Различные примеры применения задачи «навыворот»

Содержание  реферата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Данный реферат  рассказывает об изобретениях, где машина, подобно сказочному оборотню, превращается в свою противоположность; такова одна из сложных мыслительных фигур, приводящих к изобретениям. 
Раз Ходжа Насреддин с приятелем попал в город Конию. Очень поразили путников высокие, тонкие минареты, которых много в этом городе. Приятель спрашивает:

Никак не могу понять, как их строят?

Проще простого,— отвечает лукавый Ходжа.— Роют глубокий колодец и выворачивают его наизнанку!

Хотел человек пошутить, сказал чепуху и сам не знал, что вышла правда. Из колодцев, конечно, башен не делают. Но бывали такие примеры в истории больших изобретений, что невольно приходят на ум минарет и колодец Ходжи. Имеется привычная, давно всем известная вещь. Поглядят на нее с необычной стороны, вывернут наизнанку, и нежданно является могучее изобретение. 
1. Различные варианты применения задачи «навыворот».

1. Водяное колесо

В южных краях, где жили культурные люди в древние времена, воды для посевов не хватало, так что приходилось орошать поля искусственно, подавая воду из речек.

Для этого издавна применяли водоподъемные колеса. Ставили в речку большое деревянное колесо с ковшами по ободу. Колесо вертели волы и люди, и ковши один за другим зачерпывали воду, подымались кверху и один за другим опрокидывались в желоб, укрепленный наверху. А из желоба вода самотеком растекалась по оросительным канавам.

Путешествуя по Африке, я и в нынешние дни видел такие же водоподъемные колеса. Их вертели волы, ходящие по кругу, а волов погоняли хворостинами темнолицые ребятишки. Глаза волов были прикрыты чашками, чтобы от тошного мелькания одних и тех же предметов у вола не закружилась голова. А встречалось, что и люди трудились денно и нощно, в поте лица крутя водоподъемные колеса.

Когда-то, в древние времена, на реке оказалось на редкость упрямое колесо. Река была быстрая и бурная, под водой ковши шли против течения, и вода, ударяя в ковши, тащила их назад. Тужась из последних сил, человек, проворачивал рукоятку, загребая ковшами наперекор течению. Обессилев, он выпустил рукоятку.

И тут колесо будто взбесилось. Оно завертелось само. Тщетно человек пытался ухватить рукоятку. Как бы не так! Рукоятка больно била по рукам, отбрасывала его прочь. Колесо вертелось, как бешеное, но не подымало больше воды. Оно шло в обратную сторону, и ковши вверх дном подымались кверху. И, наверное, человек молил водяных богов, чтобы они урезонили колесо, снова заставили работать.

А быть может, он и не молил своих богов. Именно этот человек и был, возможно, великим изобретателем, который первым увидел двигатель во взбесившемся водоподъемном колесе.

«Колесо вертится само,— сверкнуло у него в голове,— тем лучше! Приделаю к нему еще несколько ковшиков. Да так, чтобы они зачерпывали воду и тащили ее кверху при вращении колеса. Тогда колесо само будет подымать воду!»

 

Он так и поступил. И колесо за него стало делать тяжелую работу. Не надо было ни волов, ни ослов, не надо было крутить тугую рукоятку. Речка работала сама, она сама подымала свою воду, и вода журчала, плескалась и булькала в желобе.

Пусть читатель, однако, не рисует на полях странички умилительную картину. Пусть не набрасывает карандашиком силуэт раба, возлежащего под пальмой и любующегося самодвижущим колесом. От того, что оказался изобретенным водяной двигатель, раб не перестал быть рабом. Изобретения при рабовладельческом строе не спасали человека от рабства, точно так же, как при капитализме никакие изобретения не избавляют рабочего от эксплуатации. Нужно разрушить эксплуататорский строй, чтобы освободить человека.

При рабовладельческом строе в рабе не видели человека, считая его «говорящим орудием», в отличие от безгласных машин — «немых орудий». Никакие трудовые подвиги, никакие технические усовершенствования не приносили счастья рабу. Потому, вероятно, и не слышно об изобретателях, вышедших из среды рабов. При любой возможности раб старался сработать похуже и с жестоким сладострастием портил, калечил, уродовал вещи. В том была, как известно, одна из причин падения рабовладельческого строя.

Но не об этом наш главный разговор.

Мы хотели бы обратить внимание, что и в дальнейшем изобретатели нарочно применяли навыворот водоподъемные машины, чтобы получить разнообразные водяные двигатели.

Удачно получилось с архимедовым винтом. Эту водоподъемную машину придумал величайший механик древности Архимед. Она походит слегка на теперешнюю мясорубку, одним концом погруженную в воду. В трубе вертится спиральный винт и гонит воду вверх точно так, как гонится мясо в мясорубке.

Впоследствии архимедов винт превратили в водяную турбину. Стали, наоборот, прогонять воду через трубу, и винт завертелся, словно крылья мельницы под напором ветра. Получилась отличная водяная турбина, которая неплохо работает даже при небольшом напоре воды.

2. Обратимость электрической машины.

На заре электротехники динамо-машины и электромоторы совершенствовали отдельно. Считалось, что это совсем различные машины, и к каждой нужен свой особый подход.

Но крупнейший ученый — русский академик Ленц путем опытов и математических рассуждений доказал, что динамо-машина и электромотор всегда сидят в одном теле и что динамо можно принудить вертеться, если пустить в нее ток, а электромотор заставить давать ток, если его завертеть.

Любители подчеркивать случайность великих изобретений приводят такой исторический анекдот. На Всемирной выставке в Париже один рабочий случайно подключил провода от работающей динамо-машины к другой, которая не работала. И та динамо, что не работала, вдруг завертелась. Динамо-машина превратилась в электромотор.

Серьезные историки техники прохладно относятся к этому анекдоту. Ему не находится подтверждения. Даже имя рабочего никому не известно.

Но такой факт мог быть. Рабочий мог подключить провода, даже не зная о том, что уже существуют на этот счет суждения выдающихся ученых. Когда возникает общественная потребность в изобретении,

одинаковые мысли приходят во множество голов — и профессорам и рабочим.

С тех пор как нашли, что динамо и электромотор — это машины-оборотни и одна из них легко превращается в другую, совершенствовать их стали вместе, словно одну машину.

Нас с детства учат: парта — это парта, дом — это дом, тетрадь — это тетрадь. Но не так все просто оказывается в мире. Водоподъемное колесо — это одновременно и водяное колесо, архимедов винт — это одновременно турбина, динамо — это одновременно электромотор. Словно две души живут в машине.

И счастлив тот изобретатель, кто разгадает в машине оборотня и заставит его работать людям на пользу.

 

 

 

 

 

 

1.3 Паровая машина. (Машины Папена, Ньюкомена, Уатта, Ползунова)

В конце XVII века одновременно нескольким ученым, жившим в различных странах, запала в голову мысль приспособить упрямый поршень воздушного насоса в качестве двигателя для откачки воды в шахтах.

Видно, крепко поприжала людей потребность в посторонней силе, если сразу в несколько голов за сотни километров друг от друга приходит одна и та же, такая необычная мысль.

Да и мысль-то на первый взгляд нестоящая.

Много ли сможет сделать поршень за короткий единственный ход от верха до дна цилиндра? Да и что за толк от такого хода! Перед этим приходится с силой оттягивать поршень назад — все равно, что заводить и спускать пружину.

Видно, многое передумали, многое перепробовали и отбросили люди, прежде чем сойтись на поршне воздушного насоса. Ничего другого, видимо, людям не оставалось.

В те времена для дальних странствий строились большие корабли, на полях сражения громыхали пушки. Широчайшее применение получило огнестрельное оружие. Для всего требовался металл.

Трудно даже вообразить, что представляло для средневекового человека-ремесленника получать, например, такие приказы: в марте—апреле 1652 года английское правительство приказало немедленно изготовить 335 пушек, а в декабре того же года объявило, что ему необходимо еще 1500 железных пушек общим весом 2230 тонн, 117 тысяч снарядов артиллерийских, 5 тысяч ручных гранат. Немедленно!

И агенты ездили по всей стране, стучали в двери всех мастеров. Но невозможно было удовлетворить столь неожиданный и столь колоссальный спрос. Легко сказать: добудь да отдай 2230 тонн железа, если все годовое производство железа в Англии в те времена едва достигало 20 тысяч тонн!

Для выплавки железа нужен был уголь. Его добывали в шахтах. Шахты заливало водой. Воду откачивали насосы.

Хорошо если тут же у шахты протекала река. Тогда насосы приводили в движение от водяных колес. Ну а если не было реки? Уголь не обязательно там, где река!

Тогда запрягали лошадей. Бывало, по 500 лошадей работают в шахте на откачке, и все-таки мощности не хватает'.

Потому и хватались ученые за соломинку, за упрямый поршень воздушного насоса, сразу в несколько рук, в разных краях.

Обратить воздушный насос, превратить его в двигатель взялся француз Дени Папен.

Вначале Папен поступил, на теперешний взгляд, по-смешному. С превеликим трудом откачал из бочки воздух, оттянул до предела поршень и заставил его при обратном ходе тащить за веревку поршень водяного насоса.

Получилась нелепица: все равно, что хватать самого себя через голову за ухо. Много легче было прямо тащить поршень водяного насоса. Надо было ухитриться получить в цилиндре пустоту без затраты человеческих сил.

Написал письмо коллеге, попросил совета. Был коллега иностранцем, но и ему упрямый поршень не давал покоя.

Получает письменный ответ: зарядить цилиндр, как пушку, порохом. Пристроить к нему фитиль. Вдвинуть поршень до самого дна, как снаряд. А затем фитиль запалить и глядеть, что получится.

Папен взял заряд как можно меньше. Поршень даже не вылетел из цилиндра, задержался у самого верха.

Папен сел и стал ждать. Цилиндр остывал. Раскаленные газы охлаждались, сжимались, уменьшались в объеме. Вроде бы действительно внутри цилиндра начинала получаться пустота. Поршень медленно полез внутрь. Его гнал туда наружный воздух. Поршень лез внутрь, и, если бы привязать к нему веревку, перекинутую через блок, он бы потянул за собой и поршень водяного насоса, откачивающего воду. Получался двигатель. Но какой!

После каждого выстрела и охлаждения, после каждого хода поршня цилиндр надо было перезаряжать: вкладывать заряд, поджигать фитиль. Когда надо работать— приставляй к машине артиллерийский расчет. Заряжай! Поджигай! Пли! И, живи Папен в наше время, обязательно придумал бы что-нибудь вроде пулемета. Но тогда до пулеметов было далеко.

Папен и сам понимал, что его машина не пойдет. Порох стоил дорого. Но не в этом была главная беда машины. Дело в том, что пороховые газы не сгущались, не оседали росой на стенках цилиндра при комнатной температуре. А поэтому настоящей глубокой пустоты в цилиндре не получалось. Поршень неглубоко влезал в цилиндр и замирал. Машина была маломощная.

Все-таки первый шаг был сделан. Как бы только избавиться от недостатков?

Как бы выдумать такой неистребимый порох, который бы после взрыва сам собой в том же цилиндре опять превращался в порох, и так без конца?

Блеснула мысль — вода! Нагреешь воду — пар! Остудишь пар — опять вода!

Вода, конечно, не порох: не горит и сама собой превратиться в пар не может, надо ее для этого подогреть.

Не беда! Папен взял цилиндр, похожий на кухонную кастрюлю, налил в него воду и поставил на плиту. В цилиндр был вставлен поршень. В поршне была маленькая дырка. Вода закипела, и пар вытеснил воздух через дырку из цилиндра.

Папен заткнул дырку палочкой и снял цилиндр с плиты. Пар охлаждался и оседал водяными каплями на стенках цилиндра. Внутри получалась пустота. Поршень лез внутрь под давлением наружного воздуха и дошел почти до самого дна, глубже, чем в пороховой машине.

Когда цилиндр охладился, внутри- получилась снова вода. Можно было снова нагревать цилиндр. Никакой перезарядки!

Только и забот, что подноси и убирай огонь.

Папен был рад несказанно. Вот он, двигатель! Огненная машина. Ставь к насосам — будет качать. Ни реки, ни лошадей, ни ветра, одна тут движущая сила — огонь. Хоть сейчас тащи на шахту, разводи костер. Уголь кучами лежит кругом.

Я был в маленьком старинном рыцарском французском городке Блуа — родине Папена. Побродил вокруг древнего замка и внезапно на вершине красивой лестницы увидел памятник Папену. Папен стоял на мраморном пьедестале, бережно прижимая к бронзовому боку свой паровой цилиндр. То был памятник человеку, который не изобрел паровой машины.

Про машину Папена рассказывают небылицы.

Говорят, что Папен построил пароход и плавал на нем по реке Фульде. И что злобные судовладельцы из зависти разбили его судно.

А на самом деле никакого парохода у Папена не было. Да и быть, конечно, не могло. Машина Папена была медлительна, как улитка.

Папен шел на все — разжигал огромный костер, раздувал мехами гудящее жаркое пламя. Ничто не могло расшевелить ленивую машину.

Все, чего мог добиться Папен в своей маленькой модели,— это заставить двигаться поршень со скоростью один ход в одну минуту.

И если бы сделать большую мощную машину, способную осилить шахтный насос, то часами, может быть, пришлось бы греть и остуживать цилиндр, чтобы один- единственный раз качнуть поршень шахтного насоса. Так работать не годилось. Поэтому машина Папена никогда и нигде на практике не работала.

 Многие изобретатели совершенствовали машину Папена, но наибольших успехов достиг лет пятнадцать спустя Ньюкомен — английский кузнец, а вернее, владелец кузнечного производства и торговец товаром, именуемым ныне метизами.

Ньюкомен стал, докапываться до причин медлительности машины, и многое из того, что представлялось вчера разумным и целесообразным, показалось ему сегодня неразумным и бессмысленным.