книги / Изобретенческая реальность принципы достижения технических преимуществ в объектах техники с помощью физических явлений, свойств и эффектов

— линейной электротермической деформации требуется энер-

гия электрического тока;

— термическому напряжению сжатия требуется тепловая энер-

гия (электрического тока);

— тепловому линейному расширению/сжатию требуется энер-

гия на изменение температуры (в зависимости от способа изменения температуры);

— эффекту термического восстановления формы требуется энергия на закалку — охлаждение —деформацию — нагрев;

— эффекту фазового превращения требуется тепловая энергия на достижение изменения фазового состояния;

— циклу Карно требуется тепловая энергия на нагрев и охлажде- ние рабочего тела;

— циклу Стирлинга требуется тепловая энергия;

— горению требуется энергия импульса тепловой энергии (зажи- гание);

— термоядерному синтезу требуется тепловая энергия и энергия сжатия;

— цепной реакции деления требуется механическая энергия по- гружения и извлечения урановых стержней;

— переносу тепла требуется тепловая энергия;

— обратному циклу Карно требуется механическая энергия на движение хладагента;

— обратному циклу Стирлинга требуется механическая энергия (вращения);

— эффекту Ранка — Хилша требуется энергия потока воздуха;

— эффекту объёмного расширения/сжатия требуется энергия на нагрев или охлаждение;

— эффекту объёмного расширения (при кристаллизации)требу-

ется энергия на охлаждение до замерзания или на нагрев до расплав- ления;

— эффекту перегретого состояния требуется тепловая энергия;

— сплавлению требуется тепловая энергия;

— вулканизации требуется тепловая энергия.

Виды энергий, получаемые от тепловых явлений группы 2 (сверху вниз):

— тепловая энергия (токов Фуко в поверхностном слое металла); — тепловая энергия плавления (плавящего электрода); — тепловая энергия сплавления (точек или шва пары тонких ли-

стовых деталей); — энергия вырывания частиц проводящего материала;

— тепловая энергия (конфорки);

420

— тепловая энергия и энергия светового излучения (излучаю-

щего свет элемента); — энергия испарения и вылета электронов;

— электрическая энергия сопротивления, преобразованная в механическую энергию определения температуры;

— энергия электрического сопротивления, зависящая от тем- пературы;

— электрическая энергия, пропорциональная энергии тепло- вого источника;

— энергия холода и бросового тепла; — тепловая энергия на компенсацию механических потерь

подвижного сопряжения; — тепловая энергия сплавления деталей трения;

— энергия потерь при передаче механической энергии; — тепловая энергия на утилизацию механической энергии

и энергия трения покоя при передаче механической энергии; — энергия механических потерь износа восполняемого медью; — энергия механических потерь износа восполняемого род-

ственным металлом; — энергия линейного перемещения чувствительного элемента;

— энергия тягового напряжения при охлаждении стержня; — механическая энергия при термической деформации; — энергия объёмной деформации на компенсацию дефектов

органов; — механическая энергия прочных и переходных соединений;

— механическая энергия (фазового превращения); — механическая энергия (ДВС); — механическая энергия (двигатель Стирлинга);

— энергия давления, взрыва; реактивная энергия, тепловая и световая энергия;

— энергия высокоэнергичных нейтронов (термоядерной реак-

ции); — тепловая энергия (радиоактивного распада);

— энергия движения теплоносителя; — энергия холода (и излучённого бросового тепла);

— энергия холода (и излучённого бросового тепла); — разделённые энергии тепла и холода; — энергия давления и разряжения; — энергия сжатия (тепловая энергия);

— энергия формообразования (при кристаллизации); — энергия вскипания перегретой жидкости; — энергия сопротивления материала (прочность, твёрдость,

упругость);

421

— энергия сопротивления нагрузкам (сжатию, растяжению, из-

гибу, износу); — энергия упругого сопротивления деформациям (растяже-

нию, сжатию, износу).

Таблица узлов и тепловых явлений № 4 показывает движение от процессов образования тепла (или холода) к производству тепло- вой,световой и механической энергий,которые в конечном итоге об- ращаются втеплоту.В этом отношениитаблица № 4 является продол- жениемтаблицы № 3 и располагается под ней.Если явления втаблице

№3 основаны на порядке магнитных доменов, то явления в таблице

№4 — на хаосе движения микрочастиц.

Раздел: Явления механики,

потенциальной, кинетической энергий и межмолекулярного взаимодействия

(закон сохранения энергии, действие равно противодействию, производство механической энергии)

Инерция покоя

К состоянию покоя, с одной стороны, относят состояние инертно- сти, как неподвижности относительно точки отсчёта, с другой, такое состояние как инерция — сохранение движения равномерного и пря- молинейного.

Инерция движения

Поверхность тела отсчёта <—> тело <—- источник импульса дви- жения (толчка) = прямолинейное равномерное движение, инерция движения

Эффект передачи импульса движения

Горизонтальная поверхность <—> неподвижный шар (с энергией покоя) <—- шар с кинетической энергией = передача кинетической энергии, покоящийся шар принимает энергию движения, а движу- щийся шар отдаёт кинетическую энергию, остановка движущегося и движение покоящегося шара

Неподвижный биллиардный шар (с энергией покоя) испытывает упругийударотдвижущегосянанегодругогобиллиардногошара(ски- нетическойэнергией).Врезультатевзаимодействиянеподвижныйшар получает движение (кинетическую энергию), а двигавшийся шар оста- навливается,отдав кинетическую энергию и обретя энергию покоя.

Равномерное движение

Силы сопротивления <—> тело <—- источник энергии движения = движение и рост сопротивления, уравновешенное прямолинейное равномерное движение

422

Неравномерное движение

Поверхность тела отсчёта <—> тело <—- источник неравномерной силы = ускорение и замедление, неравномерное движение, колеба- тельное движение

Ускоренное прямолинейное движение

Поверхностьтела отсчёта или среда <—> тело <—- источник посто- янной силы = ускорение, равноускоренное прямолинейное движение

Вращательное движение

Опорнаяточкаотсчёта<—> тело<—- моментсилы=круговое,враща- тельное движение,центробежное и центростремительное ускорения

Гироскоп

Макроуровень: станина (опорное тело) <—> волчок (юла) <—- при- вод вращения = устойчивое неизменяемое направление оси враще- ния, образование противодействующей силы любым возмущениям Микроуровень: периферийная микро масса волчка <—> диаме- трально противоположная периферийная микро масса волчка (в виде гантели на оси) <—- импульс вращения = устойчивое неизменяемое направление оси вращения, образование противодействующей силы

любым возмущениям Вращающаяся на оси гантель периферийных масс волчка — это

внутренняя (микро уровневая) пара противоположных элементов со- ответствует вращающемуся волчку (юле) на опорном теле — внешней (макро уровневой) паре противоположных элементов.

К тратам дешёвого относится энергия механического вращения, например от микродвигателя.

Обретением ценного является противодействующая внешним воз- мущениям сила, устойчивость заданного направления оси вращения волчка.

Рычаг

Грузикороткоеплечо<—> опора <—>длинноеплечо<—- источник усилий = сокращение пути, умножение усилий, равновесие моментов сил, подъём и перемещение груза

Клин

Неподвижное клинообразноетело (пандус) <—> тело (груз) <—- ис- точник усилий = увеличение пути, сокращение усилий, подъём тела

Неподвижное тело <—> клин <—- источник усилий = раздвижение тела на части, умножение боковых усилий, разрезание тела

Ворот

Опора <—> барабан (для каната или цепи) и поводок <—- источник усилий = умножение усилий, равновесие моментов сил, наматывание

423

каната (цепи) на барабан, перемещение конца каната (цепи), подъём тяжестей

Полиспаст силовой (прямой)

Тяговый блок шкивов <—> опорный блок шкивов и трос <—- ис- точниктяговых усилий = многократное умножение усилий натяговом блоке, уменьшение скорости подъёма

Полиспаст скоростной (обратный)

Трос с грузом и опорный блок шкивов <—> тяговый (силовой) блок шкивов <—- силовой механизм = многократное увеличение скорости и высоты подъёма троса с грузом

Винт и гайка (суппорт станка,домкрат)

Гайка <—> винт (на опорах) <—- источник энергии вращения = пе- ремещение гайки, сила давления

Неподвижная гайка <—> винт <—- источник энергии вращения = перемещение винта, сила давления

Деформация механическая (разрывная машина)

Стойка (неподвижное опорное тело) <—> стержень <—- механизм растяжения или сжатия = упругая деформация, пластическая дефор- мация, упрочнение, изгиб, сдвиг, разрушение

Зубчатая передача (редуктор)

Ведомая шестерня или рейка <—> ведущая шестерня <—- источник энергии вращения = передача вращательного движения, изменение направления вращения или поступательного движения, изменение сил, моментов, скоростей

Ведомая шестерня <—> червяк или рейка <—- источник энергии вращения или поступательного движения = передача вращательного или поступательного движения, изменение направления движения, изменение сил, моментов, скоростей

Кривошипно — шатунный механизм (двигатель, плунжерный насос)

Колесо <—> группа «кривошип — шатун» <—> ползун (поршень) <—- источник кинетической энергии = вращение колеса, механиче- ская энергия вращения

Ползун (поршень) <—> группа «шатун — кривошип» <—> колесо <—- источник сил вращения = возвратно — поступательное (колеба- тельное) движение ползуна

Повторяющиеся движения

Опорное тело заделки <—> длинномерное тело <—- источник пе- риодических сил = колебательное движение свободного конца тела

424

Маятник (груз, подвешенный на нити)

Макроуровень: опора подвеса <—> груз маятника <—- источник потенциальной энергии (импульс движения) = подъём и падение гру- за относительно точки покоя, колебательное движение груза

Микроуровень: поле тяготения Земли <—> элементарная масса груза <—- импульс движения = подъём и падение элементарной мас- сы груза относительно точки покоя

Земля и движущаяся элементарная масса груза — это внутренняя (микро уровневая) пара противоположных элементов соответству- ет неподвижной опоре подвеса и движущемуся маятнику — внешней (макро уровневой) паре противоположных элементов

К тратам дешёвого относится потенциальная энергия, например при подъёме груза маятника.

Обретением ценного является колебательное движение маятника.

Колебательная система

Воздух <—> струна (камертон, язычок) <—- механический импульс воздействия = упругие силы деформации, колебания, образование упругих колебаний воздуха, звук

Воздух, как смесь газов и паров воды, скреплённых земной грави- тацией,типичная колебательная система.

Мегафон

Рупор (диффузор) <—> воздух <—- излучатель колебаний воздуха = ограничениедля расхождения волны,уменьшение убывания интен- сивности волны, направленное излучение звука

Акустический резонанс

Резонатор (с воздухом) <—> мембрана <—- источник механических воздействий = упругие силыдеформации,колебания мембраны,коле- бания воздуха в резонаторе,совмещение частотколебаний мембраны и воздуха в резонаторе, усиление звучания мембраны, резонанс

Запись колебаний (фонограф)

Валик (вращающийся) <—> мембрана (с иглой, резцом) <—- коле- баний воздуха = механическое воздействие иглы на валик, колебания траектории борозды валика совпадающая с колебаниями воздуха,ме- ханическая запись колебаний воздуха (пригодная для воспроизведе- ния колебаний воздуха)

Жёсткость упругой среды

Жидкость<—>излучатель<—- источникзвуковыхколебаний=уве- личение интенсивности (мощности) волны,увеличениедлины волны, увеличение скорости волны

425

Эхо (отражение волн)

Плоскость(твёрдая,гладкая)<—> волна(вупругойсреде)<—- излу- чатель колебаний = отражение волны, повторение падающей волны

Фигуры Э. Хладни

Макроуровень: кварцевый песок <—> пластинка (на опоре) <—- ис- точник колебаний = песочная фигура (рисунок) стоячей волны, пере- мещение песка из пучностей волны в её узлы (где нет колебаний)

Микроуровень: песчинки <—> поверхностные атомы пластинки <—- источник колебаний = колебания атомов пластинки,прыжки пес- чинок в зону узлов волны

Прыгающие песчинки и поверхностные атомы пластинки — это внутренняя (микро уровневая) пара противоположных элементов соответствует песку и колеблющейся пластинке — внешней (макро уровневой) паре противоположных элементов.

К тратам дешёвой энергии относится энергия механических коле- баний, например от смычка.

Обретением ценного результата является песочное изображение стоячей волны колебаний.

Потенциальная энергия (сила тяготения, реакция Земли) Земля <—> тело <—- сила тяготения = ускорение свободного па-

дения, сила тяжести тела, запас высоты или потенциальной энергии (бесплатной энергии), сила противодействия весу тела (реакция Зем- ли)

Атмосферное давление (пароатмосферная машина, магдебург- ские опыты, опыт Е. Торичелли)

Земля <—> воздух <—- сила тяготения = уплотнение воздуха, дав- ление (равное 10 м воды или 760 мм ртутного столба) воздуха

Пневматический двигатель (инструменты)

Поршневая пара (пневмоцилиндр) <—> воздух (газ) <—- источник сжатого газа (ресивер) = расширение газа, перемещение поршня, ме- ханическая энергия

Мембранный пневмоцилиндр (с возвратной пружиной) <—> воз- дух (газ) <—- источник сжатого газа (ресивер) = расширение газа, пе- ремещение мембраны и штока, механическое усилие, механическая энергия

Сжатый газ, вакуум (ресивер, баллон высокого давления, нефте- добыча, вакуум)

Сосуд <—> газ <—- источник давления или разряжения = сжатый газ (нагрев) или вакуум (охлаждение)

426

Эжектор (струйный насос)

Диффузор <—> зазор <—> сопло <—- источник сжатого газа = уско- рение потока газа, расширение газа в диффузоре, уменьшение давле- ния в зазоре, подсос внешней среды, смешение внешней среды и газа Эжектор, подсасывающий жидкость и распыляющий её, назван

пульверизатором.

Газирование, увлажнение (растворение, распыление, аэрозоль, коагуляция)

Воздух (газ) <—> жидкость <—- смешивание (насыщение) = гази- рование,массовая пена (изолятор,гаситель энергии),распыление,ту- ман,дождевая завеса

Сифон для газирования

Сосуд (с жидкостью) <—> сифонная трубка <—> газ <—- источник высокого давления = насыщение жидкости газом (сатурация),газиро- вание, выход шипучей жидкости через сифонную трубку

Камера Вильсона

Пар <—> воздух <—- механизм расширения и сжатия = перена- сыщенный пар, условие для конденсации, образование ядер конден- сации (ионов), визуализация следа движущихся частиц, траектория нити сконденсированного тумана

Гидростатическое давление (результат земного тяготения) Земля <—> столб жидкости и воздуха <—- гравитация = умножение

веса жидкости и воздуха, гидростатическое давление на дно столба сред

Архимедова сила против силы тяготения

Тело <—> жидкость <—- гравитация = выталкивающая сила,равная весу вытесненной жидкости

Гидравлический пресс

Сообщающаяся пара сосудов разного диаметра снабжённые порш- нями <—> жидкость <—- источник давления (усилий) = нагнетание порций жидкости, умножение давления, умножение усилий

Водяной насос Архимеда (водяной подъёмник,перемещение сы- пучих материалов)

Жидкость <—> пара «труба — винт» <—- источник энергии враще- ния = перемещение жидкости, подъём жидкости

Зерно <—> пара «труба — винт» <—- источник энергии вращения = перемещение зерна (песка), подъём зерна (песка)

Гидравлический двигатель

Пара «гидроцилиндр — шток (плунжер)» <—> жидкость <—- источ-

427

ник напора жидкости = возвратно —поступательное движение штока, механическое усилие, механическая энергия

Реакция потока (центробежный насос,турбина,инерционный се- паратор влаги)

Жидкость<—> крыльчатка <—- источник механического вращения = отброс, перемещение жидкости, перепад давлений на входе и вы- ходе, реактивная сила, сила противодействия, напор

Лопатка турбины <—> струя жидкости <—- источник напора жид- кости = реактивная сила, отталкивающая сила, механическая энергия вращения

Винт <—> поток влажного воздуха <—- источник напора воздуха = закрутка потока,отброс инерционных капельвлаги,спиральное пере- мещение жидкости

Эффект Магнуса (турбопарус)

Макроуровень: движущийся поток газа <—> цилиндрическое тело <—- источник вращения = образование подъёмной (или прижимаю- щей) силы, подъём (или падение) цилиндра

Микроуровень: молекулы газа движущегося потока <—> молекулы газа на цилиндре <—- вращение = ускорение и торможение молекул газа,уменьшение и увеличение давления молекул газа (закон Бернул- ли)

Движущиеся поступательно молекулы газа и вращающиеся мо- лекулы газа на цилиндре — это внутренняя (микро уровневая) пара противоположных элементов соответствует потоку газа и вращающе- муся цилиндру —внешней (макро уровневой) паре противоположных элементов.

Ктратам дешёвого относится механическая энергия вращения,на- пример от ручного закручивающегося устройства.

Обретением ценного является разность давлений на противопо- ложныхсторонахцилиндра,образованиеподъёмной(илиприжимаю- щей) силы.

Закон Бернулли

Труба (переменного сечения) <—> жидкость <—- источник напора жидкости = сужение и расширение потока, ускорение и торможение потока, уменьшение и увеличение давления в потоке

Обтекание тел

Тело <—> жидкость <—- источник напора (движения) = сила тре- ния,торможение, сопротивление

Жидкость <—> тело <—- привод движения = сила трения,торможе- ние, сопротивление

428

Смачивание (адгезия, инадгезия)

Молекулы тела <—> молекулы жидкости <—- межмолекулярное взаимодействие = смачивание (притягивание) или несмачивание (от- талкивание)

Капиллярность

Капилляр <—> жидкость <—- поверхностное натяжение и межмо- лекулярное взаимодействие = втягивание, впитывание, подъём жид- кости, перемещение жидкости, фильтрация, поглощение

Адсорбция

Пористое тело <—> жидкость или газ <—- впитывание или захват = концентрация и удержание газа или жидкости

Железобетон (схватывающие материалы, металл — неметалл) Сталь <—> бетон (имеющие равные коэффициенты теплового рас-

ширения/сжатия) <—- схватывание = образование монолита, железо- бетон, прочность

5. Таблица узлов и явлений механики, потенциальной, кинетической энергий и межмолекулярного взаимодействия.

429