Прием 25. Принцип самообслуживания.

а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
б) Использовать отходы (энергии, вещества).

Адаптация: крыша сама должна себя обслуживать. Так как снег она не пропускает (по условию задачи), то обслуживание может заключаться в самоочистке от снега. У крыши должны быть элементы, помогающие ей очиститься от снега. Желательно за счет самого снега.

Решение: Сделать крышу из пружинящих лепестков. Падающий снег, накапливаясь, будет сжимать пружинистые лепестки, которые распрямляясь будут отбрасывать снег в сторону от крыши.

Прием 26. Принцип копирования.
а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.
б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).
в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

Адаптация: оптическая копия крыши - это голограмма. Голограмма выполняется с помощью лазерного луча. Если мощность луча достаточно велика, то такая "лазерная" крыша может плавить снег сама.

Решение: Крыша в виде лазерного луча, организованного в плоскость и имеющего достаточную мощность для плавления падающего снега.

Прием 27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности. Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

Адаптация: крыша должна стать одноразовой и уничтожаться после каждого снегопада.

Решение: Сделать крышу в виде ковра, к которому прилипает снег. После снегопада ковер со снегом скатать в рулон и отправить на снегоплавильную станцию или складировать до весны, а на крыше расстелить новый ковер.

Прием 28. Замена механической схемы.
а) Заменить механическую систему оптической, акустической или "запаховой".
б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся по времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру.
г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

Адаптация: применить для удержания снега электростатические или магнитные поля.

Решение: Перед подлетом снега к крыше его следует электростатически зарядить или намагнитить и далее удерживать или менять траекторию падения с помощью электростатических или магнитных полей.

Прием 29. Использование пневмо- и гидроконструкций. Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

Адаптация: использовать надувные конструкции крыши.

Решение: Сделать крышу в виде надувной подушки с постоянным давлением. В этом случае основную нагрузку будет держать газ, а нагрузка на оболочку, работающую только на растяжение будет заметно снижена.

Прием 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок.
а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

Адаптация: Так как исходная задача уже подразумевает крышу, как плоскость не имеющую толщины, применение этого приема "в лоб" не даст ничего нового. Значит надо посмотреть на ситуацию по-другому. Пленка - это не обязательно пленка вещества, это может быть пленка воздуха.

Решение: Установить по всей поверхности крыши сопла, подающие воздух. Снег будет или динамически поддерживаться в воздухе или сдуваться в сторону, если крышу или сопла наклонить.

Прием 31. Применение пористых материалов.
а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.)
б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

Адаптация: крыша должна быть пористой

Решение: Сделать крышу в виде натянутой сетки с ячейками имеющими размер, не позволяющий снегу проникнуть через них. Расход материала уменьшится.

Решение 2: Сделать толстую крышу из легкого пористого материала с крупными порами. Снег забиваясь в поры будет формировать массу, способную нести силовую нагрузку.

Прием 32. Принцип изменения окраски.
а) Изменить окраску объекта или внешней среды.
б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.
в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.
г) Если такие добавки уже применяются, использовать меченые атомы.

Адаптация: изменить окраску крыши или снега.

Решение: Если распылить на выпавший снег черную краску, то это будет способствовать быстрейшему его таянию под воздействием солнечных лучей.

Прием 33. Принцип однородности. Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

Адаптация: крыша должна быть сделана из снега.

Решение: Сделать крышу ледяной либо из первого выпавшего снега, либо предварительно соорудить ледяную конструкцию.

Прием 34. Принцип отброса и регенерации частей.
а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

Адаптация: крыша должна исчезать выполнив свою функцию - не дать снегу упасть на автостоянку. Тогда она должна исчезать вместе со снегом. Это похоже на непрерывный поток.

Решение: Пустить по наклонной крыше теплую воду, которая стекая, будет забирать с собой падающий на нее снег.

Прием 35. Изменение физико-химических параметров объекта.
а) Изменить агрегатное состояние объекта.
б) Изменить концентрацию или консистенцию.
в) Изменить степень гибкости.
г) Изменить температуру.

Адаптация: изменить агрегатное состояние снега.

Решение: Подогреть крышу и снег лежащий на ней, чтобы он превратился в воду. Тогда он сможет сам стечь с нее уменьшив нагрузку.

Прием 36. Применение фазовых переходов. Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.

Адаптация: Процесс уплотнения снега при его длительном лежании приводит к повышению плотности и прочности снега. Этот эффект можно использовать для поддержания прочности крыши.

Решение: Сделать крышу в виде толстой арочной конструкции с радиальными каналами. Снег заполняя каналы будет спрессовываться по мере приближения к геометрическому центру и станет способен выдерживать силовую нагрузку.

Прием 37. Применение термического расширения.
а) Использовать термическое расширение (или сжатие) материалов.
б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения.

Адаптация: можно использовать термическое расширение материала крыши для выравнивания нагрузки на нее.

Решение: Сделать крышу из двух листов с разным коэффициентом термического расширения. В результате выпадения снега температурное поле на крыше будет меняться и в крыше будут возникать напряжения, которые можно использовать для компенсации веса снега.

Приeм 38. Применение сильных окислителей.
а) Заменить обычный воздух обогащенным.
б) Заменить обогащенный воздух кислородом.
в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.
г) Использовать озонированный кислород.
д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

Основная цель этой цепи приемов - повысить интенсивность процессов.

Адаптация: можно повысить интенсивность таяния или растворения снега.

Решение: Подавать на поверхность крыши специальные химические реагенты, растворяющие снег или переводящие его в жидкое состояние.

Прием 39. Применение инертной среды.
а) Заменить обычную среду инертной.
б) Вести процесс в вакууме.

Адаптация: Понятие "инертный" означает - не реагирующий. Следует сделать снег не реагирующим с крышей, например, исключить или значительно ослабить силу притяжения или удельный вес снега. Это возможно, если превратить его в пар. Решение: При подлете снега к крыше следует превратить его в пар путем нагревания тепловыми или СВЧ установками.

Прием 40. Применение композиционных материалов. Перейти от однородных материалов к композиционным.

Решение: Сделать крышу из композиционного материала.

Представленные решения можно разделить на две основные группы: повышающие несущую способность крыши и уменьшающие снеговую нагрузку на крышу. Следует отметить, что в случае постановки задачи в формулировке "удерживать снег" вторая часть массива решений не была бы получена, несмотря на их дееспособность.

Очевидно также, что не все приемы давали одинаково действенные решения, а некоторые приемы приводили к решениям, похожим на другие. Для того, чтобы оптимизировать работу с приемами была построена "Таблица выбора приема устранения технических противоречий" в которой для разрешения конкретных видов противоречий рекомендовалось применять не все приемы, а только определенные.

Для выбора приемов с помощью таблицы необходимо определить два параметра: что мы хотим улучшить и что при этом ухудшается. Для этого вспомним ТП, записанное в начале разбора: "если толщину крыши сделать большой, то крыша удержит вес снега, но получится очень дорогой; если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится". Но в стандартной таблице выбора приемов нет терминов "толщина" и "стоимость". Значит, придется найти адекватные замены этим терминам с учетом особенностей рассматриваемой технической задачи. Сразу нужно отметить, что возможно несколько вариантов замены. Рассмотрим два из возможных.

Вариант замены терминов №1

Как было показано в предварительном анализе, эквивалентом стоимости может служить материалоемкость крыши. Термина "материалоемкость" также нет в таблице, но есть термин "объем неподвижного объекта". Если представлять крышу относительно монолитной конструкцией, то "материалоемкость", как вес материала может быть заменена "объемом неподвижного объекта" (крыши), считая плотность материала постоянной.

Термин "толщина", как линейный размер, может быть заменен на "длину неподвижного объекта".

Тогда получаем, что по условиям задачи надо изменить "длину неподвижного объекта" и при этом ухудшается "объемом неподвижного объекта". С помощью таблицы, определяем рекомендуемые приемы разрешения ТП: №№ 35, 8, 2, 14. Решения, получаемые с помощью этих приемов описаны выше.

Вариант замены терминов №2

Используем часть ТП "если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится". Термин "толщина", как и прежде заменяем на "длину неподвижного объекта". Термин "удержать вес" может быть заменен на "прочность", таким образом, у нас при изменении "длины" (толщины) ухудшается "прочность". Но в таблице не оказывается рекомендаций по разрешению такого противоречия. Требуется еще одна замена терминов.

В нашем случае термин "толщина", для подстановки его в графу "что требуется изменить", путем нескольких итераций может быть заменен на "объем неподвижного объекта". Интересно, что в предыдущем варианте этот термин использовался в разделе "что ухудшается". В результате, при паре нужно изменить "объем неподвижного объекта" и при этом ухудшается "прочность", получаем рекомендацию воспользоваться приемами №№ 28, 6, 32.

Легко заметить, что среди них нет ни одного приема из рекомендованных для предыдущего рассмотренного варианта выбора параметров подстановки №1. Получается, что в зависимости от выбранной адаптации задачи к терминам таблицы могут быть рекомендованы совершенно разные приемы даже для одного и того же технического противоречия. Отсюда следует, что к вопросу замены терминов задачи на термины, присутствующие в таблице, следует подходить внимательно и в случае неоднозначности пробовать все возможные варианты для получения большего количества решений. Правда, так можно очень быстро придти к тотальному перебору всех приемов.

Обобщая результаты можно сделать следующие выводы: 1.

Рекомендуемые приемы устранения ТП направлены на активизацию мышления и выход за пределы известных решений. 2.

Качество решений, получаемых с помощью приемов, зависит как от кругозора решателя, так и от его настойчивости. 3.

Корректность выбора рекомендуемых приемов устранения ТП с помощью таблицы зависит от мастерства решателя адаптировать задачу к терминам, используемым в таблице. 4.

Перечень терминов, используемых в качестве входных данных в таблице разрешения ТП, может оказаться недостаточным. Необходима работа по расширению таблицы и заполнению пустых клеток внутри существующей.

Ю.В. Горин

У К А З А Т Е Л Ь
физических эффектов и явлений для использования
при решении изобретательских задач

Выпуск первый

Баку – 1973

Компьютерный набор: Панькина Анна Николаевна, 2007г.

Содержание

Введение

I. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
1. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Тепловое расширение
2. Поверхностное натяжение жидкостей. Капиллярность
3. Сорбция
4. Сверхтекучесть
5. Фазовые переходы. Агрегатные состояния веществ. Энергетические характеристики фазовых переходов
6. Диффузия
7. Осмос
8. Эффект Томса
9. Молекулярные силы в дисперсных фазах
10. Радиометрический эффект

II. ДЕФОРМАЦИЯ
1. Общая характеристика
2. Эффект Баушингера
3. Эффект Пойтинга
4. Передача энергии при ударах. Эффект Александрова

III. ГИДРОСТАТИКА. ГИДРО (АЭРО) ДИНАМИКА
1. Закона Архимеда
2. Закона Паскаля
3. Течение жидкости и газа. Закон Бернулли. Скачок уплотнения
4. Эффект Магнуса
5. Дросселирование жидкостей и газов. Эффект Джоуля-Томсона
6. Гидравлический удар. Электрогидравлический удар

IV. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
1. Заряды и поля. Статическое электричество. Трибоэлектричество
2. Электрические разряды в газах
3. Движение зарядов в вакууме
4. Влияние среды и состояния вещества на прохождение электрического тока
5. Сверхпроводимость. Эффект Мейснера. Эффект Джозефсона

V. МАГНЕТИЗМ
1. Магнитное поле
2. Пинч-эффект
3. Магнитные свойства веществ
4. Эффект Гопкинса
5. Эффект Баркхаузена
6. Магнитокалорический эффект

VI. МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
1. Движение тел под действием сил тяготения
2. Вращательное движение
3. Механические колебания
4. Ультразвук
5. Кавитация
6. Волновое движение
7. Трение

VII. ВОЛНЫ И СВЕТ
1. Дифракция и интерференция волн
2. Свет. Дисперсия света. Ультрафиолетовое и инфракрасное излучение
3. Голография
4. Оптико-аккустический эффект
5. Отражение и преломление света
6. Муаровый эффект
7. Свет и цвет

VIII. АТОМЫ И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧЕСТИЦЫ
1. Испускание и поглощение света
2. Рентгеновское излучение
3. Радиоактивные излучения. Действие радиации на вещества
4. Эффект Черенкова
5. Индуцированное излучение. Лазеры
6. Эффект Мессбауэра
7. Электронный парамагнитный резонанс
8. Ядерный магнитный резонанс
9. Эффект Оверхаузера – Абрагама

IX. ВЕЩЕСТВО И ПОЛЕ
1. О взаимодествии
2. Эффект Холла
3. Термомагнитные явления
4. Пьезоэлектрический эффект
5. Сегнетоэлектрический эффект
6. Электрострикция
7. Электреты
8. Термоэлектрические эффекты
9. Эффект Ганна
10. Гидромагнитные явления
11. Магнитострикция
12. Вихревые токи
13. Скин-эффект
14. Электронная эмиссия
15. Туннельный эффект

X. ИЗЛУЧЕНИЕ И ВЕЩЕСТВО
1. Фотоэффект
2. Фотопьезоэлектрический эффект
3. Эффект Кикоина-Носкова
4. Эффект Дембера и фотопластический эффект
5. Фотохромный эффект
6. Люминесценция. Эффект Гуддена-Поля
7. Поляризация света
8. Фотоупругость
9. Эффект Керра
10. Эффект Максвелла
11. Магнитооптические явления

ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ (Ю.В.Горин)

ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

№№ пп	Физические эффекты, явления, процессы, силы и т.п.	Некоторые возможные применения в изобретательстве
1.	Центробежная сила.	Разделение разнородных объектов. Придание объектам определенной формы.
2.	Гироскопические эффекты.	Фиксация направления. Обеспечение устойчивости объектов.
3.	Механические колебания. Резонанс. Стоячие воны.	Управление перемещением объектов и их составных частей. Измерение различных физических параметров. Избирательное воздействие на один из элементов системы. Усиление механического действия. Создание определенной структуры в веществе.
4.	Ультразвук. Кавитация.	Измерение различных физических параметров. Интенсификация процессов, идущих на молекулярном уровне(смешивание, осаждение, разделение, очистка поверхностей от осадков, разрушение, сварка и т.д.).
5.	Эффект Баушенгера. Эффект Пойнтинга.	Измерение различных механических характеристик объектов (перемещение, действующие на объект усилия и т.д.).
6.	Эффект К.Александрова.	Повышение эффективности передачи энергии при ударе.
7.	Эффект Томса.	Снижение гидравлического сопротивления.
8.	Эффект Бернулли. Эффект Коанда. Эффект турбулизации струи. Эффект взаимодействия струй.	Управление пневмо- и гидропотоками, их измерение. Перемешивание потоков.
9.	Гидравлический удар. Электрогидравлический удар (эффект Л.Юткина). Светогидравлический удар.	Импульсная передача механической энергии. Обработка и разрушение твердых сред. Интенсификация процессов в газообразных и жидких средах.
10.	Капиллярные явления.	Передача и распределение жидкостей по площади и объектам.
11.	Эффект Джоуля-Томсона. Эффект Ранка.	Нагревание и охлаждение газов.
12.	Тепловое расширение твердых тел.	Получение больших усилий. Управляемое перемещение объектов.
13.	Сверхтекучесть.	Снижение (уничтожение) трения.
14.	Радиометрический эффект.	Измерение низких давлений. Исследование газовых сред и их взаимодействия со стенками.
15.	Статическое электричество.	Интенсификация технологических процессов. Управление движением вещества, находящегося в раздробленном состоянии (пыль, порошок). Электронная технология.
16.	Электрические разряды в газах.	Интенсификация химических реакций. Измерение различных физических характеристик объекта (являющегося электродом). Управление движением фазовых потоков и частиц вещества. Преобразование электрического тока.
17.	Явление анодного растворения.	Обработка поверхностей различных объектов. Интенсификация механической обработки. Повышение стойкости инструментов.
18.	Размагничивание ферромагнетиков при нагреве выше точки Кюри. Эффект Гопкинса.	Автоматизация процесса, зависящих от температуры. Измерение различных физических характеристик.
19.	Эффект Баркгаузена.(Баркхаузена).	Регистрация различных импульсных процессов.
20.	Магнитокалорический эффект.	Получение низких температур.
21.	Эффект Холла.	Измерение характеристик магнитных полей и объектов, находящихся в магнитных полях.
22.	Пьезоэлектрические эффекты.	Взаимопреобразование механических и электрических колебаний. Измерение различных физических характеристик. Обеспечение микроперемещений (особенно в колебательном режиме).
23.	Термоэлектрические явления (явление Зеебека, явление Пельтье, явление Томсона).	Охлаждение и нагрев объектов. Измерение температуры. Анализ структуры объектов.
24.	Термоэлектронная эмиссия. Эффект Молтера.	Преобразование тепловой энергии в электрическую. Хранение информации.
25.	Эффект Ганна.	Генерирование и усиление СВЧ, стабилизация токов, логические схемы.
26.	Гиромагнитные явления (эффект Эйнштейна – Де Газа, эффект Барнетта).	Измерение характеристик магнитных полей и объектов, находящихся в магнитных полях.
27.	Магнитоупругий эффект.	Регистрация различных состояний объекта (напряжения, деформации и т.д.).
28.	Магнитострикция.	Измерение различных физических характеристик объектов. Преобразование механических и электромагнитных колебаний.
29.	Дельта Е эффект.	Измерение характеристик объектов, находящихся в магнитных полях.
30.	Индуцированные токи в сплошных проводниках.	Нагрев объектов. Управление движением объектов, в которых наведены индуцированные токи.
31.	Скин-эффект.	Обработка поверхностей объектов.
32.	Сверхпроводимость. Эффект Мейснера. Эффект Джозефсона.	Передача электроэнергии. Получение и измерение магнитных полей. Генерирование миллиметровых электромагнитных волн.
33.	Интерференция и дифракция. Эффект Допплера. Муаровый эффект.	Исследование различных поверхностей. Регистрация микросдвигов. Измерение расстояний.
34.	Световое давление.	Регулирование и настройка сверхтонких механизмов. Перемещение объектов в космических условиях.
35.	Оптико-акустический эффект.	Анализ состава и состояния газовых сред.
36.	Голография.	Воспроизведение волновых полей излучения. Регистрация и обработка информаций о структуре и свойствах объектов.
37.	Инфракрасное излучение. Ультрафиолетовое излучение.	Нагрев объектов. Определение различных характеристик процессов и объектов. Интенсификация химических процессов.
38.	Рентгеновские излучения. Радиоактивные излучения.	Определение и изменение различных характеристик процессов и объектов. Интенсификация химических процессов. Регистрация перемещения объектов.
39.	Эффект Черенкова.	Измерение параметров сверхбыстродвижущихся частиц.
40.	Эффект Мёссбауэра.	Анализ химического состава объектов.
41.	Индуцированное (лазерное) излучение.	Получение, передача и обработка сигналов. Точные измерения механических характеристик. Передача энергии. Создание высоких температур в малых объёмах. Обработка материалов.
42.	Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).	Изучение строения веществ. Генерация сверхмощных субмиллиметровых волн.
43.	Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).	Измерение магнитных полей. Анализ состава веществ.
44.	Эффект Оверхаузена-Абрагама.	Измерение магнитных полей.
45.	Фотоэффекты (внешний, внутренний).	Превращение света в поток электродов. Регистрация и определение характеристик светового потока. Автоматизация процессов.
46.	Эффект Дембера, фотопластический эффект.	Регистрация и определение характеристик светового потока. Излучение структуры твердого тела.
47.	Фотохромный эффект.	Изменение внешнего вида и прозрачности объекта в зависимости от разных факторов.
48.	Люминесценция. Эффект Гуддена-Поля.	Преобразование разных видов энергии в световую энергию. Управление изображениями. Контроль за перемещениями вещества. Дефектоскопия.
49.	Поляризация света.	Исследование состава веществ. Определение параметров излучающего объекта. Управление световыми потоками.
50.	Фотоупругость. Эффект Керра. Эффект Максвелла.	Исследование состояния жидких и твёрдых тел. Датчики давления. Управление световыми потоками. Исследование микрообъектами.