Нужен предельно простой, надежный и точный способ включения.
Решение задачи 6
3—3. Дана система из 40 пар проводов (контактов) и 40 «замыкалок» (или одной подвижной «замыкалки»). Трудно замыкать контакты по графику.
(Электродетонаторы не входят в рассматриваемую систему. Надо замыкать контакты, а куда идет ток — безразлично.)
2—4. а) «Замыкалка». б) Контакты.
(В условиях данной задачи контакты — это просто концы проводов, которые надо замкнуть. Менять провода мы не можем: все равно будет что-то, проводящее ток А вот «замыкалку» можно менять как угодно. Если мы отнесем к «б» оба элемента — контакты и «замыкалку», — объектом станет внешняя среда. На шаге 3—3 выделится часть этой среды то, что находится между контактами. И дальнейшее решение совпадет с тем случаем, когда выбрана «замыкалка».)
2—5. «Замыкалка».
3—1. «Замыкалка» сама соединяет контакты точно по графику.
3—2. См. рис. 27.
3—3. Не может осуществлять требуемого действия подвижная часть «замыкалки».
3—4. а) Нам надо, чтобы «замыкалка» сама передвигалась по графику.
б) «Замыкалка» не может передвигаться без применения каких-то сил.
в) Для передвижения «замыкалки» нужны силы, а мы хотим, чтобы «замыкалка» двигалась сама, т. е. без наших усилий.
3—5. «Замыкалка» будет двигаться сама, если в ней самой появятся силы.
3—6. Если силы появляются сами — это естественные силы.
3—7. Простейший случай движения под действием естественных сил — падение. «Замыкалка» должна двигаться под действием силы тяжести. Это обеспечит движение по определенному закону, т. е. по графику.
3—8. В трубке создан вакуум. Падает груз и замыкает контакты. Переналаживание легко осуществляется, если в трубке много контактов и можно подключаться к тем, которые нужны.
Рис. 27. К задаче 6, шаг 3—2 «замыкалка» должна двигаться сама, без участия человека
Сопоставим это с решением по авторскому свидетельству № 189597: «Устройство для установления заданных промежутков времени, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений при записи сейсмограммы оно выполнено в виде стержня с расположенным на нем грузом, замыкающим во время падения контакты, соединенные с электродетонаторами».
Такие ответы учебных задач, защищенные авторскими свидетельствами и отражающие современный уровень творческой мысли в данной области, мы будем называть контрольными ответами.
Смысл изучения АРИЗ, конечно, не в том, чтобы научиться находить контрольный ответ. Решить учебную изобретательскую задачу — значит, дать ответ, не очень отличный от контрольного (на первых этапах обучения), сходный с ним или превосходящий его (на завершающих этапах обучения)
Задачу 6 можно было решить чисто конструкторским путем (например, используя цепи с линиями задержки), но при этом не удалось бы совместить предельную простоту с требуемой точностью. Контрольный ответ соответствует второму уровню перебрав несколько десятков вариантов, к нему можно было прийти и без АРИЗ.
Попробуем теперь усложнить задачу. Это даст нам возможность в большей мере использовать АРИЗ.
Задача 7
Возьмем в качестве прототипа ответ 3—8 на задачу 6. Имеется стеклянная трубка с вакуумом; падает металлический шарик, замыкает введенные в трубку контакты. Недостаток прототипа — нет свободного падения «замыкалки»: шарик все-таки касается контактов и, следовательно, притормаживается.
Как быть?
Если взять 40 трубок разной длины, мы избавимся от трения (контакты будут только на дне), но усложним прибор. Заменить контакты микрокатушками, а шарик — магнитом? Останется трение магнита о силовые линии тока в катушках. К тому же схема сильно усложнится введением усилителя. Ввести световое замыкание? Плохо. Мы снова усложняем схему...
Прибор должен остаться простым, а точность его по сравнению с прототипом должна быть повышена. Задача учебная, поэтому менять ее нельзя; надо обязательно сохранить исходную схему (контакты и падающая «замыкалка»).
Решение задачи 7
2—3. Дана система из вакуумной трубки, контактов и «замыкалки». При падении «замыкалка» трется о контакты.
2—4. а) «Замыкалка», контакты,
б) Трубка.
(Сейчас, когда мы рассматриваем трение «замыкалки» о контакты, оба эти элемента в равной мере могут быть отнесены к «а». Трубку тоже можно менять, но в меньшей степени; у трубки своя функция — держать вакуум.)
2—5. «Замыкалка».
(Можно взять контакты, можно взять «замыкалку-контакты» — в данном случае это безразлично, так как все равно придется рассматривать взаимодействие трущихся частей.)
3—1. «Замыкалка» при падении сама замыкает контакты без трения.
Для замыкания нужно соприкосновение, т. е. трение. ИКР говорит: пусть трение будет без трения! Дикая идея, не так ли?
Здесь возникает сильный психологический барьер, и дальнейший ход решения во многом зависит от индивидуальных качеств изобретателя, прежде всего — от смелости и организованности мышления. Нужно уметь не останавливаться перед барьером, не отступать, не уходить в сторону.
3—2. Итак, шарик должен проходить сквозь контакты без трения! Тут может появиться идея жидкого шарика. Но это решение не годится: жидкость будет испаряться, исчезнет вакуум, нарушится свободное падение.
3—3. Не может выполнить требуемого действия наиболее широкая часть шарика. Его, так сказать, антиталия...
3—4. а) Нам надо, чтобы шарик двигался без трения, т. е. не касаясь контактов.
б) Для замыкания антиталия должна плотно прикасаться к контактам.
в) Для «а» нужно, чтобы шарик двигался; для «б» — чтобы он не двигался...
3—5. Значит, шарик должен одновременно двигаться и не двигаться.
Раньше было «трение без трения», теперь «движение без движения»... Подобно тому как перед рассветом усиливается темнота, так и перед выходом к новой идее мысль наталкивается на препятствия, кажущиеся особенно трудными. Мы будем называть это явление предрассветным эффектом. Помните, Максутов подошел к мысли, что приходится усложнять конструкцию. Раньше он останавливался на этом месте (темнота сгущалась, дальше не хотелось думать!). Но в поезде Максутов решил «пофантазировать»: допустил возможность усложнения конструкции и продолжал размышление. И вот оказалось, что усложнение — кажущееся.
3—6. Придется разделить шарик. Пусть одна часть, а именно антиталия, дойдя до контакта, останавливается, а другая часть шарика (все остальное) — продолжает свободное падение.
3—7, 3—8. Сделаем «замыкалку» составной (рис. 28). Верхнее кольцо, дойдя до первой пары контактов, остановится и замкнет первую цепь. Остальная часть «замыкалки» будет при этом продолжать свободное падение: остановка верхнего кольца не отразится на нижних кольцах, так как при свободном падении верхнее кольцо не давит на нижние кольца. Исключено и сдвижение колец в сторону — нет сил, способных вызвать это сдвижение.
Вторая пара контактов выдвинута к оси трубки больше, чем первая пара. На второй паре контактов задерживается второе кольцо, а оставшаяся часть «замыкалки» снова продолжает падение и т. д.
Рис. 28. Каждая пара контактов задержит только «Свое» кольцо.
Прикинем теперь, как будет устроена трубка. Предположим, длина трубки — 3 м (это вполне допустимо по аналогии с прототипом). Первый метр оставим нерабочим: «замыкалка» там только разгоняется. Следующие два метра «замыкалка» в свободном падении пройдет за 0,2 сек. Среднее расстояние между контактами на этом участке: 200 см ÷ 40 = 5 см. Ясно, что число контактов можно существенно увеличить. Подключая цепи к тем или иным контактам, мы сможем реализовать разные графики включения. Средняя скорость движения «замыкалки» 1 м за 0,1 сек. Значит, 0,001 сек. соответствует точность установки контактов в 1 см. А контакты можно легко установить с точностью, в десять раз большей. При диаметре трубки в 80 мм среднее сдвижение контактов к оси трубки — 2 мм. «Перезарядка» прибора достигается его переворачиванием. Одновременное сбрасывание всех колец — освобождением нижнего кольца, на котором свободно лежат все остальные кольца.
