Владимир Петров - Решение нестандартных задач

Примечание: Этим шагом мы выбрали способ перевода газа только непосредственным соединением одного баллона с другим.

ИКР: А, Б

Газ «сам» полностью —( Б)(с тем же давлением и в том же количестве) переходит из одного баллона в два других, без использования( А) дополнительного оборудования ( компрессора).

ИКР: Простота — Полностью переводгаза.

ПС: C → А, анти-С → Б

Чтобы система не усложнялась, необходимо к баллону с газом непосредственно присоединить пустой (рабочий) баллон, но это увеличивает общий объем емкости, в которой находится газ (уменьшая его давление), что не позволяет газу перейти полностью.

Таким образом, « лишний » объем должен быть(свойство « C»), чтобы система была простая« A», и не должен быть(свойство анти-С), чтобы газ перешел весь « Б».

Примечание: напомним, что основное свойство газа — занимать весь предоставленный ему объем. Поэтому при присоединении рабочих баллонов газ расширяется, занимая весь объем баллонов, а давление уменьшается.

ПС 1: C → С 1, анти-С → анти-С 1

Чтобы не было« С» лишнего объема рабочий баллон не должен быть пустым (должен быть заполненным ) « С 1», и чтобы был объем для перевода газа« анти-С» рабочий баллон должен быть пустым « анти-С 1».

Подсоединяемые баллоны должны быть заполнены, чтобы газ не расширялся, и не должны быть заполнены(должны быть пустые), чтобы их можно было заполнить необходимым газом.

Примечание: На этом шаге мы точно сформулировали задачу.

Разрешение ПСи ПС 1

Разделение противоречивых свойств можно осуществлять:

— в пространстве;

— во времени;

— в структуре(изменяя структуру системы, в частности — агрегатное состояние ).

Итак, противоречивые свойства: рабочий баллон должен быть ПОЛНЫЙи ПУСТОЙ(заполненный и не заполненный).

В пространствеэто противоречие не разрешается .

Разделение указанных противоречивых свойств во временитребует, чтобы вещество , заполняющее рабочий баллон, постепенно освобождало место для газа , поступающего из транспортного баллона, и заполняло освободившееся место в транспортном баллоне.

Остается только выяснить, каким должно быть вещество, заполняющее рабочие баллоны. Для этого воспользуемся структурными изменениями вещества, изменяя его агрегатное состояние.

Вещество внутри рабочего баллона находится в газообразном состоянии, которое нас не устраивает. Значит, его можно сделать твердымили жидким.

Заполнить баллоны твердым веществом? Твердое монолитное вещество не обладает такими свойствами. Этим мы можем испортить баллоны. Можно конечно баллоны заполнить песком или льдом. Такое состояние в принципе может решить задачу, но оно достаточно неэффективно. Остается использовать жидкость.

Решение

Если рабочие баллоны заполнить жидкостью, не смешивающейся с газом, поместить их выше транспортного баллона, и соединить баллоны трубками, то газ (полностью и без компрессора) перейдет из транспортного баллона в рабочие (рис. 5.25). Идея изобретения найдена.

Рис. 5.25. Перекачка газа (решение)

Задача 5.19. Баллоны с кислородом

Условие задачи

Для создания нормальных условий жизнедеятельности экипажа кабина самолета выполняется герметичной. На случай ее разгерметизации самолет снабжается определенным запасам кислорода, который под давлением накачивается в тяжелые стальные баллоны. Таких баллонов требуется несколько десятков. Это значительно утяжеляет самолет. Как быть?

Разбор задачи

Краткая формулировка задачи

Обеспечить самолет запасам кислорода, не утяжеляя самолет.

Сформулируем для данной задачи два ПП.

ПП 1: анти-А

ПП 1: Нужно обеспечить жизнедеятельность( А) экипажа в разгерметизированной кабине самолета. Нежелательный эффект —при разгерметизации кабины самолета не обеспечивается жизнедеятельность( анти-А) .Требование А —обеспечение жизнедеятельностиэкипажа.

ПП 2: анти-Б

ПП 2: Стальные баллоны с запасом кислорода утяжеляют( анти-Б) самолет. Нежелательный эффект — утяжелениесамолета. Требование Б — обеспечение номинальной массысамолета или уменьшение ее.

ПТ: А — анти-Б

ПТ:Баллоны с кислородом обеспечивают жизнедеятельность( А) экипажа, но утяжеляют( анти-Б) самолет.

ПТздесь между ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ(требование А) и МАССОЙ (требование Б)самолета. Утяжеление — анти-Б.

Примечание: Начиная с противоречия требований мы можем упростить анализ, если будем дальше рассматривать только один баллон.

ИКР: А, Б

ИКР:Баллон не утяжеляет (Б)самолет , обеспечиваянормальную жизнеспособность( А) экипажа.

ПС: C → Б, анти-С → А

ПС: Масса баллона должна быть малой ( С), чтобы не утяжелять( Б)самолет, и большой (анти-С), чтобы обеспечить жизнедеятельностьэкипажа ( А).

Углубим противоречие свойств.

Сформулированное выше физическое противоречие можно еще больше обострить, выявляя первопричины. Почему баллон тяжелый? У него толстые стенки, чтобы выдержать высокое давление, под которым закачивается газ. Высокое давление должно быть, чтобы больше помещалось газа в баллон, для обеспечения жизнедеятельности экипажа.

ПС 1: C → С 1, анти-С → анти-С 1

Тогда можно сформулировать ПС 1,

ПС 1: Стенки баллона должны быть тонкие ( С 1) [в пределе нулевые] — малая масса( С), чтобы не утяжелять( анти-Б) самолет. Стенки баллона должны быть толстые ( анти-С 1), поэтому у баллона большая масса( анти-С) .Баллон выдерживает высокое давление газа.В баллоне помещается больше газа, чтобы обеспечить жизнедеятельность( А). Т. е. стенки у баллона должны бытьи не должны быть.