Здесь следует отметить, что понятие «изменяемый параметр», участвующий в описании ТП — это не только количественные изменения в системе (например, увеличить, уменьшить), но и качественные изменения, наличие или отсутствие каких-то условий.
Понятие «функциональное свойство» (см. рис. 7.1) в данной задаче следующее:
Ф1 — условия проведения испытаний;
Ф2 — сохранение (неразрушение) стенок камеры.
В этой задаче целесообразно обратиться к формулированию ИКР — того идеального образа, к которому нужно стремиться.
ИКР: Жидкость сама нужным образом воздействует на образец и не оказывает вредного воздействия на камеру.
Достижению ИКР мешают реальные условия.
ФП: Жидкость должна быть агрессивной для образцов, чтобы достичь целей испытаний и не должна быть агрессивной для стенок камеры, чтобы они не разрушались.
После такой формулировки, естественно, возникает задача: «Как сделать так, чтобы жидкость, находясь в камере, не воздействовала на ее стенки агрессивно?»
Коррозия стенок камеры — это нежелательный эффект (НЭ). Следует обратить внимание, что после формулирования ФП задача получает другую направленность — не бороться с НЭ, а не допустить его появления.
Из противоречащих высказываний видно, что диктуемые требования относятся к объектам, которые расположены в разных точках пространства — агрессивная для образцов и не агрессивная для стенок камеры.
Таким образом, приходим к мысли, что противоречие можно разрешить в пространстве.
Ресурсы для изменения системных свойств объекта:
— изменение изделия или инструмента;
— введение веществ, полей;
— изменение формы компонентов системы.
Основное требование для проведения испытаний — жидкость должна контактировать с образцами.
Возможные решения
Каждый образец с жидкостью изолируется от камеры, например, устанавливается в сосуд или мешок, сделанный из пленки. Эти дополнительно введенные компоненты должны быть сделаны из материалов, которые выдерживают действие жидкости и температуры, при которых проводятся испытания.
При этом можно добиться дополнительного эффекта, чтобы стенки камеры не взаимодействовали с парaми агрессивной жидкости.
Жидкость удерживается самим образцом. Для этого его надо сделать с полостью.
Следует отметить, что препятствием для получения последнего решения является заданный в условии задачи ВПИ, который создается тем, что испытуемый образец называется кубиком.
Задача 7.3. При наклеивании новых обоев из стен удаляют шурупы, на которых крепились ковры, книжные полки и т. д. Возможно, что придется вернуть некоторые предметы на старое место. Как найти отверстия в стене?
ТП: Чтобы найти отверстие, нужно на обоях сделать какую-то метку, например, вставить в отверстие спичку, которая при наклейке обоев проткнет их и будет выступать. Это неважно, если точно известно, что это отверстие будет использовано. А если неизвестно, какие отверстия понадобятся, а какие нет, то это портит внешний вид стены.
Таким образом, необходимо предложить простой способ отыскания отверстий в стене после наклейки обоев, но такой, чтобы внешний вид стены не был испорчен.
ФП: Метка на стене должна быть, чтобы знать, куда вставить шуруп, и метки быть не должно, так как она портит внешний вид стены.
Из этой формулировки, естественно, формулируется задача, что метка должна быть такой, чтобы ее не было видно.
Из формулировки ФП видно, что противоречащие требования к метке относятся к различным моментам времени. Метка должна появляться только тогда, когда в ней возникает потребность, а когда такой потребности нет, то нет и метки.
Система: стена, обои, отверстия в стене (пустые или с установленными в них вставками — пластмассовыми или деревянными).
Следует вспомнить, что разрешение противоречия во времени предусматривает введение в имеющуюся систему веществ, полей или того и другого, а также использование приема динамизации компонентов и связей между ними. Все эти мероприятия приводят к изменению системных свойств. Какие из перечисленных ресурсов можно использовать для решения задачи?
Для поиска ресурсов сначала нужно понять, какими свойствами обладают компоненты системы, которые проявляются в связях между ними или с компонентами надсистемы. Если эти свойства не удается использовать, то подумать, как их усилить или изменить.
Если отверстие большое и примерно известно его расположение, то можно, ощупывая пальцами стенку, найти место, где обои прогибаются. Можно найти место отверстия, постукивая легким предметом по стенке. Там, где пустота, — будет другой звук. Но это все сложно.
Поэтому нужно подумать, какие вещества и поля можно ввести в имеющуюся систему.
Возможные решения
В отверстие установить маленький магнит или намагнитить шуруп и завернуть его до конца, вровень со стенкой. Для поиска этого магнита использовать железные опилки. Как? Например, перемещать полиэтиленовый пакетик с опилками и смотреть, как они будут себя вести.
Можно в отверстие поместить железосодержащую деталь (гайку, гвоздь) и использовать намагниченные опилки.
А если известно, что этот поиск нужно будет сделать в ближайшие дни, то заложить в отверстие ватку, смоченную валерианкой и использовать кошку?
Задача 7.4. На одной из метеостанций требовалось зимой, в лютые морозы четыре раза в сутки опускать в прорубь приборы для замеров параметров воды и взятия пробы. Работа осложнялась тем, что прорубь через 2? 4 ч полностью замерзала и ее приходилось ломом пробивать заново. Никаких сложных механизмов на метеостанции нет. Как освободить работника метеостанции от ручной работы по пробиванию проруби?
Следует обратить внимание на то, что в условии задачи присутствует ВПИ. В задаче дается ориентировка на создание устройства по пробиванию проруби.
Поэтому целесообразно дать эту задачу для самостоятельного решения. Посмотреть, в каком направлении будут сделаны попытки ее решения. Затем провести анализ сделанных попыток, выяснить причины неудач. Чаще всего это связано с тем, что задачу пытаются решать методом проб и ошибок, не применяя предлагаемый подход, через формулировку противоречия и определения приемов его разрешения.
Часто учащиеся начинают решать задачу, не вникнув полностью в условия, не поняв до конца физические процессы, происходящие в описываемом явлении. А это весьма важно для поиска ресурсов при решении задачи. Поэтому целесообразно выяснить, насколько глубоко учащиеся вникли в существо происходящих явлений, и эту часть задачи разобрать более подробно.
Охлаждение воды происходит за счет конвективного теплообмена с холодным воздухом и за счет испарения.
Усиливают охлаждение воды низкая температура воздуха и ветер.
Препятствует охлаждению воды конвективный теплообмен в толще воды. Известно, что вода максимальную плотность имеет при температуре около 4 °C. Поэтому вода, охладившись до этой температуры, как имеющая бoльшую плотность, опускается вниз. Снизу поднимается более теплая вода.
