Текст книги "Воображайте-2. Полигон для мозгов"

Ещё только-только вырисовываются огромные перспективы использования в технике обычных ферромагнитных порошков, а их уже теснит совершенно новое вещество – магнитная жидкость. Это тот же ферромагнитный порошок, но образующий эмульсию в жидкости – керосине, масле, воде… Полезных свойств у магнитной жидкости больше – ведь к возможностям порошка прибавляются и возможности жидкости. Например, плотностью этой жидкости удобно управлять с помощью магнитного поля.

Посетителям лаборатории феррогидродинамики часто показывают фокус. В стакан с жидкостью тёмного цвета опускают пятикопеечную монету. Она, естественно, тонет. Затем щёлкают тумблером какого-то прибора, и монета медленно всплывает на поверхность. Секрет прост: включили электромагнит под сосудом, жидкость стала «тяжелее» – и немагнитная монета всплыла.

Все новые и новые свойства открывают у магнитных полей. В 1945 году обнаружили, что после пропускания воды через магнитное поле растворенные соли не откладываются на стенках котлов, как обычно, а остаются в массе воды и выпадают из неё потом в виде легко удаляемого осадка. «Омагниченная вода» оказалась прекрасным средством от накипи.

Омагниченная смазочно-охлаждающая жидкость повышает скорость алмазного шлифования в полтора раза. Использование для замеса бетона омагниченной воды повышает прочность бетона и экономит цемент. Даже морская вода, которой нельзя поливать растения, если ею поливать после омагничивания, стимулирует их рост. В текстильном производстве применение омагниченной воды позволяет повысить яркость окрашенных тканей, экономить краситель и воду, ускорить процесс окрашивания.

Задача 14

В ящике для отходов находится стружка разных марок стали. Как разделить её по маркам?

В АРИЗ есть правило: если в задаче много однотипных элементов, то нужно сначала взять одну конфликтующую пару и решить задачу для неё, а потом «распространить» решение на остальные элементы. Поэтому мы не будем пытаться разделить все виды стружек сразу, а возьмём только стружку двух марок. Если сумеем их разделить, то сумеем и остальные. Исходная вепольная ситуация: B₁ – одна марка стали, B₂ – другая. Нужно достроить веполь – ввести поле П, которое их разделит. Какое поле выбрать?

– У нас вещества уже заданы, поэтому нужно взять поле, которое может действовать на эти вещества. Сталь – вещество магнитное. Значит, можно использовать магнитное поле, – но обе марки стали магнитные. Если поднести магнитное поле, обе стружки притянутся и не разделятся.

– А может быть, одна стружка сильнее притянется, чем другая? Ребята вопросительно смотрят на Преподавателя, но он объясняет, что так не получится. Как же заставить стружку по-разному реагировать на магнитное поле? Вот если бы одна была магнитная, а другая – нет. А ведь мы знаем, что тепловое поле может «отключить» магнитное!

– А можно сделать так! Если нагреть стружку до точки Кюри, то она станет немагнитной, тогда другую можно притянуть магнитным полем. Нужно только, чтобы точки эти были разные.

– А они и есть разные, – говорит Преподаватель. – Температура Кюри зависит от марки стали.

– Тогда все ясно! Берем хоть десять видов стружки, нагреваем их до самой высокой температуры Кюри, чтобы они все стали немагнитными, а потом потихоньку охлаждаем. Вот стала магнитной первая стружка, мы её отобрали. Вот вторая – и её тоже. И так до последнего кусочка.

Занятие заканчивается. Наши старички хорошо поработали. Можно доверять им ведение занятий и по другим темам.

Вечерние размышления

О дне самоуправления ребята мечтали с начала смены. И сегодня с утра они очень старались – подчеркнуто дружно организовали подъём, без опозданий вышли на зарядку. Но после завтрака всё стало понемногу разлаживаться. Не все понимают, что самоуправление и самоуправство – вещи разные. Сознательная дисциплина – дело нелёгкое. Выбранные ребятами командиры, комиссары, преподаватели и сегодняшний «начальник лагеря» – восьмиклассник из отряда математиков – несколько дней проходили стажировку, и всё равно не могли представить, сколько разных неотложных дел навалится на них. Но все постарались, и день закончился благополучно. Правда, когда на вечернем сборе ребятам предложили ещё денёк «поцарствовать», они отказались. Оказывается, быть взрослым – это не так просто.

В этот вечер зашёл разговор о том, что же означает «быть взрослым»? Мы убедились, что «взрослость» не определяется однозначно ни знаниями, ни ростом и даже ни возрастом. А чем? Завтра у эстрады появится новый плакат: «Что такое «быть взрослым»? Подумай и ответь!» Ответы ребят мы обсудим в последнее воскресенье.

Мы старательно готовили ребят к роли преподавателей, хотя опасений было много. Всё прошло неплохо, нужно почаще давать ребятам такую возможность, снабдив, разумеется, всеми необходимыми материалами. Интересно, что к «своим» преподавателям они прислушиваются внимательнее, никаких неточностей не прощают, порой придираются к мелочам. Такие занятия полезны всем. У слушателей появляется ощущение: «он смог и я смогу». Но особенно они полезны нашим «временным» преподавателям, ведь чему учишь других, сам никогда не забудешь! Не случайно все лучшие специалисты по ТРИЗ обязательно проходили период увлечения преподаванием как взрослым, так и детям – просто нет лучшего способа стать профессионалом!

День восемнадцатый. Развитие техники – взгляд с птичьего полёта

На экране хроноскопа кривая, похожая на большую латинскую букву S. Её так и называют – S-образная кривая. На вертикальной оси координат – главная характеристика системы, на горизонтальной – её возраст. Это – «линия жизни» технической системы.

Каждый этап развития имеет свои специальные особенности, свои типичные, цели, задачи и даже типичные ошибки.

Этап 0 – Система ещё не существует, но есть большинство необходимых условий для её возникновения;

Этап 1 – Новая система появилась в результате «прорывного» изобретения и начинает постепенно развиваться;

Этап 2 – Общество осознает необходимость и полезность новой системы;

Этап 3 – Система почти исчерпывает основные ресурсы для своего развития, в том числе возможность роста эффективности, спроса, маркета и т. п.;

Этап 4 – Развивается система нового поколения, основанная на других принципах, вытесняющая прежнего «чемпиона»;

Этап 5 – Старая система почти полностью вытеснена, сохраняется в некоторых специальных нишах или находит себе совершенно новое применение.

Вот первый участок – начало развития. Старинный автомобиль – коляска на высоких колесах с мотором, похожий на воздушного змея самолет братьев Райт, первый пароход с кирпичной трубой, компьютер на вакуумных лампах, занимающий целое здание и т. п. Новая система рождается очень слабой, несовершенной, в нее никто не верит. Над энтузиастами – её создателями – смеются, им мешают, но они медленно (этот участок кривой очень пологий), но верно совершенствуют свое создание.

Вот начинается новый этап – оказывается, этот забавный уродец – новая машина – может быть полезна. Даже необходима! И уже не отдельные энтузиасты, а множество специалистов принимаются за нее. Решаются сотни технических проблем, казавшаяся игрушкой или ненужной роскошью машина находит себе применение в других областях, быстро улучшается. В начале 19 века появился велосипед. Два тяжелых тележных колеса с седлом между ними. При езде нужно было ногами отталкиваться от земли. Потом догадались приделать к колесу педали, изобрели тормоз, заменили тележные колеса на тонкие металлические, укрепили оси на подшипниках и, наконец «обули» его в надувные резиновые шины. Только теперь он расстался с обидной кличкой «костотряс» и вошёл в моду. В 1886 году в Англии из 30 тысяч выданных патентов 5 тысяч были посвящены велосипеду! Сколько появилось его разновидностей!

Спортивные, дорожные, грузовые, двух– и трехколесные, мопеды, неподвижные велотренажеры. Есть даже велосипеды, с помощью которых электромонтеры «залезают» на гладкие железобетонные столбы и ездят по проводам высоковольтных линий электропередач! Кажется, нет предела развитию, но вот оно почему-то начинает замедляться. И это несмотря на то, что всё больше и больше специалистов пытаются систему улучшить, тратится всё больше средств. Но закон развития неумолим: система вступила в третий этап, когда возможности, заложенные в исходной идее, исчерпаны. Как быстро росла скорость велосипеда в начале века! А сегодня малейшее прибавление в скорости требует массы труда и усилий, бессонных ночей изобретателей, спортсменов и тренеров. Что же дальше? Может ли остановиться прогресс?

Прогресс, понятно, не останавливается. Вместо устаревшей системы, исчерпавшей свои ресурсы развития, появляется другая, основанная на совсем ином принципе.

– На смену паровозу пришёл тепловоз!

– А вместо поршневого самолета появился реактивный!

– Я читал об S-образной кривой развития, но никогда не видел этой странной закорючки в конце третьего этапа… Что это такое? Вопрос задал наш сегодняшний гость – Преподаватель физики.

– Пишущие машинки появились ещё в 19 столетии, во второй половине 20 столетия они практически «застыли» в своем развитии. Но в начале восьмидесятых годов их начали вытеснять персональные компьютеры и принтеры – и, естественно, производители машинок попытались сопротивляться. Появилось множество машинок с электронным управлением, новыми функциями редактирования и т. п. Но выиграть бой или даже сильно задержать распространение компьютеров они не смогли.

– Но вы говорили, что на третьем этапе ресурсы развития исчерпаны, как же они могли сопротивляться, не имея ресурсов?

– В самом деле, третий этап начинается не тогда, когда ресурсы полностью исчерпаны, а тогда, когда дальнейшее развитие становятся экономически не выгодным. Машинки можно было улучшать, но это не могло дать прибылей и потому развитие затормозилось. А перед исчезновением система дает свой «последний бой». Не случайно лучшие парусники (клиперы) появились когда моря начали покоряться пароходам; лучшие поршневые самолеты – в начале эры реактивной авиации; наиболее совершенные музыкальное пластинки – когда появились первые СД-диски… Мы назвали это «предсмертной активностью».

Далеко, не каждая вытесненная система исчезает навсегда. Иногда она «затаится», «выжидает», пока возросшие технические возможности не предоставят ей новый шанс, и тогда она вновь «даёт бой». Так возрождаются сегодня парусные корабли, приобретая новые конструкции, автоматическое, с помощью ЭВМ, управление парусами. Новые синтетические материалы и развитие производств гелия дают новую жизнь дирижаблям. Снова становится опасным конкурентом автомобилю с двигателем внутреннего сгорания электромобиль, экологически более чистый.

– А как же с велосипедом? Его вроде бы частично сменил мотоцикл, но ведь и велосипед остался?

Действительно, многие системы, достигнув последней, третьей стадии, не исчезают, хотя на смену им и появляются новые, высокоэффективные. Не исчезли обычные пилы, лопаты с появлением электропил и экскаваторов. Просто они перестали быть «главными персонами» в своей области и ушли на её «окраины», где простота важнее высокой эффективности, например в дачном хозяйстве.

– По S-образной кривой развиваются только самостоятельные системы, такие как велосипед, автомобиль, самолет, или их подсистемы тоже?

– Как правило, подсистемы сначала возникают самостоятельно. Например, отдельно появился планер, предком которого был воздушный змей. А двигатель, созданный первоначально для судов и потом перекочевавший в автомобили, лишь позднее был «позаимствован» авиацией. У каждой из подсистем была своя кривая развития. Когда они соединились в самолёт – в новую систему, их кривые слились, превратившись в общую кривую развития самолёта. Но если внимательно приглядеться, их можно увидеть. Теперь в развитии подсистем уже нет прежней независимости. Они скорее напоминают группу бегунов, связанных верёвкой – общим делом. В этом много преимуществ – вместе работать легче, но есть и недостатки: ведь теперь скорость бега определяет самый слабый бегун. Вот достигли предельной для него скорости, и быстрее никто двигаться уже не может. Что делать?

– Да заменить этого бегуна, который всех тормозит!

– Да, на примере с бегунами это очевидно. А в технике, к сожалению, это не всегда так.

Первый самолет взлетел в 1903 году. И развитие его сначала шло весьма неторопливо. До 1912–1914 года, по сути дела, пробы и прикидки. Где лучше поставить мотор? Спереди или сзади? Толкающий винт или тянущий? Одна пара крыльев, две или восемь, как было в одном из проектов? Где расположить рулевые плоскости – впереди, как в самолете братьев Райт, или позади? Какова должна быть форма крыла – в виде простого прямоугольника или более сложная, напоминающая птичью? Вопросы, вопросы… И скорость, одна из главных характеристик самолета, ещё низка – десятки километров в час.

Но вот конструкция более-менее определилась. И тут началась Первая Мировая война, появилась огромная потребность в самолётах. Развитие стало бурным, скорости возросли до сотен километров – появился первый перегиб на кривой развития. К началу двадцатых годов первоначальная конструкция самолёта отработана: это преимущественно высокоманевренный биплан или моноплан с толстым крылом, открытой кабиной, неубирающимся шасси, довольно примитивной аэродинамикой. Из этой конструкции практически было выжато всё, что возможно. И за следующие десять лет почти никакого прироста скорости. Теперь-то ясно, что нужно было менять общую конструкцию, искать новую компоновку, а делали совсем не то – наращивали и наращивали мощность мотора. Все равно что в нашей компании бегунов назначить усиленное питание самому сильному – авось он потянет на себе других, более слабых!

И вот после длительного поиска и борьбы пришли в самолёт новые подсистемы: убирающиеся шасси, закрытая кабина, хорошая аэродинамика, мощное вооружение. Все это есть у самолётов, сыгравших выдающуюся роль во время Второй Мировой войны: наших «Яков», «Лавочкиных», «Петляковых», немецких «Мессершмидтов» и «Фоке-Вульфов», американских «Аэрокобр», английский «Спитфайров»… Но прошло время – и они тоже достигли предела в своем развитии. Когда скорость достигает 700 километров в час, воздушный винт не справляется с работой и…

– Появились реактивные самолеты!

– Да, но не сразу. Сколько опять было затрачено сил, чтобы «перекормить» первого бегуна! Мощность мотора истребителя от 1000 лошадиных сил, с которых начинали войну, возросла до 1800! А прирост скорости опять был очень невелик.

При подходе к звуковому барьеру перестали справляться крылья. И опять пытались преодолеть звуковой барьер за счет увеличения мощности двигателя. Одна из самых частых и дорогостоящих ошибок в развитии техники – попытка совершенствовать не достигшую насыщения в развитии подсистему, а ту, которая лучше совершенствованию поддается!

– Совсем как в анекдоте! – неожиданно заметил Саша.

– В каком? – раздались дружные крики.

– Человек озабоченно разглядывает землю под фонарем. «Что ты ищешь? – спрашивают его. – Ключи. – Ты их здесь уронил? – Нет, уронил я их вон там, но зато здесь, у фонаря светло, искать легче».

Ребята смеются, а нам грустно. Слишком часто так бывает. Характерным признаком последнего, третьего этапа в развитии системы является гигантизм – слепое наращивание мощностей, размеров, массы вместо того, чтобы перейти к новым принципам создания машин. Динозавровой болезнью болели не только вымершие динозавры, но и вымершие паровозы. Гигантизм – последний шаг системы перед полным исчезновением.

– Системы борются, вытесняя друг друга. А кого вытеснила самая первая система, только появившаяся, подобно которой раньше не было? Вопрос Преподавателя кажется странным – не было, значит, никого не вытесняла.

– Но ведь система создается для выполнения каких-то функций, которая, как правило, как-то раньше выполнялась. Кем?

– Конечно, человеком! Человека вытесняет техника. Вот с чего она начиналась. – Преподаватель показал примитивно обработанный камень, одолженный у историков. – Это первое из каменных орудий, оно почти ничем не отличается от природных камней, несколько сот тысяч лет назад такие орудия использовались везде. Оно заменило когти и зубы.

Прошли тысячелетия, и простые инструменты типа ножа, скребка, копалки перестали удовлетворять человека. Мы ведь можем развивать сравнительно небольшие усилия в течение длительного времени, но не можем поднять тяжеленное бревно или далеко бросить камень – эти действия требуют большой мощности в короткий временной промежуток. Как быть?

– Нужен рычаг! Праща! Метательные приспособления!

– Конечно, это все преобразователи энергии, резко расширяющие возможности человека. Но на следующем этапе человек вытесняется и как источник энергии – появляются ветряные и водяные мельницы, наконец, паровые машины.

– Человек перестал быть источником энергии – значит, он полностью вытеснен?

– Нет. Это только первый этап. Теперь начинается вытеснение из систем управления. На первых планерах человек управлял полётом, просто меняя положения тела. Потом появились специальные устройства – рули высоты, направления. Как вы думаете, почему знаменитые в тридцатых годах летчики – Валерий Чкалов, Михаил Громов, Михаил Водопьянов – все как на подбор были очень сильными людьми? Громов, например, бывший чемпион СССР по штанге.

– Очень большим было усилие поворота рулей. На самолете, на котором Чкалов летел в Америку, – почти 60 килограммов.

– Да. Десятки часов ворочать такие рычаги! А у современного самолета усилия эти измеряются уже в тоннах! Какие здесь нужны мышцы?

Смех. Ясно, что никакой силач не справится. За него работают специальные гидравлические или электрические преобразователи команд.

– А команды подаёт человек?

– Пока он не будет вытеснен и как источник команд, впрочем, уже появились автопилоты.

– Что же остаётся человеку?

– Человек получает и анализирует информацию, принимает решения.

– Но и здесь его вытесняет техника! Есть датчики, заменяющие органы чувств человека: термометры, микрофоны, фотоэлементы.

– Верно. Есть и машины – преобразователи информации.

– ЭВМ!

– Да, когда в систему включается ЭВМ, она становится полностью самостоятельной. Человек принимает решение один раз, когда проектирует и программирует систему. Всё, о чем мы только что говорили, можно увидеть на плакате. Три уровня вытеснения: рабочий уровень, уровень управления, уровень принятия решений. И на каждом уровне – источник, преобразователь, исполнитель. Все это увязано в единую систему.

– Но ведь не всегда же происходит полное вытеснение? Мы пользуемся ножами, велосипедами, парусными яхтами…

– Да, далеко не всегда. Но обратите внимание, что все эти системы – не на основной линии развития технологий, они в основном остаются в обслуживании человека, его развлечениях, превращаются в хобби… Более того, в этих областях наряду с вытеснением, часто происходит обратный процесс – втягивание человека в техническую систему!

Вот, например, в развитии музыки – сперва чёткое вытеснение, появление разнообразных музыкальных инструментов, от старинного органа или скрипки до современных музыкальных синтезаторов. Но вот появляются граммофонные пластинки и с ними первые возможности «вторжения» в музыку слушателя – регулировка громкости, потом тембра. Появляются специальные системы для «диск-жокеев», позволяющие регулировать звучание музыки, накладывать друг на друга разные композиции и т. п. Появляется караоке… Слушатель становится в какой-то мере соавтором композитора и исполнителя!

* * *

Вспомните законы развития техники, которые мы изучали раньше. На что похож процесс вытеснения человека из технических систем?

– На развёртывание системы.

– Да, происходит её усложнение, появляются новые узлы и связи, в том числе и обратные – на плакате они не показаны, чтобы не затемнять рисунок. А какой следующий этап?

– Свёртывание.

– Безусловно. У обычного автомобиля велика цепочка превращений энергии: возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре с помощью коленчатого вала превращается во вращательное, которое и передается на колеса. А у автомобиля с двигателем Ванкеля движение с самого начала вращательное, преобразователь не нужен. Растет идеальность. А как интересно проявляется закон согласования-рассогласования! Первый каменный нож – «согласователь» между человеком и объектом труда – деревом, корнем, хищником. С объектом согласуется лезвие – выбирается форма, материал, а с человеком – рукоятка, её форма, способы крепления. Любой преобразователь – по сути согласующее устройство между источником (энергии, команд, информации) и исполнителем – инструментом.

– А техника вообще – согласующее устройство между природой и человеком!

– Похоже, что так. Развитие её напоминает наступление армии. Она движется вперед широким фронтом. В единой линии идут разные отрасли науки и техники и каждая необходима для успешного продвижения. Казалось бы, где-то появится препятствие – и весь фронт остановится. Но так не бывает. Трудно представить себе, что развитие авиации вдруг остановилось бы, например, из-за отсутствия стёкол, способных выдерживать сверхзвуковой напор воздуха. А если бы таких стёкол действительно не оказалось бы?

– Кинули бы в эту область людей и деньги, сделали бы эти упрямые стекла!

– Или нашли бы способ, как от них отказаться!

– Конечно. Если вся армия пошла вперед, а один батальон застрял перед мощным укреплением, ему обязательно помогут. Бывает, конечно, что фронт ушёл вперед, а в тылу остались «белые пятна». Или какая-то техническая система резко вырвалась в своём развитии вперед. Но рано или поздно «пятна» сдадутся, а вырвавшемуся вперед отряду инженеров и учёных придется притормозить – скажется отставание основных сил.

– И внутри этой технической «армии» отношения непростые. Часто они напоминают биологическое взаимодействие типа «волк – заяц». Естественный отбор заставляет и тех и других бегать всё быстрее – зайцев – чтобы спастись, волков – чтобы не остаться без обеда. Это называется «совместной эволюцией» или «коэволюцией». Так же, взаимно подстегивая друг друга, совершенствуются броня и снаряд, самолет и зенитное орудие. И конкуренция идёт, как в живых системах, между различными видами транспорта, например железными дорогами и автомобилями, самолетами, кораблями. Есть и более сложные взаимные зависимости между машинами, их продукцией, технологией изготовления.

– Получается, что законы развития технических систем – очень важные для человека, их нельзя нарушать?

– К сожалению, их часто нарушают.

– Но ведь за эти нарушения не наказывают?

– Ещё как наказывают! Но о нарушениях и наказаниях за них мы поговорим в День Памяти.

– А какое отношение имеют нарушения законов развития к Дню Памяти?

– Гитлеровская Германия нарушала не только человеческие законы, но и законы развития техники. И жестоко за это поплатилась. Об этом и будет разговор.

* * *

Занятие закончилось, но ребята не уходят.

– Послезавтра конкурс отрядных газет, давайте придумаем самую оригинальную газету!

– Давайте, – согласились Преподаватели. – Какой метод выбираете?

– Может быть, мозговой штурм? – предложил Дима.

– Можно, – ответил Преподаватель, – но, пожалуй, больше подойдёт другой метод психологической активизации – метод фокальных объектов. Впрочем, пусть о нём расскажет и, главное, покажет, как он работает, кто-нибудь из старичков. Игорь, справишься?

Несколько обиженный недоверием Игорь тут же взялся за работу.

– Пусть выйдут три человека, – сказал он. – Разделите доску на три части. А теперь по очереди ткните пальцем в эту книгу и выберите наугад первое попавшееся существительное. Диме досталось слово «политика», Саше – «стол», Тане – «сорняк». По указанию Игоря они стали записывать каждый на своем участке доски прилагательные – признаки случайных объектов.

«Политика» – внешняя, агрессивная, миролюбивая, подлая, последовательная, кнута и пряника…

«Стол» – дубовый, научный, диетический, антикварный, вычурный, изящный, тяжелый, пластмассовый, складной…

«Сорняк» – вредный, живучий, колючий, корявый, несъедобный…

Ребята помогали стоящим у доски. Потом стали переносить эти случайные признаки на совершенствуемый объект – нашу газету, которая теперь должна была быть в фокусе внимания, стать фокальным объектом – отсюда название метода.

– Агрессивная газета – не даёт себя сорвать.

– Складная!

– Диетическая!

Сначала признаки переносятся напрямую. Но нужно создавать цепочки ассоциаций, расширяя область поиска. Первые предложения, как обычно, были малооригинальными. Но работа продолжалась, и кое-что интересное получилось. Посмотрим, удастся ли ребятам реализовать найденные идеи?