Тайны великих открытий

Подобный совет мог дать человек, хорошо знавший физические принципы.

К сожалению, о необходимости рассматривать физический принцип частенько забывают. Во время Второй мировой войны конструкторы тяжелых танков были озадачены тем, что даже самая мощная броня не спасала танковые экипажи — от внутренней части танковой брони откалывались осколки и поражали людей. Ударная волна, проходя по броне, составляла узлы и пучности, — из-за этого и отскакивали кусочки брони. Явление это было неожиданностью для конструкторов. С этой проблемой они тогда не справились толком (активная защита появилась много позже), а вот в самолете Ил-2 против этого явления были предприняты специальные меры. Бронеспинку делали не из одного толстого листа брони, а из двух более тонких. Ударная волна первого листа не проходила во второй лист. Это внесло свою лепту в легендарную живучесть "илов".

Конструкторы Ил-2 учли свойства ударной волны — но, к сожалению, не учли в полной мере другого физического принципа, и очень важного, — центра тяжести. Летчики столкнулись с тем, что прицельная очередь уходила ниже цели. При исследовании выяснилось, что виноват длинный магазин к авиационной пушке. Самолет стрелял в наклонном положении, магазин опустошался, центр тяжести самолета менялся, и нос опускался вниз. Немного, но достаточно, чтобы сбить прицел. Пришлось менять пушку — на ту, для которой снаряды располагались в крыле.

Хотя понятие "центр тяжести" занимает относительно небольшое место в учебниках физики, в технике оно играет огромную роль. О связанных с центром тяжести причудах техники можно написать отдельную книгу; мы ограничимся только несколькими примерами.

Перед Первой мировой войной на вооружение русской армии поступила "горская шашка". Автор ее, Горский, решил сделать шашку, которой можно было бы и колоть, и рубить. Шашка была изогнутой, как и прочие шашки, но рукоятка и кончик шашки находились на одной оси, что позволяло вонзать оружие в противника.

Однако в армии шашку сочли неудобной, и от нее со временем отказались. Что же было причиной неудобства? Изгиб шашки был впереди ее оси, а это значит, что центр тяжести тоже располагался впереди оси, хотя у шашки центр тяжести должен быть сзади. Вспомним топор с его изогнутым назад топорищем. То, что центр тяжести у топора находится позади, позволяет легко его направлять.

По сути, объединив шашку и палаш, Горский произвел "анализ функций" — но не сделал анализа физического принципа. Потому-то идея и оказалась негодной.

Там, где может вмешаться физический принцип, надо: 1) точно его определить; 2) подробно расписать все формы проявления этого принципа; 3) найти потенциально опасные или полезные формы; 4) привлечь уже известные принципы для борьбы с опасными формами и использования полезных.

Пример — задача уменьшения ущерба от землетрясений.

Первый этап. Сейсмическая волна — это такая же волна, как и всякая другая. Физический принцип явления — распространение волны.

Второй этап. Формы проявления волновых свойств — наложение и вычитание, огибание, пучности и узлы, резонансные и колебательные свойства, отражение, изменение угла и скорости при переходе сред.

Третий этап. Пытаемся найти среди форм проявления физического принципа потенциально полезные. К примеру, возьмем колебательные свойства.

Четвертый этап. Минареты в Средней Азии строят с полукруглым фундаментом, который покоится на полукруглом ложе. Между ложем и фундаментом есть слой из сухих веток. Приняв удар, минарет отклоняется, а затем, колеблясь, постепенно освобождается от энергии. Тогда как энергия волны с кнута срывается с резким щелчком, минарет, став резонансной системой, становится ловушкой для волны. Колебательные свойства сейчас используется при строительстве японских небоскребов (хотя вряд ли японские строители позаимствовали этот метод в Средней Азии).

Можно на третьем этапе выбрать другую форму — "отражение". Мы знаем, что волны отражаются от поверхностей. Это значит, что зданию мало что будет грозить, если оно будет покоится на массивной плите. Сейсмическая волна отразиться от плиты. Не в этом ли заключается разгадка тайны баальбекских плит? В Баальбеке храмы наверняка строили навечно.

Можно на третьем этапе выбрать и "наложение". Вспомним, как морские волны, дойдя до волноломов, меняют направление и начинают друг друга гасить. Полагают, что подобный принцип использовали древние зодчие. Иначе не объяснить уходящие глубоко в землю стены, сужающиеся к концам. Волны, накладываясь друг на друга в здании, могут вызвать негативный эффект. Значит, стенам здания нужно придать одинаковую толщину, а само здание не должно менять профиль по ходу распространения волны (то есть у большого здания не должно быть маленьких пристроек).