Текст книги "Воображайте-2. Полигон для мозгов"

День семнадцатый. Занятия ведут дублеры

Сегодня в лагере день самоуправления. Рапорты на линейке принимает Председатель совета летней школы Гена. А преподаватели и начальник скромно заняли места возле отрядов. Ребята из разных отрядов идут друг к другу «в гости». К нам пришло много «новичков». Занятия в секциях тоже проводят сами ребята. Наши «РТВэшики» расскажут о применении физики в изобретательстве.

Начинают с магического слова МАТХЭМ, заставляют новичков запомнить:

 
Механика, Акустика, Тепло,
Творят изобретателям добро
Химия, Электро и Магнит
На подвиги героев вдохновит…
 

Стишки, честно говоря поганые, но полезные, застревают в голове как гвоздь.

Механика и Акустика

Какие изобретения самые главные? Наши ребята молчат – мы с ними договорились чтобы они давали гостям возможность говорить.

– Компьютер! Умный телефон! Игра с покемонами! Нет, стрелялки лучше! Генетическая инженерия! Антибиотики! Радиотелескопы! Полёт на Марс! Пластмассы! Графен! Электронные книжки! Роботы! Беспилотные самолеты! Лазеры! Искусственный интеллект! Автомобили… Все перекрикивают друг друга, никто никого не слушает. Ну, сытный был завтрак, энергии избыток, разрядка нужна.

Ведущий некоторое время слушает, потом резко обрывает вопли, обращаясь к Преподавателю.

– Вы 40 лет решаете задачи, каких задач было больше всего?

– Я бы сказал, что больше всего было в основном механических изобретений, наверное процентов 70, за ними химия и электротехника…

– Ведущий Володя не очень вежливо перебивает: – Что значит «в основном»?

– Ну, редко бывает, чтобы решение сложной задачи было «чисто механическим» или «чисто электрическим», чаще всего что-то типа «механика + электричество», «тепло + механика», «электричество + тепло» и т. п. И в большинстве сочетаний так или иначе присутствует механика.

Преподаватель настроился поговорить, но Володя его останавливает: – Спасибо, пока достаточно… – Вот это сюрприз! Тихий, неразговорчивый, кажется всегда погруженный в себя Володя мощно «держит» аудиторию и демонстрирует прекрасные «бойцовские качества». А мы-то сомневались – стоит ли ему давать такую сложную тему…

Задача 7

Володя достал из сумки какой-то завернутый в бумагу пакет и постучал по столу. Звук был как от ударов камнем. Потом он вынул длинный гвоздик, сквозь бумагу ткнул в пакет и снова постучал по столу – а звук исчез. Что внутри пакета?

РТВэшики вместе с гостями обсуждают проблему и формулируют противоречие:

• В пакете должно быть что-то твердое, чтобы создавать стук.

• В пакете должно быть что-то мягкое, чтобы не создавать стук.

Это противоречие разрешено во времени при помощи гвоздя…

Ребята строят причинно-следственную связь, постепенно углубляясь в задачу:

– Твердое тело состоит из тесно связанных частиц, а укол гвоздем эти связи разорвал… Ну, как дрова для костра когда ремень снимаем… (Вечерами отряды часто жгут костры, но в лесу просто нет нужного количества сушняка, а живые деревья ломать запрещено. Поэтому ещё в начале смены в лагерь завезли машину наколотых дров и ребята их тащат к костру стянув связку ремнем).

– Получается, что что-то в пакете должно быть связано, сжато со всех сторон, а потом один укол гвоздя…

– А я знаю! – Ликует один из гостей. – Колбаса в вакуумной упаковке! Она в пластиковом мешке, из которого откачан воздух и атмосферное давление её сжимает, она кажется очень твердой, а как надрежешь пакет – сразу мягкая!

Володя снимает бумагу с пакета – это кофе, которое было именно так, под вакуумом упаковано. Смеется: – Мне папа специально для этого доклада привёз, сейчас все попьём. – Оказывается наши девочки всё подготовили для «кофейной церемонии».

После весёлого «перерыва на кофе и поболтать» новая задача:

Задача 8

Эта задача возникла во время войны – для передвижной радиостанции нужна была высокая (пара метров) антенна, но такая антенна не позволяет проехать под мостом, на лесных дорогах задевает за ветви, может сломаться… Как быть?

Гости, почти без помощи «старичков», формулируют противоречие:

• Антенна должна быть твёрдой, чтобы стоять вертикально… «Старички» уже знают, что точность выражений имеет большое значение и немного подправляют – вместо «твёрдой» – «жёсткой».

• Антенна должна быть не твёрдой, чтобы при проезде под мостом или ветками не сломаться.

«Старички» объясняют, что значит что антенна должна быть динамичной, меняющей свою жёсткость, но как это сделать не могут придумать – не хватает ещё у них «изобретательского фонда знаний». Немного помучив ребят, Володя с торжеством достаёт ещё одну «домашнюю заготовку» – антенна Куликова! Набор из небольших металлических катушек с отверстиями через которые протянут тросик. Тросик натягивают – антенна становится жесткой, тросик не натягивают – катушки лежат на столе…

Ребята с интересом играют – натягивают и расслабляют тросик… А Преподаватель не удержался и попросил дать ему слово. Володя милостиво разрешил.

– Как-то я делал проект по конструкции манипуляторов робота. Нужно было обеспечить подвижность этих манипуляторов в широком пространстве, и способность их брать хрупкие предметы разной формы. Я сформулировал точно такое противоречие и придумал новый манипулятор на основе антенны Куликова… Только вместо катушек я использовал довольно жесткие резиновые эллипсоиды, которые назвал «линзы». И использовал не один тросик, а три. Натягивая эти тросики по-разному, можно заставить конец манипулятора перемещаться как угодно, можно даже свернуть его в колечко как хобот слона. Поэтому мы назвали этот манипулятор «хоботом».

– А как вы узнали про антенну Куликова? Вы же не радист?

– Когда я учился в институте у нас была военная кафедра, так что при выпуске я кроме диплома инженера получил звание лейтенанта. А моя военная профессия – командир КИПС – контрольно-испытательной передвижной станции. Это такой здоровенный грузовик, набитый разной электроникой. И с антенной Куликова наверху.

– Но раз антенна Куликова была известна, вы не могли получить патент?

– «Хобот» сильно отличается по конструкции, у него другие функции – патент на него получить можно. Но я не получил. Просто оказалось, что буквально за несколько месяцев до меня такое изобретение сделал и запатентовал кто-то в Японии.

– И поэтому ваши клиенты вам за изобретение не заплатили?

– Да заплатили, конечно! Ведь наша компания не только изобретает, но и помогает своим клиентам обходить неудобные им, так называемые «блокирующие» патенты. ТРИЗ позволяет делать это очень изящно.

Володя поглядывает на часы и прерывает «трёп»:

– В МАТХЭМ буква «А» обозначает акустику, это вообще-то неправильно, акустика – это тоже механика. Володя укоризненно смотрит на Преподавателей, которые с ним вынуждены согласиться – букву «А» они добавили в список полей в основном для благозвучия, ну ведь трудно произносить МТХЭМ. А он продолжает:

– Маэстро, попрошу… Алле Оп!

На стол поставлена заимствованная из столовой керамическая ваза, на нее водружён лист стекла, на стекло насыпан тонкий речной песок… Вышел мальчик из секции «искусствоведение» со скрипкой и смычком. Он сыграл какую-то незамысловатую мелодию, а потом провёл смычком по краю стекла… На стекле песок образовал странные фигуры. Звуковые волны распространяются по пластине, песок отбрасывается колебаниями от максимумов волн (пучностей) и собирается в их минимумах (узлах). Форма этих фигур зависит от частоты колебаний, места приложения смычка, она меняется при прикосновении рукой к тому или иному месту…

А потом скрипач вдруг обратился к Преподавателю:

– А как вы относитесь к музыке? Вот ваши ребята говорят, что искусство к изобретательству отношения не имеет…

– Ещё как имеет! У нас запланировано специальное занятие на тему «изобретательство и ТРИЗ», было бы здорово провести его вместе с вашей секцией. А что касается моего отношения… Наверное, самое моё идиотское изобретение связано с музыкой.

– Мне было 10 лет когда родители купили пианино и решили, что мне надо учиться музыке. Но через месяц пианино совершенно расстроилось и преподаватель попросил пригласить настройщика. Через 2 недели оно снова расстроилось. А в третий раз настройщик сказал – а что это за царапины на колках, которые натягивают струны? И почему эти плоскогубцы лежат на пианино… Ну, они лежали там потому что мне было лень отнести их обратно после того, как я подкручивал ими колки чтобы расстроить струны…

– Неделю мне было больно сидеть, но зато я избавился от уроков музыки! Если бы вы ребята знали, как часто я потом об этом жалел! Прошли годы, я полюбил серьезную музыку, но учиться было уже поздно…

Тепло

После перерыва ребят ждала новая задача:

Задача 9

Как осуществить очень точное микро-дозирование, то есть точно и аккуратно отмерить очень малые количества жидкости?

Ребята решают предложенную Борей задачу. Строят веполь:

– B₁ – жидкость, B₂ – емкость, в которой жидкость находится. Нет поля. Значит, нужно ввести. Какое поле?

– Тепловое? Конечно, если нагреть сосуд с жидкостью до температуры, при которой жидкость расширится на нужную дозу, то задача решена. А если нужно ещё точнее дозировать?

– А чем определяется точность?

– Наверное, коэффициентом теплового расширения. Чем сильнее расширяется жидкость, тем лучше.

– А если всё равно недостаточно?

– Нагревать сильнее.

– Нагревать, пока жидкость не превратится в пар, тогда её объём резко возрастёт и можно ещё точнее отделить нужную дозу.

С тепловым полем связаны такие физические превращения веществ, как фазовые переходы и в первую очередь изменение агрегатного состояния. Это мы использовали только что при решении. Но особенно велико количество задач, решаемых с превращением воды в лёд. Помните их? – спрашивает строго Боря.

– Задача с увеличением диаметра трубы.

– Правильно. Вода, превратившись в лёд в замкнутом объёме, развивает огромные усилия. На этом принципе устроен ледяной пресс. А изобретатель П. А. Радченко придумал очень простое устройство для развальцовки трубок. Демонстрируя своё устройство инженерам он сказал: «Нам удалось найти вещество, которое, когда нужно, расширяется и раздаёт трубку, а потом само превращается в жидкость и вытекает». Специалисты завздыхали: «Наверное, это очень дорогое, редкое вещество, оно очень нужно заводу, да разве достанешь…» Но, конечно, это была обыкновенная вода!

– А ещё были задачи со льдом?

– Были! Уборка влажного зерна, ягод облепихи!

– Лента для конькобежца!

– Сверление слюды!

– Во всех этих задачах использовалось свойство льда придавать прочность тем веществам, с которыми он соединяется. Мы много решали задач с тепловыми полями. Такие веполи, в которых поле – тепло, даже получили особое название – «теполи», от слов «тепло» и «поле». Но о чудесных свойствах льда ещё не всё рассказано. Например, лёд можно использовать как клей (приморозить небольшие предметы) или, наоборот, для уменьшения трения при перевозке тяжелых грузов, чтобы они скользили как санки. Сначала кажется, что возможности теплового поля не такие уж и большие. Нагрели – охладили. При нагревании тела расширяются, при охлаждении – сжимаются, причём ненамного. Но лёд ведет себя иначе. Есть и другие вещества, например висмут, которые при нагревании уменьшаются в размерах. Этому странному веществу, конечно, тут же нашли «работу» – в качестве очень чувствительного предохранителя электрической цепи. В тонкой стеклянной трубке запаян висмут, трубка включена в электрическую цепь. Когда ток в цепи превышает определённую величину, висмут плавится и при этом уменьшается в объёме настолько, что столбик разрывается на отдельные части. Что при этом происходит?

– Ток прекращается.

– Правильно! – важно замечает Боря. – А когда висмут остынет, и снова займет положенное место, ток потечёт снова.

Вообще, необычные вещества резко расширяют возможности теплового поля. Например, использование биметаллов. Совершенно удивительны возможности сплавов, обладающих «эффектом памяти формы» (ЭПФ). Сделали из такого вещества трубку и обработали при определенной температуре. Затем изменили её, например расширили или согнули, сплющили и т. п. Теперь если эту трубку снова нагреть до определенной температуры, она сама по себе вернётся к старой форме. Получилась идеальная муфта – устройство для соединения труб, стержней. И ничего загадочного в химическом составе вещества с ЭПФ нет, это сплавы на основе меди, железа, никеля, марганца. В настоящее время наиболее известен нитинол – никелид титана.

Материалы с ЭПФ могут запоминать не одну форму, а две – «холодную» и «горячую», и если их, то нагревать, то охлаждать, они будут попеременно «вспоминать» то одну, то другую форму, причём делать это многократно. Трудно даже перечислить возможности применения этих материалов. Интересно, что свойство запоминать форму сегодня известно не только у металлов, но и у некоторых полимеров. Например, выпускают пластмассовые трубки, способные от тепла резко уменьшать свой диаметр. Они могут применяться для многих целей, например для соединения разных деталей.

Химия

Задача 10

Проводились испытания электрической торпеды, которая в отличие от старых, работающих на сжатом воздухе, не оставляет следов на поверхности, и от которой поэтому труднее защищаться. Эсминец выпустил торпеду по плавающий цели, в ней не было боевого заряда, но сам удар, весящей больше тонны махины, идущей под водой со скоростью автомобиля, должен был быть заметным. Но удара всё не было и не было… пока не содрогнулся от удара сам эсминец. Из-за неисправности рулевого устройства торпеда сделала под водой круг… Очень злой адмирал вызвал начальника отдела изобретений и приказал «что-нибудь придумать». Начальник вызвал лейтенанта Альтшуллера и приказал…

– Да, да тот самый, Генрих Альтшуллер, который впоследствии создал ТРИЗ. А тогда служил в отделе изобретательства Каспийской военно-морской флотилии…

В присутствии гостей ребята не пытаются использовать ещё не очень четко усвоенный «АРИЗенок», но хорошо применяют некоторые его элементы. Вот они формулируют и сразу усиливают Идеальный Конечный Результат:

«Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет невидимость торпеды во время её движения под водой, не мешая ей двигаться. При этом икс-элемент должен быть получен из самой торпеды (чего-то в ней находящегося) и/или воды её окружающей».

И начинается мозговой штурм – без особых правил, но дружественный. В начале обучения ребята часто ругались – чья идея лучше, быстро переходя на личности. Но уже чётко усвоили, что чужие идеи лучше не отвергать, а развивать, продолжать, объединять со своими.

– Надо торпеду обмазать краской, растворяющейся в воде!

– Или налить внутрь, там должно быть место в котором обычно взрывчатка… Боевое отделение называется!

– Не-а, не получится – торпеда под водой идет, на глубине 3–4 метра, пока краска ещё на поверхность всплывет…

– Нужно чтобы это была не краска, а пузырьки воздуха, как у обычных торпед, у которых след виден! Только там это из-за работы двигателя, а здесь просто поместить баллон с воздухом в это самое боевое отделение!

– А можно, чтобы пузырьки сами образовались из воды! Вскипятить её!

– Очень много энергии потребуется… А может добавить что-то химическое, чтобы пузырьки образовывались? Вот как таблетки «Алко Зельцер», папа их иногда пьёт… Народ рассмеялся, все знают, что эту «Алку» используют после выпивки. Но Гена жутко обиделся – да не пьёт мой папа, просто иногда желудок у него болит…

– Молодцы, хорошо решили задачу, вмешался Преподаватель.

– Да разве мы решили, мы же не знаем – какое вещество добавлять…

– Решили. Главное – нашли идею. А какое вещество добавлять – это дело специалиста, нужно посмотреть в Интернете, может быть в учебниках… Обязательно найдется.

– Нет, не решили – внезапно вмешалась Таня. – Идея с пузырьками – то, к чему пришёл Альтшуллер, но он ещё заглянул вперёд. Ну, а если торпеды пускают ночью? Или на море сильное волнение и пузырьки не будут видны? Как тогда быть?

Ребята уже привычно формулируют новый ИКР:

«Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, делает пузырьки видимыми в ночное время и при сильном волнении воды».

Сначала они пытаются вспомнить – как может светиться газ, обсуждают газосветные трубки, которые применяют при рекламе, но потом отказываются от таких идей – как-то слишком сложно. Все замолкли, а один из гостей неожиданно спросил:

– А нельзя, чтобы газ горел? Тогда будет прекрасно видно и ночью и при волнении – такая огненная дорожка…

Молодцы! Не выдержали Преподаватели. Именно так Альтшуллер и решил! И нашёл вещество, которое при контакте с водой выделяет горючий газ – ацетилен.

– Так это же просто карбид! Только он не будет сам загораться, его нужно поджигать, я знаю, папа использовал ацетиленовую горелку когда трактор чинил!

– Значит нужен ещё один ИКР:

«Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, поджигает газ в пузырьках, когда они «выныривают» из воды».

– А разве такое вещество есть?

– Да, есть! Альтшуллер предложил использовать фосфор, его нужно совсем чуть-чуть добавить к карбиду и ацетилен будет сам загораться. – Таня счастлива так, как будто бы сама это вещество открыла! А Преподаватель добавил:

– Самое забавное, что при производстве карбида оно часто само появляется и обычный карбид от него тщательно очищают, чтобы не было самовоспламенения. Так что нужно просто взять неочищенный продукт…

– А откуда Альтшуллер знал про всю эту химию?

– Он очень любил химию с детства, во Дворце пионеров занимался в кружках юных моряков и юных химиков, в 14 лет построил реактивный катер, в котором вода смачивала карбид, а горение карбида должно было катер двигать. При первом же испытании этот катер с большим грохотом взорвался… А когда он служил в Каспийской флотилии, он учился на вечернем отделении в Азербайджанском институте нефти и химии…

Электричество и Магниты

О применении электрического поля рассказывает Андрей:

– Ещё в 1733 году Шарль Франсуа Дюфе, директор Парижского ботанического сада, показал несложные опыты по притягиванию и отталкиванию электрических зарядов. Казалось бы, более чем за 250 лет можно было узнать всё об электричестве, но и сегодня люди продолжают изучать его свойства и находят всё новые применения этой необыкновенной силе.

С задачами на использование электрических полей мы тоже встречались. Например, для улучшения распыления ядохимикатов ввели электростатические заряды. Их способность притягивать к себе малые, даже незаряженные частицы и таким образом служить центрами сбора конденсации, используется в технике очень широко – от туманной камеры Вильсона для наблюдения за элементарными частицами до коагуляции пыли в электрических фильтрах. Электростатическое поле – весьма эффективный клей для малых частиц, тонких плёнок. Ещё одна особенность электростатического поля – умение превращать нейтральные частицы в заряженные, то есть порождать «своих», хорошо управляемых человечков. Так, сильное неоднородное электрическое поле вызывает «коронный разряд». Ионизированный газ светится вокруг источника этого поля, и светящееся облако напоминает корону. Этот эффект можно использовать для проверки состава или плотности газа, либо для измерения размеров, качества обработки поверхности, остроты заточки, величины заряда и некоторых других специальных характеристик электродов.

Задача 11

Бумагоделательная машина имеет длину в несколько сот метров. На входе её – сырьё, а на выходе – рулон, в который сворачивается бумажная лента. Как узнать, не произошёл ли где-то на линии обрыв?

– Строим веполь. Есть B₁ – лента бумаги. Нужно ввести B₂, которое вместе с B₁ даёт легко обнаружимое поле. И хорошо бы B₂ и поле П получить из ресурсов. – Какие у нас ресурсы?

– Лента движется, значит есть энергия движения ленты.

– Можно ли эту энергию использовать или преобразовать в другой, более удобный вид?

– Бумага обычно электризуется от трения. Это можно использовать?

– Конечно, можно. Бумага несёт на себе заряд, с ним борются, а его можно «пристроить к делу». При разрыве между кусками ленты появляется пустое пространство на котором нет заряда, это легко зафиксировать и таким образом получить информацию о неполадке.

Электростатика может быть не только полезной, но и вредной. С электризацией кузова автомобиля борются, цепляя антистатические «хвостики» из металлизированной резины, отводящей заряд на землю. Приносит огромные убытки коронный разряд на линиях электропередач. Статическое электричество вызывает взрывы на мельницах, сахарных заводах, портит точную аппаратуру. Интересно, что борются с ним тоже с помощью электричества или ионизируя воздух с помощью радиоактивного излучения.

Но с электростатики только начинается электричество. Изобретатели заставили работать и электрический ток, и искру. Мы решали задачу о введении микроэлементов в почву. Электрический ток переносил ионы меди в воду. Кто-нибудь слышал о такой медицинской процедуре – электрофорез?

– Я знаю, – говорит Дима. – Салфетку смачивают лекарством и кладут на места, куда нужно ввести лекарство. К этому месту подводят один электрод, а к салфетке другой и пропускают небольшой ток.

– Правильно. При пропускании через жидкость электрического тока твердые частицы переходят от катода к аноду. Но электрофорез – не только медицинская процедура. Например, выяснили, что можно повысить выводимость цыплят, если ввести в яйцо некоторые химические вещества. Но как их ввести, не повредив скорлупу? Конечно, электрофорезом! В растворах, через которые пропускают ток, наблюдается явление, обратное электрофорезу, – электроосмос. Это перенос жидких частиц в направлении, обратном переносу твердых. Электроосмос можно использовать для сбора, концентрации влаги.

Задача 12

Подъём затонувших кораблей иногда осложняется тем, что корабль засасывается илом. Для того, чтобы вытащить такой корабль, приходится использовать дополнительные понтоны, что сложно и опасно: как только корабль удается оторвать от илистого дна, избыточные понтоны могут со страшной силой выбросить его из воды, после чего он может просто разломаться. Такие случаи были. Как быть?

– Это задача на разрушение вредного веполя, – говорят ребята. – B₁ – корабль, B₂ – ил, П – вредное поле сцепления. По правилу разрушения веполей, необходимо ввести модификацию имеющихся ресурсов. У нас много воды и ила, то есть смеси той же воды с песком и органическими остатками. Можно сделать водяную прослойку с помощью электрофореза и электроосмоса. Нужно один электрод подключить к корпусу корабля, а другой опустить в воду. Тогда твёрдые частицы «уйдут» от корпуса, а жидкие создадут около него тончайший слой воды.

– А может возникнуть газовая прослойка. Ведь при электролизе вода разлагается на водород и кислород. Пузырьки газа облепят корпус и тоже ослабят его сцепление с илом.

– Да, именно так и была решена задача. Газовые пузырьки, образующиеся при электролизе, часто используются. Например, нужно обнаружить в жидкости мельчайшие частицы твердого вещества. Разглядеть их невооруженным глазом трудно. Хорошо бы увеличить, но как?

– Очень просто! Облепить пузырьками, как в пузырьковой камере для обнаружения элементарных частиц! А пузырьки создать электролизом!

– Так и делают. Или, например, нужно увидеть завихрения, струи в потоке воды. Пузырьки их покажут. – Андрей садится на место.

Поднимает руку Женя:

– А можно, я расскажу об использовании электрической искры?

– Ты знаком с работами Лазаренко? – спрашивает Преподаватель.

– Да, мой отец работает в Институте прикладной физики, который создал Лазаренко. Я там был много раз.

…При размыкании электрической цепи между контактами возникает искра, которая постепенно разрушает самые твёрдые материалы и приводит к преждевременному выходу из строя сложного оборудования. Это явление называется эрозией контактов. Пути борьбы с ней безуспешно искали во многих странах. Велись такие работы и у нас.

В военные годы два молодых инженера Борис Романович и Наталия Иоасафовна Лазаренко искали более стойкий к разрушению материал для электрических контактов. Но не нашли. Тогда попробовали найти подходящую внешнюю среду, в которой бы контакты меньше разрушались. Они помещали контакты в жидкости, газы, разреженный воздух. Однажды поместили контакты в бак с трансформаторным маслом. Эрозия несколько уменьшилась, а масло вскоре стало мутным. Несколько раз они меняли масло, а потом заинтересовались, отчего оно мутнеет. И выяснили, что на дне бака накапливается мелкий порошок. Они испытывали вольфрамовые контакты. Значит, это порошок вольфрама – исключительно ценный продукт, который, учитывая его твердость и тугоплавкость, очень сложно получать. Исследователи поняли, что нашли способ получения любых металлических порошков. Сделали специальную установку для этого. Она была очень просто устроена: медный стержень, к которому было подведено напряжение, мелко дрожал, то касаясь вольфрамовой пластины, то отходя от нее. Возникали разряды, получался порошок.

Однажды они увидели, что в вольфраме образовалось отверстие, точно повторяющее форму стержня. Случилось невероятное – мягкий медный стержень «проткнул» твердый вольфрам!

Так родилась электроискровая обработка металлов. Время было военное. На заводе, производившем двигатели, в блоках цилиндров нужно было сверлить отверстия и нарезать резьбу. Иногда при этом ломался метчик – инструмент для нарезки резьбы. Чтобы спасти почти готовый блок, приходилось нагревать его весь до высокой температуры, при которой сталь метчика потеряет свою твердость, после чего осторожно высверлить сломавшийся инструмент. Это была трудная и длительная операция, и на заводе скопилась гора испорченных блоков. Применение электроискрового метода сняло проблему; достаточно было залить отверстие маслом, опустить туда электрод, и через несколько минут в обломке метчика выжигалось квадратное отверстие, засунув в которое специальный стержень, метчик выворачивали. Если это не удавалось, метчик полностью выжигали.

Когда наши войска вступили на территорию Германии, на одном из заводов они увидели целые горы испорченных блоков. Фашисты до электроискровой обработки не додумались.

Создатели электроискровой обработки были удостоены Государственной премии СССР. Институт прикладной физики, который возглавляет Б. Р. Лазаренко, широко известен во всем мире своими работами в области электроискровой обработки. И всё время появляются новые области её примения. Например, электроплазмолиз для производства фруктовых соков. Под действием электрических искр разрушаются межклеточные оболочки, что резко увеличивает выход сока.

– Можно и мне добавить? – поднимает руку Преподаватель. Ведущий занятие Боря разрешает. Преподаватель рассказывает о возможностях применения электрических искр в сельском хозяйстве.

– Медленно движется по полю культиватор – враг сорняка, с виду совсем обычный. Но он снабжен двумя электродами. Один из них перемещается под землей, другой – на некотором расстоянии от поверхности. Вот верхний электрод коснулся сорняка. Вспышка, электрический разряд – и сорняк испепелен. А для обеззараживания полезных растений их нужно только прогреть, и тогда не страшен вилт – грибок-вредитель, уничтожающий урожай.

Необычным стал и плуг: вместо тяжёлых лемехов ползут под землёй маленькие «утюжки» – электроды. Между ними ежесекундно проскакивают электрические разряды – маленькие молнии, создающие микровзрывы испаряющейся воды, и почва разрыхляется на мелкие комочки, очень удобные для растении. При этом она ещё и обогащается азотом.

Электроискровая обработка была изобретена в сороковых годах прошлого века, в 1958 году была издана книга супругов Лазаренко «Электроискровая обработка токопроводящих материалов», а в Америке первое применение этой русской технологии было в середине шестидесятых годов. А всего несколько лет назад оказался очень успешным стартап, который с запозданием всего только на 70 лет вывел на рынок электроискровые системы для извлечения сломанных метчиков…

Сегодня электрические веполи – «эполи», от слов «электричество» и «поле» используются очень широко. И это неудивительно. Очень простые устройства позволяют получать впечатляющие результаты. Особенно выгодна электростатика, ведь она даёт решения практически без введения дополнительных веществ! Носителями поля легко становятся уже имеющиеся в системе вещества!

На рассказ о магнитном поле времени осталось маловато, но Игорь обещает уложиться. Он напоминает о задачах, которые мы уже решали – о креплении автомобильной переносной лампы, сборе гранул с впитавшейся нефтью, очистке яиц. Но это лишь тысячная доля изобретений, в которых используется магнитное поле, особенно в сочетании с ферромагнитным порошком, так называемые феполи.

Например, к волоке – детали с калиброванным отверстием, через которую протягивается проволока при изготовлении – очень много претензий. Для того чтобы проволока вытягивалась, волока должна крепко держать поверхностные слои протягиваемой проволоки. Но при этом истираются стенки волоки, отверстие становится больше, точность изготовления проволоки сразу падает. Изобретатели придумали выход: протягивать проволоку через емкость с ферромагнитным порошком, сжимаемым магнитным полем.

Задача 13

На заводе изготавливались бетонные трубы большого диаметра. Бетон заливали в формы и уплотняли вибраторами. Из-за вибраторов и возникла проблема. Жить вблизи завода стало практически невозможно – очень сильный шум. Попробовали бороться с ним, закрывая формы крышками, но это не дало эффекта. Как быть?

– Снова строим исходную вепольную модель: B₁ – бетон, B₂ – вибратор, П – механическое поле. Получается вредный веполь, попробуем его разрушить.

Ребята пробуют ввести модификацию – не получается. Противополе – тоже. Может быть, рассмотреть исходный веполь не как вредный, а как не эффективный? Ведь все неприятности происходят из-за механического поля, которое по законам развития техники и вепольных систем нужно заменить на более эффективное.

Отказываемся от вибратора и механического поля. Теперь у нас задача на достройку веполя: есть только B₁ – бетон, который нужно уплотнить. Для этого нужно ввести B₂ и новое поле, воздействующее через B₂ на бетон. Какое поле? – Можно ввести ферромагнитный порошок и электромагнитное поле. Вместо механического вибратора уплотнять бетон с ферропорошком электромагнитным вибратором, который не создает шума.

Именно такое решение и предложил специалист по ТРИЗ. Правда, сразу возникла новая проблема – где взять столько ферропорошка? Но все оказалось просто. В городе, где был этот бетонный завод находился ещё и крупный металлургический комбинат, где в отвалах лежали горы окалины – отходов производства. Когда у администрации завода спросили, за какую сумму они согласны продать окалину, те обещали ещё доплатить, если её увезут с территории завода. Но на этом история не окончилась. Оказалось, что бетонные трубы с порошком в качестве наполнителя получились намного лучше, чем были, и производство упростилось. Новая технология была запатентована во многих странах.