Генрих Альтов - Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач
На дистанции поле не должно ломать ионы, а у финиша поле должно быть иным - пусть ломает отрицательные ионы, пусть отбирает у них электроны (тогда из отрицательных ионов будут возникать положительные). Как это сделать? У нас уже была такая задача: в столбе воздуха не появлялись ионы (никто не изымал электроны у нейтральных молекул) при слабых полях (радиоволны) и происходила ионизация (шло изъятие электронов у нейтральных молекул) при появлении сильного поля (молния).
Итак, нужно неоднородное поле: у поверхности «финишного» электрода оно должно иметь местное усиление, своего рода «прибрежный риф», о который разобьется «ионный корабль», или гвоздь, на который натолкнется поднимающийся вверх воздушный шарик: натолкнется, лопнет... и пойдет вниз (уже в другом состоянии).
С точки зрения вепольного анализа модель задачи относится к классу 9: взаимодействуют поле и вещество, заменять эти элементы по условиям задачи нельзя (мы измеряем подвижность именно ионов и именно в электрическом поле); нужно обеспечить хорошее управление одним из элементов. Типовое вепольное преобразование: введение второго вещества, хорошо поддающегося управлению или превращающего поле П1 и П1. На «финишном» электроде должно быть вещество, которое превращает относительно слабое поле, общее для всей «дистанции», в местное сильное поле.
Итак, положительный электрод должен иметь «иглу» (или вообще только из иглы и состоять). Положительный потенциал надо подобрать так, чтобы напряженность у «иглы» была меньше начальной напряженности самостоятельного коронного разряда (такой разряд создал бы помехи), но больше критической напряженности, при которой распадаются отрицательные ионы. Вот, собственно, и все. В момент времени Т1, регистрируемый, например, с помощью электронного осциллографа, у внутренней поверхности отрицательного электрода создают сгусток отрицательных ионов, которые под действием поля начинают дрейфовать к положительному электроду. При подходе к нему ионы попадают в область сильного поля и там распадаются на электроды и нейтральные молекулы. Электроны ионизируют нейтральные молекулы газа, вызывая вспышку несамостоятельной положительной короны, в которой возникают положительные ионы.
Регистрируют момент времени Т2 образования этой вспышки, которая одновременно служит и индикатором поступления отрицательных ионов, и генератором положительных ионов, стартующих в момент времени Т2 в обратном направлении. Далее регистрируют момент времени Т3 прихода положительных ионов на отрицательный электрод и получают, таким образом, на одной осциллограмме три отметки времени, по которым определяют времена дрейфа отрицательных и положительных ионов.
Впрочем, это уже технические детали. Важно другое: решение такой задачи по АРИЗ не отличается от решения простых задач с банками, калькой или шлифовальным кругом. Лишь на самом последнем этапе - при переходе от физического решения к техническому - требуются специальные знания. Надо, например, знать, что распад отрицательных ионов может сопровождаться вспышкой. Пока это не отражено в таблице физических эффектов и явлений...
ЗАДАЧИ
Пять приведенных ниже задач надо решить по АРИЗ с шага 2.2 по 4.2. Основное внимание по-прежнему должно быть уделено ходу решения, точному выполнению шагов.
Задача 36
По трубопроводу перекачивают железорудную пульпу (взвесь железной руды в воде). Регулируют поток пульпы с помощью вентиля (задвижки). Но частицы руды, обладающие абразивными свойствами, быстро «съедают» задвижку. Как быть?
Задача 37
Существует способ групповой запайки ампул. 25 ампул, заполненных лекарством, устанавливают вертикально в гнездах металлического держателя (пять рядов по пять ампул). Сверху подводят групповую горелку (пять рядов по пять горелок). Над каждой ампулой оказывается горелка. Огонь запаивает капилляры ампул. К сожалению, способ имеет недостаток: пламя плохо регулируется. Оно то слишком большое, то слишком маленькое. Некоторые ампулы перегреваются, некоторые не запаиваются. Можно, конечно, пустить огонь на полную мощность. Тогда все ампулы запаяются, но в большинстве ампул от перегрева испортится лекарство. Можно, наоборот, пустить очень слабый огонь. Тогда ни в одной ампуле не испортится лекарство, но мнение ампулы не запаяются. Пробовали использовать перегородку - пластинку с дырками, прикрывающую ампулы. Однако если капилляры свободно проходят в дырки, то проходит и огонь. А если капилляры проходят в дырки без зазоров, сложно и долго вставлять ампулы в такую пластинку. К тому же она тоже нагревается и передаст тепло ампулам. Как быть?
Задача 38
Чтобы продемонстрировать равноускоренное движение под действием силы тяжести, используют наглядное пособие, состоящее из наклонной плоскости и скатывающейся по ней тележки. На тележке установлена капельница - сосуд с окрашенной жидкостью, вытекающей в виде отдельных капель через равные промежутки времени. Вдоль пути тележки укладывают бумажную ленту. Если тележка движется равномерно, расстояние между упавшими каплями на ленте одинаковое, если тележка движется ускоренно, расстояние между точками - каплями возрастает.
Чтобы продемонстрировать равноускоренное движение возможно нагляднее, нужно, чтобы на ленте было много капель - отметок, т. е. нужна очень длинная наклонная плоскость. Но длинная плоскость (даже складная, раздвижная и т. п.) неудобна.
Нужно сохранить схему прибора, но сделать так, чтобы при небольших размерах наклонной плоскости на ленте получилось побольше отметок. Увеличивать частоту падения капель нельзя - будем считать, что они и так падают одна за другой.
Задача 39
Известно и широко применяется нанесение покрытий на металлические поверхности (без тока) химическим способом. Его сущность состоит в том, что металлическое изделие помещают в ванну, заполненную горячим раствором соли металла (никеля, кобальта, палладия, золота, меди). Начинается реакция восстановления, и на поверхность изделия оседает металл из раствора.
Процесс проходит тем быстрее, чем выше температура. Но при высокой температуре раствор разлагается, металл выпадает в осадок на дно и на стенки ванны, раствор быстро теряет рабочие свойства, через два-три часа его приходится менять. До 75 % химикатов идут в отходы, это удорожает процесс. Применение стабилизирующих добавок не решает задачу. Как быть?
Задача 40
Информация из журнала «Изобретатель и рационализатор» (1976, № 6, с. 5): «Хорошее мясо тонет " - этот принцип положили в основу своего изобретения (а. с. № 485 380) Е. Г. Савран, Н. Ф. Панков и В. П. Стоянов из ВНИИ птицеперерабатывающей промышленности, предложившие таким образом студить о качестве мяса. Продукт последовательно погружают в раствор поваренной соли различной концентрации». Взяв это изобретение за прототип, сделайте следующее, более совершенное изобретение.
40 ОСНОВНЫХ ПРИЕМОВ
ЕСЛИ БЫ ДЕТЕКТИВЫ ЗНАЛИ...
Наверное, читателя уже трудно удивить парадоксальностью, присущей изобретательству. Но вот еще один парадокс: задача может быть трудна только потому, что она... проста.
Задача 41
Иностранная фирма выпускала химические продукты, в частности спирт, который отвозили на разные химические предприятия, в том числе на лакокрасочный завод, расположенный в пяти километрах от завода-изготовителя. Три-четыре раза в неделю приезжал грузовик, к нему прицепляли заполненную и опломбированную цистерну емкостью 10 м3, и грузовичок отвозил ее на лакокрасочный завод. Там спирт сливали, тщательно измеряя его количество, а цистерну возвращали заводу-изготовителю. С некоторого времени спирт стал исчезать: каждый раз обнаруживали недостачу в 15-20 л, а под рождество исчезло даже 30 л... Проверили дозирующую аппаратуру на заводе-изготовителе и заводе-получателе - все в порядке. Проверили цистерну - ни малейшей щелочки. Проверили пломбы у очередной цистерны, прибывшей на лакокрасочный завод, - все пломбы абсолютно целы... И снова недостает 20 л! Не так уж много, но ведь обид- но, да и опасно: не обнаружишь причину, исчезнут сотни литров...
Хозяин фирмы распорядился, чтобы цистерну везли в сопровождении охраны, - не помогло. Рассвирепевший хозяин нанял частных детективов, и те заняли наблюдательные посты на всем пути следования - не помогло...
Но однажды задачу удалось решить. Каков же, по вашему мнению, был ответ?
Решая эту задачу перебором вариантов, обычно начинают с «ревизии» условий: «А может быть, измерительная аппаратура была все-таки неточной?.. Или спирт испарялся из неплотно закрытой цистерны?.. Или шофер грузовика сговорился с охраной?..» Потом переходят к физике и химии: «Не мог ли спирт вступить в химическую реакцию с веществом, из которого сделаны стенки цистерны?.. Может быть, объем спирта менялся в связи с изменением атмосферного давления и внешней температуры?..» Между тем ответ очень прост, и, если бы приглашенные детективы знали типовые приемы устранения противоречий, они решили бы задачу, не устраивая слежки. Прием 10: действие, которое трудно совершить в данный момент, должно быть осуществлено до этого момента. Трудно похитить спирт из запечатанной и охраняемой цистерны, но никакого труда не представляет совершить это накануне, когда цистерна пуста и никем не охраняется: иди с ведром к пустой цистерне - никто не остановит... Злоумышленник так и делал: накануне он подвешивал ведро внутри пустой цистерны. На следующий день цистерну заполняли спиртом... и ведро тоже заполнялось. Потом цистерну везли на завод-получатель и сливали спирт. А заполненное ведро оставалось внутри цистерны. Когда пустая цистерна возвращалась на завод-изготовитель, охрана, естественно, снималась, и злоумышленник мог спокойно извлечь свою добычу.
