то голова и туловище качаются вместе, то вразнобой, то голова застывает неподвижно на качающемся туловище, то наоборот.

Волшебное слово не случайно начинается с Ме – механики. Самые первые инструменты, типа каменного топора, и самые первые изобретения были связаны с ней. Но механика от этого никак не устарела! Всё ещё делаются новые открытия в механике, до сих пор она широко применяется в изобретательстве.

Вот вам парочка задачек – они тоже на понимание и применение механики.

Задача 15.

У партизан кончилась взрывчатка, но диверсионная группа снова вышла на железнодорожный путь. Меньше минуты пробыли бойцы на насыпи и вовремя исчезли – шел вражеский состав, разогнавшись под горку. И вдруг паровоз, за ним вагоны летят под откос, что-то вспыхивает, начинают рваться снаряды – словом, все, как надо! Но как это удалось сделать без взрывчатки?

Задача 16.

Изобретатель задумчиво смотрел на игрушку – маленького ослика на круглой подставочке, потом нажал на кнопку в нижнем торце подставки, и ослик послушно опустился на колени. Нажал посильнее – ослик лег на бок. Отпустил кнопку – ослик гордо выпрямился. Устройство игрушки несложно – ноги и шея ослика набраны из небольших пластмассовых трубочек, внутри которых проходит нитка, натягиваемая пружинкой, спрятанной под кнопкой. Пока тросик натянут, ослик стоит.

Стоит нажать на пружинку – натяг ослабевает и ослик падает. Игрушка… А как можно было бы использовать в технике этот принцип?

Рис. 19. Веселый ослик