Решение нестандартных задач

Первый способ (рис. 5.24 б) состоит в том, что транспортный баллон прямо подсоединяют к рабочим. В этом случае во всех баллонах устанавливается одинаковое давление, и половина газа останется в транспортном баллоне. Второй способ (рис. 5.24 в) намного сложнее: газ перекачивается из большого баллона (200 л) в два других (по 100 л) при помощи компрессора. Так можно перевести весь газ, но необходимо использовать специальное оборудование — компрессор высокого давления.

Рис. 5.24. Перекачка газа

а)исходное состояние: два рабочих баллона емкостью 100 л каждый и транспортный баллон емкостью 200 л.; б)непосредственное соединение транспортного баллона с рабочим; в)соединение через компрессор.

Задача заключается в том, чтобы найти способ полностью переводить газ из транспортного баллона в рабочие без применения дополнительного оборудования (компрессоров).

С такой задачей приходится сталкиваться при «зарядке» самолетов.

Разбор задачи

Краткая формулировка задачи

Найти простой способ перевода всего газа из одного баллона в два других.

ПП: анти-Б

Нежелательный эффект: НЕПОЛНАЯ (анти-Б) перекачка газа.

В данной задаче перекачка газа возможна с применением и без применения компрессора:

— с компрессором

ПТ₁: Б — анти-А

Газ переводится весь (Б), но при этом усложняется (анти-A) система.

ПТ₁: Полная перекачка газа — Сложность.

— без компрессора

ПТ₂: анти-Б — А

Система не усложняется (A), но газ переводится не весь (анти-Б).

ПТ₂: Простота — Потери газа.

Используя простой способ (прямое подсоединение), но при этом теряем половину газа.

Выбор ПТ

Выбираем ПТ₂, так как эта формулировка нацелена на использование простого способа (см. краткую формулировку задачи).

Примечание: Этим шагом мы выбрали способ перевода газа только непосредственным соединением одного баллона с другим.

ИКР: А, Б

Газ «сам» полностью — (Б) (с тем же давлением и в том же количестве) переходит из одного баллона в два других, без использования (А) дополнительного оборудования (компрессора).

ИКР: Простота — Полностью перевод газа.

ПС: C → А, анти-С → Б

Чтобы система не усложнялась, необходимо к баллону с газом непосредственно присоединить пустой (рабочий) баллон, но это увеличивает общий объем емкости, в которой находится газ (уменьшая его давление), что не позволяет газу перейти полностью.

Таким образом, «лишний» объем должен быть (свойство «C»), чтобы система была простая «A», и не должен быть (свойство анти-С), чтобы газ перешел весь «Б».

Примечание: напомним, что основное свойство газа — занимать весь предоставленный ему объем. Поэтому при присоединении рабочих баллонов газ расширяется, занимая весь объем баллонов, а давление уменьшается.

ПС₁: C → С₁, анти-С → анти-С₁

Чтобы не было «С» лишнего объема рабочий баллон не должен быть пустым (должен быть заполненным) «С₁», и чтобы был объем для перевода газа «анти-С» рабочий баллон должен быть пустым «анти-С₁».

Подсоединяемые баллоны должны быть заполнены, чтобы газ не расширялся, и не должны быть заполнены (должны быть пустые), чтобы их можно было заполнить необходимым газом.

Примечание: На этом шаге мы точно сформулировали задачу.

Разрешение ПС и ПС₁

Разделение противоречивых свойств можно осуществлять:

— в пространстве;

— во времени;

— в структуре (изменяя структуру системы, в частности — агрегатное состояние).

Итак, противоречивые свойства: рабочий баллон должен быть ПОЛНЫЙ и ПУСТОЙ (заполненный и не заполненный).

В пространстве это противоречие не разрешается.

Разделение указанных противоречивых свойств во времени требует, чтобы вещество, заполняющее рабочий баллон, постепенно освобождало место для газа, поступающего из транспортного баллона, и заполняло освободившееся место в транспортном баллоне.

Остается только выяснить, каким должно быть вещество, заполняющее рабочие баллоны. Для этого воспользуемся структурными изменениями вещества, изменяя его агрегатное состояние.

Вещество внутри рабочего баллона находится в газообразном состоянии, которое нас не устраивает. Значит, его можно сделать твердым или жидким.