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.

Задача 14

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!

Задача 15

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.

– Между прочим, у тебя дома есть хотя бы в одном приборе деталь, которая специально сделана менее надежной, чем другие, чтобы выйти из строя, – хитро заявляет преподаватель. – Какая?

Таня сначала теряется, но потом начинает формулировать задачу. Зачем может понадобиться такая деталь? Разве только, чтобы не дать выйти из строя другим деталям? Да это же предохранитель!

Процессы согласования – рассогласования сопровождают систему от рождения до старости. Посмотрим на экране хроноскопа, как это происходит.

Вот родилась новая система. Карл Бенц в 1986 году поставил на трехколесную коляску мотор и получился автомобиль. Но он еще очень смешной и неуклюжий. Путь усовершенствования – согласование. Нужно согласовать коляску с мотором – придумать более подходящий для машины кузов, тормоза, управление. А дальше нужно согласовать автомобиль с окружающей средой. Когда в Лондоне было меньше десятка автомобилей, два из них умудрились столкнуться! Правила уличного движения – это правила согласования автомобиля с дорогой, пешеходами, другими автомобилями. Потом согласуется расписание движения автобусов с режимом работы и отдыха людей, с другими видами транспорта. Сложный и неизбежный процесс, в котором согласованию (и рассогласованию) подлежит все: ритмика, форма, размеры и материалы.

Первоначально процесс согласования идет с помощью специально вводимых согласующих элементов: коробка скоростей в автомобиле, шлюзы в каналах и т. п. Но закон повышения идеальности требует, чтобы согласование происходило само – и функции эти берут на себя другие элементы системы, а согласующие исчезают или начинают выполнять дополнительные полезные функции. На более высоком уровне развития систем появляется самосогласование: станок, сам выбирающий наилучший режим своей работы, самозатачивающиеся в процессе работы лезвия. Системы становятся изменяемыми, они приспосабливаются к работе в постоянно меняющихся условиях.

Это хорошо видно на другом экране хроноскопа. Он так и называется «Динамичность».

Задача 16

Чтобы хорошо «срезать» мяч, теннисная ракетка должна быть жесткой. А чтобы принимать сильные удары, подавать «крученые» мячи, ракетка должна быть мягкой. Как помочь теннисисту?

– Мы уже рассматривали такие противоречия несколько дней назад, – вспоминает Дима. – Они разрешаются разделением во времени. Когда нужно – ракетка мягкая, когда нужно – жесткая.

– Ракетка должна быть изменяемой жесткости, чтобы ее можно было перенастраивать прямо во время игры!

– Правильно. Это разделение во времени. И еще это решение диктуется законом повышения динамичности технических систем. Все системы рождаются жесткими, статичными, неизменяемыми, а потом… У первого планера, построенного Лилиенталем, даже не было системы управления – пилот поворачивал аппарат, перемещая центр тяжести собственного тела. Потом появились рули высоты и управления, убирающиеся шасси, катапультируемые сиденья, сбрасываемые баки, тормозные парашюты, разворачивающиеся крылья, отклоняющийся нос и еще множество изменяемых, регулирующихся, приспосабливающихся во время полета и на земле частей самолета. А в проектах есть уже самолеты с полностью гибкими крыльями, принимающими нужную в данный момент форму… Все видели дорожные знаки? Конечно, все.

– А как их сделать более динамичными?

– Пусть на них в зависимости от обстоятельств появляются разные изображения.

– Светящиеся в темноте!

– Меняющие цвет!

Некоторые из этих идей известны. Например, знаки на жидких кристаллах, меняющие цвет в зависимости от температуры и потому информирующие о возможности гололеда и других дорожных неприятностях. И указатели разрешенной скорости, «меняющие показания» в зависимости от погоды и времени суток. И развитие в этой области постоянно идет вперед.

Нелегко упасть с трехколесного велосипеда и непросто удержаться на двухколесном. Зато скорость у последнего существенно выше. И чем скорость выше, тем устойчивее он в движении. Такая устойчивость называется динамической. Издавна известно было противоречие в конструировании самолетов: если самолет обладает высокой устойчивостью, то есть хорошо сохраняет свое положение в пространстве, он безопасен, но не маневрен. Это хорошо для учебного самолета, но плохо для истребителя. А если устойчивость низкая, маневренность высокая, то малейшая ошибка в пилотировании или при посадке может привести к катастрофе. Устойчивость тем выше, чем дальше друг от друга расположены две точки в самолете – точка приложения сил и центр тяжести. Как быть?

– Менять положение центра тяжести, перемещая внутри самолета специальный груз.

– Перекачивать горючее в разные баки! В принципе эти решения можно использовать, но быстродействие и эффективность их малы. В последние годы появились самолеты, у которых устойчивости в обычном понимании вообще нет – предоставленный самому себе такой самолет моментально теряет курс. Но автопилот все время чуть-чуть шевелит рули управления, возвращая самолет на прежний курс. Это тоже динамическая устойчивость, как у двухколесного велосипеда. Такой самолет куда легче и маневреннее обычного.

 

Вечерние размышления

Ребятам сегодня было нелегко – материал сложный. Но постепенно все уложится. Конечно, было бы проще, если бы они умели конспектировать. Но школа воспитала почти патологическую ненависть к записыванию. Поэтому мы заранее готовим и размножаем для ребят материалы с основными сведениями по ТРИЗ. Сегодня раздали несколько листочков по законам развития. На них слов немного, но они служат опорными сигналами, мы используем идею донецкого учителя В. Ф. Шаталова.

При обучении взрослых тема законов – самая трудная. Нелегко многим бывает понять, поверить, что техника развивается закономерно. Всегда находится кто-то, затевающий бессмысленный спор: «Это не закон, а закономерность, потому что закон должен осуществляться всегда, а законы техники нередко нарушаются…» Иногда спор начинается из-за терминологии: можно ли это называть рассогласованием или это такое согласование, правильно ли считать использование порошков переходом на микроуровень… И другие придирки: требуют точных и четких определений, забывая, что это – привилегия развитой, достигшей своих высот науки, а ТРИЗ – наука молодая, она в становлении. Если бы с такими мерками в свое время подходили к Ньютону, кто знает, возможно «анализ флюксий» никогда не превратился бы в дифференциальное исчисление. Ведь с современных позиций понятие «флюксии» не выдерживает никакой критики. Насколько приятнее учить детей, которые стараются вникнуть в новое, а не спрятаться от него за высокоумными рассуждениями!