Нурали Латыпов - Инженерная эвристика

• Название: Инженерная эвристика
• Автор: Нурали Латыпов
• Жанр: Техническая литература

В книге представлены классические и новейшие — от эвристических до логических — методы активизации инженерно-технического мышления. Авторы демонстрируют междисциплинарный подход к решению изобретательских задач и тренингу интеллекта на основе универсальных языков. Последовательность в решении научно-технических проблем достигается методом выявления и разрешения противоречий. При этом формулировка проблемы в виде парадокса оказывается сильнейшим стимулом для развития творческой мысли.

Книга содержит более 170 вопросов и задач, на которых заинтересованный читатель может проверить качественный уровень собственного мышления, а в случае затруднений — обратиться к приводимым решениям и ответам. Многие из этих задач озвучены авторами в 2011–2012 гг. в ходе семинаров и тренингов в рамках проекта ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «Академия молодого инноватора», на интеллектуальных состязаниях молодых специалистов компании.

Рекомендуется инженерам, преподавателям и учащимся инженерно-технических и естественнонаучных специальностей вузов, инновационно ориентированным молодым специалистам производственного и исследовательского комплексов, а также всем читателям, заинтересованным в формировании у себя эффективного, продуктивного, действенного мышления, достижении нового интеллектуального уровня развития.

---

№ 3

В порту Санкт-Петербурга вода пресная (в этом виновата полноводная Нева и мелководная Балтика). Плотность её можно принять за единицу. В Бискайском заливе вода солёная, её плотность — около 1,03. Согласно закону Архимеда, в Бискайском заливе по сравнению с Санкт-Петербургом корабль тех же размеров при той же осадке может быть на 3 % тяжелее. А если полезный груз составляет только половину всей массы корабля, то 3 % от массы всего корабля составляют 6 % полезного груза. После того как корабль в Санкт-Петербурге нагружен до ватерлинии, можно прибавить еще 6 % груза (считая уже размещённый груз за 100 %).

Часто для облегчения расчётов при погрузке на корпус корабля наносят две ватерлинии, одна из которых соответствует пресной речной воде, вторая — солёной морской (Маковецкий, 1984, № 98).

№ 4

Остывание нагретого тела происходит тем сильнее, чем больше разность температур между этим телом и окружающей средой, посему выгоднее остудить воду, а потом положить лёд.

№ 5

Потому что отражение света от стен всегда больше, чем от прозрачных, то есть пропускающих свет, окон.

№ 6

Давление стен на фундамент (и на грунт) зависит от веса стены и прилегающей к ней части здания. Под действием веса здания происходит уплотнение (усадка) грунта. Если бы здание строилось неравномерно по высоте, то происходило бы неравномерное оседание грунта под ним. А это могло бы привести к авариям (Тульчинский, 1976, № 108).

№ 7

Конструктивное решение. Чтобы смычок не задевал корпус инструмента при игре на крайних струнах.

№ 8

Если речь идёт об одной и той же воде с одним и тем же содержанием солей, то не будет, поскольку неизбежны тепловые потери при передаче тепла от кипящей воды через стенки плавающей кастрюли к воде, которая за ними содержится. Однако если вода снаружи содержит больше солей, чем вода внутри плавающей кастрюли, то кипение возможно.

Повышение температуры кипения воды при увеличении концентрации соли в ней можно объяснить образованием дополнительных связей между молекулами воды и ионами соли. Поэтому увеличивается потенциальная энергия их взаимодействия и, как следствие, для начала процесса кипения должна увеличиться и средняя кинетическая энергия молекул. Именно поэтому для кипения необходимо повышение температуры воды. А для свободной от солей воды требуется меньшая температура начала кипения.

Более того, если в кастрюлю с кипячёной водой поставить кастрюльку с сырой водой и нагревать, то вода в маленькой кастрюльке закипит быстрее. Температура кипения кипячёной воды выше, чем для сырой.

№ 9

Сферические и овальные яйца катились бы по прямой. Асимметричные же яйца, у которых один конец тупее, а другой острее, при скатывании стремятся катиться по кругу. Если яйцо лежит на краю обрыва или в другом ненадёжном месте, стремление катиться по кругу, а не по прямой — большое преимущество. Сама природа в ряде своих построений решила, что асимметрия выгоднее симметрии в конструктивном плане.

№ 10

Трудно жить под гнётом инерции мышления. Летающий объект живой. Груз — либо нектар, либо пыльца. Речь идёт о пчеле[108].

№ 11

Начнётся интенсивная реакция, сопровождающаяся выделением белых паров. Это бензин, поэтому горелку под колбой лучше погасить, ведь мы не предусмотрели отвода бензиновых паров через холодильник в приёмник. В тяжёлые годы экономической разрухи, когда Советская Россия была отрезана от нефтеносных районов и остро нуждалась в авиационном моторном топливе, академик Н. Д. Зелинский наладил производство бензина из тяжёлых низкосортных нефтепродуктов, применив хлористый алюминий в качестве катализатора (Николаев, 1961, С. 53).

№ 12

«По-видимому, никто из организаторов производства в то время не удосужился разобраться в химическом процессе нейтрализации хлора гипосульфитом. Как известно, реакция при этом идет следующим образом:

Na2S2O3 * 5H2O + 4 Сl2 = Na2SO4 + H2SO4 + 8 НСl.

Образовавшиеся серная и соляная кислоты в свою очередь реагируют с гипосульфитом с выделением серы и сернистого газа.

Na2S2O3 + 2 НCl = 2 NaCl + H2O + SO2,

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + SO2 + S.

Таким образом, если бы маска, пропитанная одним гипосульфитом, и достигала своей цели — защиты от хлора, то всё равно должно было бы наступить отравление сернистым газом, попадавшим в дыхательные пути с воздухом, прошедшим через маску. Эта ошибка была обнаружена химиками, к тому времени уже выехавшими на фронт..

Уже летом 1915 г. рецепт пропитки был изменен, и в нее была введена сода (в достаточном количестве), а также и глицерин как предохраняющее средство от быстрого высыхания маски. Тогда же было организовано производство сухой смеси солей, из которой изготовлялась простым растворением пропитывающая жидкость. Такая смесь доставлялась на фронт в запаянных жестяных коробках, причем содержимого каждой из них было достаточно для пропитки 100 масок. К началу 1916 г, когда армия в большинстве своем была снабжена лишь влажными масками, выяснилось, что немцы применяют фосген… Пропитка масок гипосульфитом совершенно не гарантировала защиты от фосгена, и поэтому приступили к поискам специальных средств для дополнительной пропитки маски. После испытания некоторых случайных средств <…> в Московском техническом училище „вспомнили“ об уротропине, полученном впервые A. M. Бутлеровым за полвека до Первой Мировой» (Фигурновский, 1942).

№ 13

При «разведённой» пиле пропил имеет ширину, большую толщины полотна пилы. Этим уменьшается трение движущейся пилы о стенки пропила (Тульчинский, 1976, № 64).

№ 14

Если мокрые листья салата посолить заранее, то концентрация соли внутри и вне листьев будет различной. Из-за разности осмотических давлений раствор соли как бы отсасывает (или выдавливает) соки из салата. Вследствие этого листья увядают, салат становится невкусным. Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют). Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление.

№ 15

Это бытовое наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Потребная для растворения сахара теплота заимствуется от кипятка, а вата нерастворима (Ландсберг, 1956,т. 1, С. 442).

№ 16

Руководитель сапёрной группы распорядился срочно привезти с ближайшего завода ёмкости с жидким азотом. Им стали поливать бомбу, и когда холод распространился по механизму, тот остановился. Температура жидкого азота — минус 193 °C. Сильный холод и замедляет химические процессы, и может остановить любой механизм, не подготовленный для работы при низких температурах; замерзает смазка, попавшие внутрь пары воды, изменятся размеры некоторых деталей, где-то что-то заклинит..

№ 17

Вода смачивает стекло, ртуть — нет. Чтобы можно было отмерять ртуть каплями, пузырёк должен быть из олова, цинка, золота или других металлов (Тульчинский, 1976, № 83).

№ 18

Лягушки не видят неподвижные объекты, они реагируют лишь на перемещающиеся. Лягушка будет голодать и может даже погибнуть среди съедобных для неё, но неподвижных животных. Множество парадоксов такого рода можно найти в книге «Физика в живой природе» (№ 347).

№ 19

Сравним куриное яйцо с подводной лодкой. У них много общего. Ведь субмарина погружается в пучину морскую или всплывает на поверхность в зависимости от своей плотности. Её регулируют принудительно. В специальные полые цистерны на лодке впускают забортную воду, тогда средняя плотность судна становится больше, и оно погружается. Для всплытия воду вытесняют обратно сжатым воздухом. При длительном хранении содержимое яйца высыхает, то есть объём воздуха внутри яйца увеличивается, и его средняя плотность уменьшается (Эльшанский, 2000, С. 21).

№ 20

Отклонение вращающегося обтекаемого тела от траектории связано с противодействием встречного (потока) воздуха. Его подъёмная сила отклоняет и снаряд, и мяч, воздух закручивается около летящего тела и вносит свою лепту в распределение действующих сил. В аэродинамике это называется эффектом Магнуса (Ландсберг, 1956, т. 1, С. 315).

№ 21

При соприкосновении с пальцами поверхность лезвия становится жирной. Так как жир водой не смачивается, над лезвием слой воды отсутствует, и лезвие плавает «по закону Архимеда», а вес лезвия уравновешивается силой давления воды снизу. В случае чистого, обезжиренного лезвия, вода растекается по нему и увлекает на дно, нарушив «равновесие» (Ландсберг, 1956, т. 1, С. 406, 522).

№ 22

Нет такого места: ртутный столбик не может опуститься ниже 38 градусов мороза, когда замерзает ртуть.