Инженерная эвристика - Нурали Латыпов

№ 101

Сверлят обычное отверстие в обычной заготовке, а затем заготовку сгибают. Из согнутой заготовки вырезается кубик.

Ответы к задачам и вопросам раздела 5

№ 1

Если инерция мышления не помешала нашим читателям, то они могли бы различить правильный ответ в самом вопросе. Это пресная вода.

№ 2

Первое ощущение — нет же никаких необходимых для решения задачи данных и слишком большая неопределённость в формулировке задачи: «А сколько льда плавало? В каких широтах? Насколько высоко поднялась температура нижнего слоя атмосферы?». На эти вопросы ответа нет. Но чем больше неопределённость, тем больше свободы для мысленных экспериментов. Поставим мысленно сосуд с водой, где плавает кусок льда, на весы. Пусть стенки сосуда будут достаточно прочными, невесомыми и плотно прилегают к поверхности чаши весов, а дно сосуда отсутствует — вода непосредственно опирается на чашу весов. Но давление воды на чашу не изменится, даже если весь лёд в воде растает — ведь вес содержимого сосуда останется прежним. Так что чаше безразлично, что происходит в сосуде — плавает кусок льда или уже давно растаял. Значит, не меняется и уровень воды в сосуде, так как давление пропорционально высоте столба воды.

На самом деле всё не так просто. Ведь Земля — планета, а не банка с водой и даже не блин на слонах, китах и черепахе. Толщина мирового океана в разных частях планеты (и даже в соседних областях одного и того же моря) отличается, тогда как в идеализированной модели сосуда до дна в любой точке поверхности воды одинаковое расстояние. Земля имеет ядро: оно, судя по всему, не находится точно по центру планеты, а напоминает яичный желток. Вокруг не вполне круглой планеты Земля двигается ещё и Луна, влияя своим тяготением на приливы и отливы. Так что если средний уровень воды в океанах Земли и не изменится от таяния всех айсбергов, плавающих в них, то вследствие разницы в распределении льда по поверхности воды могут быть затоплены значительные (прибрежные) территории. Это пример изначально некорректно сформулированной задачи и идеализированной модели, далёкой от практики (Латыпов, 2009).

№ 3

В порту Санкт-Петербурга вода пресная (в этом виновата полноводная Нева и мелководная Балтика). Плотность её можно принять за единицу. В Бискайском заливе вода солёная, её плотность — около 1,03. Согласно закону Архимеда, в Бискайском заливе по сравнению с Санкт-Петербургом корабль тех же размеров при той же осадке может быть на 3 % тяжелее. А если полезный груз составляет только половину всей массы корабля, то 3 % от массы всего корабля составляют 6 % полезного груза. После того как корабль в Санкт-Петербурге нагружен до ватерлинии, можно прибавить еще 6 % груза (считая уже размещённый груз за 100 %).

Часто для облегчения расчётов при погрузке на корпус корабля наносят две ватерлинии, одна из которых соответствует пресной речной воде, вторая — солёной морской (Маковецкий, 1984, № 98).

№ 4

Остывание нагретого тела происходит тем сильнее, чем больше разность температур между этим телом и окружающей средой, посему выгоднее остудить воду, а потом положить лёд.

№ 5

Потому что отражение света от стен всегда больше, чем от прозрачных, то есть пропускающих свет, окон.

№ 6

Давление стен на фундамент (и на грунт) зависит от веса стены и прилегающей к ней части здания. Под действием веса здания происходит уплотнение (усадка) грунта. Если бы здание строилось неравномерно по высоте, то происходило бы неравномерное оседание грунта под ним. А это могло бы привести к авариям (Тульчинский, 1976, № 108).

№ 7

Конструктивное решение. Чтобы смычок не задевал корпус инструмента при игре на крайних струнах.

№ 8

Если речь идёт об одной и той же воде с одним и тем же содержанием солей, то не будет, поскольку неизбежны тепловые потери при передаче тепла от кипящей воды через стенки плавающей кастрюли к воде, которая за ними содержится. Однако если вода снаружи содержит больше солей, чем вода внутри плавающей кастрюли, то кипение возможно.

Повышение температуры кипения воды при увеличении концентрации соли в ней можно объяснить образованием дополнительных связей между молекулами воды и ионами соли. Поэтому увеличивается потенциальная энергия их взаимодействия и, как следствие, для начала процесса кипения должна увеличиться и средняя кинетическая энергия молекул. Именно поэтому для кипения необходимо повышение температуры воды. А для свободной от солей воды требуется меньшая температура начала кипения.

Более того, если в кастрюлю с кипячёной водой поставить кастрюльку с сырой водой и нагревать, то вода в маленькой кастрюльке закипит быстрее. Температура кипения кипячёной воды выше, чем для сырой.

№ 9

Сферические и овальные яйца катились бы по прямой. Асимметричные же яйца, у которых один конец тупее, а другой острее, при скатывании стремятся катиться по кругу. Если яйцо лежит на краю обрыва или в другом ненадёжном месте, стремление катиться по кругу, а не по прямой — большое преимущество. Сама природа в ряде своих построений решила, что асимметрия выгоднее симметрии в конструктивном плане.

№ 10

Трудно жить под гнётом инерции мышления. Летающий объект живой. Груз — либо нектар, либо пыльца. Речь идёт о пчеле[108].

№ 11

Начнётся интенсивная реакция, сопровождающаяся выделением белых паров. Это бензин, поэтому горелку под колбой лучше погасить, ведь мы не предусмотрели отвода бензиновых паров через холодильник в приёмник. В тяжёлые годы экономической разрухи, когда Советская Россия была отрезана от нефтеносных районов и остро нуждалась в авиационном моторном топливе, академик Н. Д. Зелинский наладил производство бензина из тяжёлых низкосортных нефтепродуктов, применив хлористый алюминий в качестве катализатора (Николаев, 1961, С. 53).

№ 12

«По-видимому, никто из организаторов производства в то время не удосужился разобраться в химическом процессе нейтрализации хлора гипосульфитом. Как известно, реакция при этом идет следующим образом:

Na2S2O3 * 5H2O + 4 Сl2 = Na2SO4 + H2SO4 + 8 НСl.

Образовавшиеся серная и соляная кислоты в свою очередь реагируют с гипосульфитом с выделением серы и сернистого газа.

Na2S2O3 + 2 НCl = 2 NaCl + H2O + SO2,

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + SO2 + S.

Таким образом, если бы маска, пропитанная одним гипосульфитом, и достигала своей цели — защиты от хлора, то всё равно должно было бы наступить отравление сернистым газом, попадавшим в дыхательные пути с воздухом, прошедшим через маску. Эта ошибка была обнаружена химиками, к тому времени уже выехавшими на фронт..

Уже летом 1915 г. рецепт пропитки был изменен, и в нее была введена сода (в достаточном количестве), а также и глицерин как предохраняющее средство от быстрого высыхания маски. Тогда же было организовано производство сухой смеси солей, из которой изготовлялась простым растворением пропитывающая жидкость. Такая смесь доставлялась на фронт в запаянных жестяных коробках, причем содержимого каждой из них было достаточно для пропитки 100 масок. К началу 1916 г, когда армия в большинстве своем была снабжена лишь влажными масками, выяснилось, что немцы применяют фосген… Пропитка масок гипосульфитом совершенно не гарантировала защиты от фосгена, и поэтому приступили к поискам специальных средств для дополнительной пропитки маски. После испытания некоторых случайных средств <…> в Московском техническом училище „вспомнили“ об уротропине, полученном впервые A. M. Бутлеровым за полвека до Первой Мировой» (Фигурновский, 1942).

№ 13

При «разведённой» пиле пропил имеет ширину, большую толщины полотна пилы. Этим уменьшается трение движущейся пилы о стенки пропила (Тульчинский, 1976, № 64).

№ 14

Если мокрые листья салата посолить заранее, то концентрация соли внутри и вне листьев будет различной. Из-за разности осмотических давлений раствор соли как бы отсасывает (или выдавливает) соки из салата. Вследствие этого листья увядают, салат становится невкусным. Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют). Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление.

№ 15

Это бытовое наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Потребная для растворения сахара теплота заимствуется от кипятка, а вата нерастворима (Ландсберг, 1956,т. 1, С. 442).

№ 16

Руководитель сапёрной группы распорядился срочно привезти с ближайшего завода ёмкости с жидким азотом. Им стали поливать бомбу, и когда холод распространился по механизму, тот остановился. Температура жидкого азота — минус 193 °C. Сильный холод и замедляет химические процессы, и может остановить любой механизм, не подготовленный для работы при низких температурах; замерзает смазка, попавшие внутрь пары воды, изменятся размеры некоторых деталей, где-то что-то заклинит..