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.

---

№ 61

Если тело не перемещается относительно воды, двигаясь вместе с потоком горизонтально, то действия трения со стороны воды нет. Поскольку поверхность реки наклонная, то сила тяжести (её составляющая, параллельная поверхности воды) будет разгонять тело, пока не произойдёт уравновешивания силой трения. При этом тело будет плыть со скоростью большей, чем скорость течения. Но не стоит забывать, что течение имеет профиль и меняет его как в зависимости от ширины течения, так и глубины. Скорость увеличивается ото дня до поверхности и от берегов к середине реки. Таким образом, тело будет плыть по наклонной плоскости со скоростью больше минимальной скорости воды в реке, но всё же меньше максимальной. Тело не материальная точка, и будет тормозиться (разворачиваться и тереться о воду) за счёт своей пространственной протяжённости относительно меняющегося профиля течения (Задачник по физике журнала «Квант», № 95).

№ 62

Пар как на улице, так и в комнате при закрытых форточке и двери насыщен. Но температура на улице ниже, чем в помещении. Таким образом, давление пара на улице ниже, чем в комнате. При открывании форточки пар из кухни будет выходить наружу. То есть пар в комнате будет ненасыщенным. Бельё будет сохнуть быстрее (Слободецкий, Орлов, 1982, № 33).

№ 63

При беге центр тяжести человека испытывает вертикальные перемещения в значительной степени большие, чем при езде на велосипеде, когда тот, фактически, движется параллельно земле и ездок не затрачивает мощность на подъём центра масс. А сила упругости мышц человека бегущего должна быть равной или большей mg. Да и сила трения-качения шин меньше, чем сила трения подошв о поверхность (Там же, № 17).

№ 64

Нужно достать всего лишь один, любой, фрукт из коробки, на которой написано «апельсины и груши».

№ 65

На чём утром ходят, днём сидят, вечером отдыхают, а ночью спят?

По тому, как сформулирована задача, можно подумать, что речь идёт об одном и том же предмете. Но этого прямо не сказано. Преодолейте же барьер недоговорённости и назовите четыре разных предмета: пол (ноги), стул, диван, кровать (Кедров, 1987, С. 168).

№ 66

Загвоздка в следующем: «Как вы определите, что к чему притянулось? Ведь притягивается как железо к намагниченному железу, так и намагниченное железо к железу?» Значит, надо не просто приставить торец одного стержня к середине другого, а перемещать торец одного стержня относительно всей длины второго стержня, создавая переменное магнитное поле. И следить за поведением стержней. Есть вариант: положить стержень горизонтально на кончик другого стержня — намагниченный повернется подобно стрелке компаса, не намагниченный останется на прежнем месте в равновесии. Такое решение предложили молодые специалисты сборной команды филиалов «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» на интеллектуальных состязаниях под г. Нижний Новгород на открытии «Академии молодого инноватора». В качестве судей мы засчитали ответ, хотя вес стержней может помешать осуществить это на практике, но мысленный эксперимент вывел ребят на красивое решение.

№ 67

Пар повалит как на улицу, так и внутрь бани. Содержание паров воды в бане можно считать насыщенным. Точка росы при высокой температуре выше, чем при низкой. Если открыть форточку, то тёплый воздух ринется наружу. Пары воды, которые он унесёт с собой на морозе, сконденсируются. Человек с улицы увидит пары, поднимающиеся из форточки вверх. Через ту же форточку в баню будет проникать холодный воздух. Соприкасаясь со слоями встречного тёплого воздуха, холодный будет на границе между ними конденсировать водяные пары. Холодный воздух тяжелее тёплого, поэтому наблюдатель внутри бани увидит, что клубы пара из форточки «падают» на пол (Задачник по физике журнала «Квант»,№ 594).

№ 68

Поставим мысленный эксперимент. Что бы вы сами сделали, чтобы изготовить часы, не требующие механического завода? Где взять такой ресурс энергии, который бы действовал постоянно, в течение неограниченного времени, и сам бы «подзаводил» часы?

«Тепло, ветер, посетители, атмосферное давление. Тепло и ветер исключаются, так как часы расположены в закрытой комнате. Посетители могут открывать двери, давить своим весом на какие-то рычаги в полу. Но если их нет? Остаётся предположить, что использовались перепады атмосферного давления. Изменение высоты столба ртути большого ртутного барометра заводило часы» (Злотин, Зусман, 1991, № 34).

№ 69

«Чудеса» объяснялись довольно просто: картина была написана кобальтово-никелевыми красками. Во время показа Парацельс незаметно подогревал картину. Смесь хлористого кобальта с хлористым же никелем почти бесцветна. При её нагревании теряется содержащаяся в этих солях кристаллизационная влага, и цвет комплексного соединения сразу же меняется (Терлецкий, 1986).

№ 70

Молоко свернулось в пластмассовом ведре. Металлическое ведро сыграло роль экрана. Процесс сворачивания объясняется денатурацией белков молока, то есть изменением пространственной формы молекул белка. В молекулах действует несколько типов взаимодействия, включая электростатическое, по закону Кулона. Молоко можно принять за равновесную систему, но во время грозы воздух насыщается электрическими зарядами — электризуется.

По закону Шарля Кулона «сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению величины этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Если вспомнить школьный курс физики, то коэффициент этой пропорциональности записывается так:

где «эпсилон без нуля» — относительная диэлектрическая проницаемость среды. Она во время грозы растёт, сила кулоновского взаимодействия снижается, происходят пространственные превращения молекул белка.

Пластик — изолятор, зато металлическое окружение, особенно, если ведро поставлено на землю, — хороший «громоотвод». Экранный эффект не позволяет молоку преждевременно испортиться во время грозы. Ива нужна, чтобы исключить попадание в молоко дождя.

№ 71

Один из весьма красивых вариантов решения проблемы можно найти в журнале «Наука и жизнь», 1989, № 9. А как решить аналогичную задачу для условий российской тундры?

№ 72

Парадоксальный, но вполне научный ответ можно найти в мировом бестселлере — книге «Физический фейерверк» (Уокер, 1989, № 6.14,С. 153, 251).

№ 73

Разгадка этого «чудесного» явления дана в журнале «Наука и техника», 1987, № 11.

№ 74

Если сахар не размешан, то коэффициент преломления жидкости в сосуде меняется с глубиной, причём так, что у дна, где концентрация сахара самая высокая, он максимален. Когда луч от лазерной указки входит сосуд с небольшим наклоном вниз, он непрерывно загибается. Наклон луча увеличивается по мере того, как он входит в оптически более плотные слои с непрерывно меняющимся коэффициентом преломления и опять загибается (Уокер, 1989, № 5.17, С.120, 226). Обычно такого рода «школьный» опыт проводят с насыщенным раствором поваренной соли, в который сверху осторожно доливают воды. Концентрация вещества, соответственно, меняется с высотой «аквариума». Сверху концентрация соли существенно ниже, чем на глубине.

№ 75

Всё дело в том, что пузырьковый уровень заполнен диамагнитной жидкостью. Когда такую жидкость помещают в магнитное поле, внутри неё создаётся магнитное поле противоположного направления, и жидкость выталкивается из поля. Пузырёк воздуха будет сдвигаться к магниту, создавая иллюзию того, что воздух сам магнитен (Уокер, 1989,№ 6.20, С. 154, 251).

Послесловие

Читая эту книгу, с каждой страницей грустнел. Ибо всё меньше оставалось на мою долю. Авторы раскрыли все темы, способные заинтересовать меня настолько, чтобы я мог о них ещё что-то сказать в послесловии.

Более двух десятилетий я сам был инженером. Правда, в довольно специфической сфере — программировании. Условия работы программ контролируются несравненно лучше, чем других технических устройств. Поэтому мне была тогда полезна лишь очень малая доля приведённых в книге творческих приёмов. Но и этой доли хватило, чтобы сделать немало интересного и полезного.

Зато в моём давнем — с 1982 года — увлечении пригодилось куда больше творческих приёмов. Ведь интеллектуальные игры — постоянное решение задач, требующих свободного и разнообразного полёта мысли. Вопреки расхожему мнению, участникам этих игр нужна прежде всего не память, а умение думать. Вопросы этих игр строятся так, чтобы ответ можно было найти, отталкиваясь от общеизвестных сведений, но идя по нетривиальным путям размышления. В книге приведено много примеров таких вопросов. Да и методы коллективного мышления в «Что? Где? Когда» и «Брэйн-ринге» практически те же, что и при решении сложных инженерных задач. Правда, в игре на решение отводятся считанные секунды — но и в реальной жизни хватает экстренных обстоятельств, требующих мгновенного ответа.