Танкеры иногда сбрасывают в океан воду, загрязненную нефтью. За это полагается крупный штраф, но как доказать, что нефть сброшена именно с данного корабля? Недавно был предложен остроумный способ. При погрузке в нефть добавляют мельчайшие магнитные частицы (для каждого корабля — частицы с определенными магнитными свойствами). Обнаружив в океане нефтяное пятно, патрульный корабль берет пробу нефти и по магнитным меткам легко находит виновного в загрязнении воды.

При изготовлении древесностружечных плит желательно, чтобы продолговатые стружки располагались не как попало, а по длине плиты, это повышает ее прочность. Но как это сделать? Ведь не будешь поворачивать каждую стружку вручную… Изобретатели предложили использовать магнитный порошок. Частицы порошка прочно вцепляются в каждую стружку, а магнит поворачивает стружки так, как нужно.

Можно заставить магнитный порошок прицепиться и к волокнам хлопка. Это намного упростит прядение и ткачество, волокна будут подчиняться действию магнитных полей. Потом частицы порошка нетрудно смыть — качество ткани не ухудшится.

Если добавить магнитные частицы в состав, из которого делают головки спичек, получатся «омагниченные» спички — их легко укладывать в коробки. Вообще, добавка магнитных частиц в любое изделие часто помогает автоматизировать укладку.

А теперь очень легкая задача. Собственно, она нисколько не легче задачи об испытательном полигоне. Но вы должны решить задачу без всяких затруднений.

Задача 20. Ну, заяц, погоди!

Для съемки мультфильма делают множество рисунков. В каждом метре кинопленки 52 рисунка, а в десятиминутном фильме — свыше 15 000! На одной киностудии решили снять контурный фильм. Снимают контурный фильм так. На фанерном щите художник выкладывает рисунок цветным шнуром. Оператор снимает кадр, художник передвигает шнур, снова оператор снимает кадр и так далее. Все-таки проще передвигать шнур, чем делать целый рисунок.

— Ох, медленно идет дело, — сказал оператор.

— Медленно, — согласился художник, подправляя изображение зайца. — Чтобы этот зайчик пробежал по экрану, мы потратим рабочий день, не меньше.

И тут появился изобретатель.

— Ну, заяц, погоди! — решительно сказал он. — Мы тебя расшевелим…

Как вы думаете — что предложил изобретатель?

«Триумвират», включающий вещество, ферромагнитный порошок и магнитное поле, получил название фепо́ль (от слов «ферромагнитный порошок» и «поле»). Но ведь такие «триумвираты» можно строить и с другими полями. Вспомните хотя бы задачу 13 об упрямой пружине. Наверное, вы догадались, что пружину надо «упрятать» в лед, а для этого составить «триумвират» из теплового поля П_т, пружины В₁ и льда В₂.

Управлять пружиной непосредственно очень неудобно — в этом суть задачи. Управляют ею, намораживая и размораживая лед (лучше всего — сухой лед, чтобы при таянии не было воды).

В задаче 9 об укрупнении капель жидкости дано одно вещество — капли. Можно сразу сказать: для решения задачи понадобится еще одно вещество и поле. В простейшем случае можно добавить в жидкость ферромагнитные частицы и управлять «слипанием» капель с помощью магнитного поля.

А если нельзя добавлять в жидкость никаких посторонних частиц?

Возникает противоречие: второе вещество должно быть — и второго вещества не должно быть. Разделим поток на две части, зарядим одну из них положительно, другую отрицательно. Противоречие устранено! У нас одно вещество, мы не добавляли других веществ — и все-таки у нас как бы два разных вещества… Система из двух веществ и электрического поля построена, задача решена: разноименно заряженные капли будут слипаться. Такой системой легко управлять, увеличивая или уменьшая величину зарядов.

«Триумвираты» с любыми полями (не только магнитными) условно названы «веполями» (от слов «вещество» и «поле»). Так что феполь — частный случай веполя. Как прямоугольный треугольник — частный (хотя и очень важный) случай треугольника вообще.

Я не случайно сравнил веполи с треугольниками. Понятие «веполь» играет в теории решения изобретательских задач столь же важную роль, как и понятие «треугольник» в математике. Треугольник — минимальная геометрическая фигура. Любую сложную фигуру можно разбить на треугольники. И если мы умеем решать задачи с треугольниками, мы осилим задачи с любыми другими фигурами. Так и в технике: если мы умеем решать задачи «на веполь», то справимся и с задачами, связанными со сложными техническими системами.

Азбука вепольного анализа

Вепольные формулы можно сравнить с формулами химическими. Вот, например, запись «реакции», дающей ответ на задачу 17:

Волнистая стрелка означает «действует неудовлетворительно», двойная стрелка — «надо перейти к системе».

Как строить и преобразовывать веполи? Нам пока достаточно знать несколько простых правил.

Правило первое: если в задаче дана часть веполя, для решения нужно достроить веполь.

Разберем, например, задачу о бензобаке. Дано вещество В₁ (пустой бак), неумеющее подавать сигнал о своем состоянии. Руководствуясь первым правилом, можно сразу записать решение задачи:

Обратите внимание: поля, которые действуют на вещества, мы записываем сверху, над строчкой; поля, которые создаются веществами и «выходят наружу», — под строчкой.

Итак, в вепольной форме задача решена. Остается уточнить: что такое В₂ и П. Поле должно действовать на человека; значит, оно может быть электромагнитным (оптическим), механическим (звуковым) или тепловым. Оптическое поле неудобно: дополнительные оптические сигналы будут отвлекать водителя. Еще неудобнее сигналы тепловые. А звуковые? Теперь понятна роль В₂. Это вещество, когда бак пустеет, должно взаимодействовать с ним, создавая звуковой сигнал. Задача решена! Бросим в бак какой-нибудь поплавок. Пока в баке есть бензин, поплавок плавает «молча» (боковые стороны поплавка должны быть мягкими, чтобы поплавок не стучал о стенки бака).

Но как только горючего станет мало, поплавок застучит о дно бака, и водитель услышит сильный посторонний звук.

Получившуюся вепольную систему можно записать в виде ромба:

Механическое поле П₁ (сила тряски) действует на поплавок В₂, который взаимодействует с баком В₁, и благодаря этому получается звуковое поле П₂. Очень многие задачи на измерение и обнаружение решаются присоединением к веществу, которое дано по условиям задачи, «вепольной приставки»: