Марк Меерович - Технология творческого мышления
Еще какие-то неясности? Плохо представляете себе, как это выглядит? Разорванная велосипедная цепь, смотанная в спираль. Катушка проволоки. В конце концов электрод, выполненный в виде спиральной пружины. Но тогда его нужно будет не просто подавать в зону дуги поступательно, а еще и вращать. А еще можно перемещать ввинчивая, тогда поступательное и вращательное движения совмещаются. Как в резьбе.
С этой задачей очень сходна задача 5: при разной скорости сгорания электродов (положительный сгорает быстрее отрицательного) получить постоянную длину дуги.
Первый вариант напрашивается сразу: пусть плюс и минус меняются местами, тогда оба электрода будут сгорать одинаково. Но в те годы переменный ток получать и использовать умели плохо. Поэтому давайте формулировать противоречие для постоянного тока.
Если рассматривать процесс сгорания электрода как его расплавление и испарение, то одно физическое противоречие можно сформулировать так: дуга должна вызывать повышенное расплавление электрода и при этом увеличение расплавления не должно происходить за счет длины. А за счет чего же? А за счет ширины, т.е. площади поперечного сечения. Короче говоря, положительный электрод должен быть толще.
А если все-таки попытаться сохранить толщину электродов одинаковой? Тогда ФП нужно формулировать иначе: положительный электрод должен быть длиннее отрицательного, и в каждый момент времени горения дуги их верхние концы должны находиться на одинаковом расстоянии друг от друга.
Чтобы наглядно увидеть лучшее решение, проделайте мысленный эксперимент. Поставьте на столе рядом два карандаша, как в свое время это сделал Яблочков. Теперь представьте, что один карандаш наполовину короче другого. А вам нужно, чтобы их верхние концы были на одном уровне. Обычный инженер опускает нижний конец длинного карандаша вниз и постепенно, по мере сгорания верхнего конца, подталкивает его наверх, для чего ставит специальный регулятор, т.е. опять усложняет систему... Специалист, знающий ТРИЗ, формулирует противоречие: длинный карандаш должен располагаться на одном основании с коротким карандашом и занимать такую же высоту, как и короткий. Для этого он давит на верхний торец длинного карандаша, чтобы прижать его. Что, не идет? Почему? Твердый? Тогда плохо, где-то в вашем сознании еще сидит психологическая инерция. Ведь вам никто не мешает представить карандаш резиновым (или термины все-таки помешали?!), такой можно легко прижать.
Одно требование мы выполнили. Но у нас образовалось «пузо» — лишняя часть длины торчит в сторону, и расстояние между частями «пуза» и вторым электродом стало переменным. А должно быть постоянным, одинаковым, равным расстоянию между концами электродов. Что делать? Будем загибать «пузо» вокруг отрицательного электрода, сохраняя положение верхних концов на одном уровне. В результате положительный электрод обходит отрицательный по окружности, образуя спираль. ФП разрешено полностью!
Такое решение предложил П.Н. Яблочков. На контрольный ответ можно было выйти и с помощью приемов: «Матрешка» (прием 7) — отрицательный электрод расположен внутри положительного, в результате конструкция получается объемной (прием 17).
Над четвертой задачей вы еще думаете? Уже решили? Понятно, ведь пара намеков была сделана.
А все-таки разберем задачу еще разок, без «озарений», действуя по правилам. Прежде всего, как положено, разберемся, почему дуга падает вниз. А потому, что она все время находится между проводниками — наружными поверхностями электродов, которые имеют сопротивление. А так как электрическая цепь всегда стремится замкнуться по участку с наименьшим сопротивлением, то дуга сбегает вниз и останавливается у основания электродов — «на полу», который сделан из изолятора.
Задачу можно решить разными способами. При нашей подготовке достаточно хорошего логического анализа: если поднять «пол» выше, то и дуга остановится выше. Поднимем «пол»-изолятор до верхних концов электродов — дуга загорится и никуда не упадет. Первая часть задачи решена: пространство между электродами нужно заполнить изолятором, и по мере сгорания электродов уровень «пола»-изолятора тоже должен понижаться. При идеальном решении — понижаться сам. Воздействовать на изолятор может только дуга, точнее, ее температура, других ресурсов нет.
Отсюда вторая часть решения: состав изолятора должен обеспечивать его сгорание со скоростью сгорания электрода. Подобрать такой состав специалисту по керамике — не проблема.
По свече Яблочкова остается задача 6 — самая сложная. Применим к ней АРПС. Так как условие уже фактически сформулировано, перейдем сразу к первой части.
Шаг 1. ТС для зажигания дуги состоит из электродов, керамического изолятора между ними и проволочной перемычки, замыкающей электроды. После первого включения свечи перемычка сгорает и, чтобы обеспечить повторное зажигание дуги, необходимо установить между электродами новую перемычку, но делать это каждый раз технически сложно.
Схема задачи:
ОФ — замыкание электродов свечи для зажигания дуги.
ПД — установка проволочной перемычки между электродами.
Заменим термин «проволочная перемычка» понятием «перемыкалка».
Состав системы — электроды, изолятор.
НЭ1 — невозможность повторного зажигания дуги.
СУ — установить новую перемыкалку.
НЭ2 — сложность установки новой перемыкалки.
Если устанавливать новую перемыкалку, то устраняется невозможность повторного зажигания дуги, но возникает сложность с ее установкой.
Если новую перемыкалку не ставить, то сложности с ее установкой не возникают, но сохраняется невозможность повторного зажигания дуги.
Шаг 2. Постановка изобретательской задачи.
Необходимо, не устанавливая каждый раз новую перемыкалку и тем самым не усложняя систему, обеспечить возможность повторного зажигания дуги.
Шаг 3. Оперативная зона (ОЗ): поверхность изолятора между электродами.
Шаг 4. Оперативное время (ОВ): Т = Т1 + Т2 + Т3, где конфликтное время Т1 — время включения дуги (сгорания перемычки); Т2 — время от выключения дуги до ее повторного включения; Т3 — время горения дуги.
Шаг 5. М-ФП: промежуток между электродами должен быть проводящим во время поджигания дуги и непроводящим во время ее горения.
Шаг 6. μ-ФП: в промежутке между электродами должны быть проводящие частицы вещества во время поджигания дуги, и таких частиц не должно быть во время ее горения.
Шаг 7. ИКР: Система должна сама обеспечивать наличие проводящих частиц вещества между электродами во время поджигания дуги и непроводящих — во время ее горения.
Как же обеспечить выполнение ИКР? Рассмотрим детально процесс горения дуги после ее первого поджигания: от высокой температуры образуются пары электродов и обмазки-изолятора. После того как дугу погасили, легкие фракции паров улетучились, а тяжелые осели, в том числе и на поверхность изолятора между электродами. Значит, есть слой, нужно только, чтобы он «стал проводящим».
Прокрутим эту цепочку обратно: слой образуется из паров, пары — из материалов электродов и обмазки. Значит, в этих материалах должны быть элементы, которые, сгорая (может быть, реагируя друг с другом в процессе горения при высокой температуре), образуют пары, которые могут осесть и создать тонкую проводящую пленку. Даже не сплошную. Электрики хорошо знают, что пробой воздушного промежутка, особенно на поверхности какого-либо материала, может проходить по «мостикам» из проводящих участков. Именно это свойство использовал Яблочков. Немножко физики, немножко химии...
...И НЕМНОЖКО ГЕОМЕТРИИ
— Как строят высокие башни? — спросили однажды Ходжу Насреддина.
— Очень просто, — ответил лукавый Насреддин. — Сначала копают глубокие колодцы, а потом выворачивают их наизнанку.
Они появляются совершенно неожиданно, эти варианты, когда достаточно изогнуть, вывернуть наизнанку, сложить в «гармошку» или в «матрешку», использовать сферичность... И решение, которое на первый взгляд требовало применения сверхъестественных эффектов, в ваших руках.
Как, например, измерить высоту пирамиды Хеопса? Очень просто, говорил Фалес из Милета (625–547 гг. до н.э.): «Когда тень от палки станет равной ее длине, длина тени пирамиды будет равной ее высоте».
А что говорят в нашей эре?
Первый намек на применение геометрического эффекта проскочил еще в задаче Робинзона Крузо, когда мы рассматривали лодку как качели. С точки зрения механики качели — это обыкновенный рычаг: на одном конце груз, на другом конце — сила, а между ними — точка опоры.
В задаче о капризной качалке Сережа Швенк (см. гл. 13), только изменив форму емкости для расплавленного металла, избавился от специального подвижного груза в противовесе качалки.
