Алла Зусман - Воображайте! Школа креативного мышления

День восьмой

На экранах хроноскопа

После веселого воскресенья ребята сосредоточенно листают тетрадки – мы предупреждали их, что сегодня начнем с повторения. Правда, записей у них не слишком много, да и мы не собираемся их всерьез опрашивать. На занятиях все говорят, что хотят и когда хотят, поэтому мы и так представляем себе, кто что знает.

– Позавчера Женя и Таня высказали интересную идею – представлять законы развития технических систем как экраны хроноскопа – прибора, позволяющего заглянуть в будущее. Давайте так и сделаем. Преподаватель рисует на доске группу пустых квадратиков.

– Квадратик – это экран. Какие экраны вы уже знаете?

– Противоречия!

– Идеальность!

– Верно. Эти названия мы впишем в центральные квадратики как самые важные законы. Давайте определим закон противоречий – что это такое?

– Противоречия возникают, когда мы хотим улучшить что-то в машине, а при этом что-то другое в ней ухудшается! Например, придумали автомобильные ремни, чтобы удержать человека при аварии. Теперь водитель не разобьется. Но если машина загорелась, ремни мешают быстро выбраться из нее…

– Хороший пример. А как иначе можно сформулировать это противоречие?

– Ремни должны держать крепко, чтобы водитель не разбился, и не должны держать крепко, чтобы он мог быстро освободиться!

– Правильно. К ремням предъявляются противоречивые требования. А как такое противоречие разрешено?

– Я знаю, – говорит Миша. – Придумали специальную пружину, которая отпускает ремни через несколько секунд после сильного толчка.

– Из-за противоречий возникают изобретательские задачи, – дополняет Женя. – Чтобы их решить, нужно разрешить противоречие!

Ребята неплохо усвоили тему. Можно переходить к новому экрану.

– Что мы видим на экране «идеальность»?

– Системы в своем развитии становятся идеальнее: увеличиваются их полезные функции. Комбайн может делать намного больше, чем простой трактор!

– А еще системы становятся легче и меньше! У папы на старом компьютере монитор полстола занимал, а на новом экран намного больше, а места занимает совсем мало, потому что плоский!

– Иногда система вообще исчезает! Раньше у нас был большущий телефон с проводами, а около него толстая телефонная книга. А теперь звоним только по скайпу с компьютера – и телефон и книгу выбросили.

– А меня раньше мама заставляла сковородки чистить, а теперь купила сковородку с тефлоновым покрытием, и ничего не пригорает – ополоснула ее водой и чисто!

Собственно, материал уже повторен. Можно переходить к новым квадратикам-экранам. Вот к этому, например, со странным названием согласование – рассогласование.

На испытательном стенде крутится колесо. Как разглядеть, что с ним происходит?

– Очень просто! В замедленной съемке!

– На съемку уйдет время. Желательно увидеть все прямо на стенде.

Ребята думают. Они еще не знают закона согласования – рассогласования, поэтому нужно помочь.

– Какие процессы происходят в нашей системе?

– Колесо вращается. И еще мы наблюдаем за колесом.

– Какие у этих процессов ритмы?

– Колесо быстро вращается, а наблюдение ведется постоянно.

– Вот видите, ритмы колеса и наблюдателя не согласованы. Из-за этого трудности.

Закон говорит, что нужно согласовать.

– Но мы не можем остановить колесо! И сами вращаться с колесом не можем! Здесь противоречие!

– Ну, зачем же самому вращаться? Вот, посмотрите, – преподаватель положил на стол свои часы. Ребята столпились вокруг.

– Что нужно сделать, чтобы секундная стрелка казалась неподвижно стоящей у числа 12? Какие ритмы согласовать?

– Можно закрыть глаза и открывать их раз в минуту, когда стрелка находится в нужном месте, – предложил Алеша. С минуту ребята стоят и моргают, глядя на часы. Забавно!

– А как же с колесом? Мигать с такой частотой невозможно!

– А не нужно мигать, – отвечает Женя, – пусть свет мигает. И колесо будет видно только при вспышке, оно как бы остановится!

– Молодцы! Вы переизобрели прибор, который называется стробоскоп. А впервые его придумали еще в 19-м столетии. С его помощью можно создавать иллюзию неподвижности или, наоборот, движения. С помощью стробоскопа можно рассматривать вращающиеся детали. А как сделать, чтобы частота миганий была именно такой, какой нужно? Колесо может вращаться по-разному…

– Регулировать частоту вспышек! А еще лучше, чтобы колесо само устанавливало нужную частоту, пусть само включает лампу.

– Хорошо. Согласовали частоту лампы с частотой вращения колеса. Теперь лампа мигает как бы в резонанс с колесом.

– А что такое резонанс? – спрашивает Алеша.

– Каждое система обладает собственной частотой колебаний. И если на него подействовать с этой частотой, оно начинает раскачиваться все сильнее и сильнее. Например, чтобы раскачать качели, нужно…

– Толкать их в такт!

– Качели на это рассчитаны. А что будет, если раскачивать в такт дом… – Кто-то вспоминает пример с мостом, который разрушился из-за идущих в ногу солдат.

– А вы сказали что стробоскоп может создавать и иллюзию движения. Как это так?

– Обычный кинофильм тоже основан на стробоскопическом эффекте. В кинопроекционном аппарате отдельные кадры резко сменяют друг друга, но задерживаются на месте на некоторое время. А нам кажется, что на экране происходит движение.

Но согласование касается не только ритмов. В конце 19-го века разрушился один из первых чугунных мостов. Когда стали расследовать причины катастрофы, обнаружили, что у многих заклепок были срезаны головки. Оказалось, что при строительства моста в результате ударов тяжелыми молотами по заклепкам в чугунных конструкциях моста иногда возникали трещины. Проблему решили просто: стали подкладывать под головки заклепок медные шайбы. Мягкая медь играла роль амортизатора, и чугун не трескался. Но во влажном воздухе медь и сталь заклепки образовали электрохимическую пару. И сталь стала быстро разрушаться из-за коррозии. Сегодня каждый конструктор знает о такой опасности и тщательно подбирает материалы, которым предстоит «работать» рядом. Не только ритмика, но и материалы должны быть согласованы.

– Если материалы не согласованы – это всегда плохо?

– Наверное, не всегда.

– Верно! Нет такого вреда, которого нельзя было бы обратить в пользу!

Ту же электрохимическую коррозию можно превратить в защитника. Например, на корпусе корабля закрепляют кусок цинкаля – сплав цинка с алюминием. Он образует со сталью электрохимическую пару, в которой сам разрушается. И пока он не разрушится полностью, а на это нужны годы, сталь не ржавеет. Цинкаль защищает сталь.

Почему всегда стараются сделать обтекаемой форму корабля, самолета? Это согласование формы. Его цель – достижение минимального сопротивления движению. Но когда исчерпаны все резервы согласования, наступает очередь рассогласования. На носу современного судна можно увидеть странное утолщение, его называют «бульб». На первый взгляд кажется, что бульб вреден – он создает дополнительное сопротивление. Но оказывается, что размеры бульба рассчитаны так, что создаваемые им волны взаимодействуют с волнами от корпуса корабля, ослабляя друг друга. И в результате суммарное сопротивление корабля оказывается меньше, а скорость выше!

Как уменьшить боль при лечении зубов?

– Ну, известны всякие обезболивающие средства…

– Нет, в данном случае разрешается только одно обезболивающее средство – закон согласования ритмики!

– Какие там ритмы? Ну, бормашина крутится. С чем ее согласовывать?

– С человеческими ритмами!

– С биением сердца? А зачем?

– Зачем? Врачи установили, что в момент сокращения сердца давление крови в сосудах повышается и болевые ощущения становятся в несколько раз сильнее. Каждый знает, как «дергает» нарыв, ранка. Значит, если сделать так, чтобы бор касался зуба только между ударами сердца, боль станет меньше. А еще есть суточные ритмы: доказано, что по утрам чувствительность человека ниже, чем вечером. И есть месячные ритмы. С учетом этого можно выбирать наилучшее время для лечения зубов, хирургических операций, спортивных соревнований и т. п.! А теперь приведите сами примеры согласования или рассогласования других свойств.

– Температурные свойства можно рассогласовать – использовать материалы с разными коэффициентами теплового расширения – получится биметаллическая пластинка! – радостно заявляет Миша. – Как в утюге. Когда пластинка нагревается, металлы, из которых она состоит, расширяются по-разному. Поэтому пластинка изгибается и отключает утюг!

– А зачем может понадобиться, например, рассогласование надежности или долговечности деталей? Нужно ведь, чтобы вся машина работала, не ломалась, – удивляется Таня.