– Тепловое. Но оно одинаково действует на всех человечков, изгиба не получится.
– А мы забыли про B2! У нас же есть еще одна группа человечков!
– Верно. Если этих новых человечков расположить с одного края кристалла, то им можно скомандовать приблизиться. А они за собой потянут человечков на торцах кристалла.
– Получается что-то вроде биметалла, только без металла.
– Почему без? Новые человечки могут быть из металла.
– Нужно напылить на одну сторону кристалла металлическую пленку и нагреть. У кристалла один коэффициент теплового расширения, а у металла – другой. Вот кристалл и изогнется.
– Но когда кристалл остынет, он снова выпрямится.
– Верно. Но можно использовать прием наоборот: напылять металл в горячем состоянии. Кристалл изогнется, когда остынет.
– Получается, что эффекты – отличные ресурсы для решения любых задач. А сколько вообще существует эффектов? Можно все их выучить? Или хотя бы собрать в какой-то справочник?
– Такие справочники есть, и не только по физическим, но и по химическим и биологическим эффектам. Они созданы в рамках ТРИЗ, их можно найти в интернете. Проблема в том, что различных эффектов сотни тысяч, но реально «работают» не слишком многие из них. Для поиска нужных для решения задач эффектов можно использовать разные уровни строения материи, разные поля и разные состояния вещества.
В любой технической системе могут использоваться самые разные ресурсы, от верхнего уровня «мегасистем», связанных с общим развитием науки, технологий, культуры и т. п., и до систем атомного и внутриатомного уровня, или систем, построенных только из полей. При этом в каждой системе могут действовать так или иначе все поля из списка МАТХЭМ, и вещество может находиться в разных агрегатных состояниях. Только в этом кубе скрыто 216 возможных комбинаций. А если добавить к ним промежуточные состояния вещества, такие как пена, гель, пар и т. п., а также возможность совместного действия разных полей, комбинации разных состояний вещества и т. п.? Число вариантов вырастет невероятно. И как же найти наилучший?
Ребята огорошены, но маленький Алеша находит выход – не надо перебирать множество вариантов, а надо посмотреть, что мы имеем в ресурсах, и на этой базе выбрать уровень структуры системы, поле и состояние вещества… Отлично!
Задача 50На дрейфующей полярной станции случилось ЧП; уронили в прорубь важную часть прибора – медную трубку диаметром 100 миллиметров. Стали искать замену – нашлась только труба диаметром около 80 миллиметров. Но с такой трубкой прибор работать не будет. Как быть?
– Нужно расширить трубку до нужного диаметра.
– Понятно. А как это сделать?
– С помощью давления!
– Для этого понадобится очень мощный компрессор, такого на станции нет.
– Можно сначала нагреть, тогда не нужно будет большое давление.
– Все равно на станции никакого компрессора нет. Да температура плавления у меди больше 1000 градусов, на станции ее нечем нагревать. Там холодно.
– Нужно использовать холод! – догадался Алеша. – Налить в трубку воду и закрыть с обеих сторон. Вода замерзнет и расширит трубку!
– Ничего не выйдет! – возразил Женя. – Вода при замерзании действительно увеличивается в объеме, но не настолько, чтобы из трубки диаметром 80 миллиметров получилось 100.
Преподаватель:
– Ты прав. Объем льда больше, чем объем воды на 10 %, то есть при замерзании воды трубка такого диаметра может увеличиться примерно на 4 миллиметра. А надо – на 20.
– А почему же на 4? Раз 10 %, то должно увеличиться на 8 миллиметров? Ребята в недоумении, но Игорь соображает быстро:
– Если длина трубки не меняется, то объем пропорционален площади сечения трубки, а оно πR2. Значит, если площадь выросла на 10 %, то радиус… – Женя немного попутался в вычислениях, – на 5 %. Да, 4 миллиметра, значит, с холодом ничего не выйдет… Жалко!
– Нет, выйдет! – возразил Миша. – Только нужно несколько раз повторить заморозку – каждый раз размер будет увеличиваться!
– Задача решена верно. Обратите внимание: вместо сложных и громоздких компрессоров, печей сработали холод и молекулы воды. В этом суть закона перехода технических систем к работе на микроуровень; вместо «железок» работают молекулы, атомы. Не всегда этот переход происходит так быстро, как на полярной станции, – там нужда заставила. Обычно этот переход совершается постепенно, по этапам.
Вот мощный инструмент, работающий на самом «верхнем» уровне – макроуровне, – фреза. Первый шаг на микроуровень – появление иглофрезы, напоминающей круглую стальную щетку. И не поверишь, что эта «щетка» снимает толстые слои металла, оставляя за собой чистую и ровную поверхность! Следующий шаг – металл режут мельчайшие зернышки твердого минерала, заключенные в шлифовальный круг или нанесенные на мягкую материю… Еще шаг – и перед нами уже не станок, а ванна, в которой кислота аккуратно снимает тонкие слои металла. А следующий шаг – использование полей – электрического, магнитного, теплового. И появляются электродуговая и электроплазменная резка металлов, электронная сварка. Импульсные магнитные поля штампуют металлические детали, а луч лазера делает любую работу – от раскроя толстых листов до тончайшей операции на хрусталике глаза…
– Я, как защитник ТРИЗ, хочу обратить ваше внимание на существенную разницу в отношении к информации при использовании МПиО и ТРИЗ, – неожиданно вмешивается Игорь. – При поиске перебором вариантов любая информация может оказаться нужной, натолкнуть на полезную ассоциацию. А в ТРИЗ лишняя информация не нужна, здесь на нужную информацию выходят целенаправленно!
Вечерние размышления
Несколько лет назад, когда только начинали работу с детьми, мы очень удивились: десятиклассники не смогли даже с нашей помощью решить простую задачу, требовавшую только понимания закона Архимеда. Закон они знали наизусть, но не понимали. Аналогичный эксперимент со взрослыми удивил нас еще больше – в том же положении оказалось большинство инженеров. У людей нет наглядного представления о механизме действия закона. Это издержки методики преподавания физики в школе. В 20-м веке в физике возобладал математический, формализованный подход. Это обосновано: многомерные пространства, квантовые струны, темную материю, черные дыры и т. п. невозможно представить наглядно, их описывают только математически. А может быть, просто пока не найдены наглядные модели?
В 1949 Ричард Фейнман создал метод диаграмм Фейнмана в квантовой теории поля (за что потом получил Нобелевскую премию). Это удивительный метод, более всего похожий на сочетание ММЧ и простых схем, очень похожих на веполи. Любые ядерные процессы – столкновения частиц, их преобразования, обмен частицами между ядрами, поглощение и излучение энергии и т. п. – наглядно изображаются на листе бумаги. Из набора таких «частичных схем» строится общая схема ядерной реакции, как паровоз из деталей детского конструктора – что куда входит, что выходит, как меняется и т. п. Это дает простое и наглядное представление процессов вместо их абстрактного и очень сложного описания уравнениями и матрицами. Если смотреть на схему, то ничего не забудешь и ничего не пропустишь. И, как результат, масса открытий, сделанных с этими простыми «игрушками»!
Но, несмотря на успех Фейнмана, «большая физика» продолжает развиваться как сугубо формальная, математическая дисциплина. Беда в том, что часто формализованный подход распространяется и на школьную физику, делая ее ужасно скучной, малопонятной для учеников. Это резко осложняет ее использование в изобретательстве. Одна из целей нашего обучения – выработка умения «видеть», представлять себе самые сложные физические явления, действия. ММЧ здесь сильный помощник. Иногда он кажется «легкомысленным», но это полезно – помогает преодолевать психологическую инерцию.
Выходной
Полигон для творца
(Беседа о фантастике)
Ребят сегодня собралось особенно много из всех отрядов. Это неудивительно – фантастика многих привлекает. Мы говорили о роли искусства в воспитании творческих способностей и отмечали, что разновидность искусства, называемая фантастикой, наиболее соответствует этой роли. Фантастика в литературе, живописи, музыке. Познакомимся с ней поближе!
«Почему мы часто отдаем предпочтение детективным картинам и романам, как бы скверно они ни были написаны? Почему многие весьма уважают любовные истории от анекдотов до «Декамерона»? Интересно? А почему интересно? Да потому, что накрепко записанные в спинном мозгу инстинкты самосохранения и продолжения рода заставляют нас накапливать знания, чтобы в случае чего спастись. Как и почему получается счастливая, завершенная в наследниках любовь? Как и почему она разрушается? Чтобы самому не оплошать… Если коровы когда-нибудь в процессе своей эволюции научатся читать, то они начнут именно с детективов и любовных историй», – так рассуждает профессор-биолог, герой фантастической повести В. Савченко «Открытие себя».
