Возьмем, например, задачу 5 об удалении песка из деталей. Физическое противоречие в этой задаче такое: «Песчинки должны быть твердыми, чтобы очищать детали, и песчинки должны быть нетвердыми (жидкими или газообразными), чтобы их легко было удалять из очищенной детали». Как только такое противоречие сформулировано, ответ становится очевидным: нужен прием «изменить агрегатное состояние», именно этот прием и никакой другой! Пусть «песчинки» будут из сухого льда: твердые при очистке деталей, эти «песчинки» потом сами превратятся в газ.
В задаче 6 (об отверстиях в резиновой трубке) физическое противоречие почти такое же: «Трубка должна быть твердой, чтобы легко было сверлить в ней отверстия, и трубка должна быть нетвердой, чтобы сохранить эластичность». Прием тот же: заморозим трубку (или, заполнив ее водой, заморозим воду), а после того, как отверстия сделаны, нагреем.
Существуют специальные правила, позволяющие при анализе задачи шаг за шагом перейти от технического противоречия к физическому. Но нередко физическое противоречие можно сформулировать сразу, непосредственно из условий задачи.
Задача 11. Капли на экране
В лаборатории исследовали процесс электросварки. Ученых интересовало, как плавится металлический стержень, внесенный в дугу, и как при этом меняется сама дуга. Включили дугу, сняли кинофильм, чтобы потом все спокойно рассмотреть. И тут оказалось, что на экране видна только дуга. Она ярче капель металла, поэтому их не видно. Решили повторить опыт. Включили вторую дугу, более яркую, направили ее свет на капли металла и снова сняли фильм. Теперь на кинопленке видны были только капли металла (их высвечивала яркая вторая дуга), а первой дуги, менее яркой, на экране не было. Исследователи задумались: что же делать?..
И тут появился изобретатель.
— Типичное физическое противоречие, — сказал он. — Состоит оно в том, что…
Как вы считаете, какое здесь физическое противоречие? И как его преодолеть?
Внимательно прочитав условия, можно без особого труда сформулировать физическое противоречие. Вторая дуга должна быть, иначе не видны капли металла, и второй дуги не должно быть, иначе мы не увидим первую дугу.
Техническое противоречие обычно формулируется мягко, например, так: чтобы увеличить скорость грузовика, надо уменьшить вес перевозимого груза. Скорость конфликтует с грузоподъемностью, но не исключено, что возможен какой-то компромисс, какое-то среднее решение. В физическом противоречии конфликт предельно обострен. Однако в парадоксальном мире изобретательства свои законы: чем острее, чем жестче сформулирован конфликт, тем легче его преодолеть… Дуга, освещающая капли металла, не может одновременно быть и не быть. Значит, она должна то быть, то не быть — вспыхивать и гаснуть. Тогда на одних кадрах фильма будут только капли металла, а на других — только дуга. При демонстрации фильма оба «сюжета» соединятся: мы увидим и дугу, и капли.
Противоречивые требования разделены здесь во времени. Можно разделить их и в пространстве. Вспомним решение задачи о трубе: стальной лист разрезан частично, то есть в одних местах разрез есть, а в других нет. Существует и более хитрый путь совмещения несовместимого: придадим объекту одно свойство, а его частям — другое, противоположное. На первый взгляд это кажется невероятным — как из черных кубиков построить белую пирамиду?! Но вот велосипедная цепь: каждое ее звено жесткое, негнущееся, а в целом цепь гибкая, податливая… Словом, физические противоречия, требуя совместить несовместимое, отнюдь не заводят в тупик, напротив, они облегчают путь к решению задачи.
А теперь тренировочные задачи, попробуйте их решить.
Задача 12. Тонкие и толстые
Завод получил заказ на изготовление большой партии овальных стеклянных пластин толщиной в 1 миллиметр. Нарезали прямоугольные заготовки, оставалось сгладить их края так, чтобы получились овалы. Но при обработке на шлифовальном станке тонкие пластины часто ломались.
— Много брака, — пожаловался рабочий мастеру. — Нельзя ли сделать пластины потолще?
— Ни в коем случае! — ответил мастер. — Нам заказали тонкие пластины…
И тут появился изобретатель.
— Ага, физическое противоречие! — воскликнул он. — Заготовки должны быть толстые и тонкие. Это противоречие можно разделить во времени: пусть заготовки на время обработки станут толще…
Как это сделать?
Задача 13. Упрямая пружина
Представьте себе, что нужно сжать спиральную пружину (длина ее 10 сантиметров, диаметр 2 сантиметра), положить плашмя между страницами книги и закрыть книгу так, чтобы пружина не разжалась.
Сжать пружину можно двумя пальцами. Но потом придется разжать пальцы, иначе не закроешь книгу. И пружина разожмется… С такой ситуацией столкнулись инженеры, собирая один прибор. Нужно было сжать пружину, уложить и закрыть крышкой. Как это сделать, чтобы пружина не разжалась?
— Связать, — сказал один инженер. — Иначе эту пружину не переупрямишь.
— Нельзя, — возразил другой. — Внутри прибора пружина должна быть свободной.
И тут появился изобретатель.
— Прекрасно! — воскликнул он. — Пружина должна быть свободной и несвободной, сжатой и несжатой. Раз есть противоречие, значит, перед нами изобретательская задача. Чтобы ее решить, надо…
Как бы вы решили эту задачу?
Эра технических систем
Лодка + лодка =?
В книгах по истории техники XIX век называют «веком пара», первую половину XX века — «веком электричества». А к какому веку относится наше время? Тут нет единого мнения. Одни говорят — «век атома». Другие — «космический век». Может быть, «век химии»? Или — «век электроники»?
Если бы инженер, живший в начале XX века, увидел технику наших дней, его, пожалуй, прежде всего поразило бы резкое увеличение размеров уже знакомых ему машин. Автомобили вместимостью меньше повозки превратились в мощные самосвалы, легко перевозящие 150―200 тонн, в сверхгиганты, несущие на себе целую буровую установку. Самолеты, с трудом поднимавшие двух-трех пассажиров, выросли в гигантские аэробусы. Появились колоссальные танкеры водоизмещением около миллиона тонн. Турбины, подъемные краны, локомотивы, здания, экскаваторы, различные исследовательские установки — все стало в десятки раз крупнее.
Казалось бы, не все ли равно — сто грузовиков вместимостью по полторы тонны каждый или один грузовик, везущий полторы сотни тонн? Грузоподъемность одна и та же, но для обслуживания сверхгрузовика нужно в двадцать раз меньше людей, да и погрузка и разгрузка идут раз в десять быстрее. Многие изобретательские задачи возникают именно из-за стремительного увеличения размеров машин. Вот одна из таких задач.
Задача 14. После аварии
Тяжелый транспортный самолет совершил аварийную посадку на вспаханное поле в двухстах километрах от аэродрома. Самолет разгрузили, осмотрели повреждения: трещины, вмятины, местами сорвана обшивка. Необходимо доставить самолет на аэродром, в ремонтную мастерскую. Но самолет весит свыше ста тонн. Транспортировать такую махину надо очень осторожно, чтобы не было дополнительных повреждений. Специалисты собрались на совещание. Будь самолет поменьше, все было бы просто…
— Что тут думать! — воскликнул студент-стажер. На совещание его никто не приглашал, но у него была идея, которую ему очень хотелось высказать. — Тут без дирижабля не обойдешься. Подцепим самолет и…
