И тут появился изобретатель

Задача 19. Полигон-универсал

На заводе, выпускавшем сельскохозяйственные машины, был небольшой полигон — участок земли, обнесенный забором. На полигоне испытывали новые конструкции машин — как они трогаются с места, как разворачиваются. И вот стало известно, что в ближайшее время заводу предстоит выпускать машины для многих стран, причем каждой из этих стран нужны машины, рассчитанные на разные почвы.

— Нужно сто сорок полигонов, — сказал директор инженерам, собравшимся у него в кабинете. — Где мы возьмем столько места?

— И столько денег, — добавил главный бухгалтер. — Нет, это просто нереально — строить сто сорок полигонов! Положение безвыходное…

И тут появился изобретатель.

— Безвыходных положений нет! — воскликнул он. — Один универсальный полигон может заменить сто сорок. Для этого нужно…

Что для этого нужно — как вы думаете?

Надеюсь, вы не станете предлагать: разделить один полигон на 140 мелких (заводской полигон очень невелик);

возить машины для испытаний в разные страны (каждую новую машину приходится испытывать десятки раз; представляете, какие потребуются расходы?);

менять почву на полигоне так, как меняют арену в цирке (140 передвижных «арен» — это гигантское сооружение);

замораживать и размораживать почву (это слишком медленно);

вывозить и привозить разные виды грунта (это медленно и очень дорого)…

Подобные идеи дают выигрыш в чем-то одном. Но ведут к проигрышу в другом. А нам надо преодолеть техническое противоречие: научиться менять свойства почвы на полигоне, не расплачиваясь за это недопустимым усложнением, удорожанием, увеличением полигона.

Давайте, прежде всего, запишем условия задачи. Что дано? Дана почва, обозначим ее буквой В1 (вещество). Нужно научиться управлять свойствами В1, действуя на В1 какими-то силами. Обозначим эти силы буквой П (поле сил). Получается такая схема:

Полей в физике известно четыре: гравитационное, электромагнитное (в частности, электрическое и магнитное поля) и два поля ядерные — так называемые слабые и сильные взаимодействия. В технике применяют еще и термины «тепловое поле», «механическое поле». Итак, шесть полей. Сразу отбросим ядерные поля: нам ведь нужно очень простое решение задачи. Отбросим и гравитационное поле: управлять силой тяжести наука пока не научилась.

Остаются три поля. Теперь понятно, почему задача трудная. Почва не отзывается на действие электромагнитных сил и очень неохотно отзывается на действие механического и теплового полей. Отчетливо видно физическое противоречие: поле П должно действовать на вещество В1 — этого требуют условия задачи — и поле П не должно действовать на вещество В1, ибо имеющиеся в нашем распоряжении поля плохо управляют свойствами данного вещества. Такое противоречие встречается во многих задачах. И преодолевают его обычно одним и тем же путем. Если нельзя обеспечить прямое действие П на В1, надо пойти в обход. Пусть поле П действует на вещество В1 через какое-то другое вещество В2, которое хорошо отзывается на действие того или иного поля:

Действие есть (в обход) и действия (прямого) нет…

Допустим, мы решили использовать магнитное поле. Каким в этом случае должно быть вещество В2? Ответ очевиден: надо взять ферромагнитное вещество, скажем, железный порошок, который легко смешивается с В1. Намагниченные частицы притягиваются друг к другу. Чем сильнее магнитное поле, тем больше и силы притяжения. Смесь «почва плюс ферромагнитный порошок» в сильном магнитном поле может приобрести прочность гранита. И может быть рыхлой и подвижной, как песок в пустыне…

Итак, если в какое-то вещество добавить железный порошок, то с помощью магнитного поля можно легко менять свойства этого вещества, управлять им — сжимать, растягивать, изгибать, перемещать и т. д. Теперь у вас, кроме восьми приемов, еще два комплекса приемов: сочетание «раздробить-объединить» и сочетание «добавить магнитный порошок и действовать магнитным полем». Причем это последнее сочетание обладает исключительной силой. Вот несколько примеров.

Танкеры иногда сбрасывают в океан воду, загрязненную нефтью. За это полагается крупный штраф, но как доказать, что нефть сброшена именно с данного корабля? Недавно был предложен остроумный способ. При погрузке в нефть добавляют мельчайшие магнитные частицы (для каждого корабля — частицы с определенными магнитными свойствами). Обнаружив в океане нефтяное пятно, патрульный корабль берет пробу нефти и по магнитным меткам легко находит виновного в загрязнении воды.

При изготовлении древесностружечных плит желательно, чтобы продолговатые стружки располагались не как попало, а по длине плиты, это повышает ее прочность. Но как это сделать? Ведь не будешь поворачивать каждую стружку вручную… Изобретатели предложили использовать магнитный порошок. Частицы порошка прочно вцепляются в каждую стружку, а магнит поворачивает стружки так, как нужно.

Можно заставить магнитный порошок прицепиться и к волокнам хлопка. Это намного упростит прядение и ткачество, волокна будут подчиняться действию магнитных полей. Потом частицы порошка нетрудно смыть — качество ткани не ухудшится.

Если добавить магнитные частицы в состав, из которого делают головки спичек, получатся «омагниченные» спички — их легко укладывать в коробки. Вообще, добавка магнитных частиц в любое изделие часто помогает автоматизировать укладку.

А теперь очень легкая задача. Собственно, она нисколько не легче задачи об испытательном полигоне. Но вы должны решить задачу без всяких затруднений.