Здесь хитрости кончаются и начинается физика. В учебнике физики для девятого класса есть целая глава о тепловом расширении. А нам как раз и надо менять ширину зазора между В₁ и В₂.

Откроем учебник. Вот и описание опыта: сквозь нагретое кольцо проходит шар, который до этого не проходил. Рисунок кольца и шара — готовая модель нашего крана.

Сравним полученное решение с авторским свидетельством № 179 489: «Устройство для дозировки малых количеств газа, состоящее из корпуса, и стержня, плотно пригнанного к внутренней поверхности корпуса, отличающееся тем, что, с целью дозировки малых количеств газа с высокой степенью точности, корпус изготовлен из материала, имеющего большой коэффициент теплового расширения, а стержень — из материала, коэффициент теплового расширения которого значительно меньше, чем у материала корпуса».

Наверное, вы уже поняли, как работает такой кран. При нагревании корпус расширяется сильно, а стержень — слабо. Возникает зазор. Чем сильнее нагрет корпус, тем больше зазор. Смысл изобретения, как видите, в том, что вместо движения больших деталей, «железок», предложено использовать растяжение и сжатие кристаллической решетки.

Кстати, растягивать и сжимать кристаллическую решетку можно не только тепловым полем. «Некоторые кристаллы, например кварц, сегнетова соль и турмалин, в электрическом поле меняют свои размеры: в зависимости от направления поля они сжимаются или растягиваются», — это из учебника физики для десятого класса. Называется это явление обратным пьезоэффектом. Ну а то, что обратный пьезоэффект можно использовать для создания микрокрана, вы и сами уже догадались.

Есть еще один похожий эффект — магнитострикция: магнитное поле растягивает (или сжимает) некоторые металлы. Тоже подходящий ответ для задачи о кране.

Как решать задачи, которых еще нет

Прием решения многих задач: «Переход с макроуровня на микроуровень».

Вот, например, авторское свидетельство № 438 327: «Вибрационный гироскоп с массами, приводимыми в колебательное движение внешними переменными или электрическими полями, отличающийся тем, что в качестве колеблющихся масс применены электроны или заряженные ионы». В обычных вибрационных гироскопах колеблются массивные грузы — «гири», установленные на стержнях. Идея изобретения в том, что в качестве «гирь» взяты микрочастицы — электроны или ионы. Такой гироскоп намного компактнее, точнее и надежнее.

Когда в предыдущей главе вы читали о четырех этапах развития технических систем, у вас, возможно, возник вопрос: ну, хорошо, системы проходят четыре этапа, а что происходит с системами дальше? А дальше две возможности. Об одной я уже говорил: система, достигнув пределов развития, объединяется с другой системой и образует новую, более сложную систему — развитие продолжается. Например, велосипед, объединившись с двигателем внутреннего сгорания, превратился в мотоцикл. Возникла новая система, развитие продолжалось.

Иногда путь к объединению с другими системами закрыт. Объединяться надо и объединяться нельзя… Такое противоречие преодолевают дроблением: разделим систему на несколько частей и построим нечто новое, соединив эти части. Запрет касался объединения с посторонними системами, мы этот запрет не нарушили.

Ну, а если нельзя ни объединять, ни дробить? Предположим, поставлена задача: требуется усилить «пружинящие» свойства спиральной пружины, ничего не добавляя к ней и не дробя ее. Будем считать, что пружина сделана из самой подходящей стали, менять сталь нет смысла.

На первый взгляд, положение кажется безвыходным. Ничего нельзя менять — как же перейти к новой системе?! И все-таки выход есть! Новая система прячется… внутри старой. Мы смотрим на пружину как на «железку», а ведь внутри этой «железки» — целый мир частиц, огромная система, которая есть (она существует!) и которой вроде бы нет (мы ее не используем!). Намагнитим пружину так, чтобы над каждым витком был одноименным магнитный полюс. Одноименные заряды отталкиваются, следовательно, для сжатия пружины потребуется больший расход энергии. Задача решена, хотя внешне пружина нисколько не изменилась: мы ничего не добавляли, не дробили…

Итак, есть два пути развития систем, исчерпавших, казалось бы, все возможности развития. Первый путь — объединение с другими системами (или дробление на части и перекомбинирование этих частей). Второй путь — переход с макроуровня на микроуровень, когда вовлекается «в игру», так сказать, внутренний мир систем: частицы, молекулы, атомы…

Я приведу сейчас формулу одного изобретения. Речь идет о незнакомой вам машине. Но суть изобретения будет понятна. Итак, авторское свидетельство № 489 662: «Устройство для нанесения полимерных порошков, содержащее камеру и электрод, отличающееся тем, что, с целью повышения качества наносимого покрытия, электрод снабжен средством перемещения, выполненным в виде микрометрических винтов». Электрод (стержень) был соединен с камерой неподвижно. Изобретатель предложил сделать электрод перемещающимся. Это — переход технической системы со второго этажа на третий, вам такие переходы уже знакомы.

Зная законы развития технических систем, мы можем предсказать дальнейшее развитие этой системы, то есть предсказать появление новых изобретений. Системе предстоит перейти к четвертому этапу — стать не просто регулируемой, а саморегулируемой. Электрод будет перемещаться сам — в зависимости от изменения условий работы. А потом система перейдет с макроуровня на микроуровень: вместо винтов для перемещения электрода будут использованы тепловое расширение, обратный пьезоэффект или магнитострикция.

Заметьте, мы рассматриваем ответ на еще не возникшие задачи! Пройдут годы, потребуется увеличить точность действия установки, и только тогда появятся задачи, которые мы решили уже сейчас.

При работе методом проб и ошибок ответ на задачу обычно появляется значительно позже, чем сама задача. Мы же с вами теперь понимаем логику развития технических систем и можем предвидеть возникновение новых задач, заранее зная, как их надо будет решать.

«Коронный» номер коронного разряда

В учебниках физики эффекты и явления описаны, так сказать, нейтрально: при нагревании тела расширяются… и все. А если те же эффекты изложить «по-изобретательски»? Например: «При нагревании тела расширяются, следовательно, это явление можно использовать во всех случаях, когда требуется осуществить небольшие, но очень точные перемещения тел». Если проработать так все учебники физики с шестого по десятый класс, получится комплект очень сильных инструментов — справочник по применению физических эффектов и явлений.

Возьмем для примера описание коронного разряда в учебнике для 9-го класса: «При атмосферном давлении в сильно неоднородных электрических полях наблюдается разряд, светящаяся область которого часто напоминает корону. Поэтому его и назвали коронным. Плотность заряда на поверхности проводника тем больше, чем больше его кривизна. На острие плотность заряда максимальна. Поэтому возле острия возникает сильное электрическое поле. Когда его напряженность превысит 3 · 10⁶ в/м, наступает разряд. При такой большой напряженности поля ионизация посредством электронного удара происходит при атмосферном давлении. По мере удаления от поверхности проводника напряженность быстро убывает. Поэтому ионизация и связанное с ней свечение газа наблюдается в ограниченной области пространства. С коронным разрядом приходится считаться, имея дело с высоким напряжением. При наличии выступающих частей или очень тонких проводов может начаться коронный разряд».