А. А. Давиденко

 

 

 

 

 

НАУКОВО-ТЕХНІЧНА 

ТВОРЧІСТЬ УЧНІВ

 

 

 

 

 

УДК 372.853:371.315.6

ББК  22.3я721

Д13

 

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України (лист від 26.10.2009 №1/11-8774).

Рецензенти: 

Химинець В. В., доктор фізико-математичних наук, професор, проректор Закарпатського обласного інституту післядипломної педагогічної освіти, Заслужений винахідник України;

Тарасенко В. М., учитель фізики Прилуцької середньої загальноосвітньої школи №9, керівник клубу науково-технічної творчості «Імпульс».

 

Давиденко А. А. 

Д13.     Науково-технічна творчість учнів: навчально-методичний посібник для загальноосвітніх навчальних закладів –Ніжин:

ТОВ “Видавництво “Аспект Поліграф”, 2010. – 176 с. ISBN 978-966-340-381-6

 

Даний посібник присвячений науково-технічній творчості учнів. В ньому відображено власне бачення автором процесу творчості. Окрім теоретичних відомостей посібник містить значну кількість винахідницьких та раціоналізаторських задач з можливими варіантами їх розв’язань або ж підказками, які спрямують власні їх пошуки. Він буде корисним учителям фізики, зокрема тим, хто працює в класах фізико-математичного та технологічного профілів, керівникам секцій фізико-математичного, науковотехнічного та інших відділень Малої академії наук України, учням, які виконують дослідження в цих відділеннях, а також тим хто готує та готується до участі у Всеукраїнських турнірах юних винахідників і раціоналізаторів, Всеукраїнських конкурсах юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття». 

 

УДК 372.853:371.315.6

ББК 22.3я721

 

ISBN 978-966-340-381-6                                   © Давиденко А. А., 2010 ЗМІСТ

 

             ВСТУП                                                                                        4

І            ТВОРЧІСТЬ ЯК ОРГАНІЧНА СКЛАДОВА                                7

ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ

1.1.        Поняття творчості                                                                        7

1.2.        Співвідношення інтелекту та творчості                                     12

1.3.        Логічна та психологічна складові процесу творчості                 15

1.4.        Фази творчого процесу                                                              23

1.5.        Повний цикл творчості                                                              25

ІІ           НАУКОВО-ТЕХНІЧНА ТВОРЧІСТЬ                                        44

2.1.        Наукові дослідження. Дослідницькі задачі                                44

2.2.        Поняття винаходу та винахідницької задачі                              62

2.3.        Конструкторські задачі                                                              80

2.4.        Поняття раціоналізаторської пропозиції та раціоналі-               89

заторської задачі

ІІІ        МЕТОДИ ТА ПРИЙОМИ АКТИВІЗАЦІЇ ТВОРЧОЇ 97 ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ

3.1.        Методи та прийоми розв’язування творчих задач                      97

3.2.        Створення баз даних аналогів винаходів у природі                  105

3.3.        Створення баз даних фізичних явищ, які можна                      108

застосувати в техніці

3.4.        Ознайомлення з патентною інформацією                                114

ІV          ВИНАХІДНИЦЬКІ ТА РАЦІОНАЛІЗАТОРСЬКІ                    117

ЗАДАЧІ

4.1.        Задачі                                                                                       117

4.2.        Підказки стосовно розв’язування задач                                   146

V           INТЕRNET-РЕСУРСИ, ЯКІ МОЖНА                                      161

ВИКОРИСТАТИ У ВИНАХІДНИЦЬКІ СПРАВІ

             Список рекомендованих джерел                                              164

             ДОДАТКИ                                                                               169

ВСТУП

 

Генії падають з неба, але від нас залежить попадуть вони в хатину чи в палац. 

Дені Дідро.

 

Всім дітям і «Крилятку», зокрема, присвячую.

Автор

 

Будь-яке наукове дослідження в галузі фізики або техніки полягає в тому, що на основі всебічного аналізу того, що вже зроблено його попередниками, його автор зосереджується на неузгодженості (дисгармонії) між елементами відповідної системи, здобуває нові дані, на основі яких розвивається певна теорія, удосконалює існуючу технічну систему (технічний пристрій

чи технологію), або ж пропонує нове технічне розв’язання відповідної задачі, тобто робить винахід. 

У шкільному віці учням доводиться розв’язувати винахідницькі та раціоналізаторські задачі на уроках та в позаурочній роботі з фізики та хімії, під час підготовки до участі у турнірах юних винахідників і раціоналізаторів, під час виконання науково-дослідницьких робіт в системі Малої академії наук (МАН) України. В окремих випадках учні розв’язують такі задачі з власної ініціативи – не для того, щоб продемонструвати свої досягнення в інтелектуальній а то й творчій діяльності, а тоді, коли у них виникла ідея стосовно удосконалення існуючих або ж створення нових технічних пристроїв чи технологій. 

Цілком зрозуміло, що суспільство не ставить до дітей шкільного віку прямих вимог стосовно їх участі у справах, яка виходить за межі їх виховання, навчання та розвитку. І ми є свідками того, як окремі учні досягають розвитку досить високого рівня здібностей до науковотехнічної творчості. Про це свідчить хоча б те, що вони отримують патенти на винаходи та корисні моделі, свідоцтва на впроваджені у виробництво чи іншу сферу людської діяльності раціоналізаторські пропозиції. Частина з них опублікувала результати своєї дослідницької та творчої діяльності у фахових журналах. Серед них хотілось би назвати Максима Балуту, Євгена Британського, Сергія Володька, Павла Гречушкіна, Григорія Голубєва, Костянтина Городілова, Юрія Гребенюка, Павла Давиденка, Ольгу Дригу, Дениса Дячева, Максима Дмитренка, Олександра Зарицького, Євгена Зайцева, Олену Захожу, Миколу Зварича, Іллю Зимака, Олександра Костєва, Микиту Кузьменка, Єгора Ланька, Романа Левіна, Вадима Лисенка, Максима Мандзюка, Романа Морєва, Юрія Напалька, Артема Науменка, Олександра Лященка, Олену П’янкову, Едуарда Оробея, Сергія Наумчика, Романа Поліщука, Євгена Шагдарова, Олександра Швая, Петра Шерстюка та ін. Переважна більшість названих творців вже навчається у вищих навчальних закладах а то й закінчила їх. Розвинуті у дитинстві творчі здібності стали визначальними у формуванні їх стилю життя. І не має значення, куди вони прикладають свої зусилля, чи то до створення нових пристроїв та технологій, чи то до навчання підростаючого покоління, до літературної чи художньої творчості тощо. Аби це було на користь людям. Хоча розуміння людиною останнього чомусь найчастіше приходить занадто пізно.

Хотілось зробити так, щоб той, хто буде працювати з посібником, глибше зрозумів, що таке творчість, чим вона відрізняється від інших видів діяльності, зокрема від інтелектуальної діяльності; що таке винахід та раціоналізаторська пропозиція, винахідницька та раціоналізаторська задачі. Ну і, звичайно ж, у книзі є значна кількість винахідницьких задач, які давались для розв’язування учасникам Всеукраїнських турнірів юних винахідників і раціоналізаторів а також Всеукраїнського конкурсу юних дослідників і винахідників «Едісони ХХІ століття». Окремі з цих задач були трансформовані у науково-дослідницькі роботи МАН України. Тут же подаються окремі методи та прийоми розв’язування задач. До кожної задачі даються або можливі варіанти розв’язань, або підказки для самостійного їх розв’язування.

Хочеться сподіватись, що даний навчально-методичний посібник буде корисним учителям фізики, загальноосвітніх навчальних закладів, зокрема тим, хто працює в класах фізико-математичного та технологічного профілів, керівникам секцій фізико-математичного, науковотехнічного та інших відділень Малої академії наук України, учням, які виконують дослідження в цих відділеннях, а також тим, хто готує та готується до участі у Всеукраїнських турнірах юних винахідників і раціоналізаторів, Всеукраїнських конкурсах юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття», які були започатковані з ініціативи автора, і просто тим, хто цікавиться проблемами науково-технічної творчості.

Автор висловлює подяку проректору Закарпатського обласного інституту післядипломної педагогічної освіти, Заслуженому винахіднику України доктору фізико-математичних наук, професору Химинцю В. В. та вчителю фізики Прилуцької середньої загальноосвітньої школи № 9, керівнику клубу науково-технічної творчості «Імпульс» Тарасенку В. М., які рецензували книгу, а також старшому науковому співробітнику Інституту інноваційних технологій і змісту освіти, Заслуженому вчителю України, кандидату педагогічних наук, доценту Кремінському Б. Г., який сприяв впровадженню в педагогічну практику ідей автора.

 

 

 

І. ТВОРЧІСТЬ ЯК ОРГАНІЧНА СКЛАДОВА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ

 

1.1. Поняття творчості  

Будь-яка творча діяльність спрямована у майбутнє, і реалізація творчих можливостей – це область майбутнього… Минуле вже позаду, нинішнє дуже мінливе, а майбутнє – безкінечне.

Поль Вайнцвайг,

Слово творчість в останні десятиліття входить до множини найбільш вживаних слів фахівцями різних галузей. Проте, як свідчить практика, використовується воно не завжди коректно. Під творчістю іноді розуміють будь-яку складну, а, значить, і не всім доступну діяльність людини. Таке відношення до поняття творчості ще до цього часу залишається, наприклад, як під час навчання в школі так і в організації відбору на навчання до вузів, на виробництво і, навіть, на роботу до наукових установ. У виступі, на відкритті колоквіуму, присвяченого 100-річчю від дня народження Резерфорда (20 серпня 1974 року) академік П. Л. Капіца сказав: “Найважливішим і важким в організації науки – це відбір дійсно найбільш творчо обдарованої молоді та створення тих умов, за яких талант міг би швидше розвернутись повною мірою. Для цього необхідно вміти оцінювати творчі здібності у молоді, коли вони тільки починають свою наукову роботу. Основна помилка, яка тут нерідко робиться, це те, що в молоді її пізнавальні здібності та ерудиція часто приймаються за творчі якості” [33, С. 36-42].

Творчість не могла не привернути до себе уваги мислячих людей різних епох світової культури. Спостережувані вияви творчості не могли не спонукати їх до побудови теорії творчості. Такі прагнення є закономірними, адже за створенням будь-якої наукової теорії має йти “ланцюгова реакція” її практичного застосування. Наукове розуміння процесу творчості з наступним усвідомленням механізму керування ним мало б привести до неабияких результатів у самій творчості. 

Перші спроби створення теорії творчості в часі припадають на межу між ХІХ та ХХ століттями. Одним із перших авторів теорії творчості був С. О. Грузенберг. Але навіть він сам не зміг назвати свою теорію науковою. З його ж точки зору це скоріше було зібрання окремих фактів та випадкових емпіричних даних, які були взяті із фізіології нервової системи, невропатології, літератури, мистецтва тощо. Це зібрання доповнювали також окремі уривки автобіографій та самоспостережень відомих на той час творців [21].

Характерна особливість досліджень того часу, - пише відомий психолог Я. О. Пономарьов, - полягала в тому, що в більшості з них, як правило, не проглядалось чіткого зв’язку з виробничою діяльністю людей. Увага зосереджувалась або на художній, або на науковофілософській творчості [48, с. 6]. Цікаво, що і до цього часу ще, наприклад, існує такий вираз як творча інтелігенція, проте це поняття ніяк не попадає та категорія людей, які створюють нові наукові теорії, техніку, технології тощо. Цим виразом немов би непрямим способом піддається сумніву можливість творчості у виробничій сфері діяльності людини. Разом з цим, постає питання відносно приналежності до категорії творців і значної частини згаданої вище творчої інтелігенції, адже виконання музичного твору за нотами, як і виготовлення деталі за готовими кресленнями, до творчості віднести ніяк не можна.

Бурхливий розвиток природничо-математичних наук, який повів за собою розвиток техніки (згадаймо хоча б період промислової революції в Європі), показав світу факти справжньої творчості і в даній сфері діяльності людини. Витвори техніки, технологій вже настільки впливали на життя людей, їх свідомість, що не могли не привернути до себе уваги тих, хто вважав, що творчість характерна лише для гуманітарної сфери. У зв’язку з цим, слідом за роботами, присвяченими дослідженням творчості в галузі мистецтва, літератури і т. п. з’явились роботи, автори яких пробують систематизувати, усвідомити та пояснити заявлені життям процеси науково-технічної творчості. До таких досліджень відносяться роботи М. А. Блоха [14], П. К. Енгельмейєра [74, 75], П. М. Якобсона [77] та ін.

Особлива увага до творчої діяльності людини в галузі науки та техніки з’явилась після запуску в жовтні 1957 року першого штучного супутника Землі, а згодом і польоту в квітні 1961 року першого космонавта. Ці практичні здобутки людей стали цінним підтвердженням можливостей їх творчих здібностей, що спонукало до більш активних пошуків, спрямованих на розкриття механізму самої творчості.

В наш час поняття творчість є категорією цілого ряду наук: філософії, психології, педагогіки та ін. 

У Філософському словнику, наприклад, дається таке означення творчості: “Творчість – процес людської діяльності, що створює якісно нові матеріальні і духовні цінності” [70, c. 405].

Психолог С. Л. Рубінштейн відмічає що творчою є всяка діяльність, яка створює дещо нове, оригінальне, що при тому входить в історію розвитку не тільки самого творця, а й науки, мистецтва і т. д. [60, с. 478].

Аналогічне визначення творчої діяльності дає і інший, не менш відомий, психолог – Л. С. Виготський. Творчою діяльністю, - пише він, - ми називаємо таку діяльність людини, яка створює дещо нове, всеодно, буде це створене творчою діяльністю якою-небуть річчю зовнішнього світу чи відомою побудовою розуму або відчуття, яке живе та проявляється лише в самій людині [19, с. 3]. 

Кібернетичний підхід до визначення творчості від попередніх відрізняється лише деякими використаними термінами, категоріями. Творчість, - пише М. М. Амосов, - це створення нових моделей та втілення їх через ФА (функціональну активність – А  Д.) в матеріальні речі або ж у матеріальні моделі – книги, малюнки і т. д [8, с. 158].

Звідси виходить, що лише завдяки творчій діяльності людей можливий розвиток науки, техніки, мистецтва, освіти, державності і всього іншого. Саме завдяки творчості можливий будь-який прогрес. Вищим виявом із всіх видів діяльності, пише психолог К. К. Платонов, - є творча діяльність, в результаті якої створюється дещо нове, нешаблонне за єдністю форми і змісту і прогресивне у порівнянні з раніше існуючим та відомим результатом подібної діяльності [46, с. 83].

Складність процесу творчості не дозволяла відразу дати йому належну наукову інтерпретацію. До цього часу ще існують різні погляди на суб’єкти творчості. П. К. Енгельмейєр, наприклад, бачить у творчості людини одну із фаз розвитку життя. Ця фаза, на його думку, продовжує собою творчість природи [75]. 

М. А. Блох функцією творчості наділяє й не живу природу. Він вважає, що творчість є основою еволюції всього світу, яка починається з хімічних елементів і закінчується в душі генія [14].

Аналогічні погляди щодо суб’єктів творчості має і наш сучасник, відомий фахівець з психології творчості Я. О. Пономарьов. Чи маємо ми право, - пише він, - зводити творчість лише до діяльності людини? Вираз “творчість природи” не позбавлений змісту. Творчість природи і творчість людини лише різні сфери творчості, що, безсумнівно, мають загальні генетичні корені. <... > У такому випадку варто визнати, що творчість властива і неживій природі і живій – до виникнення людини, і людині, і суспільству. Творчість – необхідна умова розвитку матерії, утворення її нових форм, разом з виникненням яких змінюються і самі форми творчості. Творчість людини лише одна з таких форм [49 с. 16]. Такої ж самої думки щодо творчості людини та природи дотримується й український психолог В. В. Клименко. Він пише: “Творчість – це процес народження нового, який здійснюється у природі чи у людині; у природі – зародження, зростання, визрівання; у людині – створення нових думок, почуттів чи образів – безпосередніх регуляторів творчих дій [37].

Деякі інші автори, наприклад, М. М. Амосов, вважають, що творити здатна лише людина. Головне, чим відрізняється людина від тварини, - підкреслює він, - її творчість: створення в корі мозку нових моделей та втілення їх фізично – у вимові слів, а далі в знаках та речах [9, с. 59]. Такої ж категоричної думки дотримується й педагог В. П. Пархоменко. Він відмічає, що творити може лише людина. У природі відбувається процес розвитку але не творчості [45, с. 9].

Не можна обійти і ще одну сторону творчості. Стосується вона її результату, продукту, який може бути наслідком діяльності людини, виявів її зовнішньої активності. Діяльність людини, – пише український дослідник психології творчості В. А. Роменець, - може бути визнана творчою, коли в результаті її виникає якийсь новий продукт, нова ситуація, вирішується проблема. Правда деструкція також приводить до якогось нового стану, але вона є лише корелятом позитивного аспекту творчості. Тільки позитивно нове становить основу для визначення її критерію...<... >. Розуміння творчості як механізму продуктивного розвитку, вказує, що шукати її треба там, де є рух від нижчого до вищого

[59, с. 7]. 

Якщо говорити про творчість людини, то логічно постає питання соціального характеру: “Творчість процес одноосібний чи колективний?”. Однозначної відповіді, на думку автора, - на це питання дати не можна. Відомі, наприклад, поодинокі випадки сумісної літературної творчості (Ілля Ільф та Євген Петров удвох написали свої твори “Дванадцять стільців”, “Золоте теля” та ін., а під одним псевдонімом Козьми Пруткова писали свої твори Костянтин Толстой, Олексій та Володимир Жемчужнікови). Не можна не згадати й про колективну технічну творчість, наприклад, роботу над створенням літаків, ракет та ін. Але важко, наприклад, уявити спільну роботу над однією і тією ж картиною двох художників. Мабуть не відомі людству і написані декількома композиторами музичні твори. Можливо є сенс говорити про спільну творчість на певному її етапі, наприклад, на етапі узагальнення результатів діяльності окремо взятих творців. М. М. Амосов вважає, що творчість – продукт індивідуального розуму, але реалізація його результатів можлива лише в спільнотах, коли “разові” досягнення одного їх члена передаються іншим і використовуються як база їх творчої діяльності [9, с. 27].

Схожу думку висловлює і М. О. Бердяєв. Він пише, що творець одинокий і творчість носить не колективний, а індивідуально-особистісний характер. Але творчий акт спрямований до того, що має світовий, загальнолюдський , космічний і соціальний характер. Творчість є найменш поглинання собою, воно завжди є вихід із себе. Поглинання собою подавляє, вихід із себе звільняє [13, с. 211].

Цікавим є те, що деякі психологи цим “виходом із себе” та “звільненням” пояснюють причини творчості. Так, наприклад, Н. Роджерс, яка займається експресивною терапією, прагнення людини творити пояснює тим, що творчість подібна волі, спробувавши її одного разу, ти вже ніколи більше не зможеш жити без неї. Це трансформуючий, цілющий процес. <... > Коли накладаються обмеження на нашу творчість, ми хворіємо, стаємо напруженими, тупіємо [58].

Одним із мотивів творчості може бути прагнення людини до гармонійних стосунків з оточуючим її навколишнім світом та встановлення гармонії між його об’єктами. Саме такої позиції дотримується й автор. Увагу людину завжди привертає все гармонійне, доцільне та красиве: полотно художника, музикальний твір, технічний об’єкт, архітектурна споруда. Справжній художній або музикальний твір завжди гармонійний. Ця гармонія завжди існує в природі. Не можна, наприклад, побачити лісову поляну, на якій би росла хоча б одна квітка, колір, якої б “різав” очі спостерігача. По-своєму красиві луки, гори, ліс, море, айсберги і, навіть, пустелі. Те ж саме можна сказати про гармонію звуків: навряд чи вдасться комусь почути спів лісових чи лугових птахів, гама звуків яких би не складала гармонію. Під впливом гармонії довкілля до гармонії може йти і сама людина. Саме цим, мабуть, можна пояснити дієвість арт- та музико-терапії.

Якщо народжується людина із задатками до відчуття гармонії, то після перетворення цих задатків у здібності за певних обставин людина зможе творити. Людина, яка тонко відчуває гармонію, буде завжди реагувати й на відхилення від неї, тобто вона буде відчувати й дисгармонію. Це відчуття дисгармонії й спонукає людину до пошуків шляхів її усунення, тобто досягнення гармонії. Саме цим можна пояснити поведінку певної категорії людей (справжніх творців), які у всьому помічають дисгармонію і пропонують шляхи її усунення. Ті ж люди, які мають нижчий творчий потенціал (менш розвинуті творчі здібності), здатні до розв’язання проблем або задач, що сформульовані іншими людьми. Їм, немов би, слід підказувати, куди необхідно спрямувати свій погляд, щоб усунути дане протиріччя. 

Не дивлячись на те, як називають причини творчості різні фахівці, чи можливістю “виходу із себе”, “звільненням”, чи можливістю “зцілення”, чи ще чимось, можна прийти до висновку про те, що творчість виникає на основі потреби в самовираженні людини, в реалізації її потенціалу. 

Цілком зрозуміло, що для педагогічних цілей важливим є не стільки створення дитиною “дещо нового, нешаблонного”, а сам процес творчості, в ході якого здійснюється процес розвитку суб’єкта цієї діяльності, тобто дитини. Психолог Я. О. Пономарьов пише, що процес взаємодії суб’єкта з об’єктом веде до виникнення двоякого роду продуктів, які виявляються у видозмінах як суб’єкта так і об’єкта [49, с. 131]. Дещо іншими словами, але таку ж саму думку висловлює й інший психолог С. Л. Рубінштейн. Він підкреслює, що процес створення людиною предметного світу – це і є разом із тим розвиток ним своєї власної природи [61, с. 223].

 

1.2. Співвідношення інтелекту та творчості

Досліджуючи творчість, не можна, на наш погляд, обійти проблему співвідношення даного поняття з поняттям інтелекту. Поняття інтелекту та творчості і, звичайно ж, інтелектуальної та творчої діяльності, як показує практика, часто вживаються без достатнього розуміння їх дійсних значень навіть тими людьми, для яких ці слова мають бути віднесені до категорії спеціальних. Вільне їх використання, розміщення в одному словниковому ряду як синонімів, приводить до відповідної неточності в тлумаченні, а значить і розумінні іншими людьми результатів педагогічної практики і тим більше наукових досліджень. У зв’язку з цим, виникає необхідність як у розмежуванні даних понять, так і в встановленні між ними відповідного співвідношення.

Термін інтелект походить від латинського intellectus – розуміння, розсудок, пізнання. У словнику іншомовних слів воно інтерпретується як здатність до мислення, особливо до його вищих теоретичних рівнів [65, с. 287]. При цьому розрізняють декілька видів інтелекту. 

Під інтелектом загальним, наприклад, розуміють загальну розумову здібність, що впливає на виконання будь-якої діяльності, виявляється в якості, швидкості та точності розв’язання мислительних задач, у темпі та успішності навчання, продуктивності професійної діяльності та рівні соціальної адаптації. 

Інтелект соціальний – здібність, що визначає успішність прогнозування і розуміння поведінки людей [30, с. 349].

Інтелект академічний – здібність до навчання в регламентованих умовах (в школі, університеті тощо). Виявляється в рівні успішності навчання [30, с. 347].

Очевидно, що два останні види інтелекту корелюють із інтелектом загальним.

Не вдаючись до подальшого перерахунку видів інтелекту, спробуємо акцентувати увагу на одній його важливій особливості. Полягає вона в деякій пасивності щодо можливого перетворення навколишнього світу. Інтелектуальна поведінка, - пише В. М. Дружинін, - зводиться до прийняття правил гри, які системі, що володіє психікою, нав’язує середовище. Критерієм інтелектуальної поведінки є не перетворення середовища, а відкриття можливостей середовища для адаптивних дій індивіда в ньому [30, с. 18].

Слід відмітити, що названа вище особливість значною мірою розмежовує інтелект та творчість. Функції інтелекту полягають у: 1) здатності до навчання; 2) оперування символами; 3) здатності до активного оволодіння закономірностями оточуючої нас дійсності [52, с. 136]. Творчість же завжди спрямована на перетворення навколишнього світу. Научуваність - пише відомий російський психолог

В. М. Дружинін, - є здібністю до одержання знань, а креативність (загальна творча здібність) – здібність до перетворення знань (з ним зв’язана уява, фантазія, зародження гіпотез і т. п.) [30, с. 15].

Які ж співвідношення між цими двома важливими категоріями? Чи є між ними взаємозв’язок? Чи можуть вони існувати як дві самостійні субстанції? 

На перший погляд здається, що між інтелектом та творчістю існує прямо-пропорційна залежність: чим вищий у людини рівень інтелекту, тим вона більше може виявити себе як творець. Але життєвий досвід та педагогічна практика дають нам факти, які суперечать даній тезі. Високий рівень інтелекту, зокрема академічного, про що вже говорилось вище, дозволяє учню чи студенту оволодіти досить високим рівнем знань, але це далеко не завжди сприяє його творчості. Не секрет, що багато відмінників навчання у використанні набутих знань не можуть вийти за межі відомого, рутинного. Будь яка нестандартна ситуація або задача приводить їх до психологічного дискомфорту. Психолог В. М. Дружинін з цього приводу пише, що високий (і навіть надмірно високий) рівень інтелекту не гарантує творчих досягнень. Можна бути інтелектуалом і не стати творцем [30, с. 171].

Разом з цим хочеться застерегти від формування й іншої, протилежної думки відносно можливості творчості суб’єкта без належного рівня його інтелекту. Російські психологи В. Е. Чудновський та В. С. Юркевич пишуть, що творчі люди не завжди бувають енциклопедистами, але все ж таки ніяка творчість не може відбутись без досить гарного розвитку інтелекту і відповідно необхідного і достатнього об’єму знань [73, с. 46].

Дослідження психологів з різних країн світу приводять в основному до одностайних висновків щодо деякого співвідношення рівня інтелекту та творчості. Так, наприклад, американські психологи Д. Креч, Р. Крачфилд, Н. Лівсон звертають увагу на існування тісного взаємозв’язку між знаннями та творчістю. Цей взаємозв’язок відображують два положення, які суперечать одне одному, кожне з яких є валідним. З одного боку, - пишуть вони, - чим більше знань одержала людина в минулому, тим різноманітнішими будуть її підходи до розв’язання нових задач. З іншого боку, знання можуть стримувати людину стосовно її виходу за межі відомого. Далі вони вказують на певне співвідношення між рівнем інтелекту та здатністю людини до творчості [38]. 

Аналогічну думку щодо цього мають і російські психологи В. Е. Чудновський та В. С. Юркевич. Вони пишуть, що для того, щоб людина могла творити, вона повинна мати такий рівень розумового розвитку, який був би дещо вище середнього. Без гарної інтелектуальної основи високий розвиток творчих здібностей не можливий [73, с. 46]. Тут же вказують на те, що надмірно високий рівень інтелекту не лише не сприяє творчості людини, а й створює в цьому перешкоди. Високочолі інтелектуали, енциклопедисти, - відмічають ці автори, - порівняно рідко бувають дуже творчими людьми. І це зрозуміло: такий рівень інтелекту, як правило, виникає при яскравому виявленні спрямування на навчання, засвоєння. Звідки ж при такому гіпертрофованому спрямуванні на готові знання взятися “творчоскості” [73, с. 47]. 

Позиція автора даної статті щодо цього менш категорична. Процес творчості досить складний і його не хотілось би пояснювати простою залежністю від дії якогось одного чинника, зокрема від спрямуванням людини лише на засвоєння знань. Тут ще слід врахувати й наявність задатків до творчості та подальшої цілеспрямованої роботою по їх розвитку у здібності, наявністю відповідного соціального середовища, яке б сприяло творчому процесу, тощо.

Поєднання інтелекту з креативністю у різних співвідношеннях значною мірою визначають характер соціальної активності індивіда. Наприклад, поєднання високого рівня інтелекту з таким же рівнем креативності найчастіше робить людину адаптованою до навколишнього середовища. Така людина активна, емоційно урівноважена, незалежна. При поєднанні ж вираженої креативності з низьким інтелектом спостерігається погана адаптація людини до соціального середовища. Для її поведінки характерні тривожність та нервозність [30, с. 178]. Врахування цих факторів сприяє прогнозуванню можливої поведінки людини, запобіганню розвитку можливих ускладнень у її взаємовідносинах з іншими членами суспільства.

 

1.3. Логічна та психологічна складові процесу творчості

Доводять за допомогою логіки, винаходять за допомогою інтуїції.

Анрі Пуанкаре

Нема нічого дивного в тому, що фахівці різних галузей науки мають відмінні погляди на механізм творчості. Ми зупинимося лише на баченні механізму творчості кібернетиками, які опираються на логіку, та психологами, які, на думку автора, небезпідставно звертають увагу й на роль психологічних процесів, наприклад, інтуїції, уяви та ін.

Кібернетики вважають, що в основі творчості лежать лише логічні дії людини. Будь-яка нова модель, - вважає М. М. Амосов, - створюється із відомих елементів. Елементами можуть служити моделі різної складності. Для кожного складного об’єкту можна запропонувати безкінечну множину моделей [8, с. 158]. 

Не дивлячись на те, що у висловленому М. М. Амосовим твердженні стосовно „безкінечної множини моделей” є перебільшення, адже ми знаємо, що з певної кількості відомих елементів можна створити лише певну (не безкінечну) множину моделей, винахідницька практика свідчить про можливість створення нових об’єктів внаслідок поєднання вже існуючих, відомих на той час пристроїв або ж просто окремих деталей. Прикріплений до ручки патрон для затискання свердла разом з набором жал викруток, наприклад, утворюють універсальну викрутку, Велосипед із встановленим на його рамі двигуном внутрішнього згоряння перетворився у новий транспортний засіб – мопед. Встановлення у корпусі електричної праски біметалевого вимикача дозволило створити праску з можливістю автоматичного регулювання температури її підошви, що зробило її більш зручною у користуванні. І таких прикладів можна навести досить багато.

Разом з цим, хочеться застерегти від сприйняття цього механізму творчості, як такого, що може легко привести до серйозних результатів. З історії розвитку водного транспорту, наприклад, відомо, що рушієм першого пароплава були звичайні весла, які приводились в рух паровим двигуном. Барк з таким рушієм та паровим двигуном створив Джон Фіч. У 1787 році цей пароплав здійснив перший рейс по річці Делавер біля м. Філадельфія (США) [3, с. 67]. Це був дуже примітивний варіант поєднання двох елементів, в чому впевнились як сам Джон Фіч так і ті люди, що спостерігали за рухом барка. Була вимога часу заміни роботи мускули людини роботою двигуна й відповідне технічне розв’язання даної проблеми було знайдене. Проте потрібне було удосконалення рушія і на заміну весел більш, ніж через два десятиліття прийшли гребні колеса з радіально розміщеними лопатками (тими ж веслами), які у 1803 році запропонував інший винахідник Роберт Фультон [3, с. 69]. А близько 1835 року в якості рушія судна був використаний гребний гвинт [8, с. 71], який після значного вдосконалення надійно й ефективно працює на водному транспорті й до цього часу.

Як бачимо технічне розв’язання задачі за рахунок простого компонування вже відомих елементів не дозволяє відразу отримувати винаходи високого рівня. Труднощі у такому підході до творчості бачить сам же М. М. Амосов. Геніальні винаходи або сміливі гіпотези, - пише він, - відрізняються тим, що їх творець використовує моделі, які знаходяться дуже далеко від уторованого шляху пошуку, такі, що не приходять в голову при простому переборі по порядку використання або значимості [8, с. 162].

Психологи ж, процес творчості пояснюють взаємодією обох його складових – логічної та психологічної (інтуїтивної). Під інтуїцією (від латинського intueri, що означає уважно дивлюсь), розуміють здатність безпосереднього досягнення істини без попереднього логічного міркування [70, с. 153]. 

Зауважимо, що випадки виявів інтуїції тими людьми, які б не були достатньо обізнані з відповідною сферою діяльності ще не відомі. У зв’язку з цим, логічно припустити, що інтуїтивне розв’язання задачі не з’являється саме по собі. Для того, щоб у людини могло з’явитись оригінальне розв’язання у вигляді інтуїтивної підказки, осяяння, у її підсвідомості повинна накопичитись достатня кількість елементів (своєрідна база даних). Саме цим можна пояснити прагнення винахідників знайомитись (хоча б поверхово) з описами або хоча б рефератами вже зроблених винаходів. Вони читають їх як захоплюючу фантастичну літературу на фізико-технічну тематику, дивуючись людському генію.

І це стосується не лише винахідників. Є. П. Брандіс, який досліджував життєдіяльність відомого письменника-фантаста Жуля Верна, відмічає про наявність у нього інформаційних масивів, що містили дані про передові на той час досягнення в галузі науки й техніки. Універсальну картотеку наукових фактів він завів ще в молоді роки і безперервно поповнював її до останніх років [15, с. 51]. Картотека письменника містила витяги з книг, газет, журналів, різноманітних рефератів та звітів. Всі замітки ретельно класифікувались і служили матеріалом для його повістей та романів [15, с. 17]. Не виключено, що у творчості фантаста важливу роль відігравала не сама картотека, а те, що надходило під час її створення до його підсвідомості. „Нема підсвідомого, яке не може усвідомитись, - пише сучасний психотерапевт Володимир Леві, - і нема свідомого, що не входить до підсвідомості. (41, с. 22). У справжній творчій діяльності картотека дозволяє лише уточнити конкретні відомості. 

У механізмі інтуїтивного мислення особливу роль відіграє гармонійна взаємодія між свідомим та несвідомим розумом. З темниць сховищ вродженої та набутої інформації, - пише Ганс Сельє, - ми можемо добувати на світ свідомості для логічного аналізу лише одну проблему, інші ж наші знання в цей час недоступні такому планомірному розгляду. Всі дані, що попали колись до гігантського „міксеру” нашої підсвідомої пам’яті, постійно зіштовхуються одне з іншим, причому однорідні елементи можуть з’єднуватись, утворюючи корисні співвідношення. Такі новоутворені групи ідей спроможні довільно керувати  цілеспрямованими діями, навіть не стаючи усвідомлюваними (тобто діяти як інстинкти); вони стають доступними раціональному аналізу та цільовому їх використанню лише в тому випадку, коли прориваються до свідомості в результаті інтуїтивного осяяння [63, c. 74].

Для творчих людей характерне постійне перебування у стані пошуку розв’язань відповідної задачі. Вночі, коли відпочиває свідомий розум, продовжує працювати його підсвідомість. Тоді і може виникнути розв’язання, яке в той момент, коли психічний стан людини дійде до межі несвідоме-свідоме, з’явиться у вигляді інтуїтивної підказки. Якщо підсвідоме мислення продовжується весь час, особливо уві сні, (причому логіка в його роботу не втручається), - продовжує Ганс Сельє, - то повністю свідоме мислення потребує ясного світла абсолютного пробудження. У сутінках же, на межі свідомого стану, видіння найкраще прориваються до свідомості у вигляді спалаху інтуїції [63, c. 74].

Не менш важливим є й ще один бік обговорюваної проблеми. Знайомлячись з описами винаходів та спілкуючись із самими винахідниками, суб’єкт засвоює досвід творчої діяльності інших людей і за сприятливих умов може наслідувати йому. Цей досвід осідає у підсвідомості людини „до запитання”. Приступаючи до розв’язання творчої задачі суб’єкт спочатку використовує свідомо організований досвід. Як правило, цього досвіду для розв’язання творчої задачі не достатньо (якби це було не так, то ця задача для нього вже не була б творчою). Тоді він і звертається до відразу неусвідомлюваного досвіду, який іноді й дозволяє знайти розв’язання задачі. Неусвідомлюваний досвід, як пише відомий фахівець в галузі психології творчості Я. О. Пономарьов, - і проявляється в зручний момент у вигляді неочікуваної “підказки”, яка приводить до інтуїтивного розв’язання [49, с. 193-194].

Інтуїтивне розв’язання на думку психологів, завжди йде попереду логічного. Логічне розв’язання творчої задачі, - продовжує Я. О. Пономарьов, - виникає лише на базі інтуїтивного, тобто тоді, коли задача фактично вже розв’язана. Логічне розв’язання викликається потребою передати інтуїтивно знайдене іншій людині, обгрунтувати, довести правомірність такого розв’язання, використати його для розв’язання більш складної однотипної задачі і т. п [49, с. 194].

Інтуїтивний момент і формалізація його ефекту, - пише цей же психолог Я. О. Пономарьов, - виступають <… > як творче мислення, будучи центральною ланкою психологічного механізму творчої діяльності [48, с. 207]. Цікаво, що ще раніше до такого висновку прийшов відомий французький математик Анрі Пуанкаре, який писав, що логіка й інтуїція відіграють кожна свою необхідну роль. Обидві вони неминучі. Логіка, яка одна може дати вірогідність, є знаряддя доказу; інтуїція є знаряддя винахідництва [53, с. 215].

На важливу роль інтуїції вказує й відомий канадський вчений Ганс Сельє. Творчість, - пише він, - сама по собі завжди підсвідома: лише при перевірці та використанні продуктів творчої діяльності використовується свідомий аналіз. Інстинкт породжує думки, не усвідомлюючи способи мислення, інтелект же користується думками, але не спроможний їх створювати [63, с. 64].

Психологічний аспект творчості значною мірою зв’язаний ще й зі згаданою вище уявою людини. 

Під уявою в філософії та психології розуміють здатність людини створювати у своїй свідомості нові образи [70, с. 67-68]. При цьому слід мати на увазі, що все те нове, що виникає в уяві людини будується з тих елементів оточуючої дійсності, які містяться в попередньо засвоєному нею досвіді. Було б чудом, - пише Л. С. Виготський, - якби уява могла створювати з нічого або якби вона мала інші джерела для своїх творінь, окрім попереднього досвіду [19, с. 9].

Аналогічної думки відносно уяви дотримується й С. Л. Рубінштейн. Він пише, що уява – це відліт від минулого досвіду, це перетворення даного й зародження на цій основі нових образів, які є і продуктами творчої діяльності людини і прообразами для неї [60, с. 296]. Для нас особливо важливою є творча уява, завдяки якій у свідомості людини створюються нові образи. 

Безперечним є те, що всі письменники-фантасти написали свої твори завдяки багатій творчій уяві, але не всім їм вдалось передбачити здійсненний у майбутньому розвиток подій та спрогнозувати розвиток науки й техніки. Це схиляє до думки відносно існування певних критеріїв, які визначають рівень плідності творчої уяви. Підтвердження цього знаходимо у С. Л. Рубінштейна, який звертає увагу на те, що: могутність творчої уяви та його рівень визначаються співвідношенням двох показників: 1) тим, наскільки уява дотримується обмежуючих умов, від яких залежить осмисленість та об’єктивна значимість його творінь; 2) тим, наскільки нові та оригінальні, відмінні від безпосередньо даного йому породження. Уява, що не задовольняє одночасно обидві умови, фантастична, але творчо безплідна [60, с. 297]. Не можна не згадати при цьому слова відомого фізика Р. Фейнмана: “Що нам дійсно потрібне, так це уява, але уява у гамівній сорочці” [68, с. 157].

Цікаві дані щодо наукового передбачення продуктивних у цьому відношенні письменників-фантастів Ж. Верна, Г. Уелса та О. Бєляєва на основі аналізу їх літературних творів приводить Г. С. Альтшулер (таблиця 1.2.1) [2, c. 198]. 

 

Таблиця 1.2.1

Автори	Загальна кількість фантастичних ідей	Доля фантастичних ідей
		Збулись або обов’язково збудуться найближчим часом	Підтверджена принципова можливість здійснення	Виявились помилковими або                 нездійсненними
Ж. Верн	108	64	34	10
Г. Уеллс	86	57	20	9
О. Беляєв	50	21	26	3

 

Фізіологічним механізмом уяви є оживлення в корі головного мозку раніш утворених нервових зв’язків, сприймань та відчуттів. Уява є вищою формою почуттєвого відображення світу і знаходиться на межі чуттєвості і мислення. Психолог В. В. Клименко пише, що уява – не здатність фантазувати, будувати повітряні замки, а навпаки – інструмент створення гіпотез, можливість інтуїтивно бачити сутність предметів, комбінувати з багатьох образів те, чого ще не існувало. При посередництві почуттів предмети природи та ноосфери нам даються, а розумом – мисляться. Тобто у своє розпорядження ми отримуємо дві картини одного й того ж предмету: почуттєву і смислову, а механізм уяви з’єднує їх у деяку цілісність, синтезує почуття і думку, внаслідок якої виникає судження [36, с. 144-145]. Разом з цим, організовуючи роботу, яка стосується розвитку в дітей уяви та фантазії, слід бути досить обережним. Уява, як ми бачимо, є досить дієвим інструментом творчості. Поте слід пам’ятати й те, що вона може мати не лише творчі, а й невротичні початки, виконуючи при цьому функцію психологічного захисту від викликаної певним внутрішнім конфліктом особистості. Розвиваючи в такому випадку уяву та фантазію, - наголошує А. В. Кулемзина, - ми лише посилюємо проблеми дитини [39]. Набагато раніше на цю проблему звертав увагу відомий швейцарський психолог та філософ, засновник аналітичної психології К. Г. Юнг. Він відмічає, що зміст підсвідомого володіє таким потужним потенціалом, що будучи звільненим засобами активної уяви, може подавити розум, який діє на свідомому рівні, та оволодіти особистістю [76, с. 289].

Між уявою та інтуїцією існує тісний зв’язок. Ганс Сельє пише, що уява - це підсвідома здатність комбінувати факти новими способами, а інтуїція – це здатність переносити потрібні уявлені образи до свідомості [63, с. 64].

Зауважимо, що прихильники так званої теорії розв’язання винахідницьких задач (ТРВЗ) не лише не визнають у процесі творчості інтуїції. Вони взагалі вважають, що творчість є точною наукою [5], і психо-

логія      лише     створює     для     неї     перешкоди.     Так,     наприклад,

Г. С. Альтшулер та Р. Б. Шапіро в опублікованій ними у 1956 році статті “О психологии изобретательского творчества” [6] досить різко критикують роль психологічного механізму творчості, зокрема роль “осяяння”, “догадки”, яким уже на той відводилось чільне місце у схемах творчого процесу Д. Россмана, П. М. Якобсона [77] та ін. Навіть у одній із своїх пізніх робіт Г. С. Альтшулер не залишає у процесі творчості місця для психології. Він пише, що нема чого звертатись до аналогій, метафор, нема чого надіятись на ірраціональні фактори, нема чого залучати гру слів, щоб наштовхнутись на формулювання “дія здійснюється сама по собі”. Таке формулювання має бути запрограмоване в будь-якому процесі розв’язання, і не в загальному вигляді, а набагато конкретніше – із вказівкою на частину об’єкту, до якого вона відноситься, та з точним визначенням фізичної дії [4, с. 26-27].

Закладена в словосполученні “дія здійснюється сама по собі” думка не може не викликати певних сумнівів щодо дієздатності покладених в основу ТРВЗ законів розвитку технічних систем. Помилковим, на думку автора, є одухотворення, штучне та бездоказове надання функції саморозвитку технічним системам (неживій природі). Технічні системи, все ж таки, розвиваються завдяки цілеспрямованій діяльності людини. Мабуть більш правильно було б говорити не про закони розвитку технічних систем, а про закони створення та удосконалення техніки людиною. На цю очевидну методологічну помилку вказують філософи, які здійснювали аналіз ТРВЗ. Так, наприклад, Л. Яценко з цього приводу пише, що в якості об’єктивного орієнтиру для винахідників слід вибрати не проблематичні закони технічного розвитку, а закони проектування техніки, які сформувались у практиці винахідництва, та науково удосконалені способи генерування технічних ідей [78].

Не менш важливою стосовно ТРВЗ є й думка відомого вченого та винахідника А. А. Силіна. Знайомлячи читачів його книги з історією та долею відкриттів та винаходів, він пише, що „винахіднику необхідні принаймні дві найважливіші професійні якості: жива уява та гарна обізнаність з тим, що діється навкруги. Винахіднику, навіть початкуючому, окрім таланту, потрібні ще особливі професійні навички, які б розкріпачували та розвивали фантазію, а також спеціальні „інструменти” для зламування психологічних бар’єрів. Іншими словами, йому потрібен певний „алгоритм винаходу”. Є очевидним, що подібний алгоритм не здатний створити чудо і зробити розв’язання з нічого. Говорячи інакше, він ніколи не замінить інтуїцію та могутність допитливого розуму або ж нових ідей та фактів, як підказані науковим відкриттям [64, с. 41-42]. Сприймаючи все ж таки ТРВЗ як позитивне явище, далі він вважає, що Г. С. Альтшулер та його послідовники впадають у крайність, по суті заперечуючи роль природних здібностей до винахідництва. Навряд чи справедливо також на основі безсумнівних успіхів ТРВЗ робити поспішний висновок стосовно того, що найважливіші таємниці винахідницької творчості і навіть будь-якої творчості взагалі нарешті відкриті [64, с. 46].

Як було показано вище, механізм творчості містить у собі обидва компоненти: психологічний (з його уявою та інтуїцією) і логічний (з його аналізом та синтезом, алгоритмами тощо). Тому нема нічого дивного в тому, що ТРВЗ згодом була дещо психологізована. Наприклад, у тій же роботі Г. С. Альтшулер поруч із критикою таких компонентів процесу творчості як осяяння, інтуїція, здібності [4, с. 17] є прямі вказівки щодо необхідності розвитку в суб’єктів розв’язання творчих задач творчої уяви, чому може сприяти опрацювання ними науковофантастичної літератури [4, с. 129]. Те ж саме знаходимо і в роботах прихильників ТРВЗ: П. Р. Амнуеля [7], Ю. П. Саламатова [62] та ін.

Те, що певна частина людей процес творчості звужують до логічної діяльності людини можна частково пояснити складністю, невидимістю підсвідомих психічних процесів. Це є характерним для людей, у яких інтелектуальна складова переважає творчу. Б. М. Кедров, який понад 70 років власного життя присвятив дослідженню творчості, пише, що все без винятку, що ми можемо взнати про процес руху творчої думки у сфері підсвідомості й про саму цю сферу підсвідомого, ми взнаємо лише після того, як творча думка вийде до сфери свідомого. Але нічого, окрім того, про що ми при цьому дізнаємось, про сферу підсвідомого ми все таки не знаємо [34, с. 120]. Проте, якби для повноцінної творчості достатньо було лише логічної діяльності, то, наприклад, працю винахідників можна було б замінити роботою ЕОМ. Та цього ще люди не мають.

 

1.4. Фази творчого процесу

Розглядаючи процес творчості, не можна обійти й класичну проблему фаз творчого процесу. Один із перших дослідників технічної творчості П. К. Енгельмейєр, наприклад, виділяв такі фази (акти) у творчому процесі.

-      Перший акт (інтуїція та бажання, виникнення задуму) починається з інтуїтивного проблиску ідеї і закінчується з'ясуванням її самим винахідником. Поки що є лише гіпотетична ідея, ймовірний принцип винаходу, на рівні якого стоїть гіпотеза, а в художньому – задум.

-      Другий акт (знання та міркування, відпрацювання схеми або плану) дає повний або виконуваний план, схему, де наяву все необхідне та достатнє. Механізм цього акту полягає у виконанні дослідів як у думках так і на ділі. Винахід виробляється як логічна уява. Воно стає готовим для розуміння, і його подальше виконання вже не вимагає творчої роботи.

-      Третій акт (уміння, конструктивного виконання винаходу) не вимагає творчості. Виконання винаходу на даному етапі з повною впевненістю в успіху може бути доручене будь-якому досвідченому фахівцю [75].

П. М. Якобсон [77] у творчому процесі бачив такі етапи:

–                        період інтелектуальної творчої готовності;

–                        виявлення потреби;

–                        зародження ідеї-задачі;

–                        пошуки розв’язання;

–                        отримання принципу винаходу;

–                        перетворення принципу в схему (його формалізація – А. Д.); – технічне оформлення та розвертання винаходу.

Дж. Діксон [29] вважає, що процес творчості відбувається за такою схемою:

–                        приготування: накопичування знань та удосконалення майстерності;

–                        концентрація зусиль: вперта робота, спрямована на отримання розв’язання;

–                        перепочинок: період розумового відпочинку, під час якого винахідних відволікається від розв’язуваної задачі;

–                        осяяння: отримання нової ідеї або видозмінення вже відомої, яка є шуканим розв’язанням;

–                        доведення роботи до кінця: узагальнення, оцінка.

Відомий дослідних в галузі психології творчості Я. О. Пономарьов схему здійснення творчого процесу:

-      Перша фаза (свідома робота) – підготовка (особливий стан діяльності як передумова інтуїтивного проблиску нової ідеї).

-      Друга фаза (неусвідомлювана робота) – визрівання (неусвідомлювана робота над проблемою, інкубація спрямовуючої ідеї).

-      Третя фаза (перехід неусвідомлюваного в свідомість) – натхнення (в результаті неусвідомлюваної роботи до сфери свідомості надходить ідея розв’язання, спочатку в гіпотетичному вигляді, у вигляді принципу, задуму).

-      Четверта фаза (свідома робота) – розвиток ідеї, її остаточне оформлення та перевірка. [50].

Можна прийти до висновку про те, що наведені вище схеми розкривають структурно-рівневу природу надзвичайно складного психологічного механізму творчості з поєднанням його свідомих (логічних) та неусвідомлюваних (які немов би обминають логіку) ланок.

Я. О. Пономарьов, як відмічалось вище, пропонує у розв’язуванні творчої задачі виділяти дві основні фази:

–             фазу інтуїтивного пошуку та отримання інтуїтивного ефекту, інтуїтивного розв’язання (тобто фазу, яку в минулому іноді називали “психологічним” розв’язуванням) та

–             фазу його вербалізації, формалізації (тобто ту, яку відповідно зв’язували з “логічним” розв’язуванням) [49, с. 194].

Цікаво, що майже всі дослідники, за винятком Б. М. Кедрова, Я. О. Пономарьова та ще декількох психологів, опускають, а точніше, - пропускають першу фазу, з якої починається процес розв’язування будь-якої, творчої, чи звичайної нетворчої, за виразом А. І. Павленка [44, с. 55], “рутинної” задачі. Це фаза пошуку вже відомих на даний час моделей (способів) розв’язування аналогічних задач, які могли б бути застосовані для розв’язування щойно поставленої задачі. По суті, це є спроби використання вже відомих алгоритмів розв’язування задач. Якщо не вдається знайти відповідного алгоритму, то дана задача для конкретного суб’єкта виявляється творчою і тоді він звертається до інших, зокрема інтуїтивних способів її розв’язування.

Дещо відмінною від попередніх є схема творчості, яку запропонував М. М. Амосов:

–             З’ясування задачі – вибір моделей змісту та якостей на вищих поверхах.

–             Пошук необхідних елементів та їх співвідношення для того, щоб вони відповідали вищим моделям. Створення вищих моделей в уяві.

–             Вираження варіантів моделей фізичними засобами у вигляді речі.

–             Повторне сприйняття і дослідження фізичної моделі за критеріями якостей і змісту. З’ясування нових, непередбачених якостей.

–             Внесення кореляцій у модель або відмова від неї на початку нової роботи [9].

Як бачимо, етапи творчого процесу, які входять до даної схеми, є біднішими у психологічному відношення. В ній більш чітко виражені, етапи, які відображають логічні дії, які зв’язані з перебором можливих варіантів розв’язань, що відповідає відомому методу спроб та помилок. Під час багатовікового функціонування даний метод зазнав певного розвитку. Проте аналіз відповідної літератури та винахідницької практики дозволяє зробити висновок стосовно того, що цей розвиток здійснювався лише у напрямку активізації перебору можливих варіантів. 

Ще однією важливою характеристикою цих фаз є те, що вони в основному стосуються процесу розв’язування “готової” задачі. Все те, що відбувається до формулювання умови задачі, залишається поза увагою. 

 

1.5. Повний цикл творчості

В. Г. Розумовський зосереджує нашу увагу на схемі творчості, яка включає: факти, модель, теоретичні висновки, експеримент [54, с. 8-24]. Справді, така модель відповідає процесу розвитку наукової теорії. Проте вона не зовсім підходить для пояснення процесу створення оригінальних пристроїв та технологій. 

Відразу зауважимо, що останнє, тобто процес створення нових технічних пристроїв та технологій також традиційно прийнято зводити до процесу розв’язування відповідної винахідницької задачі. Це, на думку автора, зв’язано з тим, що саме даний етап процесу творчості завершується отриманням його результату – оригінального продукту. Всі попередні етапи (фази) виглядають менш ефективно і тому на них не завжди звертається увага. Не виключено, що це є також і однією з причин того, що окремі автори редукують творчість до логічної, інтелектуальної діяльності, яку можна здійснювати на основі знань за певним алгоритмом. 

Разом з цим, аналіз філософської літератури, винахідницької (у тому числі й власної) практики дозволяє зробити висновок стосовно того, що процес розв’язування задачі є лише складовою частиною повного циклу творчості, який має місце у реальному житті, і не просто частиною, а завершальним його етапом. Це вдається досить легко пояснити на наступному прикладі з історії розвитку техніки.

Відомо, що двигуни внутрішнього згоряння перших автомобілів мали малу потужність. У зв’язку з тим, автомобілі розвивали невелику швидкість. Проте через деякий час потужність двигунів стала значно більшою. Зросла і якість автомобільних доріг. З’явилась реальна можливість задовольнити потребу людини у більш швидкому переміщення з одного пункту до іншого. Проте цього досягти вдалось не відразу. Із збільшенням швидкості руху автомобіля різко зростав опір його рухові. Відчувалось, що між елементами системи: більш потужним двигуном, існуючим кузовом автомобіля та навколишнім середовищем виникла певна невідповідність. Перед людьми постала проблема стосовно її усунення. Як було згодом встановлено, збільшенню швидкості руху автомобіля заважала його форма (рис. 1.5.1). Зустрічний потік повітря чинив автомобілю значний опір. 

Залишилось сформулювати умову задачі, у якій обов’язково слід вказати те, що не дозволяє отримати бажаний результат (згадаймо,

Рис. 1.5.1. Не обтічна форма одного з перших автомобілів

умова будь-якої задачі має містити констатуючу частину та вимогу).

Задача 1.5.1. «Автомобіль»^[1]. Перші автомобілі мали двигуни невеликої потужності і тому розвивали відносно малу швидкість. Через деякий час були створені двигуни більшої потужності. Зросла й якість доріг. Проте зустрічні потоки повітря чинили значний опір рухові автомобіля. Запропонуйте, яким чином можна досягти більшої швидкості руху даного транспортного засобу.

Розв’язання задачі зведеться до пропозиції створити кузов, який би мав обтічну форму (рис. 1.5.2). 

Рис. 1.5.2. Автомобіль, що має обтічну форму

Як бачимо, у тому випадку, коли умова задачі містить у собі вказівки на те, що не дозволяє досягти очікуваного результату, то розв’язання знаходиться не так вже й важко. 

На основі приведеного вище прикладу можна запропонувати модель процесу творчості (рис. 1.5.3), який здійснюється за повним циклом.

Спочатку людина виявляє між елементами системи певнуневідповідність, неузгодженість, певний розлад (є потужний двигун, поліпшився стан доріг, проте значного збільшення швидкості руху автомобіля досягти не вдається), що можна назвати одним словом дисгармонія [65, с.

214]. 

Зауважимо, що слово дисгармонія вже використовується в психології творчості. Відомий український психолог В. В. Клименко, наприклад, мотивом творчості вважає усунення між елементами навколишнього світу дисгармонії, тобто досягнення гармонії [35-37], на що ми вже вказували у першому розділі.

Хочеться також привернути увагу до того, що наші міркування багато в чому подібні до філософського аналізу розвитку науки. Так, наприклад, відомий американський філософ Т. Кун доводить, що процес наукового відкриття, починається з усвідомлення аномалії, тобто із встановлення факту порушення навіяних парадигмою очікувань, які направляють розвиток, – за його визначенням, – «нормальної» науки [40, с. 78]. Те, що Т. Кун вкладає в поняття аномалії в розвитку наукової теорії, повністю відповідає нашій дисгармонії, яка властива процесу науково-технічної творчості. 

Рис. 1.5.3. Модель повного циклу творчості 

Відчуття творцем стану дисгармонії приводить до постановки проблеми (проблема збільшення швидкості руху автомобіля) стосовно усунення такого стану, тобто досягнення стану гармонії.  

Далі здійснюється виявлення між елементами або ж у структурі самих елементів суперечностей (дана форма автомобіля не є такою, яка б дозволяла йому рухатись з великою швидкістю в повітрі), які є причиною даної дисгармонії. 

Після цього здійснюється постановка задачі стосовно усунення цих суперечностей (формулюється умова задачі, де вказуються суперечності, які не дозволяють виконати вимогу даної задачі). 

Останнім кроком циклу є розв’язування задачі, яке полягає в усуненні відповідних суперечностей. 

Саме зараз хотілось би звернути увагу на те, що один із авторів ТРВЗ Г. С. Альтшулер, не даючи ніде визначення винахідницької задачі, вказує на її головну ознаку, зокрема на те, що вона містить технічну суперечність, яка не усувається відомими технічними засобами та знаннями [3]. У одній із останніх свої праць він наголошує на тому, що типових винахідницьких задач нема взагалі. Існують лише “ситуації, які відносяться до задач приблизно так, як шматки залізної руди відносяться до підшипників” [4, с. 40]. Далі Г.С. Альтшулер пише, що процес розв’язування винахідницької задачі полягає в багатократному переформулюванні та поступовому поглибленні її умов. Задача знову й знову перебудовується, стаючи все більше та більше правильною, і в кінці кінців, після чергової перебудови, з’являється очевидна відповідь [3]. Він також вважає, що якщо абсолютно правильно сформулювати винахідницьку задачу, вона перестане бути задачею, її розв’язання буде очевидним чи стане зрозумілим, що задача не може бути розв’язана при даному рівні розвитку науки й техніки [3, 4, с. 41]. 

Не зважаючи на те, що ТРВЗ містить у собі певну кількість неточностей, що й не дозволило їй стати теорією в повному розумінні даного слова, ми бачимо, що Г. С. Альтшулер досить близько підійшов до розуміння етапів творчості. У нього є невизначена задачна ситуація, яка близька за змістом до наших дисгармонії та проблеми, є процес встановлення технічних суперечностей, які не дозволяють отримати очікуваний позитивний ефект, є розв’язування задачі, яке полягає в усуненні знайдених суперечностей. 

Легко зрозуміти, що кожен наступний пропонований нами цикл творчості буде починатись з виявлення іншої дисгармонії і завершуватиметься розв’язанням заново сформульованої задачі, в умові якої будуть вказані нові суперечності.  

При цьому варто зауважити, що зміст кожного етапу циклу творчості залежить від суті виявленої дисгармонії. Так, наприклад, збільшення швидкості руху автомобіля приводить до виникнення небезпеки його зіткнення з іншими об’єктами (такими ж автомобілями, стовпами, деревами, пішоходами та ін). Тобто, рух щойно удосконаленого транспортного засобу не узгоджується (дисгармоніює) з оточуючими об’єктами. Якщо суб’єкт творчості вкаже таку суперечність, як неспроможність автомобіля швидко зупинитись у разі виникнення небезпеки зіткнення з іншими об’єктами, то процес розв’язування задачі, умова якої міститиме дану суперечність, завершиться удосконаленням гальм (заміна звичайних гальм на пневматичні або гідравлічні, створення нових гальмівних пар – колодок та спряжених з ними деталей, наприклад, гальмівних дисків), удосконалення доріг (розширення проїжджої частини, будівництво тротуарів, окремих доріжок для пішоходів та велосипедистів, встановлення на більшій відстані від проїжджої частини стовпів та ін.). Як бачимо, одна й та ж сама задача може мати не одне, а декілька розв’язань, що є однією з важливих особливостей даного типу задач.

Очевидно, що суб’єкт може включатись у процес творчості на будьякому етапі даного циклу. Виходячи з цього, ми можемо побудувати декілька моделей творчої діяльності. Кожна з цих моделей відповідає певному рівню творчості учня.

1.  Модель творчості на рівні розв’язування готової задачі.

2.  Модель творчості на рівні виявлення суперечностей, які дозволяють сформулювати умову задачі (перейти від поставленої проблеми до задачі).

3.  Модель творчості на рівні постановки проблем.

4.  Модель творчості на рівні виявлення дисгармонії.

Такі різнорівневі моделі творчості дозволяють створити методичну систему розвитку творчих здібностей учнів у процесі навчання фізики.

З огляду на це, розглянемо їх більш детально.

1. Модель творчості на рівні розв’язування готової задачі

Це найнижчий рівень творчості. Суб’єкту залишається лише знайти спосіб усунення суперечностей, які лежать в основі дисгармонії (рис. 1.5.4). У реальній практиці такий рівень творчості зустрічається не часто (той, хто сформулював задачу, тобто виконав усі попередні етапи творчої діяльності, ніколи не залишить задачу не розв’язаною). 

Найчастіше такий рівень спостерігається у навчальній діяльності. Прикладом може служити будь-яка винахідницька задача, що розміщена в даному посібнику. Подібні задачі відповідають рівню тренувальних вправ на початковому етапі діяльності, спрямованій на розвиток здібностей до науково-технічної творчості. Їх можна використовувати на етапах закріплення та перевірки знань учнів. Вони не мають обмежень стосовно будь-яких організаційних форм (урок, домашнє завдання, заняття гуртка чи факультативу, турнір юних винахідників і раціоналізаторів (ТЮВіР) [26, 27] та ін.).

Не зважаючи на все сказане вище, процес розв’язування “готової” задачі може дати поштовх до здійснення творчої діяльності у більш широкому масштабі, за моделями вищих рівнів. При цьому,

Рис. 1.5.4. Модель творчості на рівні розв’язування готової задачі розв’язування “готової” винахідницької задачі може логічно перейти у розв’язування вже власно сформульованої конструкторської задачі і т.п. Прикладом може бути робота учнів багатопрофільної гімназії № 28

м. Запоріжжя Максима Дмитренка та Олени П’янкової по розв’язуванню задачі “Ефективний вітряк”, яка ставилась автором на V-му Всеукраїнському турнірі юних винахідників і раціоналізаторів (ТЮВіР) (2002 р.).

Задача 1.5.2. “Ефективний” вітряк”. Вже відомі різноманітні типи вітряків. Всі вони мають невеликий коефіцієнт корисної дії. Але завдяки тому, що для їх роботи не потрібне паливо, вони успішно використовуються за різним призначенням: обертають жорна млинів, ротори електричних генераторів тощо. Ваша задача полягає у створенні вітряної електростанції з максимальним коефіцієнтом корисної дії.

Названі учні стали співавторами винаходу “Вітровий двигун” (патент України № 71490 А).

Даний пристрій (рис. 1.5.5) містить вертикально розташований механічний вал та лопаті. Механічний вал має змогу обертатися навколо своєї поздовжньої осі. Лопаті симетрично розташовані на валу. Кожна лопать вітродвигуна складається з системи секцій-пластин, які насаджені однією стороною на осях (спицях) і мають змогу незалежно одна від одної під дією повітряного потоку відхилятися лише в одному напрямку. Вітродвигун встановлюється на опорі. Вал вітродвигуна пови-

Рис. 1.5.5. Діюча модель вітрового двигуна, винайденого

Максимом Дмитренком та Оленою П’янковою 

нен бути механічно з’єднаним з валом електрогенератора.

Система працює таким чином: завдяки тому, що довжина секційпластин більша, ніж відстань між сусідніми осями-спицями, на яких вони закріплені, секції-пластини можуть відхилятися лише в одному напрямку на довільний кут від 0 до 180º, повертатися в іншому напрямку їм заважають осі. Повітряний потік зустрічає в кожний момент часу різний опір від кожної лопаті вітродвигуна. Опір повітряному потоку з боку лопаті, у якої секції-пластини в даний момент часу не мають змоги відхилятися під дією цього потоку (повороту заважають осі), суттєво більший, ніж опір з боку лопаті, у якої секції-пластинки повернулися на деякий кут, що еквівалентно зменшенню ефективної площі цієї лопаті. Таким чином виникає результуючий обертальний момент, що і призводить до обертання вітродвигуна, якщо швидкість вітру більша, ніж

3  4 м/с.

Наведена конструкція вітродвигуна має низьку металоємність і дозволяє суттєво знизити опір лопатей, які рухаються проти вітру; підвищити питомі енергетичні показники та коефіцієнт використання енергії вітрового потоку.

Запропонований вітродвигун здатний забезпечити енергією невелике індивідуальне господарство.

Разом з тим, теоретичні розрахунки, результати експериментальних досліджень та технічний опис даного винаходу були оформлені Максимом Дмитренком у вигляді науково-дослідної роботи “Енергозабезпечення індивідуального господарства за допомогою енергії вітру”. Ним також була спроектована та виготовлена діюча модель вітродвигуна. Робота була представлена на обласному та державному етапах конкурсу-захисту науково-дослідних робіт учнів-членів МАН, а саме на її техніко-технологічному відділенні (2003/2004 навчальний рік). На обох етапах цього конкурсу учень зайняв перші місця.

2. Модель творчості на рівні виявлення суперечностей, які дозволяють сформулювати умову задачі (перейти від поставленої проблеми до задачі)

Даний рівень творчості характеризується тим, що вже є сформульована проблема. Суб’єкту потрібно буде здійснити всі наступні етапи циклу творчості, тобто виявити суперечності, які лежать в основі дисгармонії, сформулювати на їх основі умову задачі та розв’язати її (рис. 1.5.6). Такий шлях творчості проходить переважна частина інженерів промислових підприємств та працівників наукових установ. 

З метою розвитку творчих здібностей учнів завдання такого типу можуть використовуватись як на уроці, та і в позаурочній роботі з предмету, зокрема під час проведення Всеукраїнських ТЮВіР та для організації науково-дослідницької діяльності учнів у секціях фізики та техніки Малої академії наук (МАН) України. 

Прикладом може бути поставлена нами проблема стосовно збільшення об’єму інформації, яку можна було б записувати на CD-диск. 

Тепер ми вже знаємо, що для формулювання умови винахідницької задачі необхідно виявити суперечності, які не дозволяють досягти бажаного результату. Отож, продовжимо хід наших міркувань з метою їх виявлення.

Для записування та читання інформації в CD-приводах використовується лазер, який випромінює світлову хвилю, що має довжину 789 нм. Такий лазер пропалює досить широку доріжку. Стає зрозумілим, що це і є причиною того, що на обмеженій площі диску не можна записати великий об’єм інформації (в цьому й полягає суперечність).

Отже, для досягнення очікуваного результату слід або звузити ширину випалюваної доріжки або збільшити площу диску. Цілком зрозуміло, що останнього робити не можна, адже, виходячи з цього, необхідно буде збільшувати й розміри приводу. 

На основі попередньо поставленої проблеми та щойно виявленої су-

Рис. 1.5.6. Модель творчості на рівні виявлення суперечностей перечності можна сформулювати умову винахідницької задачі.

Задача 1.5.3. „Інформація” (Задача №5 VII-го ВТЮВіР, 3-8.12.2004). Об’єм

інформації, яка записується на СD-диск, залежить від ширини випалюваної лазером на його поверхні доріжки та щільності розміщення цих доріжок. Ширина випалюваних доріжок та їх щільність, у свою чергу, залежить від довжини хвилі світла, яке випромінює лазер. Для записування та читання інформації в CD-приводах використовується лазер, який випромінює світлову хвилю, що має довжину 789нм (червоне світло). Запропонуйте, яким чином можна розмістити на звичайному диску більший об’єм інформації.

Розв’язання: Учасниками VII Всеукраїнського ТЮВіР було запропоновано для запису інформації зменшити довжину світлової хвилі використовуваного для цього лазера (перейти від червоної частини спектру видимого світла до синьої або фіолетової). Це дозволило збільшити інформаційну ємність диска у декілька разів.

3. Модель творчості на рівні постановки проблем 

Це досить високий рівень творчої діяльності. Починається вона з постановки проблеми. Далі йдуть всі інші етапи творчості (рис. 1.5.7). Варто зауважити, що не кожна людина, яка помітила дисгармонію між елементами певної системи, ставить проблему стосовно її усунення. Для постановки проблеми необхідна мотивація даної діяльності. 

У реальній практиці така послідовність етапів творчості має місце, наприклад, тоді, коли визначаються перспективні напрямки діяльності наукової установи чи промислового підприємства, під час формування

Рис. 1.5.7. Модель творчості на рівні постановки проблем плану винахідницької та раціоналізаторської діяльності установ та підприємств, під час роботи над створенням складного пристрою, наприклад, автомобіля, літака, космічної станції, ЕОМ тощо. 

З метою розвитку творчих здібностей учнів на даному рівні доцільно, наприклад, залучати учнів до підготовки та проведення фізичного експерименту. Під час такої діяльності досить часто виникають проблеми стосовно створення певних приладів або ж пристроїв іншого призначення. Проблема може бути сформульована на уроці, а всі наступні етапи циклу творчості можуть реалізуватись на заняттях гуртка, факультативу або ж у домашніх умовах. 

Розглянемо це на прикладі проблеми створення приладу для демонстрування явища механічного резонансу. 

У методичній літературі з фізики описано значну кількість пристроїв для демонстрування даного явища. Найпростіший серед них і тому, мабуть, найчастіше використовуваний, являє собою декілька нитяних маятників, які підвішені на горизонтально протягнутій нитці. Відомі й інші пристрої аналогічного призначення, наприклад, горизонтальні. або вертикальні пружинні маятники, коливання яких збуджуються періодично діючими зовнішніми силами [43, с. 36]. Основними недоліками названих вище пристроїв є те, що вони дозволяють спостерігати резонанс лише на одній частоті, яка визначається параметрами пружного елементу та тіла, яке здійснює коливання. Разом з цим, всі згадані вище пристрої не мають цілісної конструкції і для демонстрування явища механічного резонансу збираються з окремих деталей або механізмів. В останні роки у літературі, зокрема і в підручниках фізики для 9-го класу з’явились описи ілюстрованих відповідними рисунками пристроїв, які мають цілісну конструкцію [20, с. 358]. Вони містять у собі підвішений на шатунній шийці кривошипу вертикальний пружинний маятник. При обертанні валу кривошипу з певною частотою, даний маятник входить в резонанс. Як бачимо, даний пристрій вже має цілісну конструкцію, проте, як і попередні пристрої, він дозволяє демонструвати явище резонансу лише на одній частоті. Окрім того, обертання валу кривошипу рукою людини не завжди дозволяє вчасно помічати умови виникнення резонансу. Таким чином, підводимо учнів до постановки ними проблеми стосовно створення пристрою, який би був зручним у користуванні та дозволяв демонструвати явище механічного резонансу не на одній, а на декількох частотах. 

Як вже відомо, наступним кроком має бути виявлення суперечностей, що лежать в основі дисгармонії, яка привела до постановки даної проблеми. Легко дійти до висновку стосовно того, що для демонстрування явища резонансу на декількох частотах прилад повинен мати декілька осциляторів або ж один осцилятор з можливістю зміни його відповідних параметрів. У всіх же описаних вище пристроїв він лише один і його параметри змінюватись не можуть. 

Далі йде формулювання відповідної винахідницької задачі.

Задача 1.5.4. «Резонанс». Для демонстрування явища механічного резонансу використовуються пристрої, які на час виконання фізичного експерименту збираються з окремих елементів, що створює певні труднощі у підготовці до експерименту. Разом з цим, усі відомі на цей час пристрої містять у собі один осцилятор, що дозволяє демонструвати дане явище лише на одній частоті. Необхідно створити пристрій аналогічного призначення, який би мав цілісну конструкцію та дозволяв демонструвати явище механічного резонансу на декількох частотах.

Розв’язанням даної задачі можна вважати пристрій для демонстрування явища механічного резонансу, створений учнем 11 класу ліцею № 15 м. Чернігова Павлом Давиденком.

Створений ним пристрій (рис. 1.5.8) містить: платформу 1, електродвигун 2 з ексцентриком 3, пружні елементи 4, 5 і 6, які мають різні коефіцієнти жорсткості, та основу 7. Пружні елементи одними кінцями жорстко зв’язані з платформою, на якій встановлено електродвигун з ексцентриком, а іншими з основою.

Джерелом електроенергії для живлення пристрою може бути випрямляч з регульованою напругою або ж батарея гальванічних елементів. У випадку використання останньої для регулювання частоти обертання ротору двигуна можна використати реостат R.

Даний пристрій працює таким чином.

Після приєднання електродвигуна 1 пристрою до джерела електроенергії необхідно плавно збільшувати частоту обертання його валу з ексцентриком 3. При досягненні відповідної частоти обертання ротору електродвигуна з ексцентриком та частина платформи, яка опирається на пружний елемент із найменшим коефіцієнтом жорсткості, почне здійснювати коливання, що свідчитиме про входження даної частини пристрою в механічний резонанс. Подальше збільшення частоти обертання валу з ексцентриком приведе до припинення коливань даної частини платформи та початку коливань тієї частини платформи, що опирається на пружний елемент з більшим коефіцієнтом жорсткості. Те ж саме відбуватиметься і при подальшому збільшенні частоти обертання валу електродвигуна, тобто по черзі будуть припинятись коливання тих частин платформ, які опираються на пружний елемент з меншим коефіцієнтом жорсткості, і входитимуть в резонанс ті частини платформи, що опираються на пружний елемент з більшим, у порівнянні з попереднім, коефіцієнтом жорсткості.

Конструктивні особливості запропонованого пристрою дозволяють здійснювати більш ефективне демонстрування явища механічного резонансу у порівнянні з тими демонстраціями, що виконуються з використанням вже існуючих пристроїв.

У пристрої доцільно використати трикутні платформу та основу. За таких умов будуть раціонально використовуватися всі три спіральні пружини – кожен кут платформи буде опиратись на свою пружину, а інші кінці пружин будуть опиратись на подібні частини основи. Платформу та основу можна взяти й іншої геометричної форми, наприклад, у вигляді круга, але кількість пружин, все рівно, доцільно взяти 3. Матеріал для обох цих деталей може будь-який (дерево, пластмаса тощо). Їх також можна виготовити у вигляді трикутників, сторонами яких можуть бути готові кутники або пластини.

Пружини можна взяти готові або ж навити на токарному верстаті. Орієнтовні коефіцієнти їх жорсткості: 20, 40 та 60 Н/м (коефіцієнт жорсткості 40 Н/м, наприклад, має пружина шкільного динамометра). До платформи та основи пружини досить легко прикріпити за допомогою гвинтів з гайками та шайб, діаметр яким має дещо перевищувати діаметр пружин.

Електродвигун можна взяти від набору для конструювання. Прикрі-

Рис. 1.5.8. Пристрій для демонстрування явища механічного резонансу:  1 – платформа; 2 – електродвигун; 3 – ексцентрик; 4, 5, 6 – пружні елементи (спіральні пружини) з різними коефіцієнтами жорсткості; 7 – основа.

пити до платформи його можна відповідним хомутиком.

Провідники для приєднання двигуна до джерела струму необхідно взяти багатожильні, гнучкі.

Очевидно, що замість електродвигуна з ексцентриком у даному пристрої можна використати будь-які механізми, які здатні періодично змінювати центр своєї маси або ж вібрувати. Ними, наприклад, можуть бути звичайні електричні дзвінки, виготовлені з деталей відповідних “Конструкторів” - частоту коливань їх молоточка можна регулювати декількома способами, або ж інші пристрої, створені на основі електромагнітів (наприклад, реле з масивним якорем).

Робота з даним пристроєм досить проста і не потребує спеціальної підготовки. 

Проблема, яку поставив перед собою учень, була покладена в основу його науково-дослідницької роботи члена МАН України. Під час проведення ІІІ-го етапу Всеукраїнського конкурсу-захисту науководослідницьких робіт він зайняв друге місце. Українським інститутом промислової власності на даний пристрій видано патент № 60846А.

4. Модель творчості на рівні виявлення дисгармонії 

Людина самостійно виявляє дисгармонію між окремими елементами певної системи або між самою системою та навколишнім світом, на основі цього ставить проблему, виявляє суперечності, які приводять до дисгармонії, формулює та розв’язує задачу (рис. 3.1.3). Це, як вже зазначалось, вищий рівень творчості, який може спостерігатись з боку геніальних творців. Варто пригадати пропозиції введення в минулому на великих підприємствах та в наукових установах посад, які умовно називали “генераторами ідей”. 

З метою розвитку творчих здібностей учнів у них слід розвивати відчуття гармонії. Лише та людина, яка здатна відчути, «побачити» дисгармонію, здатна помітити й дисгармонію. Очевидно, що людей з такою психологічною якістю не так і багато. У процесі навчання фізики необхідно створювати ситуації, які б дозволяли учням знайомитись як з гармонійними системами, так і такими, що характеризуються розладом у взаємодії їх елементів. Так, наприклад, учням можна продемонструвати роботу гарного промислового мікро електродвигуна, після чого надати їм можливість спостерігати роботу діючої моделі такого ж пристрою (з набору для відповідної лабораторної роботи). Двигун попередньо слід зібрати так , щоб учні помітили те, що його ротор обертається не рівномірно й час від часу зупиняється (дисгармонія). Далі доцільно разом з учнями сформулювати проблему стосовно удосконалення двигуна, виявити те, що заважає нормальній його роботі, сформулювати та розв’язати поставлену задачу.

Творчу діяльність, яка починається з виявлення дисгармонії, можна й на наступному прикладі із шкільної практики. Під час виконання у восьмому класі лабораторної роботи “Регулювання сили струму реостатом”, окремі учні звертають увагу на те, що електричний струм у колі таким приладом регулюється не плавно, а стрибками. Цілком зрозуміло, що це є дисгармонією: нам би хотілось, щоб сила струму змінювалась плавно, а вона змінюється стрибками. 

Разом з учнями ставимо проблему: створити такий реостат, який би був позбавлений даного недоліку.

При уважному вивченні конструкції даного приладу, виявляється, що під час переміщення його повзуна контакти додають до зовнішнього навантаження по половині витка дроту, який намотано на його барабан. Ці стрибки залежать від діаметру барабану, на якому намотаний дріт: чим більший діаметр, тим довші відрізки дроту вмикаються в електричне коло, і тому опір зовнішньої частини електричного кола змінюється на більшу величину. І навпаки, - зменшення діаметру барабана приведе до того, що стрибки опору, а, значить, і електричного струму будуть меншими. Згодом учні впевнюються в тому, що найбільш точне регулювання електричного струму можна було б здійснювати реостатом, контакт повзуна якого проходив би всі точки його дроту, тобто ковзав по всьому провіднику. Отже в ході таких міркувань ми встановили суперечність, яка приводить до небажаного явища: опір реостата змінювався б плавно тоді, коли б контакт повзуна проходив усі точки його дроту, але в даній конструкції він вмикає навантаження відрізками, довжина кожного з яких дорівнює половині витка дроту, навитого на барабан.

На основі виявленої суперечності сформулюємо умову винахідницької задачі:

Задача 1.5.5. «Реостат». Здійснити плавне регулювання сили електричного

струму за допомогою шкільного реостату не вдається у зв’язку з тим, що його опір змінюється стрибками. Ступінчастість зміни опору даного пристрою зв’язана з його конструктивними особливостями: контакти повзуна перестрибують з одного витка намотаного на його барабан дроту на інший (наступний). Спарені та діаметрально протилежні контакти повзуна навантаження в електричне коло додають відрізками, довжина кожного з яких дорівнює половині витка дроту, навитого на барабан. Запропонуйте реостат, який би був позбавлений даного недоліку.

Розв’язання. Цілком зрозуміло, що опір реостата буде змінюватись плавно тоді, коли контакт його повзуна буде проходити всі точки дроту. На рисунку (рис. 1.5.9) зображено можливий варіант такого реостату. Обертання за коліщатко 1 барабану з дротом 2 навколо власної осі супроводжується поступальним рухом контакту повзуна 3, що дозволяє йому “пройти” всі точки дроту, а, значить, і задовольнити сформульовану в задачі вимогу. Пристрій запропоновано учнем Чернігівської середньої школи № 22 Ігорем Коньковим. 

Рис. 1.5.9. Варіант реостату з можливістю плавної зміни опору: 1 – коліщатко; 2 – барабан з дротом; 3 – контакт повзуна.

Очевидно, що робота конструктора дозволить реалізувати ідею учня на практиці. Прикладом такої конструкторської розробки є реостат, який зображено на наступному рисунку (рис. 1.5.10). Обертальний рух барабану 1 пристрою зубчатими колесами 4 та 5 передається ходовому гвинту 2 гвинтового механізму. Унаслідок цього повзун 3 здійснює поступальний рух вздовж осі барабану, ковзаючи при цьому по намотаному на ньому дроту.

До моделі творчості на даному рівні можна віднести й таку діяльність, яка здійснюється на основі відчуття дисгармонії між тим, що людиною отримала знаннями та тим, що ці знання ще не знайшли свого використання на практиці. Перебуваючи у такому напруженому психічному стані, людина самостійно шукає, де б їй можна було використати нові знання. Так, наприклад, дізнавшись про те, що під час нагрівання збільшується об’єм тіл, учень прагне використати дане явище для створення значних зусиль, для здійснення точного переміщення тіл тощо.

Дана модель творчості відповідає поглядам на мотиви творчості американського психолога Н. Роджерс стосовно того, що під час такого акту людина відчуває певне “звільнення” [58]. Унаслідок здійснення

Рис. 1.5.10. Рисунок діючої моделі реостата:

1 – барабан з дротом; 2 – ходовий гвинт гвинтового механізму; 3 – повзун; 4 – зубчате колесо барабану; 5 – зубчате колесо ходового гвинта; 6 – контакт барабану; 7 – коліщатко приводу в рух барабану.

акту творчості, у результаті якої відбувається гармонізація стосунків між елементами відповідної системи, вона відчуває описане Н. Роджерс “звільнення”. Такий шлях творчості властивий молодим винахідникам, наприклад, учням або студентам, чи так званим винахідникамдилетантам. Перед ними ніхто не ставить ніяких завдань. Прояви творчості з їх боку спонтанні (в міру отримання знань). Вони не знають, що чогось не можна зробити і роблять це на основі щойно отриманих знань. Результати такої творчої діяльності досить часто приводять до вагомих результатів, хоча існує проблема стосовно їх оцінювання фахівцями, які працюють у тій галузі, до якої належить отриманий продукт. 

Розглядаючи дану модель творчості, не можна не звернути увагу на можливі випадки виникнення на основі таких проявів творчості конфліктів між учнями та вчителями (викладачами). Причина таких конфліктів полягає не лише у бажанні невизнання можливих творчих досягнень молодшої та менш освіченої людини, а й у тому, що значна частина учителів (викладачів) творчість редукує до інтелектуальної діяльності. Вони вважають, що людина може творити лише тоді, коли оволодіє “тим об’ємом знань, який накопичило людство”, хоча, як вже відомо, рівень знань людини не повністю корелює з її творчими здібностями.

З метою розвитку творчих здібностей на даному рівні не слід залишати поза увагою всі пропозиції учнів стосовно можливого застосування отриманих знань на практиці. Обговорення складних питань стосовно створення оригінальних пристроїв та технологій доцільно винести на засідання відповідних секцій МАН України, заняття фізичних чи фізико-технічних гуртків, факультативів тощо.

Як вже відмічалось вище, дисгармонію помічають лише ті люди, яким властиве відчуття гармонії. Педагогічний досвід показує, що здатність до відчуття гармонії досить часто проявляється у процесі оволодіння дитиною навчальним матеріалом з фізики. Учень може помітити серед звичайного незвичайне, помітити не видимий для інших зв’язок між окремими явищами, що приводить до відкриття нових (хай і суб’єктивно нових) законів природи. При цьому слід зауважити, що великі відкриття в наш час здебільшого робляться на основі того, що вчений знаходить певну аномалію між парадигмами, за висловлюванням Т. Куна нормальних наук [40, с. 78. ]. Учень або, навіть, і студент ще не завжди може побачити таку аномалію, проте він може відчути, “вловити” зв’язок між певними явищами. На рівні учня, наприклад, можна було легко відкрити залежність сили пружності, що виникає під час пружної деформації тіла, від величини цієї деформації, залежність періоду коливань нитяного маятника від його довжини, явище існування магнітного поля навколо провідника зі струмом (те що в 1820 році відкрив Х.-К. Ерстед), явища відбивання та заломлення світла тощо. Будь-яке відкриття згодом може привести до створення нової теорії (оригінального ідеального продукту).

ІІ. НАУКОВО-ТЕХНІЧНА ТВОРЧІСТЬ

 

2.1. Наукові дослідження. Дослідницькі задачі

Дослідницька діяльність людини полягає у всебічному вивченні явищ та процесів, аналізі впливу на них різноманітних факторів. Звідси виходить, що дослідницькою слід називати таку задачу, в ході розв’язання якої здійснюється всебічне вивчення явищ або процесів, встановлюються вплив на них різноманітних факторів.

Якщо дослідження здійснюється із дотриманням наперед відомої суб’єкту інструкції (за відомим алгоритмом), то така діяльність, не дивлячись на те, що можуть бути отримані нові дані (тобто створено оригінальний продукт), не є творчою. Творчою може бути лише діяльність з невідомим для суб’єкта алгоритмом. Разом з цим, для творчої дослідницької діяльності характерним буде ще й те, що учні можуть самостійно вибирати необхідне обладнання, збирати або ж, навіть, створювати відповідні пристрої тощо. Отже, до категорії творчих можна віднести лише такі дослідження, які здійснюється з використанням власно розроблених способів або засобів дослідження. Очевидно, що в результаті виконання такого дослідження з’являється новий продукт: встановлюються особливості протікання явищ, встановлюється вплив на них певних факторів тощо. На основі цього може бути створена відповідна теорія, яку вже можна віднести до оригінального продукту.

Наукові дослідження з психології та педагогіки та педагогічна практика, показали, що для процесу розвитку творчих здібностей учнів характер новизни одержуваного в ході виконання будь-якої діяльності не має суттєвого значення. Вона може бути як об’єктивною, так і

суб’єктивною. Проте слід мати на увазі, що це має відношення для тренувальних вправ. Якщо ж мати на увазі конкурсні науководослідницькі роботи, то, їх результати, на думку автора, повинні мати об’єктивну новизну. Можна знизити вимоги до актуальності та значимості дослідження, але здобутий автором продукт має бути абсолютно новим.

Дослідження можуть бути теоретичними, експериментальними або комплексними (комбінованими). 

Розглянемо спочатку приклад дослідження теоретичного характеру.

Задача 2.1.1. Дослідити залежність коефіцієнта корисної дії джерела електричного струму від опору зовнішньої ділянки кола.

Корисною вважають ту потужність, яка виділяється на зовнішній ділянці електричного кола. Повна ж (затрачена) потужність складатиметься із суми двох потужностей: тих, що виділяються на зовнішній і внутрішній частинах кола (рис. 2.1.1).

Прийнявши це до уваги, запишемо рівняння, у правій частині якого буде вираз для коефіцієнта корисної дії (ККД) джерела електричного струму, записаний через його внутрішній опір r, опір зовнішньої ділянки кола R та силу струму І: 2

I R

                                                                  .

                                                                            2                   2

I R  I r

Після відповідних математичних перетворень, отримаємо:

R

                                                                       .

Rr

З останнього рівняння видно, що при наближенні значення опору зовнішньої ділянки кола R до 0 (R0), значення ККД джерела електричного струму також наближається до 0 (0). При зростанні опору R

(R), величина ККД джерела струму буде наближатись до 1 (1).

Такий же аналіз зробимо і відносно значень змінної r – внутрішньо-

Рис 2.1.1. Електричне коло із можливістю зміни опору  зовнішньої ділянки 

го опору джерела електричного струму. Якщо, r0, то для будь-якого значення опору (R0) зовнішньої ділянки електричного кола 1. Надмірне ж зростання внутрішнього опору (r) ,буде приводити до зменшення ККД джерела струму (0).

Залежність ККД джерела електричного струму від опору зовнішньої ділянки кола можна зобразити графічно. Таблиці, на основі яких побудуємо графіки даної залежності, складемо для різних значень внутрішнього опору джерела струму. 

Спочатку складемо, наприклад, таблицю для внутрішнього опору джерела електричного струму r₁=0,5 Ом (табл. 2.1.1). 

Таблиця 2.1.1

R, Ом	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5
	0	0,5	0,67	0,75	0,8	0,83	0,86	0,88	0,89	0,9

 

Дані наступної таблиці  одержані для джерела електричного струму із внутрішнім опором r₂=2 Ом (табл. 2.1.2).

Таблиця 2.1.2

R, Ом	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5
	0	0,2	0,33	0,43	0,5	0,56	0,6	0,64	0,67	0,69

 

На основі даних обох таблиць в осях R, ККД побудуємо графіки. 

Верхній графік (рис. 2.1.2) відповідає досліджуваній залежності для джерела електричног струму із внутрішнім опром r₁=0,5 Ом, нижній – для джерела струму , внутрішній опір якого r₂=2 Ом.

Як бачимо, з більшою ефективністю в електричних колах працюва-

Рис. 2.1.2. Графіки залежності коефіцієнта корисної дії джерел електричного струму з різними внутрішніми опорами від опору зовнішньої ділянки електричного кола

тиме те джерело електричного струму, внутрішній опір якого менший. Зрозуміло, що це потрібно враховувати при створенні різних джерел електричного струму, зокрема при виборі провідників для котушок силових трансформаторів, при виборі хімічних компонентів та розмірів електродів гальванічних елементів тощо.

Наступна задача є прикладом експериментального дослідження.

Задача 2.1.2.Дослідити процес охолодження води.

Обладнання для розв’язування задачі вибрати самостійно.

Розв’язання. Процес охолодження води полягає у передачі нею частини внутрішньої енергії навколишньому середовищу. Висновок же про зміну внутрішньої енергії будь-якого тіла можна зробити на основі зниження його температури. У зв’язку з цим, для формулювання певних висновків відносно перебігу процесу охолодження води, нам достатньо буде прослідкувати за зміною температури води в часі.

Для знімання показів зі шкали опущеного у воду термометра зберемо відповідну установку (рис. 2.1.3).

Систематизувати та узагальнити дані експерименту нам допоможе таблиця (табл. 2.1.3). 

Температура води в посудині буде знижуватись з часом, тому перший рядок нашої таблиці повинна відображати відповідні інтервали часу від початку спостереження за процесом охолодження води. Другий рядок заповнимо конкретними значеннями температури, яку матиме вода у відповідний час від початку спостереження за процесом її охолодження.

Таблиця 2.1.3

Т, хв.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
t,C	69	66	62,5	60	58	55,5	53,5	52	50,5	49,5

 

Числові дані таблиці свідчать про поступове зниження температури води в часі. Динаміку ж процесу її охолодження буде краще видно на відповідному графіку (верхній графік рисунку 2.1.4).

Як бачимо, графік залежності температури води від часу на початку спадає більш різко, ніж у кінці. Пояснити це можна тим, що різниця між температурою води і температурою навколишнього середовища більша саме на початку процесу її охолодження, що сприяє інтенсивнішому відтоку тепла від неї. Навпаки ж, при зменшенні цієї різниці спостережуваний процес сповільнюється. Швидкому охолодженню води при значній різниці температур між нею та навколишнім середовищем сприяє ще й її інтенсивне випаровування.

Другий дослід було проведено при зменшенні маси води вдвічі

Рис. 2.1.3. Установка для спостереження  за процесом охолодження води

(m₂=0,5m₁). Всі інші умови були збережені. Отримані під час спостереження за процесом охолодження води дані розміщені у таблиці 2.1.4.

 

Таблиця 2.1.4

Т, хв.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
t,C	69	63	58	54	51	48	45,5	43,5	41,5	39,5

 

Графічне зображення процесу в даному випадку дозволяє зробити висновок щодо більш різкого спадання температури води (нижній графік рисунку 2.1.4). Особливо швидко вона охолоджується на початку процесу. Знову ж, наближення температури води до температури навколишнього середовища приводить до сповільнення процесу її охолодження.

Рис. 2.1.4. Графічне зображення процесу охолодження  води різної маси 

Учні можуть також припустити, що швидкість охолодження води має залежати від форми посудини, від кольору її зовнішньої поверхні, від матеріалу, із якого вона виготовлена, від того, закрита ця посудина чи ні, від температури навколишнього середовища та інших зовнішніх чинників, наприклад, обдування посудини та вільної поверхні води потоком повітря, контактування її з різними тілами  і т. д. 

Слід зазначити, що такі припущення виникають в учнів в наслідок наявності в них таких цінних психічних якостей як прозорливість та уміння бачити проблеми, які визначають їх належність до категорії тих людей, що здатні до творчості. 

Ці припущення (гіпотези) спонукають їх до виконання досліджень у таких вже більш конкретних напрямках.

Задача 2.1.3. Дослідити залежність швидкості охолодження води, яка знахо-

диться у відкритій та закритій посудинах, від часу її охолодження.

Обладнання: алюмінієва посудина калориметра, термос із водою, температура якої 70С, алюмінієва кришка калориметра з отвором для термометра, термометр, прилад для здійснення відліку часу, штатив з лапкою.

Задача 2.1.4. Дослідити залежність швидкість охолодження води від форми посудини, в якій вона міститься.

Обладнання: зовнішня та внутрішня алюмінієві посудини калориметра, мензурка, термос з водою, температура якої 70С, термометр, прилад для здійснення відліку часу, штатив з лапкою.

Задача 2.1.5. Дослідити процес охолодження води при різних температурах навколишнього середовища.

Обладнання: алюмінієва посудина калориметра, мензурка, термос з водою, температура якої 70С, термометр, прилад для здійснення відліку часу, штатив з лапкою.

Примітка: учні повинні мати змогу працювати в приміщенні та за його межами.

Учнів, які виконують наукові дослідження, слід орієнтувати на те, щоб вони передбачали можливе використання здобутих результатів на практиці. Покажемо це на прикладі одного з досліджень, яке виконували учасники І-го всеукраїнського конкурсу юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття». 

Задача 2.1.6. «Вода». Налийте звечора у прозору пластикову пляшку води (близько 2/3 її об’єму) і закривши її герметично кришечкою, поставте на підвіконні. Вранці уважно розгляньте вільну від води внутрішню поверхню пляшки і опишіть те, що вам вдалось побачити. Замалюйте те, що ви спостерігали. Поясніть, будь-ласка, спостережуване явище. Запропонуйте як можна використати, отримані під час виконання дослідження результати, на практиці.

Розв’язання. Вранці на внутрішній поверхні пляшки можна побачити наступну картину (рис. 2.1.5). На ній осіли краплі конденсату.  Дослідники повинні пояснити, чому цевідбулось,чому в одному місці краплини крупніші, ніж в іншому, чому краплини води мають різну форму тощо.

На двох наступних знімках зображено пристрій, який створено на основі здобутих учнями в ході виконання дослідження результатів. Частину попередньо нагрітої стінки пляшки вони загнули всередину. Внаслідок цього утворився жолоб для збирання конденсату. Поставивши такий пристрій на поверхню води, як це показано на рисунку 2.1.6.а, можна зібрати певну кількість чистої води. Краще це видно на піднятому із землі пристрої (рис. 2.1.6.б).

До завдань, які виконуються учнями упродовж тривалого часу (від декількох тижнів до декількох місяців або, навіть, і до 1-2 років, відно-

Рис. 2.1.5. Утворення конденсату на внутрішній поверхні пляшки

сяться науково-дослідницькі роботи (НДР). У ході виконання наукового дослідження учень може відкрити нове явище чи встановити взаємозв’язок між окремими явищами, виявити суперечності в існуючих технічних об’єктах або технологіях та запропонувати шляхи їх усунення. Отримання ж оригінального продукту у вигляді нових знань або матеріального об’єкту, як відомо, є результатом творчої діяльності людини. 

Учні, які мають задатки або вже й здібності до творчої діяльності, самостійно обирають тему майбутнього дослідження (адже вони здатні відчути дисгармонію між елементами оточуючого світу). Інші ж учні - потребують стосовно цього відповідної допомоги.

Елементи творчості можуть проявлятись і на етапі планування дослідження, а також під час створення установки для проведення експерименту. Іноді учні пропонують оригінальну установку або спосіб проведення експерименту, що може мати місце лише за умови прояву їх творчих здібностей.

Цілком зрозуміло, що творчого підходу вимагає і безпосереднє виконання дослідження, яке може завершитись одержанням оригінального продукту у вигляді нових даних, нового технічного пристрою або ж способу досягнення позитивного ефекту (технології).

Малою академією наук України передбачена діяльність шести наукових відділень. Найближчими за змістом діяльності для процесу навчання фізики є два відділення: фізико-математичне, де є секція фізики, та науково-технічне, яке має 5 секцій: промислове технічне обладнання та технології; електроніка та приладобудування; транспортні системи, засоби та обладнання; інформаційні, телекомунікаційні системи, обладнання та прилади; сільськогосподарська техніка, обладнання та технології. Цілком зрозуміло, що тематика досліджень учнів повинна відповідати напрямкам діяльності наукових секцій. Рівень їх складності не повинен виходити за межі розуміння учнем досліджуваної проблеми.

          а                                                         б

Рис. 2.1.6. Пристрій для отримання води

Розглянемо коротко основний зміст деяких науково-дослідницьких робіт, виконаних у 1998-2003 роках, автори яких – члени Чернігівського територіального відділення МАН України стали призерами ІІІ-го етапу Всеукраїнського конкурсу-захисту науково-дослідницьких робіт. 

Першу з них - “Дослідження залежності капілярного ефекту від температури, зовнішніх електричних та магнітних полів”, виконав учень 11-го класу Чернігівської школи-колегіуму Олександр Жигінас у 1998 році. Ідея даної роботи в нього з’явилась внаслідок ознайомлення із завданнями експериментального туру ХХХY Всеукраїнської олімпіади юних фізиків (одне завдання для учнів 10-х та 11-х класів стосувалось дослідження залежності коефіцієнта поверхневого натягу води від температури). Зрозуміло, що процес дослідження даної залежності під час виконання експериментального туру олімпіади був не достатньо тривалим. До того ж дослідження там мало виконуватись за допомогою конкретного, наперед виданого обладнання, що звичайно, звужувало можливості експериментатора у його пошуках. Дещо вузькою, на думку Олександра, була і сама проблема: залежність коефіцієнта поверхневого натягу води лише від температури, тому сформульована ним тема передбачала більш масштабне дослідження. Умови фізичного кабінету дозволяли вибирати необхідне для проведення експериментів обладнання. Тут же можна було скористатись допомогою вчителів, можна було взяти консультації у науковців тощо.

Спочатку він досить детально розглянув теорію поверхневого натягу та капілярних явищ, опрацювавши при цьому доступні йому літературні джерела, а потім провів відповідні експериментальні дослідження. Всі одержані ним експериментальні дані були подані у вигляді графіків, на основі яких були зроблені відповідні висновки. Олександр посів ІІ місце на третьому етапі Всеукраїнського конкурсу-захисту науководослідницьких робіт. 

Інша робота мала таку назву: “Дослідження проходження світла через непрозорі розчини та його відбивання від вільних поверхонь цих середовищ”. Виконав її у 1999 році учень 11-го класу тієї ж школи-колегіуму Максим Бондаренко. В ній знайшли відображення інтереси учня до оптичних явищ, з якими він ознайомився у школі. 

Дослідження здійснювалось з використанням підручних матеріалів та обладнання шкільного кабінету фізики. Не дивлячись на це, учнем було експериментально встановлено залежність розсіювання світла від довжини його хвилі, залежність відношення енергії у відбитому та падаючому світлі, залежність коефіцієнта відбивання світла від концентрації розчину, залежність коефіцієнта відбивання світла від температури розчину, залежність коефіцієнта розсіювання світла від температури тощо. В результаті поставлених експериментів були зроблені відповідні висновки, сформульовані пропозиції щодо можливого використання одержаних результатів на практиці. На тому ж конкурсі автор даної роботи був нагороджений дипломом ІІІ-го ступеня.

Олег Романовський виконав роботу на наступну тему “Створення значних зусиль на основі фізичних явищ і процесів та можливе їх використання у техніці” 

Аналіз прикладів деформації трамвайних рейок, руйнування будівельних споруд і т. п. дозволили Олегу прийти до висновку про можливість одержання в результаті теплового розширення твердих тіл значних зусиль. На основі цього він поставив задачу щодо оцінки цих зусиль та дослідження можливості використання їх у техніці. Нами розглядається лише лінійне теплове розширення твердих тіл.

Видовження металевого стержня l при збільшенні його температури на Т можна визначити за такою формулою:

l=l_o(1+T)-lo=loT,

де l_o – початкова довжина стержня, а  - температурний коефіцієнт лінійного теплового розширення.

Зрозуміло, що при деформуванні закріпленого стержня в ньому виникає сила пружності. З урахуванням межі міцності конкретного матеріалу _мц. і площі поперечного перерізу стержня S можна визначити максимальне значення цієї сили:

Fmax=мц.S.

Використовуючи відоме рівняння А=F_сер.l, можна розрахувати, яку роботу може виконати виникаюча в закріпленому зразку сила пружності при зміні його розмірів на l:

А=0,5_мц.Sl₀T.

Зроблений вище теоретичний аналіз і наступні розрахунки, підвели учня до висновку про можливість створення пристрою, який зможе здійснювати перетворення енергії Сонця в енергію обертального руху твердого тіла, а при необхідності й в електроенергію (рис. 2.1.7). 

Вільний кінець консольної балки 1 являє собою елемент рейкового механізму, який здатний обертати сполучені зубчасті колеса 2 і 3. При необхідності можна послідовно з'єднати кілька таких коліс. Останнє з них буде обертати ротор електричного генератора.

Очевидно, що продуктивність даного пристрою можна збільшити за рахунок збільшення довжини і поперечного перерізу балки, фарбування її у чорний колір та ін. Друге місце на ІІІ етапі Всеукраїнського конкурсу-захисту науково-дослідницьких робіт – така оцінка виконаної Олегом роботи.

Тема науково-дослідницької роботи учня школи-ліцею № 22 Григорія Джеваги “Термо-баропристрій для піднімання води”.

Спочатку Григорій зробив глибокий літературний аналіз існуючих пристроїв для піднімання води – насосів, а потім  довів теоретично можливість створення власного пристрою на основі порожнього резервуару. Нижче наводяться його міркування.

Нехай у закритому резервуарі об’ємом V міститься повітря масою m під атмосферним тиском p₀. Початкова температура повітря Т₁  Стан цього газу можна описати рівнянням Менделєєва-Клапейрона:

m

p₀V   RT₁. M

Зниження температури повітря до Т₂ приведе до зниження в резервуарі тиску до p. Такому стану газу вже буде відповідати наступне рівняння:

m

pV     RT₂ . M

Розв’яжемо систему цих рівнянь відносно зміни тиску в резервуарі. Для цього від першого з них віднімемо почленно друге:

m (p₀ p)V  M R(T₁ T₂)_.

або ж:

m

                                                                  pV  RT

                                                                                  M         .

Виразивши масу повітря m через його густину  та об’єм V:

mV ,

одержимо наступне рівняння залежності зміни тиску газу від зміни його температури:

R

p     T . M

Розрахунки показують, що зниження температури повітря в резервуарі навіть на 10 К приведе до зниження в ньому тиску на:

p=(1,29 кг/м³8,31 Дж/(мольК)10 К)2910^-3 кг/моль≈3697 Па≈ 381 мм водяного ст.

Усе це дозволило зробити висновок про те, що різниця тисків у резервуарі, що виникає внаслідок зміни температури, є достатньою для піднімання в ньому води на визначену висоту.

Схема пристрою зображена на рисунку 2.1.8. Складається він з резервуару 1, впускного патрубка 2, в якому встановлено впускний клапан 3, випускного патрубка 4 з розміщеним у ньому випускним клапаном 5. Перед приведенням пристрою в робочий стан його впускний патрубок 2 опускається у воду.

Розглянемо принцип дії даного пристрою в межах одного циклу, тобто за один період коливання температури.

Ранком, зі сходом Сонця, стінки резервуара почнуть нагріватися. Зрозуміло, що це приведе до збільшення в ньому тиску повітря, яке через випускний клапан 5 буде виходити назовні. 

Рис. 2.1.7. Схема пристрою для перетворення поступального руху кінця консолі, який виникає внаслідок її теплового розширення, в обертальний рух зубчатих коліс:  1 – балка; 2, 3 – зубчаті колеса.

Зниження температури повітря в резервуарі, що матиме місце із заходом Сонця чи, навіть, при перекриванні сонячних променів хмарами, спричинить за собою зниження в ньому температури, а, значить, і тиску повітря. Випускний клапан 5 при цьому буде закритим – його буде притискати зовнішнє повітря, тому що атмосферний тиск у той час буде перевищувати тиск повітря усередині резервуара. Тиск же на поверхню води, що знаходиться усередині патрубка, із зниженням температури повітря в резервуарі стає меншим від атмосферного. У зв'язку з цим, вода буде підніматися в резервуар 1. З надходженням води в резервуар 1, тиск повітря в ньому буде збільшуватися. Піднімання води припиниться тоді, коли сума тиску піднятого стовпа води (у патрубку 2 й резервуарі 1) і тиску повітря в резервуарі зрівняється з тиском атмосфери:

рст.води + рповітря в рез.= р атм..

Цілком зрозуміло, що з підвищенням температури усередині резервуару 1 тиск повітря в ньому почне зростати знову. Унаслідок цього, певна частина води з нього через випускний клапан 5 вийде назовні. Далі ці процеси будуть повторюватися.

Очевидно, що підвищенню ефективності роботи даного пристрою будуть сприяти фарбування резервуара в чорний колір, застосування системи дзеркал, яка б спрямовувала на нього промені сонячного світла та ін. 

Для піднімання води на більшу висоту можна скористатись ланцюжком таких пристроїв.

На малюнку (рис. 2.1.9) зображено діючу модель даного пристрою, виготовленого на основі банки з-під фарби. Виготовлений на основі бочки реальний пристрій вже використовується у присадибному господарстві.

Участь у третьому етапі Всеукраїнського конкурсу-захисту науководослідницьких робіт для Григорія Джеваги завершилась успіхом – він посів третє місце. 

Українським інститутом промислової власності даний пристрій було визнано винаходом (патент України № 59922А).

До кола інтересів учня 11-го класу Прилуцької гімназії № 1 Едуарда Оробея відносяться реактивні двигуни. У результаті опрацювання відповідної літератури та проведених фізичних експериментів ним було створено оригінальний реактивний двигун. Назва теми виконаного ним дослідження співпадає з назвою створеного ним пристрою: “Хімічногідрореактивний двигун”. 

Рис. 2.1.9. Діюча модель пристрою для піднімання води

Будову даного пристрою можна легко зрозуміти із його схематичного зображення (рис. 2.1.10).

Двигун працює наступним чином: у реакторі 1 проходить хімічна реакція між содою та кислотою за одним з наведених нижче рівнянь:

NaHCO₃+CH₃COOH→CH₃COONa+CO₂↑+H₂O

або

Na₂CO₃+2HCl→2NaCl+H₂O+CO₂↑.

Як бачимо, у ході описаних вище реакцій виділяється вуглекислий газ, унаслідок чого в реакторі 1 зростає тиск, який через з’єднувальну трубку 5 передається до резервуару 6, що містить робоче тіло (воду) 7. Робоче тіло починає витікати крізь сопло 8 з певною швидкістю, що приводить до створення реактивної тяги.

При використання в якості реагентів каустичної соди та соляної кислоти, двигун є екологічно чистим, адже в результаті реакції утворюється водяний розчин кухонної солі NaCl та вуглекислий газ СО₂, який легко відновлюється рослинами до оксигену O₂. Температура в реакторі двигуна не піднімається до того рівня, який би приводив до теплового забруднення водойм.

У описі пристрою його автор відмічає про те, що працює він на альтернативному джерелі енергії, що є вигідним в умовах дефіциту палив-

Рис. 2.1.10. Схематичне зображення хімічно-гідрореактивного двигуна:

1 – реактор; 2 – отвір для заливання кислоти; 3 – циліндр з содою;  4 – кислота; 5 – з’єднувальна трубка; 6 – резервуар для розміщення робочого тіла; 7 – робоче тіло (вода); 8 – сопло.

них ресурсів. Він не потребує мастильних матеріалів, не забирає з повітря кисень. У зв’язку з тим, що пристрій не містить у собі рухомих частин, він є досить зносостійким та зручним у транспортуванні. Процес його виготовлення не вимагає складних технологічних операцій.

Даний двигун можна використовувати в судномоделізмі, а також для демонстрування реактивного руху під час вивчення відповідної теми в фізиці та техніці. 

Недоліком двигуна є його мала питома потужність.

Як бачимо, процес створення Едуардом двигуна не вимагав від нього виходу за межі матеріалу шкільного курсу хімії та фізики, проте він містив у собі елементи творчості. 

На основі приведених коротких описів науково-дослідницьких робіт можна прийти до висновку про те, що у двох перших з них учнями були отримано оригінальний для них продукт (такий, що має суб’єктивну новизну) у вигляді знань про перебіг відповідних фізичних явищ та процесів. Виконання ж трьох останніх робіт привело ще й до створення оригінального матеріального продукту з його реалізацією на практиці. Безперечно, що це свідчить про творчий характер їх діяльності. Виходячи з цього, можна вважати, що виконання учнями науководослідницьких робіт сприяє розвитку їх творчих здібностей.

Свідченням того, що в Україні дослідницькою діяльністю займається значна частина учні є те, що в останні роки Міністерством освіти і науки дозволено державну підсумкову атестацію з фізики у загальноосвітніх закладах освіти у формі захисту учнівських дослідницьких робіт.

У зв’язку з тим, що учні мають різний рівень розвитку творчих здібностей і тому багато хто з них не може обрати тему дослідження, учителям необхідно надавати їм у цьому допомогу. Для цього потрібно розробляти та доводити до відома учнів орієнтовні теми можливих досліджень. Нижче приводяться приклади декількох розроблених нами тем.

1.            Енергія фазових переходів та можливе її використання для практичних потреб людини.

Поняття фазових переходів та причини виділення або поглинання при цьому енергії. Існуючі способи отримання та використання енергії фазових переходів для задоволення потреб людини. Власні пропозиції стосовно способів або пристроїв, які дозволяють використовувати енергію фазових переходів для практичних потреб людини.

2.            Нетрадиційні теплові двигуни.

Поняття теплового двигуна. Аналіз теплових двигунів, для роботи яких не використовується тверде, рідке або газоподібне паливо. Теплові двигуни, робочим тілом яких є тверде тіло. Оригінальний нетрадиційний тепловий двигун. Його характеристики (потужність, ККД, можливе застосування, екологічність тощо).

3.            Використання енергії вітру.

Існуючі способи та пристрої для перетворення енергії вітру в корисну для людини енергію чи роботу. Власно створений вітроенергетичний пристрій. Його характеристики та можливе використання. Вплив вітроенергетичних пристроїв на довкілля.

4.            Використання енергії Сонця.

Характеристика потоку енергії Сонця, яка попадає на Землю (спектр випромінювання, сонячна постійна тощо). Опис існуючих геліоустановок. Оригінальні способи або пристрої для перетворення сонячної енергії в енергію, придатну для задоволення потреб людини. Екологічні проблеми, зв’язані з використанням цієї енергії.

5.            Шум – як екологічна проблема.

Поняття шуму. Його характеристики та вплив на живі істоти. Існуючі способи боротьби з шумом. Створення власного способу або пристрою для досягнення позитивного стосовно цього ефекту.

6.            Проблема акумулювання енергії.

Необхідність акумулювання енергії. Існуючі пристрої для акумулювання енергії. Власна пропозиція щодо створення оригінального пристрою для акумулювання енергії. Екологічні проблеми, зв’язані з акумулюванням енергії. Перспективи створення різноманітних акумуляторів.

7.            Природа як джерело аналогів технічних пристроїв.

Досконалість об’єктів природи. Об’єкти природи як аналоги створюваних людиною технічних пристроїв. Відомі випадки використання об’єктів природи в якості аналогів та прототипів винаходів. Власний пристрій або технологія, аналогом якого був би об’єкт оточуючої нас природи. 

8.            Споживання енергії в домашньому господарстві та можливі шляхи її економії.

Виробництво енергії. Споживання енергії в домашньому господарстві. Можливі шляхи економії енергії (ефективне використання пристроїв та технологій, підвищення коефіцієнтів корисної дії пристроїв, використання „дармової” енергії тощо).

Педагогічна практика свідчить про те, що ознайомлення учнів із тематикою можливих досліджень приводить до вибору однієї із запропонованих тем або ж спонукає їх до визначення власних напрямків дослідження.

Не дивлячись на те, що тема дослідження може не бути результатом власного бачення учнем відповідної проблеми, потенційна можливість для творчості міститься у процесі його виконання. Існуючі у відповідній теорії, технічному пристрої чи технології протиріччя учень може виявити при аналізі літературних джерел, що також буде його творчою діяльністю. Його творчість може проявитись при виконанні експериментальних робіт і тим більше при створенні оригінального ідеального чи матеріального продукту.

На основі сказаного вище можна зробити висновки про те, що виконання учнями науково-дослідницьких робіт сприяє розвитку їх творчих здібностей.

Окрім цього, розв’язування учнями дослідницьких задач та виконання науково-дослідницьких робіт дозволяє прослідкувати весь шлях продуктивної діяльності людини – від моменту наукового відкриття – до створення відповідної наукової теорії – від наукової теорії до винаходу певного пристрою або технології, від винаходу – до конструювання та виготовлення певного пристрою, від його виготовлення – до удосконалення. 

 

2.2. Поняття винаходу та винахідницької задачі

 

Деякі люди, сприймаючи речі такими, якими вони є, запитують: “Чому так?”. Я бачу речі такими, якими вони ніколи не були, і запитую: “Чом би й ні?”

Джордж Бернард Шоу

 

Для розуміння поняття винахідницької задачі, спочатку необхідно розглянути поняття винаходу. Варто зазначити, що поняття винаходу є однаковим для всіх держав світу. Якщо б це було не так, то був би втрачений зміст поняття інтелектуальної власності на міжнародному рівні. 

“Винахід – нове, що має суттєві відмінності, технічне розв’язання задачі у будь-якій галузі народного господарства, соціальнокультурного будівництва або ж оборони держави, що дає позитивний ефект” [51, с. 45].

“Винахід – технологічне (технічне) розв’язання, що відповідає умовам патентоздатності (новизні, винахідницькому рівню і промисловій придатності)” [31].

Як бачимо, сформульовані в різні часи (перше за часів існування СРСР, а друге з одержанням Україною незалежності) поняття винаходу відображають одну й ту ж суть. По-перше, винахід – це технічне (технологічне) розв’язання задачі. По-друге, це розв’язання має бути новим, тобто повинне суттєво відрізнятись від вже існуючих розв’язань. По-третє, воно повинне бути корисним, тобто давати позитивний ефект. Усі ці пункти закладені в поняття винаходу будь-якої держави.

Під технічним розуміють таке розв’язання, при якому створюється здійсненна, працездатна пропозиція, згідно якої нині або у майбутньому можна створити практичний засіб, здатний виконувати відповідну функцію [51, с. 156]. 

Технічне розв’язання задачі визнається новим (новизна винаходу), якщо додати пріоритету заявки сутність цього, або тотожного розв’язання не була відома в даній державі та за її межами для невизначеного кола осіб настільки, що стало можливим його здійснення [51, c. 80]. 

Вважається, що винахід має суттєві відмінності, якщо у порівнянні з розв’язаннями, які відомі у науці та техніці на дату пріоритету заявки, він характеризується новою сукупністю ознак, що дозволяють одержати позитивний ефект [51, с. 150].

Очевидно, що результат розв’язання винахідницької задачі співпадає з об’єктом винаходу.

Об’єктом винаходу і корисної моделі, згідно діючого законодавства нашої держави, може бути:

-      продукт (пристрій, речовина, штам мікроорганізму, культура клітин рослин і тварин)^[2];

-      спосіб;

-      застосування раніше відомого продукту чи способу за новим призначенням [31].

Зрозуміло, що для фізики та техніки об’єктами винаходу можуть бути лише продукт (пристрій), спосіб та застосування раніше відомого продукту чи способу за новим призначенням.

Звідси виходить, що винахідницькою слід називати таку задачу, в результаті технічного розв’язування якої з’являється новий продукт або спосіб досягнення корисного ефекту. Те, що винахідницькі задачі не можуть мати наперед відомого алгоритму розв’язування, а також те, що в результаті їх розв’язування завжди з’являється новий продукт, робить їх приналежними до категорії творчих задач.

В описі будь-якого винаходу досить легко побачити сформульовану винахідником умову задачі, котра, як і будь-яка інша задача, містить у собі вихідні дані та вимогу (констатуючу та запитальну частину). У вихідних даних обов’язково вказується один або декілька аналогів та прототип (якщо це, звичайно не “піонерське” розв’язання, яким розпочинається серія принципово нових пристроїв чи способів досягнення позитивного ефекту).

Аналог в описі винаходу – об’єкт винаходу такого ж призначення, як і той що заявляється. Він подібний за технічною суттю і результатом використання [51, с. 9]. Найближчий за технічною суттю і за результатом його використання аналог називається прототипом [51, с. 127]. 

Приклад оформлення опису винаходу, його формули, реферату, графічних матеріалів та списку використаних джерел інформації приводиться в додатку А. Сама заява, до якої додаються перераховані документи, являє собою готовий бланк, який заповнюється винахідником, що не викликає ніяких труднощів. 

Як видно із приведених у даній роботі умов винахідницьких задач, частина із них містить у собі принаймні аналоги їх потенційних розв’язань (винаходів).

За способами формулювання умови, способами розв’язування та отримуваним при цьому результатом винахідницькі задачі можна диференціювати на декілька рівнів. Найбільш вдало, на думку автора, це робиться Г. С. Альтшулером у створеній ним ТРВЗ. Не зважаючи на те, що ця диференціація здійснюється на основі аналізу винахідницьких задач, вона успішно може переноситись і на будь-які інші типи творчих задач.

Задачі першого рівня. Розв’язування таких задач практично не зв’язане з усуненням технічних суперечностей і приводить до найдрібніших винаходів (“не винахідницьких винаходів”). Задачі першого рівня та засоби їх розв’язування знаходяться в межах однієї професії, з її розв’язуванням може справитись будь-який спеціаліст. Об’єкт задачі вказано точно та правильно. Варіантів змін мало… 

Задачі другого рівня. Ці задачі мають технічні суперечності, які легко усуваються за допомогою вже відомих способів (принаймні для однорідних систем). Якщо, наприклад, певне розв’язання задачі стосується токарного верстату, то не виключено, що воно може бути застосоване й для іншого металорізального верстату – фрезерного.

Задачі третього рівня. Суперечності та способи їх усунення знаходяться в межах однієї науки, тобто механічна задача розв’язується механічним способом, хімічна - хімічним. Повністю змінюється один із елементів системи, частково змінюються інші елементи.

Задачі четвертого рівня. Під час їх розв’язування синтезується нова технічна система. Оскільки нова технічна система не містить технічних суперечностей (лише на етапі її створення – А. Д.), іноді створюється враження, що винахід зроблено без усунення технічних суперечностей. Насправді ж це не так. Суперечність існувала, проте вона відносилась до старої системи – прототипу. Під час розв’язування задач четвертого рівня суперечності усуваються засобами, що іноді далеко виходять за межі науки, до якої відноситься дана задача. Наприклад, суперечності, які виявлені у механічному пристрої, усуваються на основі знань з хімії. Результатом розв’язування задачі такого рівня є досить серйозні винаходи. Нерідко знайдений принцип стає “ключем” для розв’язування інших задач другого-четвертого рівня.

Задачі п’ятого рівня. Винахідницька ситуація являє собою клубок складних проблем (наприклад, очищення океанів та морів від нафтових та інших забруднень). Результатом розв’язування стає один із найсерйозніших винаходів. Ним створюється принципово нова система, яка згодом обростає винаходами нижчого рівня. У результаті виникає нова галузь техніки. Засоби для розв’язування таких задач лежать за межами сучасної науки. Ще не відомі ті фізичні ефекти, явища, принципи, на основі яких може бути знайдене її розв’язання. Умови задач даного рівня як правило не містять прямих вказівок на наявність у системі суперечностей. Вони не мають прототипів... [4, с. 44-49].

Варто зауважити, що навчальний процес з фізики винахідницькими задачами забезпечений досить слабо. Певна кількість задач міститься у посібниках В. Г. Розумовського [54, 55], З. М. Рєзнікова [56, 57], Р. І. Малафєєва [42], автора [23] та ін. Значна кількість винахідницьких задач є у спеціальній літературі з ТРВЗ таких авторів як

Г. С. Альтшулер (Альтов) [1, 3-7], Ю. П. Саламатов [62] та ін. Задачі, що містяться в посібниках з ТРВЗ мають детально описані вихідні дані аж до чітко виділених технічних протиріч, які потребують усунення. Цим вони достатньо адаптовані до потреб навчального процесу. Разом з цим, слід враховувати й те, що складені вони в основному на базі матеріалу, який далеко не завжди є зрозумілим для учнів середніх шкіл. Винятком є лише видана спеціально для учнів книга Г. С. Альтова “И тут появился изобретатель” [1].

У навчальному процесі можуть використовуватися винахідницькі задачі з однією й тією ж вимогою. На перший погляд, здається, що ми в таких випадках пропонуємо учням одну й ту ж саму задачу, але насправді це не так. Незмінним може залишатись лише вимога до задачі (створити пристрій..., запропонувати спосіб... тощо), але виконання цієї вимоги, тобто розв’язання задачі, має вже здійснюватись на основі нових вихідних даних, які описані у відповідних аналогах. Подавати текст винахідницької задачі, як і будь якого іншого типу задач, у вигляді однієї лише вимоги, тобто без вихідних даних, не можна. Це приводило б до виникнення суперечностей у самому понятті задачі. 

Для кращого розуміння сказаного вище розглянемо декілька винахідницьких задач.

Перша задача буде на створення в ході їх розв’язування продукту у вигляді пристрою.

Задача 2.2.1. “Транспортування злитків”. На одному із сталеплавильних заводів виникла необхідність к транспортуванні гарячих злитків металу з одного цеху до іншого. Для цього були використані візки з придатними для перевезення названих вантажів платформами, які приводились в рух електродвигунами. Робота цих електродвигунів вимагає значних затрат електроенергії. Запропонуйте пристрій, який би для транспортування цих злитків не вимагав зовнішнього джерела енергії.

Розв‘язання. На платформі візка, на якій розміщуються для транспортування гарячі злитки металу, можна встановити термоелектричний генератор. Одержуваної від нього електроенергії буде достатньо для живлення електродвигуна, який приводить в рух даний візок. (а. с. Росії № 1044489).

Розв’язанням наступної задачі буде спосіб досягнення позитивного ефекту.

Задача 2.2.2. «Різання скла». Скло ріжуть таким способом: спеціальним інструментом, наприклад, алмазним або ж виготовленим із твердого сплаву різцем, на одній із його поверхонь роблять тонкий надріз (проводять тоненьку лінію). Потім легенько постукують по склу навпроти цього надрізу. Внаслідок цього скло розколюється. Але бувають випадки, коли скло розколюється не вздовж проведеної склорізом лінії, що, звичайно, приводить до значних матеріальних збитків. Яким чином можна підвищити якість різання скла?

Розв’язання. Після виконання на одній із поверхонь скла надрізу замість традиційного постукування на лист скла можна подіяти акустичними коливаннями тієї частоти, яка відповідає частоті його власних коливань. В результаті цього скло швидко розколеться вздовж лінії (а. с. Росії № 996347).

Використання відомого способу за новим призначенням знаходить своє відображення в описі розв’язань наступних двох задач.

Задача 2.2.3. «Частота обертів».Успіх у змаганнях авіамоделістів значною

мірою залежить від того, яку частоту обертів розвиває встановлений на моделі літака двигун. Після внесення змін у конструкцію карбюратора авіамоделісту необхідно було визначити максимальну частоту, обертів валу двигуна із закріпленим на ньому повітряним гвинтом. При цьому слід мати на увазі, що з’єднання валу двигуна з валом тахометра переводить роботу двигуна в інший режим навантаження, тому використання даного вимірювального приладу є не можливим. Необхідно запропонувати пристрій або спосіб вимірювання частоти обертання валу двигуна, якими б не передбачався безпосередній контакт з будь-яким вимірювальним приладом.

Розв’язання. У шкільному курсі фізики відомий стробоскопічний метод (спосіб) визначення прискорення, з яким рухається тіло. Полягає він у фіксації положення тіла через однакові проміжки часу з наступною математичною обробкою отриманих результатів. 

Очевидно, що даний метод можна використати для безконтактного вимірювання частоти обертання валу двигуна. Для цього стробоскоп слід установити перпендикулярно площині, у якій буде обертатися закріплений на валу двигуна гвинт. На одній із двох лопаток гвинта необхідно поставити мітку (це можна зробити маркером). Після того, як запущений двигун набере максимальних обертів, слід увімкнути стробоскоп і почати поступово збільшувати частоту спалахів його лампи. Через деякий час лопатки гвинта немов би припинять своє обертання: вони “зупиняться” у світлі спалахів стробоскопа. Настане це тоді, коли частота спалахів стробоскопа досягне частоти обертання валу двигуна. Це означає, що частота спалахів лампи стробоскопа відповідатиме частоті обертання валу двигуна, що можна визначити по шкалі названого приладу.

Задача 2.2.4. «Дефекти тросів». Стальні троси, які так широко використовуються в силових агрегатах, наприклад, кранах, лебідках, поліспастах, ліфтах і т. п., роблять багатожильними. Але під час експлуатації окремі жили перетираються або просто розриваються, не витримуючи значної механічної напруги. У результаті цього значною мірою знижується надійність експлуатації згаданих вище пристроїв. На практиці контроль за тросами здійснюється візуально, або ж за допомогою пристроїв, які перевіряють їх на міцність. Запропонуйте інший, відмінний від описаних вище та більш ефективний спосіб контролю стану цих тросів або ж придатний для цього пристрій.

Розв’язання. Після попереднього намагнічування досліджуваний трос необхідно протягувати повз вимірювальну магнітну голівку (як магнітну стрічку в магнітофоні), яка буде скрупульозно відмічати всі “нерівності” магнітного поля, що виникатимуть у пошкоджених місцях. Перевірка даного способу на практиці підтвердила його надійність: він дозволяє виявляти розрив, навіть, однієї жили тросу^[3].

Наші дослідження показали, що у вимозі до задачі не завжди доцільно вказувати конкретний очікуваний об’єкт винаходу (пристрій чи спосіб, який ми хочемо отримати внаслідок розв’язування задачі). У протилежному випадку це б значно звужувало поле діяльності учня і, як наслідок, впливало б на результати його пошуків. Учень має визначитись самостійно відносно того, що він запропонує в якості розв’язання задачі: продукт, спосіб або застосування раніше відомого продукту чи способу за новим призначенням.

Як бачимо, винахідницькі задачі відображують рівень розвитку техніки в різних її галузях. науки й техніки. Для розвитку ж творчих здібностей учнів слід використовувати задачі, умови яких наповнені найбільш зрозумілим для них змістом, які відтворюють знайомі для них ситуації. У зв’язку з цим, частина задач може бути складена на шкільну тематику, зокрема на матеріалі навчального фізичного експерименту або ж на побутову тематику.

Задача 2.2.5. „Акумулятор тепла”. Налита в чашку рідина, наприклад, чай, кава або молоко, спочатку може бути досить гарячою (90-100C), що заважає її вживанню без шкоди для здоров’я, а через 10-15 хвилин її температура може знизитись до 40-50C, що є нижче того рівня температури, поза яким рідина сприймається як холодною. Запропонуйте такий варіант розв’язання задачі, яким би забезпечувалось підтримання температури вказаної рідини упродовж значного проміжку часу (хоча б близько 30 хв.) та ще й без зайвих витрат енергії.

Розв’язання. Між подвійними стінками чашки необхідно розмістити кристалічну речовину з температурою плавлення та кристалізації 7080С (рис. 2.2.1). Якщо до чашки налити кип’яток, то процес його охолодження значно прискорюється, адже певна кількість внутрішньої енергії води витрачатиметься на плавлення кристалічної речовини. Через деякий час частина внутрішньої енергії всієї системи передасться навколишньому середовищу. Настане момент кристалізації «робочої» речовини (при температурі кристалізації!) і частина тієї енергії, що буде нею виділятись, піде на підтримання температури води. Ефект досить вражаючий. Якщо, наприклад, до звичайної чашки налити 200 г води, взятій при температурі 100С, то до 50-60С її температура монотонно спаде за 10-15 хв. Діапазон температур, при якому людина може вживати чай, кофе чи гаряче молоко знаходиться в межах 50-75С (це, звичайно, залежить від суб’єкта). Виходить, що для вживання такого

Рис. 2.2.1. Чашка-акумулятор тепла: 1 – кристалічна речовина.

напитку із звичайної чашки він має 5-8 хв. Якщо ж скористатись пропонованою нами чашкою, то цей проміжок часу значно збільшується. (Конструктивні особливості такого пристрою та яка була використана кристалічна речовина, не вказуються Запропонував дане розв’язання учень Чернігівського ліцею № 15 Павло Давиденко).

Особливістю винахідницьких задач є те, що їх умови мають характер невизначеності. Від цієї невизначеності залежить творчий рівень задачі, а також кількість її можливих розв’язань. “Чим у більш загальних рисах визначена задача, тобто чим менш конкретно вона сформульована, чим менше обмежуючих умов вона містить, - пише А. В. Антонов, - тим більше різноманітних (в тім числі і принципово відмінних) варіантів її можливих розв’язань варто очікувати” (10, c. 97).

Слід зазначити, що ця особливість винахідницьких задач є досить незвичною і часто викликає негативну реакцію з боку суб’єктів їх розв’язання. В школі і вузі, - пише засновник теорії розв’язання винахідницьких задач Г. С. Альтшулер, - майбутній інженер звикає до того, що умовам задачі необхідно беззаперечно довіряти. Якщо в умові сказано, що дано А і В і потрібно знайти Х, то це означає, що знайти необхідно саме Х і що наведені дані (А і В) правдиві і повністю достатні. У винахідницькій задачі все інакше: в процесі розв’язання може вияснитись, що знайти необхідно не Х, а Y, і для цього потрібні не А і Б, а В і Г. Тому перші зустрічі з винахідницькими задачами породжують непорозуміння та невпевненість у тому, чи правильно вони сформульовані, чи конкретно поставлені і т. д. Насправді ж правильно сформульованих винахідницьких задач не буває. Якщо абсолютно правильно сформулювати винахідницьку задачу, вона перестає бути задачею, її розв’язання буде очевидним або ж стане ясно, що задача не може мати розв’язань при даному рівні розвитку науки і техніки. Процес розв’язування винахідницької задачі і полягає в багаторазовому переформулюванні та поступовому поглибленні її умов. Задача знову і знову перебудовується, стаючи все більше і більше правильною, і, згодом, після чергової перебудови з’являється очевидна відповідь [3, c. 16].

Як вже говорилось вище, творчі задачі, до яких якнайбільше належать винахідницькі задачі, можуть мати багато розв’язань. Покажемо це на декількох конкретних прикладах

Задача 2.2.6. “Звукознімач”. Для того, щоб звук звичайної акустичної гітари було чути на весь концертний зал, використовують підсилювачі звукової частоти з гучномовцями (колонками). Музикант тримає гітару перед мікрофоном, у якому звукові коливання перетворюються в електричні сигнали, які поступають на вхід підсилювача. Проте мікрофон залишається чутливим і до інших звуків, наприклад, тих, що виникають унаслідок тертя пальців рук музиканта об струни. Запропонуйте, пристрій-датчик, який би дозволяв отримувати “чисте” звучання струн гітари. 

Розв’язання 1. Цілком зрозуміло, що для досягнення поставленої мети слід створити такий датчик, який би реагував лише на коливання струн. Таким датчиком може бути звичайний електромагніт, осердя якого має бути встановленим якомога ближче до площини коливання струн. Періодичні зміни положення струн приводитиме до зміни магнітного поля котушки, що приведе до виникнення в ній електрорушійної сили. Це й буде тим електричним сигналом, який надходитиме на вхід ПНЧ. (рис. 2.2.2). 

Рис. 2.2.2. Електромагнітний звукознімач:

1 – катушка дроту; 2 – стальне осердя; 3 – струна.

Розв’язання 2. Можна скористатись п’єзоелектричним ефектом. Для цього на планку музикального інструменту безпосередньо під струнамина слід встановити пластинку, виготовлену з п’єзокристалічної речовини (рис. 2.2.3). Періодичні зміни сили натягу струни приводитимуть до виникнення в контактуючому з ними п’єзоелектричному датчику

Рис. 2.2.3. П’єзоелектричний звукознімач:

1 – планка гітари; 2 – п’єзокристалічна пластинка; 3 – струна.

електричного сигналу, який подаватиметься на вхід підсилювача звукової частоти. Особливістю даного датчика є те, що він створюватиме електричний сигнал і в разі використання струн, виготовлених не з феромагнітного матеріалу. 

Задача 1.6. «Мікроскоп». Відомо, що у найпростіших мікроскопах скельце, на якому розміщують досліджуваний предмет (препарат), переміщують вручну, тобто безпосередньою дією пальців рук. При цьому відчутні певні незручності: різкі та відносно великі переміщення скла не дозволяють необхідну для розгляду частину препарату відразу встановити в полі зору оптичної системи приладу. Запропонуйте, як можна плавно переміщати дане скельце. 

Нижче наводяться декілька можливих (вже відомих) варіантів її розв’язання.

Розв’язання 1. Переміщення скельця можна здійснювати за допомогою гвинта з досить малим кроком різьби (як у мікрометрі, або, принаймні токарному верстаті та в деяких конструкціях реостатів).

Розв’язання 2. Для переміщення скельця можна використати пристрій, в принципі дії якого лежить теплове розширення твердих тіл.

Розв’язання 3. Того ж самого можна досягти за допомогою пристрою, принцип дії якого оснований на явищі магнітострикції.

Зрозуміло, що кількість можливих варіантів розв’язання даної задачі на цьому не обмежується.

Можна стверджувати, що кожне конкретне розв’язання однієї й тієї ж задачі зумовлюється як об’єктивними так і суб’єктивними факторами. До об’єктивних факторів слід віднести рівень розвитку науки й техніки. Суб’єктивні ж фактори визначаються рівнем розвитку суб’єктів розв’язань – їх творчими здібностями, освітою, спеціальною підготовкою тощо. Перший варіант розв’язання наведеної вище задачі оснований на матеріалі механіки, другий – на матеріалі молекулярної фізики, а третій на матеріалі електродинаміки. Зрозуміло, що учень може запропонувати розв’язання певної задачі лише на рівні оволодіння відповідним матеріалом фізики. Іноді здається, що нам вдалось вже знайти ідеальне розв’язання певної задачі, але проходить деякий час, і з’являється нове розв’язання, яке набагато краще попереднього. 

Умова задачі повинна містити, по-перше, її предмет у його вихідному стані, а, по друге, її вимогу, якою передбачається переведення цього предмета з вихідного стану до потрібного [12, с. 6]. Задача й існує лише тоді, коли є розбіжність між вихідним і потрібним станами якогось предмета. Отже, текст умови винахідницької задачі не можна подавати у вигляді однієї лише вимоги (як запитальної частини у логікоматематичній задачі), тобто без вихідних даних (аналогів та виявлених у них недоліків). При цьому слід звернути увагу й на те, що при одній і тій же вимозі, але різних вихідних даних ми маємо не одну й ту ж саму задачу, а декілька різних задач. Всі такі задачі вимагають нових розв’язань, тобто способів усунення неузгодженості між вихідними та бажаними даними(станами). На VI-му та VII-му Всеукраїнських ТЮВіР, наприклад, два рази пропонувались задачі з однією й тією ж вимогою: створити оригінальний рушій. Проте задовольнити цю вимогу необхідно було на основі різних вихідних даних. У другому випадку, наприклад, у якості одного з аналогів було використано рушій, який запропонувала на попередньому турнірі одна з команд-учасниць (збірна команда м. Сум). Знайдені технічні розв’язання за вже цією умовою, тобто з використанням аналогу, який був розв’язанням попередньої задачі, може бути використане як аналог у формулюванні наступної задачі. Йде робота із задачею, що має розвиток змісту. Розглянемо ці задачі.

Задача 2.2.7. “Рушій”. Команда-переможець 5-го ВТЮВіР з м. Сум запропонувала рушій у вигляді звичайного колеса 1 із розміщеними зсередини біля ободу електромагнітами 2 (рис. 2.2.4). Почергове вмикання на певний час електромагнітів дозволяє притягуватись відповідній частині колеса до покритої феромагнетиком поверхні 3, що й приводить до бажаного результату – колесо котиться у заданому напрямку. Коли б вам вдалось створити новий тип рушія, який би дозволяв рухатись тілу по поверхні, покритій феромагнетиком, а ще краще, по будь-якій поверхні, то це б вважалось за розв’язання даної задачі.

Розв’язуючи дану задачу, учасники Шостого ВТЮВіР описане в її умові розв’язання команди м. Сум використали в якості прототипу і запропонували власні розв’язання поставленої задачі. Члени команди м. Брянка Луганської області, наприклад, всередині ободу колеса запропонували розмістити електромагніти 1, а в середині колеса – помістити кулю 2 з феромагнітного матеріалу (рис. 2.2.5). Після вмикання одного з електромагнітів 1, куля 2 притягнеться до нього, чим виведе рушій із стану рівноваги. Унаслідок зміщення його центру мас він почне котитись у заданому напрямку.

Рис. 2.2.4. Рушій для здійснення переміщень по феромагнітній поверхні: 1  – обод; 2  – електромагніт; 3  - феромагнітна поверхня.

Рис. 2.2.5. Рушій, який може здійснювати переміщення по будь-якій поверхні: 1                  – електромагніт; 2                  – куля з феромагнітного матеріалу.

Для автоматичного вмикання відповідних електромагнітів учні пропонують встановити кнопкові вимикачі (на рисунку не показані) з виходом на зовнішню частину колеса. Їх розміщення має бути таким, щоб вони вмикали кожен наступний електромагніт тоді, коли потенціальна енергія кулі, утримуваної попереднім електромагнітом, буде використана на обертання колеса пристрою.

Де в чому відмінне розв’язання даної задачі зробили й учні Харківської середньої школи № 66. Воно де в чому схоже на описане вище, але має й свої відмінності. Виготовлену з феромагнетику (зі сталі) кулю вони пропонують розмістити всередині ободу колеса. Почергове вмикання електромагнітів як і в пристрої, який запропонували учні з м. Брянка Луганської області, приводитиме до піднімання кулі (рис. 2.2.6), внаслідок чого буде зміщуватись центр мас всього пристрою, і він буде котитись у відповідному напрямку.

Досить цікаве розв’язання даної задачі знайшли учні Харківського аерокосмічного ліцею. Будову та принцип дії запропонованого ними рушія можна зрозуміти із зробленого ними рисунку (рис.2.2.7). Усередині обода колеса учні пропонують рівномірно розмістити електромагніти 1. Між кожними сусідніми електромагнітами шарнірно кріпиться пластина 2 з феромагнітного матеріалу. При вмиканні відповідного електромагніту дві сусідні пластини притягуються до його осердя. Та з них, що контактує з поверхнею, приводить колесо в рух. Цілком зрозуміло, що кожне з описаних розв’язань даної задачі може бути використане у якості аналогу для постановки нової задачі з такою ж самою вимогою.

Розвиток будь-якої технічної системи здійснюється завдяки усуненню виникаючих протиріч, що досягається винахідницькою діяльністю

Рис. 2.2.6. Другий варіант рушія, який може здійснювати переміщення по будь-якій поверхні: 1 – електромагніт; 2 – стальна кулька.

Рис. 2.2.7. Третій варіант рушія, який може здійснювати переміщення по будь-якій поверхні: 1 – електромагніт; 2 – феромагнітні пластини.

людей. Цей же розвиток системи повинен служити джерелом проблем, які будуть приводити до формулювання цілої низки винахідницьких задач з розвитком їх змісту. 

Покажемо це на прикладі існуючої проблеми одержання електроенергії за рахунок механічної роботи, яку може виконувати хвиля, що поширюється на поверхні води. Сформулюємо відповідну задачу.

Задача 2.2.8. “Хвильовий енергетичний пристрій”. Хвилі, які поширюються на поверхні води, мають значну механічну енергію. Вже відомі пристрої, які перетворюють механічну енергію морських хвиль у електроенергію. Один із них складається з встановленого на горизонтальному валу барабану, на зовнішній поверхні якого розміщені зміщені під невеликими кутами одна відносно іншої кишені. Це дозволяє наповнюватись їм водою хвиль, які йдуть під різними ку-

тами до лінії берегу. Після наповнення водою кишені обертають барабан, який з’єднано з валом генератора⁴.

Інший пристрій аналогічного призначення складається з гірлянди понтонів, які з’єднані між собою сферичними шарнірами. Між понтонами шарнірно кріпляться насоси, які можуть приводити в рух ротори генераторів (а. с. Росії № 1267038). Потужність цього енергетичного пристрою може бути досить значною, але разом з цим очевидна й його складність. Запропонуйте більш простий пристрій, який би дозволяв відбирати цю енергію з можливістю її наступного перетворення в електроенергію.

Розв’язання 1. Запропонував його учень, який ще не вивчав фізику у школі, а просто спостерігав за дослідом з електризації ебонітової палички при її натиранні об хутро. 

Згідно з його думкою, хвиля, яка має значний запас енергії, буде виконувати механічну роботу по переміщенню поплавка 1 по направляючих стояках 2. Жорстко закріплений у поплавку ебонітовий стержень 3 буде здійснювати зворотно-поступальний рух і тертиметься об хутро 4,

4

 Изобретатель и рационализатор. - 1987. - № 5, МИ 0503.

що приведе до електризації обох взаємодіючих тіл – ебонітового стержня та хутра. Схематично такий пристрій зображено на рисунку (рис.

2.2.8).

Ймовірність того, що створений пристрій буде працювати досить не значна, адже цьому заважатиме вологість повітря. Тому наступне, більш пізнє розв’язання 2 цієї ж задачі вже не опирається на електризацію, тіл. Ним пропонується перетворити зворотно-поступальний рух поплавка в обертальний рух колінчатого валу, який суміщений з маховиком (рис. 2.2.9). Генератор, ротору якого буде передаватись оберта-

Рис. 2.2.9. Енергетичний пристрій з колінчатим валом та маховиком: 1 – поплавок із наскрізними отворами; 2 – направляючі стояки; 3 – маховий з колінчатим валом; 4 – шатун.

льний рух маховика, повинен виробляти електроенергію. 

Дане розв’язання виникло в учня на основі щойно отриманих знань про кривошипно-шатунний механізм, який застосовується у двигуні внутрішнього згорання та інших пристроях. Але наступний аналіз створеної моделі дозволив побачити її слабкі місця, зокрема те, що ефективна її робота може бути лише за умови більш-менш постійної амплітуди та частоти коливання води. Тому ним пропонується новий пристрій аналогічного призначення, але вже позбавлений вказаних вище недоліків, – “рейковий” енергетичний пристрій (рис. 2.2.10).

Рис. 2.2.10. “Рейковий” енергетичний пристрій: 1 – поплавок із наскрізними отворами; 2 – направляючі стояки; 3 – зубчаста рейка; 4 – шестерня.

Розв’язання 3. У поплавку 1, який може вільно переміщатись по направляючих стояках 2, він запропонував закріпити рейку 3 зубчатої передачі. При коливанні на хвилях поплавка рейка має приводити в обертальний рух дві, розміщені з обох її сторін, шестерні (рис. 2.2.10). Далі цей обертальний рух повинен передаватись ротору електрогенератора.

Ще пізніше учень запропонував систему, у якій значно зменшені втрати енергії на подолання тертя, яке мало місце в обох попередніх розв’язаннях даної задачі.

Розв’язання 4. У поплавку 1, який може здійснювати коливання вздовж направляючих стояків 2, необхідно жорстко закріпити постійний магніт 4 з великою магнітною індукцією. При його прискореному русі в котушці 3, яка має велику кількість витків дроту, виникатиме електричний струм. Схематичне зображення даного пристрою подається на рисунку (рис. 2.2.11). 

Зрозуміло, що наступні розв’язання даної задачі ще більше приводитимуть розроблювану систему до ідеального стану. 

Слід зауважити, що саме такий шлях розвитку пройшли всі корисні для людства технічні системи: автомобіль, літак, ракета, телескоп, комп’ютер тощо. Такі етапи творчості спостерігаються у діяльності всіх видатних людей: Леонардо да Вінчі, І. Ньютона, І Кеплера, К. Е. Ціолковського, Едісона, С. П. Корольова, І. Пулюя, Р. Рентгена та ін.

Цікаво, що для окремих людей робота над створенням або удосконаленням певного об’єкту триває упродовж всього життя. Прикладом може бути творча діяльність нашого співвітчизника вченого та винахідника Н. В. Гуліа, який все життя присвятив створенню інерційного акумулятора [22], канадського вченого біолога Г. Сельє [63], академіка Є. О. Патона, ім’ям якого названо Інститут електрозварювання НАН України, відомих усьому світу конструкторів літаків О. К. Антонова та І. І. Сікорського та ін. 

На основі викладеного вище можна зробити висновок про те, що ви-

Рис. 2.2.11. “Індукційна” електростанція:

1 – поплавок із наскрізними отворами; 2 – направляючі стояки; 3 – котушка дроту; 4 – постійний магніт. нахідницькі задачі досить цікаві для учнів, адже винахідництво є першою (відразу після наукового відкриття) та обов’язковою ланкою процесу створення нових пристроїв та технологій. Вони можуть використовуватись як на уроках так і в позаурочній роботі з фізики, зокрема на заняттях гуртків відповідних відділень МАН України.

 

2.3. Конструкторські задачі

Конструкторською слід називати таку задачу, в умові якої міститься вимога щодо розробки технічного пристрою з наперед заданими характеристиками на основі вже зробленого винаходу або ж хоча б відомої фізико-технічної ідеї. Результатом розв’язування конструкторської задачі є креслення та інша, необхідна для виготовлення пристрою, технічна документація.

Зауважимо, що значна частина вчителів та керівників гуртків не розрізняють між собою винахід та конструкторську розробку. Те ж саме можна сказати і про диференціацію ними винахідницьких та конструкторських задач. 

Для встановлення відмінностей між результатами діяльності винахідника та конструктора достатньо звернутись до дослідника психології винахідницької творчості А. В. Антонова. Різниця між працею винахідника і конструктора, – пише він, – стає очевидною при розгляді та порівнянні особливостей їх діяльності.

1.  Кінцевим продуктом праці винахідника завжди виступає об’єктивно нове, не відоме в світовій практиці технічне розв’язання. Процес же конструювання базується на відомих принципах і розв’язаннях.

2.  Винахідник найчастіше сам знаходить і ставить перед собою задачу. Конструктор же отримує її готовою, у вигляді технічного завдання (інша справа, що нерідко задача ставиться неграмотно, її необхідно переосмислити і заново сформулювати).

3.  Велика визначеність та конкретність процесу конструкторської розробки у порівнянні з процесом створення винаходу.

4.  Структура процесу конструкторської розробки “стандартизована”, чого не можна стверджувати, коли мова йде про винаходи.

5.  Кінцевим продуктом конструкторської розробки завжди виступає проект, тобто комплект креслень та іншої технічної документації, достатньої для виготовлення виробу; кінцевим же продуктом процесу створення винаходу може бути лише схема, ескіз і т. п., тобто в деякому смислі ідея, що розкриває розв’язання технічної задачі, причому це розв’язання повинне бути новим у світовій техніці [10, с. 21-22].

Найближче, на думку автора, до розв’язання проблеми використання конструкторських задач у процесі навчання фізики підійшов С. А. Хорошавін. Написаний ним посібник “Фізико-технічне моделювання” [71], містить у собі основні поняття, які стосуються роботи конструктора, завдання на конструювання відповідних пристроїв, відомості про окремі двигуни, передачі та робочі органи машини, її виконавчі органи тощо. Тут же є достатня кількість лабораторних робіт, які призначені для кращого засвоєння навчального матеріалу, що стосується окремих механізмів машин. Проте головним, мабуть, є те, що посібник містить у собі завдання на конструювання відповідних пристроїв, які після виготовлення можуть задовольнити потреби навчального процесу з фізики. Наведемо приклади декількох таких завдань.

Завдання на конструювання та виготовлення вимірювача швидкості

1. Сконструюйте механічний або електричний прилад для вимірювання миттєвої швидкості механічного руху (вимірювач швидкості).

Технічні умови:

а) вимірювач швидкості повинен дозволяти вести неперервне вимі-

рювання швидкості механічного руху та видавати результати вимірювань у вигляді показів приладу зі шкалою, яка проградуйована в одиницях швидкості, або ж у вигляді графіків;

б) вимірювач швидкості може бути розмішеним або на рухомому об’єкті, швидкість руху якого контролюється вимірювачем швидкості, або ж окремо від рухомого об’єкту;

в) конструкція вимірювача швидкості повинна бути достатньо прос-

тою, такою, що не вимагатиме використання дефіцитних деталей та матеріалів, доступною для виготовлення у шкільних умовах;

2.  Виконайте ескізний проект вимірювача швидкості.

3.  Обговоріть проект із вчителем.

4.  У шкільній майстерні виготуйте вимірювач швидкості.

5.  Випробуйте вимірювач швидкості в роботі.

6.  Складіть короткий опис виготовленого приладу за схемою:

а) назва приладу;

б) автор конструкції;

в) призначення приладу;

г) короткий опис пристрою та принципу його дії;

д) коротка інструкція по користуванню вимірником швидкості [71, с. 13].

Завдання на конструювання та виготовлення моделі автомобіля

1. Сконструюйте модель автомобіля, який може приводитись в рух мікроелектродвигуном.

Технічні умови:

а) модель автомобіля повинна складатись з двох, здатних до

роз’єднання, частин: самохідного шасі та кузова;

б) самохідне шасі повинне розвивати швидкість у межах 0,2-0,4 м/с

та перевозити вантаж масою до 0,5 кг;

в) конструкцією шасі повинен бути передбачений пристрій для змі-

ни напрямку руху;

г) джерело живлення електродвигуна (батарея гальванічних елемен-

тів або акумулятор) розміщується на шасі, і його маса не входить в масу корисного вантажу;

д) кузов моделі має бути сконструйований у відповідності до вимог дизайну і не повинен копіювати існуючі марки вантажних та легкових автомобілів;

е) об’єм кузова дозволяє розміщувати на шасі прилади керування

об’ємом не менше 500 см³;

ж) у зібраному вигляді шасі та кузов мають бути жорстко скріплені;

з) конструкція моделі може бути розрахована на використання саморобного редуктора та виготовлена з доступних матеріалів з використанням інструментів та обладнання шкільної майстерні.

2.  Виконайте ескізний проект моделі автомобіля.

3.  Обговоріть проект із вчителем.

4.  У шкільній майстерні виготуйте модель автомобіля [71, с. 58-59].

Як бачимо, пропоновані С. А. Хорошавіним завдання є за своєю суттю конструкторськими задачами з відображенням вимог до конструйованого об’єкту. 

Зауважимо, що справжня конструкторська розробка являє собою проект, що містить у собі креслення, дані про використовувані для виготовлення виробу або ж окремих деталей матеріали, технологічні операції тощо. Розв’язання ж навчальної конструкторської задачі, яка ставиться у процесі навчання фізики, може здійснюватись у дещо спрощеному вигляді. Його можна обмежити вибором або ж самостійним конструюванням відповідних деталей та механізмів для того, щоб можна було самостійно виготовити запропонований винахідником пристрій.

Розглянемо це на конкретних прикладах, взятих із власної педагогічної практики автора.

Відомо, що повороти автомобіля на великій швидкості є надзвичайно небезпечними: вони можуть привести до його “заносу” або перекидання. З метою запобігання такої небезпеки було винайдено пристрій (датчик), який дозволяє водію одержувати сигнал про перевищення його автомобілем швидкості на поворотах або ж в інших аналогічних ситуаціях. Принцип дії даного пристрою (датчика) легко зрозуміти з його схеми (рис. 2.3.1). 

Складається він із підпружиненого тіла 1, що може переміщуватись вздовж стержня 2, та відповідного електричного кола сигналізації.

При русі автомобіля по дузі кола на підпружинене тіло 1 діє відцен-

Рис. 2.3.1. Датчик перевищення автомобілем швидкості на поворотах:

1 – підпружинене циліндричне тіло з прикріпленим до нього контактом; 2 – стержень.

трова сила інерції і воно, долаючи силу пружності, яка виникає в одній з пружин, зміщується вздовж стержня 2 в бік від попереднього положення своєї рівноваги, замикаючи при цьому одну із двох можливих пар групи контактів К. Унаслідок цього замикається електричне коло блока сигналізації, який приєднано до даного пристрою за допомогою роз’ємів XR1 

Умова конструкторської задачі в даному випадку може містити короткий опис розв’язання винахідницької задачі з вимогою сконструювати на основі його діючий зразок або модель певного пристрою.

Задача 2.3.1. «Датчик перекидання». З метою запобігання “заносу” або перекидання автомобіля на поворотах винайдено пристрій (датчик), який дозволяє водію одержувати сигнал про перевищення його автомобілем швидкості на даній дільниці шляху. Принцип дії даного пристрою (датчика) легко зрозуміти з його схеми (рис. 2.3.1). Сконструюйте на основі даного винаходу діючу модель пристрою (датчика).

Розв’язання. Корпусом датчика може бути будь-яка металева або пластмасова коробка, у якій можна буде жорстко закріпити його інерційний механізм, що складається з підпружиненого з обох боків тіла 1 та спрямовуючого стержня 2, а також контактів К його комутуючої системи.

У комутаторі можна використати готові контакти, які можуть пропускати в замкнутому положенні струм, якого буде достатньо для подачі сигналу на звуковий генератор або ж для загорання увімкненої крізь них електролампи сигнального електричного кола.

Інерційний механізм пристрою складається із підпружиненого з обох боків циліндричного тіла 1 з отвором, внутрішньою поверхнею якого воно ковзає по поверхні стержня 2. Для уникнення обертання тіла навколо власної осі його внутрішній отвір та поперечний переріз стержня виконаємо квадратними (рис. 2.3.2).

Рис. 2.3.2. Циліндричне тіло інерційного механізму датчика перевищення швидкості автомобілем

Стержень можна виготовити із сталі, а тіло з латуні. Безпосередній механічний контакт між цими металами не приводить до відчутних побічних ефектів, які б могли негативно впливати на якість роботи інерційного механізму.

Виберемо та розрахуємо значення інших його параметрів. 

Можна припустити, що для забезпечення необхідної чутливості пристрою достатньо буде взяти циліндр масою 50 г, а пружину з коефіцієнтом жорсткості 40 Н/м. 

Взявши допустимий для розмірів створюваного пристрою діаметр циліндра 15 мм та поперечні розміри його отвору – 4 мм  4 мм, знайдемо його довжину l.

Виразимо для цього спочатку масу циліндра через вже відомі для

                                                                    d²             ₂

нас параметри:       m V l_ ₄  a _

та розв’яжемо його відносно шуканої величини: 

m

l 

                                                                         d²             ₂

 4  a 

Підставимо в дане рівняння відомі значення відповідних фізичних величин та обчислимо довжину циліндра:

                                                    510^2кг                                             ^3                               

l  33,9910 м  34мм.

                           ^{3                3}3,14(1,510^2м)^{2                       3         2}

            8,510 кг / м           4            (410 м) 

Така точність округлення одержаного значення довжини тіла нас повністю влаштує, адже чутливість приладу буде регулюватись відстанню центрального контакту до бокових.

Для визначення цієї відстані знайдемо спочатку допустиму для автомобіля швидкість на повороті. Хай, наприклад, автомобіль рухається по дузі радіусом r на горизонr

тальній поверхні. При цьому на нього діють сила тяжіння mg , сила

                                  r                 r

реакції опори N та сила тертя F_T (рис. 2.3.3). Цей рух можна описати рівнянням другого закону Ньютона:

mg_x+N_x+F_Тx=ma_x.

Знайдемо значення проекцій векторних величин на вісь ОХ: g_x=0,

N_x=0, F_Тx=F_Т, ma_x=ma.  

З урахуванням значень проекцій дане рівняння матиме такий вигляд:

F=ma.

При русі по горизонтальній поверхні сила тертя F_Т=N=mg.

Прискорення, з яким рухається тіло, виразимо через швидкість v та радіус дуги повороту r:

v2 a  .

r

Після підстановки записаних вище виразів для сили тертя та приско-

Рис. 2.3.3. Зображення сил, що діють на автомобіль під час його руху на повороті

рення рівняння другого закону Ньютона прийме наступний вигляд:

mgm ^v_r²

З нього отримаємо рівняння для знаходження допустимої швидкості руху автомобіля на повороті:

v gr .

Знайдемо числове значення критичної швидкості автомобіля при його русі по мокрому асфальті (=0,3) по заокругленню, наприклад, радіусом 5 м:

                                                                    м                м           км

v  0,39,8 ₂ 5м  3,8 13,7      . с   с          год

Розрахуємо тепер початкову відстань між центральним та будь-яким із бокових контактів, при якій би замикалось електричне коло внаслідок досягнення автомобілем знайденої вище швидкості.

Одні кінці пружин прикріпимо до корпуса, а інші, ті що знаходяться ближче до циліндра, залишимо вільними. Зрозуміло, що в такому випадку під час повороту під дією сили інерції (відцентрової сили) деформуватиметься лише одна з пружин. Сила пружності, яка виникатиме внаслідок її деформації і надаватиме циліндру доцентрового прискорення (рис. 2.3.4). Тоді з рівняння другого закону Ньютона: 

F_пр.=ma

або:

v2

                                                                       kxm ,

r

можна отримати вираз для визначення величини деформації пружини х:

mv²

x   , kr

де k – коефіцієнт жорсткості пружини.

Очевидно, що величина цієї деформації й дорівнюватиме відстані центрального контакту комутатора від бокових.

Рис. 2.3.4. Положення інерційного механізму датчика в момент досягнення автомобілем критичної швидкості

Обчислимо його значення для знайденої раніше критичної швидкості:

                                           510^2кг (3,8м / c )²                           _3

                                     x   3,610 м  3,6мм

40Н / м5м

Цілком зрозуміло, що для завчасного отримання сигналу про небезпеку відстань між контактами слід встановити дещо меншою.

Для зміни чутливості датчика (його здатності спрацьовувати при різних швидкостях руху на поворотах) відстань між контактами комутатора можна зробити регульованою.

Задача 2.3.2. «Гармата». Відомо, що котушка, через яку тече електричний струм виявляє магнітні властивості. При певному значенні сили електричного струму така котушка втягує в себе стальні предмети. Якщо струм через обмотку котушки пропустити імпульсом, то невелике за масою тіло може із значною швидкістю увійти в середину котушки, а потім по інерції вилетить за її межі. Сконструюйте на основі цього явища діючу модель електромагнітної гармати, з якої б можна було робити постріли стальною кулькою. Запропонуйте

можливе використання зробленої моделі у процесі вивчення фізики.

Розв’язання. Загальний вигляд гармати зображено на рисунку 2.3.5. На платформі 1 за допомогою шарніру 2 з гайкою 3 закріпимо ствол гармати 1. Ствол виготовимо з пластмасової трубки, взятої з використаного фломастера. Шарнір виготовимо з деталей конструктора. Платформою може служити дерев’яна дощечка або відповідних розмірів пластмасова пластина. На стволі закріпиться котушку 5, яка містить близько 1000 витків намотаного в декілька ізольованих між собою рядів дроту ПЕВ-0,6-0,8 мм. Гнучкими провідниками 6, котушку приєднаємо до затискачів 7. Котушка 5 повинна з тертям переміщуватись вздовж ствола 4. Це дозволить знайти експериментально таке її положення, при якому дальність польоту буде максимальною. В якості снаряду використаємо стальну кульку 8, взяту із старого підшипника. Її

Рис. 2.3.5. Електромагнітна гармата:

1 – платформа; 2 – шарнір; 3 – гайка; 4 – ствол; 5 – котушка з дротом; 6 – з’єднувальні провідники; 7 – затискач; 8 – стальна кулька.

розміри підберемо експериментально.

Для здійснення пострілу опущеною в ствол гармати кулькою через котушку дроту необхідно пропустити імпульс електричного струму. Відомо, що досить швидко (імпульсом) електричний струм може віддавати заряджений конденсатор. 

Для накопичування достатньої для пострілу невеликою кулькою енергії можна використати конденсатор ємністю 2400 мкФ, розрахований на робочу напругу 100 В. Заряджати його можна за допомогою випрямляча. Придатна для виготовлення такого випрямляча електрична схема зображена на рисунку (рис. 2.3.6). У ній слід використати знижу-

Рис. 2.3.6 Електрична схема випрямляча,  підключеного до котушки гармати.

вальний трансформатор потужністю не менше 10 Вт, який би при напрузі на вторинній обмотці близько 50 В давав в ній струм силою 0,150,2 А. Параметри всіх інших деталей видно на схемі. 

Після підключення до затискачів 7 зібраного за даною електричною схемою пристрою, заряджають конденсатор. Натисканням кнопки S2 конденсатор замикають на котушку гармати, внаслідок чого через неї проходить імпульс електричного струму, що й приводить до пострілу кулькою. 

Максимального коефіцієнту корисної дії гармати можна досягти вибором відповідного місця положення котушки на її стволі. 

Дану гармату можна використати для дослідження залежності дальності польоту тіла від напрямку вектора його початкової швидкості, для постановки та розв’язування експериментальних задач тощо.

2.4. Поняття раціоналізаторської пропозиції та раціоналізаторської задачі

Відсутність спеціальних наукових досліджень, присвячених методиці використання раціоналізаторських задач у процесі навчання фізики, можна пояснити хіба що не значною кількістю задач даного типу серед всіх інших задач. У методичній літературі фрагментарно зустрічається термін раціоналізаторська задача, але ні один із авторів не розкриває ні його змісту, ні самої ролі таких задач у навчальному процесі. У зв’язку з цим, є необхідність у зверненні до поняття раціоналізація.

Термін раціоналізація походить від латинського rationalis – розумний і означає організацію будь-якої діяльності доцільнішими, у порівнянні з вже існуючими, способами, поліпшення, вдосконалення чогось

[65, с. 569]. 

Якщо це удосконалення буде здійснюватись технічним способом [51, с. 156], то ми матимемо справу з розв’язанням раціоналізаторської задачі.

Раціоналізаторською слід вважати таку задачу, внаслідок технічного розв’язання якої досягається незначне удосконалення за рахунок зміни конструкції вже використовуваної техніки або технології. Це визначення виходить із самого поняття раціоналізаторської пропозиції (51, с.132).

Психолог А. В. Антонов, який досліджував процес винахідницької діяльності, стверджує що раціоналізаторська творчість в силу свого характеру вимагає досить не високого рівня сучасних наукових та науково-технічних знань і вже, звичайно, не підвищує цей рівень [10, с. 20]. Очевидно, що до такого висновки він прийшов з огляду на існуючу різницю між винаходом та раціоналізаторською пропозицією. Згадаймо, винахід – нове, що має суттєві відмінності, технічне розв’язання задачі, яке дає позитивний ефект. В основі ж раціоналізаторської пропозиції також лежить технічне розв’язання, але, як бачимо з наведеного вище визначення, його рівень обмежується незначним удосконаленням вже використовуваної техніки або технології за рахунок зміни її конструкції. 

Можна, звичайно, частково погодитись з висловлено вище думкою А. В. Антонова, але ні в якому разі не нехтувати потенційними можливостями раціоналізаторських задач щодо розвитку творчих здібностей учнів. Варто зауважити, що науковий і технічний рівень як винаходу, так і раціоналізаторської пропозиції, визначається декількома факторами як об’єктивного, так і суб’єктивного характеру (освіта, професіоналізм, місце роботи тощо). Важко, наприклад, уявити, щоб суб’єкт, не розуміючи принципу дії певного пристрою чи технології, міг побачити існуючу в них проблему та запропонував шлях її усунення. Бачення проблеми, постановка та наступне можливе розв’язання задачі найбільш продуктивно реалізуються у знайомій для суб’єкта ситуації.

При постановці раціоналізаторських задач обов’язково слід звертати увагу на те, щоб результати їх розв’язання вносили відчутні позитивні зміни в процес життєдіяльності людини. Такі задачі не повинні бути надуманими. Вони повинні виникати із потреб людини. У зв’язку з цим, з метою розвитку творчих здібностей учнів необхідно якомога більше використовувати ті ситуації, у яких вони найчастіше перебувають: навчальні заняття в школі, заняття в шкільних гуртках та гуртках центрів наукової та технічної творчості учнівської молоді, гуртках відповідних секцій територіальних відділень Малої академії наук України тощо.

Слід сказати, що проблеми, які можуть згодом привести до постановки раціоналізаторських задач, з’являються на будь-яких видах занять з фізики. Але найближчими по відношенню до цього, є все таки уроки, на яких виконується демонстраційний або лабораторний експеримент, розв’язуються задачі, обговорюються виконані учнями технічні проекти, науково-дослідницькі роботи тощо. 

Розглянемо приклад раціоналізаторської задачі, яка виникла під час виконання учнями лабораторного експерименту. Зауважимо, що сама задача відобразила відому вчителям фізики проблему, яка зв’язана з використанням в фізичному експерименті важків із набору НГМ-100. В наслідок дії зовнішніх сил, що має місце при з’єднанні важків, або ж при їх падінні з певної висоти на тверді підставки їх гачки досить часто відламуються. Це робить важки непридатними до подальшого використання за призначенням. Дану проблему бачать самі учні, що є передумовою для формулювання задачі в такому вигляді.

Задача 2.4.1. «Важки». Виготовлені ливарним способом металеві важки, які використовуються в шкільному фізичному експерименті, мають один серйозний недолік: їх гачки досить швидко відламуються. Внаслідок цього важки стають непридатними для подальшого використання за призначенням. Запропонуйте, як можна відновити ті важки, які вийшли з ладу.

Розв’язання. Спосіб відновлення важка легко зрозуміти з рисунка 2.4.1. Для цього спочатку фрезою або напилком знімемо з тіла 1 важка залишки гачків і з точки перетину діагоналей однієї з підготовлених граней свердлом діаметром 2-2,5 мм просвердлимо наскрізний отвір 2. Потім підготуємо шматок стального дроту діаметром 2-2,2 мм і зігнемо на одному з його кінців гачок. Таку заготовку 3 вставимо в отвір 2 (рис. 2.4.1а). Потім такий же гачок зігнемо й на іншому її кінці. Реставрований важок зображено на рисунку 2.4.1б. Зрозуміло, що тепер він є набагато міцнішим і не вимагає до себе такого бережливого відношення,

Рис. 2.4.1. Відновлення важка

1 – важок; 2 – наскрізний отвір; 3 – заготовка з дроту.

як той, що був виготовлений у заводських умовах.

Задача 2.4.2. «Котушка Румкорфа». Таке джерело високої напруги, як котушка Румкорфа, дозволяє поставити значну кількість демонстраційних експериментів з декількох розділів фізики. Напруга в ньому підвищується відповідним трансформатором, для забезпечення роботи якого у колі первинної обмотки встановлено електромеханічний розмикач. Частота комутації в даному випадку досить низька і нестабільна, що впливає на роботу приладу, і, як наслідок, - на якість демонстрацій. Окрім того, робота електромеханічного розмикача створює значні перешкоди радіозв’язку. Запропонуйте, як можна удосконалити даний прилад. 

Розв’язання. Даний прилад можна удосконалити за рахунок заміни електромеханічного розмикача одним із пропонованих нижче електронних комутаторів. Вони обидва можуть працювати безпосередньо від мережі змінного струму напругою 220 В. 

Перший з пропонованих пристроїв являє собою простий релаксаційний генератор, виконаний на неоновій лампі (рис. 2.4.2).

Випрямлений діодом VD1 струм через опір R1 заряджає конденсатор С1 до напруги загорання неонової лампи HL1. Після досягнення цієї напруги конденсатор швидко розряджається через первинну обмотку трансформатора Т1. Така комутація здійснюється з частотою близько 50 Гц.

Нижче дається опис деталей, які можна використати при монтажі даної схеми. 

Діод VD1 можна взяти типу Д226 або йому аналогічний. 

Резистор R1 повинен мати опір близько 15 кОм і потужність не менше 4 Вт (в нашій схемі працюють два паралельно з’єднані опори по 22 кОм, кожен з яких розрахований на потужність 2 Вт). 

Конденсатор С1 типу МБГО ємністю 0,5 мкФ, розрахований на напругу 200 В і більше. Такі конденсатори надходили в кабінети фізики у вигляді батарей та встановленими поодинці на пластмасових підставках. 

Неоновою лампою HL1 може  бути будь-яка, але кращі результати досягаються при використанні лампи МТХ-90.

Зауважимо, що комутатор, зібраний за першою схемою, має недолік: неонова лампа працює в режимі перевантаження, що значно скорочує час її експлуатації, але для використання в школі її вистачить на декі-

Рис. 2.4.2. Релаксаційний генератор на неоновій лампі

лька років.

Другий комутатор має більш складну схему (рис. 2.4.3). 

Конденсатор С1 в пропонованій нами схемі виконує роль зарядного (обмежуючого) резистора. 

Діоди VD1 та VD2 утворюють випрямляч з подвоєнням напруги. Такий випрямляч дозволяє використовувати обидві напівхвилі випрямленого струму для заряджання конденсатора С2. Внаслідок цього вдається підвищити частоту комутації струму в 2 рази, тобто до 100 Гц.

Рис. 2.4.3. Електронний комутатор на тиристорі

С2 – розрядний конденсатор.

Тиристор VS1 та неонова лампа HL1 являють собою комутуючий елемент. 

Конденсатори С1 та С2 такого ж типу як і в першій схемі, тобто МБГО. Такою ж залишається і їх ємність (0,5 мкФ) та робоча напруга – не менше 200 В.

В якості діодів VD1 та VD2 можна використати такого ж типу діоди (Д226) або аналогічні ним.

Тиристор VS1 типу КУ201 або КУ202 будь-якої серії.

Неоновою лампою HL1 може бути будь-яка, але, знову ж, кращі результати забезпечуються використанням лампи МТХ-90.

Обидва комутатори можна виготовити у вигляді окремих блоків. Це дасть змогу їх використати не лише у високовольтних випрямлячах, а й для інших цілей. 

На котушку Румкорфа комутований струм можна подавати через клеми її живлення. Єдина вимога: молоточок та кувадлечко котушки при цьому слід “закоротити”. Для цього достатньо повністю загвинтити регулювальний гвинт. 

Наступна раціоналізаторська задача виникла під час виконання лабораторної роботи по визначенню коефіцієнта жорсткості пружини [20, с. 413-414]. (Вираз коефіцієнт жорсткості нами використано не випадково. Він є кількісною характеристикою самої жорсткості як здатності тіла чи конструкції чинити опір утворенню деформацій” [69, с. 31], тобто фізичною величиною, яку можна визначати. Автор вважає, що у шкільних підручниках доцільно було б зробити відповідні виправлення). У формулюванні даної задачі відображені ті незручності, які мають місце при одночасному вимірюванні звичайною лінійкою величини деформації пружини та виникаючої в ній сили пружності.

Задача 2.4.3. «Динамометр». При одночасному вимірювання величини деформації пружини динамометра та величини сили пружності, яка виникає в пружині даного приладу, щоразу доводиться прикладати лінійку до його дощечки. Для дотримання необхідної точності вимірювання видовження пружини треба слідкувати за попереднім “виставленням нуля” лінійки та досягнення її паралельності до шкали вимірювання сили. Внесіть пропозицію щодо конструктивних змін основного для даної лабораторної роботи приладу - динамометра, які б дозволяли уникнути цих недоліків.

Розв’язання. Для полегшення процесу вимірювання видовження пружини з одночасним підвищенням точності отримуваного результату на дощечці динамометра поруч із його шкалою 1 доцільно розмістити шкалу лінійки 2 з міліметровими поділками (рис. 2.4.4). 

Очевидно, що удосконалюватись можуть не лише пристрої, а й технології. Технологія (від техно і логія) – сукупність способів переробки матеріалів, виготовлення виробів і процеси, що супроводять ці види робіт [65, с. 665]. Якщо під технологією, хоча б умовно, вважати й процес виконання лабораторної роботи, адже при цьому використовується сукупність способів та засобів досягнення поставленої мети (педагогічна технологія), то можна поставити й наступну раціоналізаторську задачу.

Задача 2.4.4. «Лабораторна робота». Запропонованим у підручниках способом виконання лабораторної роботи “Вимірювання коефіцієнта жорсткості пружини” [20, с. 413-414], передбачається почергове підвішування на гачок пружини важків з одночасним вимірюванням видовження пружини, що дозволяє одержувати дані, на основі яких згодом досягається поставлена мета. Запропонуйте, як можна удосконалити спосіб виконання даної лабораторної роботи.

Розв’язання. Необхідні для виконання лабораторної дані можна отримати іншим способом. Покладемо динамометр на стіл. До його шкали прикладемо паралельно шкалу вимірювальної лінійки так, щоб співпадали їх початки (нулі). Деформуємо дією руки пружину на певну величину х₁ і одночасно знімемо покази зі шкали динамометра. Це буде значення сили F₁. У такий же спосіб отримаємо значення х₂, F₂; х₃, F₃; x₄, F₄ і т. д. Подальший хід роботи може бути таким, як це запропоновано у відповідних підручниках.

Як бачимо, така раціоналізація способу виконання даної лаборатор-

Рис. 2.4.4. Динамометр з додатковою міліметровою шкалою 1 – шкала, проградуйована в ньютонах; 2 – шкала, проградуйована в міліметрах.

ної роботи дозволяє обійтись без традиційно використовуваних штативу та важків, що є більш вигідно з економічної точки зору. Разом з цим, висування на перший план деформування пружини, що приводить до виникнення в ній сили пружності, робить її більш логічною з точки зору причинно-наслідкових зв’язків (сила пружності, що виникає в пружині, є результатом її деформування, а не навпаки) тощо.

Відчутних позитивний результатів при такому способі виконання лабораторної роботи можна досягти в результаті використання описаного вище удосконаленого динамометра. Тут вже матиме місце поєднання удосконалення і обладнання, і самого способу виконання лабораторної роботи, тобто технології.

Варто зауважити, що під час розв’язування раціоналізаторської задачі, може виникнути ідея створення оригінального пристрою, тобто може здійснитись логічний перехід до постановки та розв’язування винахідницької задачі. Цікаве розв’язання винахідницької задачі може привести до конструювання та виготовлення винайденого пристрою і т. д. Такий процес майже завжди має логічне продовження і сприяє залученню учнів до процесу науково-технічної творчості.

 

ІІІ. МЕТОДИ ТА ПРИЙОМИ АКТИВІЗАЦІЇ ТВОРЧОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ

 

Золоте правило полягає в тому, щоб не мати золотих правил. 

Бернард Шоу

3.1. Методи та прийоми розв’язування творчих задач

Методи активізації процесу творчості з’явились у результаті багаторічної праці людей, які займались пошуком розв’язань творчих задач. Їх виникнення припадає саме на той час, коли бурхливий розвиток науки вів за собою такий же розвиток техніки та виробництва. Розвиток механіки, термодинаміки та електродинаміки зробив можливим створення нових типів двигунів, транспортних засобів, засобів зв’язку та ін. [18, 28, 72]. За першими винаходами, які показували лише принципову можливість реалізації певної фізичної теорії на практиці, почали з’являтись такі технічні розв’язання, які вже претендували на їх реальне застосування у промисловості та інших сферах людської діяльності. Створені пристрої та технології ставали прототипами для нових винаходів. Разом з цим, процес пошуку нових розв’язань не міг уникати формування у суб’єктів творчості стереотипів мислення. Це, безперечно, давало можливість швидко знаходити розв’язання задач. Проте, стереотипи мислення досить гарно „спрацьовували” під час розв’язування такого типу задач, які й дозволили сформуватись даному стереотипу мислення. Проте їх використання досить часто й заважало створювати винаходи високого рівня, які б суттєво впливали на розвиток техніки. Логічне мислення, - пише Д. Д. Зербіно, - не дозволяє появі нових ідей. Лише нешаблонне мислення є не якоюсь магічною формулою, а лише творчим способом використання інтелекту. Неможливо скласти інструкцію з нешаблонного мислення. Однак можна свідомо використовувати певні прийоми для того, щоб допомогти звільнитися від сковуючого впливу логічного мислення. Люди, які думають типово, обирають, з їхнього погляду, різну позицію, а потім намагаються розв’язати проблему. Ті ж люди, які думають не типово, воліють по-новому подивитися на проблему, дослідити її з різних боків, замість того, щоб дотримуватися раз і назавжди обраної позиції[32, с. 5].

З’являлись і інші перешкоди, які стримували процес творчості, до якого на той час була залучена значна кількість людей. Все це вимагало пошуків методів, які хоча б частково дозволяли уникати перешкод суб’єктивного та об’єктивного характеру. 

У наш час до методів активізації процесу творчості можна віднести метод фокальних об’єктів, морфологічний аналіз, мозковий штурм, синектику, метод контрольних запитань, ТРВЗ та ін. [3, 16, 17].

Метод фокальних об’єктів 

Він полягає в тому, що вибраний для удосконалення прототип наділяють різноманітними сторонніми ознаками, що й може привести до пошуку можливого розв’язання задачі. В основі даного методу лежить запропонований у 20-тих роках ХХ-го століття професором Берлінського університету Ф. Кунце “метод каталогу”. Згідно з ним, для відшукання розв’язання творчої задачі достатньо взяти з каталогу (під останнім автор пропонованого методу розумів також словник, книгу, журнал тощо) будь-яке слово та стикувати його з назвою прототипу. Задіяне при цьому асоціативне мислення суб’єкта розв’язування задачі може дати певний результат пошуку. Так, наприклад, взявши за прототип слово “опора” та вибравши з каталогу слова “лід”, “повітря” або “висіти”, можна отримати такі поєднання як “льодяна опора”, “повітряна опора” та “підвісна опора”, що й може стати розв’язанням даної задачі.

У 50-ті роки після незначної модернізації Ч. Вайтингом (США) “метод каталогу” отримав назву “методу фокальних об’єктів” (МФО). Під час розв’язування задачі з використанням даного методу, прототип знаходиться немов би в фокусі, тобто у точці, де перетинаються лінії, які йдуть від випадково вибраних об’єктів (випадково вибраних слів). Ці зв’язки розвиваються за допомогою асоціацій. Серед певної кількості невдалих ідей іноді з’являються і досить цікаві розв’язання поставленої задачі.

Згодом з’явилась ще одна модифікація МФО, яка отримала назву методу гірлянд випадковостей та асоціацій. Його сутність полягає в тому, що до фокального об’єкту – прототипу складається гірлянда синонімів, а потім, як і при звичайному МФО, вибираються випадкові об’єкти. Потім складають список ознак випадкових об’єктів, після чого шляхом їх приєднання до гірлянди синонімів отримують іншу гірлянду ознак і т. д.

МФО досить простий, але він не набагато продуктивніший у порівнянні з методом спроб та помилок. Реальна від нього користь спостерігається лише на заняттях з розвитку творчої уяви.

Морфологічний аналіз 

Автором даного методу є швейцарський астрофізик Ф. Цвіккі. У 30ті роки він застосував даний метод для розв’язування астрофізичних проблем. Сутність морфологічного аналізу полягає в прагненні систематично охопити всі (або хоча б найголовніші) можливі варіанти розв’язань, виключаючи вплив випадковості. Для вибору потрібного варіанту будується двохвимірна таблиця (карта). Робиться це так. Беруться дві найважливіші характеристики технічної системи і на основі них складають списки всіх можливих видів та форм. Потім заповнюють таблицю, осями якої будуть ці списки. Клітками цієї таблиці міститимуть можливі варіанти майбутньої технічної системи.

У більш складному варіанті застосування даного методу будується не двох-, а багатовимірна таблиця, яка має назву морфологічного ящика.

Найважчим етапом даного методу є вибір поєднання, яке задовольнить здійснюваний пошук можливого варіанту розв’язування задачі. Таких поєднань може бути надзвичайно велика кількість і їх розгляд забирає багато часу. Саме з цієї причини даний метод не знайшов практичного застосування на уроках фізики. На уроках учителю доцільно лише знайомити з його можливостями. Проте він може дати відчутні результати у позаурочній роботі, наприклад, під час розв’язування задач Всеукраїнських ТЮВіР, Всеукраїнських конкурсів юних дослідників та винахідників (КЮДВ) тощо.

Мозковий штурм 

Автором даного методу є А. Осборн [80]. У його основі лежить думка щодо відокремлення процесу генерування ідей можливих варіантів розв'язання певної задачі від процесу їх оцінки.

При звичайному груповому пошуку можливих варіантів розв’язань творчої задачі багато цінних ідей втрачається у зв’язку з тим, що ті, хто їх генерує, не хочуть про них повідомляти у присутності інших членів групи. Вони бояться критики, висміювань, негативного відношення керівників тощо. А. Осборн запропонував здійснювати генерування ідей в умовах повної заборони критики. Більше того, будь яка, фантастична або, навіть, жартівлива ідея повинна всіляко заохочуватись, тобто отримувати позитивне підкріплення.

Мозковий штурм реалізується у невеликій (5-8 чоловік) неоднорідній групі. При цьому виключається участь тих хто може стримувати процес генерування ідей, наприклад, керівників. Всі висловлювані ідеї щодо можливих варіантів розв’язання поставленої перед групою задачі записуються на магнітофонну плівку або просто стенографуються. Потім група експертів опрацьовує отриманий таким чином матеріал, вибираючи найбільш цінні, на їх погляд, ідеї.

Як на уроках фізики, так і в позаурочній роботі з даного предмету даний метод використовується досить рідко, адже для цього не вистачає часу. Окрім того, учні хочуть відразу відчувати результат їхньої діяльності, що є не можливим. Значні переваги, у порівнянні з ним, має наступний метод.

Синектика 

Слово синектика з грецької, означає з’єднання разом різноманітних елементів. Метод розроблений у 50-ті роки У. Гордоном [79]. Він також полягає у переборі можливих варіантів розв’язання задачі. 

Процес творчості, на думку У. Гордона, є пізнаваним і піддається удосконаленню. Він виділяє два види механізмів творчості: не операційні (не керовані свідомістю людини), наприклад, інтуїція, а також операційні (використання різноманітних аналогій). При цьому він звертає увагу на те, що засвоєні людиною операційні механізми сприяють розвитку не операційних механізмів творчості. Для оволодіння операційними механізмами творчості У. Гордон пропонує знайомитись з описами розв’язань відповідних задач, тренуватись у пошуках власних їх розв’язань.

Якщо повернутись до мозкового штурму, то в його сильній стороні можна легко побачити її слабке місце – відсутність критики. Тобто сама група (без наступної роботи експертів) не може реально оцінити запропоновані її членами ідеї у зв’язку з відсутністю критики. Автор синектики У. Гордон зумів подолати це протиріччя шляхом формування більш-менш постійних за складом груп, члени яких поступово звикають до сумісної роботи, не остерігаючись критики з боку колег.

Синектичні групи (5-7 чоловік) створюються із психологічно сумісних людей, які відрізняються між собою за віком, освітою, професіями, кваліфікацією тощо. Роботу групи спрямовує її керівник. Вдало укомплектовані групи в одному й тому ж складі можуть працювати тривалий час. Виходячи з цього, вони мають певні переваги: накопичується досвід, зростає взаєморозуміння, що приводить до схоплювання ідеї з півслова. Процес групового пошуку розв’язання задачі вдалось зробити дещо упорядкованим та керованим, що стало запобігати існуючому в мозковому штурмі хаотичного мислення. Виходячи з цього, даний метод доцільно використовувати на уроках та в позаурочній роботі з фізики, зокрема під час розв’язування дослідницьких, винахідницьких та раціоналізаторських задач. 

У якості робочих механізмів пропонованого методу У. Гордон бачить різні види аналогій: пряма – будь-яка аналогія, наприклад з природи; особиста емпатія – спроба побачити проблему шляхом входження в образ певного об’єкту; символічна – знаходження стислого символічного опису об’єкта; фантастична – виклад умови задачі в термінах, що характерні для казок, міфів та легенд.

Цілком зрозумілим та ефективним для процесу творчості є використання аналогій, які існують у природі. Так, наприклад, аналогом реактивного двигуна є відповідні органи кальмара та медузи, аналогом гіротрона, який замість гіроскопа використовується в сучасних швидкісних літаках та ракетах, є “дзижчальця” комах. Здійснюючи коливання в одній площині, вони дозволяють орієнтуватись комасі під час польоту в просторі. Аналогом для одного із можливих варіантів парашуту міг би служити зрілий плід кульбаби (рис. 3.2.1), а відповідні органи кажана можна було б використати як аналоги для пристроїв, здатних здійснювати ехолокацію. Для сучасної “блискавки-липучки” прототипом як найближчим аналогом могли б бути колючки всім відомого реп’яха (рис. 3.2.2). , а шишки хвої (рис. 3.2.3а та рис. 3.2.3б) могли б служити

     Рис. 3.2.1. “Парашути” кульбаби      Рис. 3.2.2. Зачепи реп’яха

аналогом для створення пристрою, який би міг реагувати на зміну вологості повітря. 

Слід відмітити, що саме це привело до виникнення у 1960 році науки біоніки (від грецького – biōn – елемент життя, буквально – той, що живе). Біоніка є напрямком технічної кібернетики, який вивчає особливості будови та життєдіяльності організмів для створення нових машин, приладів, механізмів, будівельних конструкцій та технологічних процесів, характеристики яких наближаються до характеристик живих систем [47, с. 56]. У науково-популярній та методичній літературі описана значна кількість прикладів явищ, процесів та об’єктів природи, які можуть бути аналогами створюваних людиною пристроїв або технологій

[24, 67].

                 а                                                          б             

Рис. 3.2.3. Реагування шишки на зміну зовнішніх умов

Автор синектики наводить приклад використання особистої аналогії на прикладі розробки механізму, на вході якого частота обертання валу могла б бути від 400 до 4000 об/хв., а на виході завжди залишалась постійною - 400 об/хв. Кожен з членів групи метафорично входив в коробку передач і уявляв себе в ролі валу, прагнучи досягти постійної частоти обертання вихідного валу [79].

Символічна аналогія – це узагальнена, абстрактна аналогія, яка дозволяє описати певну проблему. У цій аналогії досить часто використовуються метафори та порівняння, в яких властивості одного предмету ототожнюються з властивостями інших. Прикладами такої аналогії можуть бути “надійна перервність” (храповий механізм), “видиме тепло” (полум’я) тощо.

Фантастична аналогія говорить сама за себе. Нею передбачається надання певному об’єкту фантастичних властивостей (кіт у чоботях, людина-невидимка) або ж використання нереальних процесів (повне або часткове зникнення гравітації, тертя, магнітного поля Землі і т. п. 

Синектикою передбачається також використання гри. При цьому вважається, що будь-яка творчість містить у собі елементи гри. У. Гордон наводить приклад ігрового прийому “інверсія”, який полягає в тому, що членами групи придумується світ “навпаки”.

Якщо розглядуваний метод творчості розглядати в цілому, то можна виділити деякі його фази. У. Гордон відмічає, що результат творчості залежить від розуміння поставленої задачі. Тому процес розв’язування він пропонує починати з її уточнення. Спочатку необхідно перейти від початкового до робочого формулювання умови. Для успішного процесу творчості, як вважає автор синектики, важливим є вміння перетворювати незвичне у звичне та, навпаки, звичне у незвичне. Тут же використовуються згадані вище аналогії.

Та частина даного методу, що стосується пошуку аналогій у природі, досить успішно може використовуватись на будть-яких заняттях з фізики. Особливо відчутних результатів вдається досягти під час проведення різноманітних масових позаурочних заходів: Всеукраїнських ТЮВіР, Всеукраїнських КЮДВ, Всеукраїнських турнірів юних фізиків (ТЮФ) та ін. (див. розділ ІV).

Метод контрольних запитань 

Сутність даного методу полягає в тому, що активізація перебору варіантів можливих удосконалень (розвитку) об’єкта здійснюється внаслідок осмислення відповідей на поставлені запитання. Зрозуміло, що таких запитань можна сформулювати безліч. Але для належної ефективності пошуку можливих варіантів розв’язань певної задачі можна обмежитись і невеликим їх списком. А. Осборн [80], наприклад, пропонує таку групу запитань:

1.   Яке може бути нове використання даного об’єкту?

2.   Як зробити об’єкт більш простим?

3.   Як модернізувати об’єкт?

4.   Що можна збільшити в об’єкті?

5.   Що можна в ньому зменшити?

6.   Що можна замінити?

7.   Що можна перетворити?

8.   Що можна перевернути навпаки?

9.   Які можна зробити комбінації з елементів об’єкта?

Даний метод доцільно використовувати тоді, коли ми з учнями здійснюємо пошук нетрадиційного (не за призначенням) використання різноманітних об’єктів, коли ми прагнемо створити новий пристрій внаслідок суміщенням вже відомих технічних об’єктів, під час підготовки та проведення фізичного експерименту на уроках фізики під час виконання фізичного експерименту тощо.

Метод генерування запитань

Він полягає в тому, що суб’єкт повинен задати (сформулювати) якомога більше запитань з обговорюваної проблеми. Даний метод відрізняється від методу “мозкового штурму” та попереднього методу контрольних запитань тим, що при його застосуванні перед суб’єктом не ставиться прямо мета стосовно отримання оригінального продукту. Проте формулювання ним значної кількості запитань сприяє генеруванню ідей, серед яких можуть бути й досить оригінальні. Даний метод дозволяє заглибитись у проблему, дійти до самої її суті. В. І. Аристов, А. М. Маковський та В. В. Рибалка [11] приводять 211 запитань, які були сформульовані під час обговорення проблеми, яка стосується удосконалення електричної розетки. Приведемо декілька з них:

1.            Якої форми повинна мати розетка: а) з точки зору пакувальника? б) з точки зору вантажника? в) з точки зору конкретного споживача? 

2.            Якою має бути розетка для дітей та тварин?

3.            Якою має мути протитараканова розетка?

4.            Чи потрібна розетка з автовиштовхувачем вилки при виникненні перевантаження?

5.            Чи потрібна герметична розетка?...

Цілком зрозуміло, що на практиці доцільно використовувати й фрагменти названих методів або їх поєднання. 

 

3.2.  Створення баз даних аналогів винаходів у природі

Вище говорилось про те, що в природі існує багато прикладів явищ, процесів та об’єктів, які можуть бути аналогами для створення корисних для людини пристроїв або технологій. Водночас, досить корисною стосовно цього роботою є сам процес створення учнями баз даних аналогів винаходів у природі (у безкомп’ютерному варіанті – звичайних таблиць) (табл. 3.2.1). Починати складати такі таблиці доцільно з того часу, коли учні знайдуть перші аналоги винаходів, і продовжувати їх можна упродовж всього часу вивчення фізики, біології та інших навчальних предметів. Дана робота де в чому схожа на пошуки учнями можливості застосування в техніці фізичних явищ, про що буде йти мова далі.

Нижче приводиться частина аналогів, які знайшли учасники (учні 58 класів) І-го Всеукраїнського конкурсу юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття» (таблиця 1). 

Таблиця 3.2.1. Аналоги винаходів у природі

Винахід	Можливий його аналог у природі
Акваланг.	Дихальні трубки деяких водяних жуків.
Акумулятор тепла	Водойма (моря, озера, болота)
Акустична лінза.	Таку лінзу має дельфін. Речовиною лінзи є жир, показник заломлення звуку у якому відрізняється від показника заломлення звуку у воді.
Амортизатор.	Речовина у вигляді губки, яка розміщена між дзьобом та черепом дятла. Ця речовина є природнім амортизатором.
Баласт, який дозволяє водолазу легше опускатись у воду.	Для того, щоб полегшити перебування під водою, крокодили можуть ковтати камені.
Балкон.	Гніздо ластівки.
Сучасні композиційні матеріали – чарункові матеріали.	Бджолині чарунки.
Броня транспортного засобу, наприклад, бронетранспортера.	Панцир черепахи.
Будильник.	Півень.
Будинок.	Печера в скелі або дупло в стовбурі дерева.
Важіль.	Важелі є у скелетах багатьох тварин.
Вентилятор.	Вітер.
Гелікоптер.	Джміль, бджола, бабка.
Відбійний    молоток     та	Дзьоб дятла та процес створення ним

 

процес виконання ним відповідних технологічних операцій.	отворів у стовбурах дерев.
Вітражі.	Віконне скло, яке «розмальоване» морозом.
Водолазний дзвін.	Гніздо водяного павука, із занесеними то нього запасами повітря у вигляді бульбашок.
Водомет.	Аналогічний пристрій має кальмар.
Гак, гачок для лову риби.	Дзьоб птаха, пазурі птаха та деяких тварин, наприклад, кота або ведмедя.
Гвинтові східці, гвинт, шуруп.	Гвинтоподібні панцирі молюсків.
Гірокомпас, гіротрон.	Дзижчальця у деяких жуків та комах.
Падіння води зі штучно створених гребель гідроелектростанцій.	Водоспад у природі.
Греблі на ріках	Греблі, які створюють на ріках бобри.
Датчики сейсмографів, датчики, що сповіщають наближення бурі.	Рецептори деяких риб, тварин, медуз.
Дельтаплан.	Кажан. Білка-летяга, розтягнувши складку шкірі між передніми та задніми лапами, може перелітати з дерева на дерево на відстань до 60м.
Дзеркало.	Вільна поверхня води в тиху погоду.
Диктофон.	Папуга.
Діафрагма об’єктива.	Радужна оболонка ока тварини.
Електрозварювання деталей, які виготовлені з металу.	Зварювання таких деталей під час проходження крізь них електричного струму грозових розрядів.
Запальничка електрична.	Блискавка.
Запальничка кременева.	Кремінь та кресало.
Зброя, яка стріляє кулями.	Рослини, що викидають насіння, наприклад, огірок розприскувач.
Зубчата пилка.	Щелепа акули з зубами.
«Кігті» - пристрої, за допомогою яких електро-	Кігті тварин (котів, куниць, тхорів, рисі та ін.), за допомогою яких вони лазять

 

монтери залазять на дерев’яні стовпи.	по деревах.
Колесо.	Кулі “перекотиполе” (курай), кругла колода.
Комп’ютерні мережі.	Автономна нервова система тварини.
Крокуюча машина.	Павук, сороканіжка.
Кульові опори поворотних механізмів; підшипники.	Суглоби, якими з’єднуються кістки скелетів живих організмів.
Кусачки, плоскогубці, щипці, пінцет.	Клешні рака або жука.
Ласти для       підводного плавання.	Плавники риб, лапи жаб та качок.
Лицарський     захисний одяг, бронежилет.	Панцир черепахи, панцир броненосця, луска риби.
Лінзи, які використовуються в оптичних системах.	Кришталик ока тварини, крапля води.
Літак.	Птах.
Матриця цифрового фотоапарата та відеокамери.	Сітківка ока тварини.
Машина для прокладання тунелів під землею.	Кріт, дощовий черв’як.
Мембрана мікрофону.	Барабанна перетинка вуха тварини.
Міст, що сполучає два береги ріки.	Стовбур дерева, який внаслідок падіння випадково з’єднав протилежні береги невеличкої річки.
Перистальтичний насос.	Кишечник тварини.
Підвісний міст.	Елемент павутиння.
Прилади для відбивання світла – катафоти, які використовуються в сигнальних пристроях, наприклад, автодорожніх знаках.	Очі кішки, вовка та собаки, які здатні відбивати світло малої інтенсивності, унаслідок чого вони немовби світяться.
Присосок.	Аналогічні пристрої п’явок, равликів, окремих видів жаб (що мешкають на
	деревах).
Пристрій та спосіб регулювання глибини занурення підводного човна у воду.	Газовий міхур у риб, який дозволяє регулювати глибину занурення риби у воду; резервуари молюска наутілуса, які для занурення його у воду заповнюються водою і навпаки, - для піднімання вгору вода витискається з них повітрям.
Пристрої         для             захвату предметів.	Виноградний вус, вус хмелю, гарбуза, огірка, присоски риб, равликів.
Радіатор для охолодження працюючого пристрою.	Вуха слона, які мають багато судин кровообігу, язик собаки.
Реактивний двигун літака або ракети.	Аналогічний пристрій кальмара або медузи.
Резонатори.	Печери в горах та під землею, резонансна система вуха людини, мушлі.
«Рука» маніпулятора	Рука людини, щупальця кальмара, спрута, хобот слона.
Сітка для відлову риби.	Павутиння.
Система самонаведення на об’єкт, наприклад система наведення приймача сонячної енергії у геліоелектростанції.	Суцвіття соняшника, яке завжди орієнтується на Сонце. Інші квіти.
Сонячний годинник.	Стовбур дерева, що кидає чітку тінь на поверхню землі.
Човник ткацького верстату.	Павук.

 

 

3.3.  Створення баз даних фізичних явищ, які можна  застосувати в техніці

Для досягнення відчутних успіхів у розвитку творчих здібностей, за наявності яких людина стає здатною до створення оригінального продукту, доцільно переосмислити сам підхід до навчання, який в основному зводиться до традиційної передачі учням окресленої навчальними програмами та підручниками інформації. Це, зокрема, стосується таких етапів процесу навчання фізики, як вивчення учнями нового матеріалу та його використання на практиці. Слід визнати, що традиційне запитання під час оцінювання досягнень учнів: “Де дане явище використовується на практиці?” є результатом знаннєвого підходу до процесу навчання. Воно дійсно має сенс тоді, коли контролюються знання: учень має відтворити те, про що він дізнався з розповіді вчителя, прочитаного параграфу підручника або інших носіїв інформації. Проте постановкою запитання у такому вигляді ми формуємо в учня таку світоглядну настанову, яка не спонукає його до пошуків нового. Ми привчаємо учня бачити світ таким, який він вже є, як такий, що не потребує ніякого розвитку. Іншими словами, ми пропонуємо учню дивитись назад, та фіксувати сьогоднішнє, але не спонукаємо його заглядати у майбутнє, яке завтра стане сьогоднішнім, а сьогоднішнє стане вчорашнім. Мова йде про те, що такий суто знаннєвий підхід у навчанні не сприяє формуванню в учнів психологічної настанови на творчу діяльність. Для розвитку та наступної реалізації творчих здібностей учнів у них необхідно формувати настанову на пошуки можливостей використання отриманих знань на практиці, зокрема для створення нових технічних пристроїв та технологій. Звідси виходить, що запитання під час оцінювання досягнень учнів з фізики доцільно було б формулювати так, щоб він міг не лише повідомити вчителю про вже відоме застосування певного явища на практиці, а й показав своє бачення можливого застосування його у нових пристроях чи технологіях. Для цього достатньо лише замінити запитання: “Розкажіть, де дане явище використовується на практиці?” на вимогу “Запропонуйте, де можна дане явище використати на практиці?”. При цьому не слід остерігатись того, що учні не будуть знайомитись із вже існуючими об’єктами. Навпаки, для того, щоб створити нове, слід впевнитись в тому, що воно відрізняється від існуючого.

Одним із методичних прийомів, що дозволяють реалізувати сказане вище, є складання учнями бази даних фізичних явищ, які можуть бути використані для досягнення необхідних технічних ефектів. У безкомп'ютерному варіанті це можуть бути звичайні таблиці в окремо взятому або й робочому зошитах, а при наявності можливості користування комп'ютером, - бази даних в середовищі Місsoft Оffice Ассеss, Ехсеl або на основі власно створених відповідних програмних засобів. Прикладом може бути фрагмент складеної таблиці, яку можна назвати покажчиком фізичних явищ (табл. 3.3.1). У її лівому стовпці знаходяться назви фізичних явищ, властивостей речовини або ж закономірностей, які розглядаються в шкільному курсі фізики. У правому подаються технічні можливості їх проявів. Таблиця або база даних поповнюється по мірі оволодіння учнем матеріалом фізики.

Таблиця 3.3.1 Фізичні явища, які можуть бути використані для досягнення певних

технічних ефектів

Фізичне явище, властивості речовини, фізична закономірність або закон	Технічний ефект
Отвердіння,     кристалізація тіл.	Створення тимчасових фундаментів. Прикріплення одного тіла до іншого унаслідок «приморожування».
Зміна розмірів тіл при кристалізації.	Створення значних зусиль.
Поглинання енергії тілом при переході з твердого стану у рідкий; вивільнення енергії при отвердінні або кристалізації тіл.	Акумулювання теплової енергії. Створення холодильників.
Випаровування та конденсація рідин.	Висушування речовини (наприклад деревини). Одержання теплової енергії. Охолодження тіл. Створення холодильників. Зміна вологості у закритих приміщеннях (наприклад, у житловому будинку).
Теплове розширення тіл.	Жорстке з'єднання деталей, наприклад валу з маточиною колеса (термічна посадка деталей). Одержання значних зусиль. Створення механізмів для виконання мікропереміщень, теплових реле та датчиків температури.
Стисливість газів.	Можливість транспортування газів у стиснутому стані.
Пружні властивості газів.	Створення повітряних амортизаторів.
Дисперсія світла.	Отримання світла певного кольору.

 

Відбивання світла.	Керування світловим потоком. Створення дзеркал. Можливість концентрування світлової енергії. Зменшення інтенсивності поглинання світла.
Поглинання світла.	Накопичування енергії тілом. Уникнення явища відбивання світла.
Заломлення світла.	Керування напрямком поширення світла. Створення лінз.
Відносність     механічного руху.	Можливість збільшення або зменшення відносної швидкості руху тіл.
При рівномірному зісковзуванні тіла з похилої площини з кутом її нахилу до горизонту   tg=.	Можливість створення приладу для безпосереднього вимірювання коефіцієнту тертя тіл.
Рух зв'язаних між собою тіл через нерухомий блок.	Створення економних ліфтів та ескалаторів.
Періодичні коливання маятника.	Створення пристроїв для здійснення відліку часу.
Поширення звуку в різних середовищах.	Створення акустичних приладів. Створення матеріалів, що поглинають звук та пристроїв для перетворення енергії звукових коливань у корисні для людини види енергії.
Відбивання звуку.	Ехолокація.
Момент сили. Умова рівноваги важеля. Блок. Прості механізми.	Керування положенням тіла. Створення значних зусиль. Зміна напрямку руху та дії сили.
Деформація тіла. Сила пружності.	Надання тілу потрібної форми. Створення значних зусиль. Акумулювання механічної енергії.
Піднімання тіл у полі сили тяжіння.	Акумулювання механічної (потенціальної) енергії.
Рух тіл з великою швидкістю.	Акумулювання механічної (кінетичної) енергії (наприклад, унаслідок створення маховикових  акумуляторів),

 

Тиск і сила тиску. Рівняння зв'язку тиску з силою тиску та площею, на яку вона діє.	Регулювання тиску та сили тиску. Створення значного тиску
Сполучені посудини.	Створення приладів для визначення рівня рідини у недоступних для спостереження судинах. Регулювання рівня рідини в сполучених між собою резервуарах (водоймах).
Дослід Торрічеллі	Створення вакуумних замків, присосок.
Залежність тиску атмосфери від висоти.	Створення приладів для вимірювання висоти піднімання над поверхнею Землі; приладів для вимірювання глибини опускання в шахту.
Виштовхувальна сила. Закон Архімеда	Створення поплавкових засобів. Регулювання глибини занурення тіла в рідині. Створення водного та повітряного транспорту. Сепарація тіл різної густини у рідині. Піднімання тіл, що затонули у воді.
Закон збереження енергії.	Створення пристроїв для перетворення одного виду енергії в інший (наприклад, двигунів).
Способи зміни внутрішньої енергії тіла. Теплообмін. Види теплопередачі.	Нагрівання або охолодження тіл.
Згоряння речовини.	Одержання теплової енергії.
Температури кристалізації та плавлення кристалічної речовини, температура кипіння рідини.	Для градуювання та повірки градуювання приладів для вимірювання температури -   термометрів.
Електризація тіл.	Добування електроенергії. Створення грозової електростанції.
Залежність опору провідника від його довжини, площі поперечного перерізу та матеріалу. Питомий опір	Визначення металу, з якого виготовлено даний провідник.
провідника.
Залежність опору провідників від температури.	Зміна опору провідника. Створення датчиків температури.
Закон Ома для однорідної ділянки електричного кола.	Створення електровимірювальних приладів.
Послідовне та паралельне з'єднання провідників.	Одержання ділянок кола певного електричного опору. Створення комунікаційних мереж.
Нагрівання провідників при протіканні крізь них електричного струму.	Створення електронагрівальних приладів.
Електричний струм у розчинах та розплавах електролітів.	Покриття тіл металами. Одержання чистих речовин з розчинів та розплавів електролітів. Створення рідинних реостатів та пристроїв для гасіння електричної дуги. Одержання поліграфічних форм.
Залежність струму в напівпровідниках від температури та дії світла.	Створення датчиків температури та освітлення.

 

Не можна не згадати про те, що подібні покажчики, починаючи з 1970 року, вже створювались прихильниками так званої ТРВЗ. Такі покажчики мали допомагати винахіднику знайти відповідні фізичне явище або процес, які б дозволили йому розв'язати конкретну винахідницьку задачу (усунути певну технічну суперечність). Проте складались вони на основі аналізу описів вже зроблених винаходів, тобто на основі винахідницької практики. Це видно, навіть, із порядку розміщення їх колонок: спочатку йде технічний ефект, а за ним фізичні явища, які дозволяють його досягти [62, с. 215-222]. Ми ж ставимо перед собою методичну мету: звернути увагу учнів на потенційні можливості фізики стосовно розв'язування винахідницьких задач, чим значно підвищуємо їх потенційні можливості стосовно науково-технічної творчості. І процес створення покажчика у нас здійснюється не по факту, який вже відбувся (від вже зробленого винаходу - до фізики), а йде з упередженням, тобто від фізики - до потенційно нової техніки. 

Наші наукові дослідження та педагогічна практика підтвердила ефективність такої роботи. Процес складання таких таблиць сприяє розвитку творчих здібностей учнів. Самі ж таблиці дозволяють реалізувати ці здібності, зокрема під час розв’язування винахідницьких та раціоналізаторських задач.

 

3.4. Ознайомлення з патентною інформацією

Одним з продуктивних прийомів розвитку названих здібностей є процес пошуку і ознайомлення учнів з патентною інформацією. До неї відносяться описи вже зроблених винаходів, а також реферати і формули винаходів, які розміщуються в бюлетенях винаходів (спеціальних збірках), що систематично видаються патентними відомствами всіх розвинутих країн. Інформація, що розкриває зміст зробленого винаходу, може розміщуватися і на сторінках різних технічних та науковопопулярних журналів, наприклад, «Винахідник і раціоналізатор», «Юный техник» та ін. Останнім часом інформацію про зроблені винаходи можна знайти в Іnternet. В наш час дана інформація є доступною для значної частини населення.

Яким же чином пропонований методичний прийом, тобто процес ознайомлення з патентною інформацією або ж просто вивчення описів винаходів, впливає на розвиток людини? Чи не є він надуманим? 

Як вже говорилось вище, процес творчості полягає в гармонізації відносин між елементами будь-якої, у тому числі й технічної, системи. Очевидно, що для усунення існуючої дисгармонії, що з'явилася на певному етапі розвитку системи, спочатку необхідно її виявити. Знайшовши суперечності, що приводять систему до дисгармонії, та усунувши їх, винахідник робить систему гармонійною. Проте слід мати на увазі, що гармонійні відносини між елементами будь-якої системи є тимчасовими. Наступає момент, коли гармонія зникає. Це може бути результатом виходу з ладу одного або декількох елементів системи, що усувається простою їх заміною або ж незначним удосконаленням (внесенням раціоналізаторської пропозиції). У інших випадках виникає необхідність розробки абсолютно нового елементу системи, наприклад, заміни її механічного елементу електронним пристроєм, потім оптичним і т.д. В окремих випадках доводиться вносити в систему значні зміни, залишаючи властиві їй функції. Покажемо це на прикладі з винахідницької практики.

У 1980 році Е. П. Коваленко подав заявку на винайдений ним спосіб перетворення теплової енергії в механічну і в 1982 році одержав на цей винахід авторське свідоцтво СРСР №931945. Робочим тілом запропонованого пристрою, що дозволяв реалізувати даний спосіб досягнення очікуваного ефекту, була суміш газу з рідинним розчинником, а зміна об'єму камер повинна була здійснюватись шляхом розчинення газу і його виділення з розчину під час охолоджування і нагрівання відповідно. На малюнку (рис. 3.4.1) показано один з можливих варіантів вико-

Рис. 3.4.1. Двигун Е. П. Коваленка

нання пристрою для здійснення запропонованого автором даного винаходу способу. Даний пристрій складається із заповнених сумішшю газу з рідинним розчинником камер змінного об'єму 1, які встановлені на колесі 2, здатного обертатися навколо осі 3. Після розкручування колеса від зовнішнього приводу у вказаному стрілкою напрямі, його подальше обертання здійснюється за рахунок теплової енергії рідини, в яку його занурено на певну глибину. 

Принцип дії пристрою полягає в наступному. Об'єм камер після занурення в рідину збільшується поступово. Цілком зрозуміло, що ті з них, що знаходяться на лівій стороні від осі обертання, матимуть більший об'єм порівняно з об'ємом камер, які знаходяться від цієї осі справа. Це пов'язано з тривалістю часу їх перебування в рідині: чим більше часу камера знаходиться в рідині, тим вона більше одержує тепловій енергії. За рахунок виникаючої різниці в дії на відповідні камери виштовхувальної сили, з’являється обертаючий момент, який і приводить весь ротор в обертальний рух. 

Вивчивши опис даного винаходу, Р. Байранов і М. А. Гурбанязов у 1989 році подали заявку на спосіб перетворення теплової енергії в механічну, реалізація якого можлива за допомогою пристрою, зображеного на рисунку 3.4.2. Об'єм розміщених на одному боці колеса камер збільшується унаслідок розкладання під дією світлових променів двоокису

Рис. 3.4.2. Двигун Р. Байранова та М. А. Гурбанязова

азоту на окисел азоту і кисень. Весь цей механізм знаходиться в резервуарі, наповненому рідиною. Одна стінка 5 резервуару є прозорою, а інша ні. Під дією ультрафіолетового випромінювання двоокис азоту розкладається на окисел азоту і кисень. Дана реакція супроводжується виділенням тепла, яке приводить до зростання тиску газу в камерах. Внаслідок цього об'єм камер збільшується. Разом з цим збільшується і значення виштовхувальної сили, що діє на ці камери. Це приводить до виходу системи із стану рівноваги і трансмісія починає обертатись в один бік. Після виходу камер 1 із зони опромінювання відбувається зворотна реакція з'єднання окислу азоту з киснем. Камери зменшуються в об'ємі і рухаються на колесі до наступного входу в зону опромінювання. Далі такий цикл продовжується. Для запуску пристрою автор винаходу передбачає попереднє його розкручування.

Заявлений в даному винаході спосіб та пристрій для його реалізації, є ефективнішими в порівнянні з винаходом, використаним як прототип. Нагрівання камер пристрою здійснюється за рахунок світлової енергії. Крім того, за рахунок зміни вмісту самих камер процес збільшення їх об'єму відбувається швидше. На свій винахід вони одержали авторське свідоцтво бувшого CРCР №1627748.

Практика свідчить про те, що знайомлячись з описом вже зробленого винаходу, людина може побачити слабкі в ньому місця (дисгармонію) і, використовуючи весь замкнутий цикл творчості, може зробити дану систему більш гармонійною, тобто зробити винахід. 

ІV. ВИНАХІДНИЦЬКІ ТА РАЦІОНАЛІЗАТОРСЬКІ ЗАДАЧІ

4.1. Задачі

Більшість задач, які приводяться нижче, були складені автором даного посібника. Ті задачі, які взяті з різноманітних джерел, максимально адаптовані автором до шкільного курсу фізики. Майже всі вони пройшли апробацію на уроках фізики та в позаурочній роботі з даного предмету, зокрема, в якості завдань Всеукраїнських турнірів юних винахідників і раціоналізаторів (на час видання книги було проведено 12 ВТЮВіР), Всеукраїнських конкурсів юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття» тощо. Дані задачі можна використати на уроках та в позаурочній роботі з фізики. Частина з них може стати основою для виконання наукових досліджень в системі Малої академії наук України.

1.       “Орієнтація кадру”. Кадрове вікно фотоапарата під час фотографування не завжди вдається правильно зорієнтувати відносно лінії горизонту. Це приводить до небажаних наслідків, особливо в спеціальній фотографії. Яким чином можна уникнути даного недоліку?

2.       “Зміна ваги”. Зміну ваги тіла, яке рухається з прискоренням, в основному демонструють за допомогою пружинного динамометра з підвішеним на його гачку тягарцем. Різкий рух дощечки динамометра вгору приводить до збільшення ваги тягарця і, навпаки, такий же рух дощечки вниз – показує зменшення ваги тіла. Незручності такого пристрою очевидні: спостереження даного явища обмежені в часі, пристрій не має цілісної конструкції і т. п. Запропонуйте пристрій для демонстрування зміни ваги тіла при його русі з прискоренням, який би мав суттєві відмінності від вже існуючих і, звичайно ж, дозволяв би здійснювати демонстрацію даного явища на більш високому рівні.

3.       “Повороти на дорозі”. Проїжджі частини швидкісних доріг на крутих поворотах мають певний нахил до центру закруглення. Кут цього нахилу одержують або відповідними розрахунками, або ж просто обирають “на око”. Запропонуйте технічне розв’язання задачі, яке б дозволяло проектувальникам отримувати значення кутів нахилу поверхні дороги до часу її прокладання.

4.       “Двері”. Для надійного закривання дверей іноді застосовують дротяні пружини. При цьому, окрім погіршення естетичного вигляду даного елементу будівлі, є ще й незручності більш практичного характеру: обрив одного з кінців пружини може привести до травмування людей. Отже запропонуйте власний спосіб або пристрій, який би виконував ті ж функції, що й пружина, але був би позбавлений вказаних вище недоліків.

5.       “Діаметромір”. Найпоширенішим приладом для вимірювання діаметру циліндричних деталей, є, звичайно, штангенциркуль. Губками названого приладу щільно обхвачують протилежні частини поверхні деталі і знімають покази з його шкали. Цей прилад є досить точним (ціна його поділки може, наприклад, бути 0,05 мм), але сам процес вимірювання відбувається упродовж значного інтервалу часу. Це особливо помітно при виготовленні деталей на токарному верстаті, коли їх діаметр доводять до певного значення. Отож запропонуйте принципово новий прилад для простішого і більш швидкого (у порівнянні із згаданим вище) вимірювання зовнішнього діаметру циліндричних деталей (стержнів, труб, болтів тощо).

6.       “Спінінг”. При закиданні блешні на значну відстань котушка спінінга набуває значної швидкості обертання. Як маховик котушка продовжує обертатись і після опускання блешні у воду. Якщо це обертання вчасно не припинити, то навколо котушки з волосіні утворюється “борода”, яка подальшу риболовлю даним спінінгом робить не можливою. Розплутування ж “бороди” іноді займає досить багато часу, що створює відомі незручності для риболова. Досвідчені риболови котушку пригальмовують великим пальцем руки. Створено також автоматичні фрикційні гальма, сила притискання гальмівної колодки в яких регулюється силою натягу волосіні. Але ці гальма недовговічні і вимагають постійного регулювання. Вже досить давно набули поширення безінерційні котушки, які обертаються лише при намотуванні на них волосіні. При закиданні ж блешні волосінь просто витками спадає з котушки. Але така котушка також має свої суттєві недоліки. Отож запропонуйте більш якісні гальма для звичайної інерційної котушки.

7.       “Поплавок на хвилях”. Помітити “кльов” риби у вітряну погоду не так вже й просто. Це стосується не лише поплавкової вудки, а й “малої” донки, тобто вудки із знятим поплавком та збільшеним тягарцем: дрібні хвилі, що поширюються по поверхні води, самі періодично “притоплюють” поплавок або ж натягують волосінь, змушуючи риболова реагувати відповідним чином на таке несправжнє “клювання”. Риболови були б вдячні праці винахідників, якби вони змогли надати їм у цьому допомогу.

8.       “Тирса”. Розпилювання деревини завжди супроводжується викидом тирси, що засипає намальовану лінію, вздовж якої здійснюється пропилювання. Запропонуйте спосіб або пристрій, який би дозволяв столяру уникати під час пиляння ручною пилкою здування тирси повітрям легенів або ж її струшування з лінії пропилювання.

9.       “Шум вітряка”. Одним із недоліків вітряних двигунів є те, що під час обертання їх лопаток утворюється шум, частота якого негативно впливає на тварин. Запропонуйте свій варіант вітряного двигуна, який би був позбавлений даного недоліку.

10.    “Різання скла”. На одному із заводів виникла необхідність у виготовленні значної кількості фігурних деталей з тонкого листового скла. Але, як відомо, різання тонкого скла не по прямій лінії справа занадто складна і приводить до великої кількості браку. Запропонуйте, як можна вийти з цієї складної ситуації? 

11.    “Вібрація”. Запропонуйте спосіб позбавлення від шкідливої вібрації, яка може виникати в конструкційних елементах деяких механізмів, машин та транспортних засобів?

12.    “Подрібнення”. Готуючи для переплавлення великі за розмірами стальні предмети металолому розрізують на частини, що, звичайно, потребує значних витрат енергії та робочого часу. А чи не можна ці предмети подрібнювати якимось іншим способом?

13.    “Кімнатні рослини”. Залишаючи на тривалий час домівку, ми дбаємо про те, щоб наявні у квартирі рослини не зів’яли. Для цього ми їх переносимо до знайомих нам людей або ж просимо їх відвідувати наше помешкання з метою зволоження ґрунту, в якому ростуть квіти, чи інші рослини. Але в деяких випадках ми не можемо скористатись згаданими послугами інших людей. У журналах для радіоаматорів міститься немало описів пристроїв для автоматичного поливання кімнатних квітів. Датчиками таких пристроїв є два електроди, які вставляються в грунт, у якому ростуть квіти. На ці електроди подається напруга, унаслідок чого крізь грунт протікає електричний струм. При зменшенні вологості грунту його електричний опір збільшується, що приводить до зменшення сили струму. На це й реагує виконавчий орган пристрою, який відкриває відповідний кран або ж вмикає насос для подачі води в грунт. Проте електричний струм, який протікає між вставленими в грунт електродами є причиною електролізу і, як наслідок, змінюється хімічний склад ґрунту, квітка хворіє. У зв’язку з цим є необхідність у вдосконаленні описаних або ж у створенні принципово нових пристроїв для поливання квітів, які б не завдавали шкоди рослинам. 

14.    “Праска”. Одним із слабких місць електричної праски є його шнур (електричний провід, яким нагрівний елемент приєднується до квартирної електромережі). Але часті перегинання шнуру біля самої праски, що має місце під час її експлуатації, приводять до розриву провідників. Запропонуйте, як можна удосконалити даний побутовий прилад.

15.    “Різьба”. Одним із недоліків різьбового з’єднання за допомогою болта та гайки полягає в тому, що під час вібрації, яка виникає в ході експлуатації певного технічного пристрою, ці деталі “вміють” розгвинчуватись без втручання людини. Запобіжними заходами щодо цього є використання шайби Гровера, шплінтування або й просто механічне пошкодження різьби. Запропонуйте відмінний від перерахованих вище запобіжних заходів, який би дозволяв уникати вказаного вище негативного явища.

16.    “Теплоізоляція вікон”. Відомо, що для утеплення приміщень рами вікон роблять подвійними. Повітря між рамами внаслідок незначної теплопередачі зменшує передачу тепла за межі приміщення. Яким чином можна підвищити ефективність такого способу теплоізоляції?

17.    “Отвори в гумі”. В стінці шлангу, виготовленого з еластичної гуми, необхідно зробити отвори правильної форми (див. мал.) Коли б такі отвори необхідно було зробити в металевій трубі, то ніяких проблем не виникало б, - їх просто можна було б просвердлити, але як же бути в даному випадку?

18.    “Гіпотеза Шалера”. Професор геології Шалер стверджував, що льодовики своєю величезною вагою розплавляють лід у нижньому шарі і сковзають по своєрідній “рідкій подушці”. Студент-фізик Роберт Вуд не хотів вірити професору на слово і виконав експериментальну перевірку даної гіпотези скориставшись для цього створеним ним пристроєм. Якщо ви не знаєте, як це було в історії з Вудом, то запропонуйте власний пристрій аналогічного призначення.

19.    “Робоче тіло”. Відомі теплові двигуни, у яких робочим тілом є газ. А чи не можна створити тепловий двигун, у якому робочим тілом було б тверде тіло? Спробуйте це зробити.

20.    “Циркуляція води”. Для досягнення високої ефективності опалювальної системи в ній необхідно здійснювати примусову циркуляцію води. Для цього використовують електричний двигун з насосом, який споживає струм від підведеної до приміщення електромережі. Відключення електроенергії в цій мережі може привести до закипання води в котлі. Запропонуйте, як можна досягти примусової (не за рахунок конвекції) циркуляції води в автономному опалювальному котлі без використання зовнішнього електроживлення. 

21.    “Вологість повітря”. Запропонуйте пристрій для вимірювання вологості повітря, принцип дії якого відрізнявся б від принципу дії звичайного волосяного гігрометра.

22.    “Пакування сірників”. Однією із складних технологічних операцій на сірникових фабриках є вкладання готової продукції в коробки. Даний процес хотілось би автоматизувати, але як примусити автомат розміщувати сірники голівками в один бік?

23.    “Кришки з пляшок”. Скляні пляшки закриваються металевими (стальними з відповідним покриттям) кришками. Але під час такої операції іноді розбивається (тріскається) горло пляшки. Через деякий час непридатних для використання пляшок стає досить багато. Для того ж, щоб ці розбиті пляшки пустити на переробку, з них необхідно зняти кришки. Спробуйте механізувати або й автоматизувати процес відокремлення кришок від розколотих пляшок.

24.    “Амперметр”. Принцип дії стрілочних амперметрів оснований на повертанні підпружиненої рамки дроту, по якій пропускається цей струм, у зовнішньому магнітному полі. Запропонуйте власну конструкцію такого приладу, принцип дії якого б відрізнявся від описаного вище.

25.    “Припій”. Під час демонтажу радіоелектронних плат виникає необхідність у відборі з місць паяння припою. На практиці це іноді роблять звичайним струшуванням розплавленого жалом паяльника припою внаслідок різких ударів платою по кришці столу. Це, звичайно, не продуктивно і до того ж може привести до небажаних наслідків, адже краплі розплавленого припою розбризкуються в різні сторони. Запропонуйте пристрій або спосіб безпечного та продуктивного знімання припою з плат.

26.    “Солоність супу”. Суп “на сіль”, як правило, перевіряють “на язик”. Але цей “язик”, тобто смакові відчуття є суб’єктивними. Запропонуйте прилад, який би дозволяв оцінювати “солоність” супу.

27.    “Фари”. Фари автомобіля встановлені таким чином, щоб була можливість освітлювати перед ним дорогу. Але під час їзди на “дальньому” світлі видно й проїжджу частину, і, що дуже важливо, - дорожні знаки. При “ближньому” ж світлі знаки “зникають” або з’являються в полі зору водія невчасно, що, звичайно, може бути причиною виникнення аварійних ситуацій. Запропонуйте вихід з такого стану справ.

28.    “Розетка”. Під час приєднання побутових споживачів енергії до електромережі за допомогою системи “вилка-розетка” виникають іскрові розряди, що може привести до небажаних наслідків, особливо в приміщеннях, де може мати місце витікання газу. Запропонуйте пристрій для приєднання споживачів електроенергії до електромережі, який би був позбавлений даного недоліку.

29.    “Конвеєр”. По конвеєру рухаються одна за одною металеві деталі, які схожі на канцелярські кнопки: круглі пластинки зі стержнями висотою 10-15 мм посередині. Одні з цих стержнів загострені, а інші – ні. Запропонуйте, як можна здійснювати автоматичну сепарацію деталей, тобто відокремити деталі з загостреними стержнями від інших.

30.    “Паропровід”. У трубопроводі, яким підводиться водяна пара до технологічного обладнання, утворився отвір, через який перегріта пара під великим тиском виривається назовні. Цей отвір необхідно залатати (закрити, заварити), але цьому заважає струмінь пари. Перекрити трубопровід не можна. Запропонуйте, як можна заварити трубу.

31.    “Намерзання” На розморожування морозильної камери (зняття льодяної “шуби”) побутового холодильника витрачається багато часу. Цей процес іноді прискорюють шляхом розташування всередині “морозилки” посудини з гарячою водою або змоченої такою ж водою тканини, але розморожування все одно триває досить довго. Запропонуйте спосіб або прилад, який дозволить суттєво прискорити розморожування холодильника.

32.    “Стабілізатор температури”. Для підтримування в кімнаті відповідного температурного режиму користуються різними нагрівачами, які вмикаються при зниженні температури до певного рівня та вимикаються при досягненні максимально допустимої температури. Запропонуйте власний пристрій або спосіб підтримання температури повітря в приміщенні в заданому режимі (з допустимим відхиленням в межах декількох градусів), який би не вимагав додаткових витрат енергії. 

33.    “Якір”. Упродовж століть морський якір зазнав значних змін. Удосконалювалась його форма. Було знайдено співвідношення між його масою та певними характеристиками судна. Згодом виникли цікаві ідеї щодо створенні принципово нових якорів, зокрема якорівприсосок. Спробуйте знайти принципово нові розв’язання даної задачі.

34.    “Холодильник”. Після виготовлення або ремонту холодильників необхідно перевіряти наскільки щільно їх дверцята прилягають до корпусу. Запропонуйте спосіб контролю цієї “щільності”

35.    “Підйомний кран”. Уже відомі електромагнітні крани, які можуть надійно утримувати і транспортувати феромагнітні деталі. А чи не можна робити те ж саме з деталями, які виготовлені не з феромагнетиків? Що для цього слід зробити додатково? Розглянути випадок для одночасного піднімання великої кількості дрібних деталей, наприклад, алюмінієвих або латунних гвинтів, гайок, скобок тощо.

36.    “Антена”. Навколо антени радіотелескопу необхідно встановити блискавковідводи. Але, як відомо, блискавковідводи – провідники, які створюють радіотінь, що негативно впливає на роботу радіотелескопу. Запропонуйте вихід з такої ситуації.

37.    “Стоп-сигнал ”. Лампочка стоп-сигналу транспортного засобу загоряється тоді, коли водій натискує на гальмівну педаль. Це відбувається внаслідок замикання електричного кола з’єднаним з гальмівною педаллю вимикачем. На цей час вже відомі й інші, наприклад інерційні датчики гальмування, які замикають електричне коло гальмівної системи при зниженні швидкості автомобіля без свідомих дій водія. А чи не можна запропонувати ще якийсь спосіб або пристрій аналогічного призначення, швидкість спрацювання якого була б ще більшою, ніж у згаданих вище?

38.    “Термопара”. Термопари, які дозволяють продемонструвати виникнення термо-ЕРС, виготовляють наступним способом. Одні кінці двох шматків провідників з відповідних металів після зачищання спочатку скручують між собою. Потім між місцем скручування та вугільним стержнем утворюють короткочасну дугу. (В якості джерела живлення можна використати випрямляч ВС-24М. Режим зварювання провідників підбирають експериментально). В цій дузі на кінці скручених провідників утворюється металева бурулька сферичної форми. А чи не можна аналогічне з’єднання двох провідників майбутньої термопари отримати в побутових умовах, не користуючись, при цьому, знижувальним трансформатором та вугільним стержнем?

39.    “Окалина”. При виготовленні стального дроту на ньому залишається шар окалини. Найчастіше її зчищають вручну. Запропонуйте оригінальний та ефективний спосіб очищення проводу. 

40.    “Тепло з труби”. Відомо, що витяжні труби топок водяних котлів віддають навколишньому середовищу значну кількість тепла. Запропонуйте, пристрій для корисного використання хоча б частини цього тепла.

41.    “Освітлення автостради 1”. У темну пору доби автостради освітлюються електричними лампами, електроживлення яких здійснюється по прокладеним вздовж дороги провідниках. Очевидними недоліками таких систем освітлення є втрати енергії внаслідок значного опору ліній електропередач та великих витрат дроту. Запропонуйте технічне розв’язання даної задачі, яке б дозволяло уникнути вказаних недоліків.

42.    “Хода”. Красива хода людини не лише милує очі спостерігача, але й полегшує пересування, той, хто йде менше стомлюється. Його тіло не гальмується виставленою вперед ногою, а плавно, немовби на підпружиненому стержні, переміщується вперед. Деякі ж люди, навпаки, ходять важко, ковзаючи (човгаючи) взуттям по дорозі, немовби перевіряють, чи не слизька вона. Було б непогано створити пристрій, який би дозволяв оцінювати “якість” ходи людини.

43.    “Срібло”. Одержання срібла із відпрацьованого фотографічного фіксажу здійснюється шляхом електролізу. При цьому виникають проблеми: через неоднорідність розчину фіксажу на аноді осідає або в основному сульфід срібла – “чорне срібло”, або процес осідання срібла відбувається занадто повільно. Запропонуйте, як можна процес одержання срібла зробити більш продуктивним.

44.    “Сигмомір”. Відомо декілька способів визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини: методом відриву скоби, кільця тощо від поверхні досліджуваної рідини або ж методами відриву крапель рідини чи підняття її в капілярі. Перераховані способи не дозволяють безпосередньо одержувати значення шуканої величини, а вимагають ще відповідних обчислень. Запропонуйте прилад для безпосереднього вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу рідини.

45.    “Парник”. Парниковий ефект досить гарно дозволяє обігрівати теплицю вдень. Але через деякий час після заходу Сонця в ній знову стає холодно. У зв’язку з цим, у теплицях встановлюють різноманітні електричні, газові обігрівачі або ж такі, що працюють за рахунок згорання твердого чи рідкого палива. А чи не можна підтримувати в теплиці температуру, яка б, принаймні, була вищою від 0С, якимось іншим чином? Запропонуйте технічне розв’язання даної проблеми. 

46.    “Капілярний двигун”.Ідея створення капілярного вічного двигуна не нова (його схема наводиться і в шкільних підручниках). Але із зрозумілих причин він не працює: вода із верхнього кінця капіляра не виливається. Запропонуйте, як можна примусити запрацювати цей двигун за рахунок енергії Сонця. Зрозуміло, що в даному випадку не очікується розв’язання, в якому були б використані сонячні батареї для одержання електричної енергії, за рахунок якої працював би насос і нагнітав воду в капіляр чи, навіть, і в трубу.

47.    “Освітлення”. Приміщення вигідно освітлювати люмінесцентними лампами, оскільки вони економічні та довговічні. Недоліком таких ламп є досить вузький спектр їх випромінювання, що негативно впливає на зір людей, які довгий час знаходяться в освітлюваних такими лампами приміщеннях. Запропонуйте, як можна запобігти згаданому вище негативному впливу випромінювання люмінесцентних ламп на зір людей. 

48.    “Ковдра”. Однією з останніх технологічних операцій на фабриці, де виготовляють ватяні ковдри, є їх очистка від залишків вати. Цю операцію виконують вручну. Спроба механізувати даний процес успіху не принесла. Запропонуйте, як можна зробити цю операцію більш продуктивною. 

49.    “Ротор”. Підшипники кочення, на яких встановлені ротори деяких пристроїв, наприклад, ротори турбореактивних двигунів, гарно працюють у режимі обертання, але погано витримують дію зовнішніх сил тоді, коли ротори не обертаються. Саме це робить небезпечним перевезення турбореактивних двигунів залізницею: переїзд стиків між рейками завжди викликає небезпечні для підшипників поштовхи. У зв’язку з цим, при перевезенні таких двигунів їх ротори різними способами приводять в обертальний рух, додатково витрачаючи при цьому певну кількість енергії. Запропонуйте простий пристрій для обертання ротора за рахунок “дармової” енергії.

50.    “Вітроелектростанція”. Вже відомі різноманітні типи вітряків. Всі вони мають невеликий коефіцієнт корисної дії. Але завдяки тому, що для їх роботи не потрібне паливо, вони успішно використовуються за різним призначенням: обертають жорна млинів, ротори електричних генераторів тощо. Ваша  задача полягає у створенні вітряної електростанції з максимальним коефіцієнтом корисної дії.

51.    “Водопровід на морозі”. Водопровідна труба, яка проходить під Гудзоном, замерзла з двох кінців там, де вона підходила до поверхні. Багато людей залишилось без води. Потрібно було в короткий термін вирішити проблему. З розв’язанням цієї задачі успішно справився американський фізик Роберт Вуд. А щоб запропонували ви?

52.    “Датчик палива”. Рівень палива в баках автомобілів контролюється за допомогою поплавкових датчиків. Але такі датчики не завжди вчасно подаюсь сигнал про його витрати. У США запатентовано інший пристрій аналогічного призначення (патент США № 3244138). В описі цього винаходу пропонується розмістити в баці поплавок (кульку) з м’яким пояском по екватору. Цей поясок буде пом’якшувати удари поплавка по бокових стінках ємності і водій їх чути не буде. Коли ж пального залишиться мало, поплавок буде гучно стукати по дну бака, нагадуючи водію про необхідність заправки. Простота такого розв’язання задачі очевидна, але вона не дасть очікуваного ефекту в таких транспортних засобах, як мотоцикл або мопед, дно баків яких не завжди горизонтальне. У зв’язку з цим, виникає необхідність у новому розв’язанні задачі. Запропонуйте його.

53.    “Кокони”. Шовк виготовляють з коконів метеликів. Але є проблема: лялечки, що знаходяться усередині кокона, через деякий час (до початку переробки сировини) стають метеликами. Продірявлюючи дорогоцінні кокони, ці метелики вибираються назовні. Для знищення лялечок, що дозволяє зберігати сировину упродовж тривалого часу, кокони піддають термічній обробці нагрітим до 120-160С повітрям. Процедура триває біля п'яти годин. Після такого тривалого нагрівання змінюються властивості природного клею серецину, що склеює шовковичну оболонку. А якщо нагрівати недовго, виживають лялечки. Як бути?

54.    “Гальванічний елемент”. Для забезпечення функціонування деякої електронної техніки нам досить часто приходиться купувати елементи її живлення. Під час придбання гальванічного елементу продавець на наше прохання може приєднати до його виводів щупи вольтметра, демонструючи при цьому “справність” свого товару. Але прийшовши додому, ми виявляємо, що придбані елементи для використання не придатні. Звідси виходить, що є необхідність у створенні простого пристрою для перевірки елементів живлення під час їх купівлі.

55.    “Звук”. Окремі звуки, або ж їх поєднання з іншими звуками негативно впливають на психофізіологічний стан людини. Інші ж навпаки - милозвучні і приємні. Запропонуйте пристрій, який би дозволяв аналізувати в даному приміщенні (на робочому місці) звуковий спектр, повідомляючи про наявність у ньому шкідливих для здоров’я людини звуків.

56.    “Теплолічильник”. Існуючі лічильники тепла насправді визначають об’єм пройденої крізь них теплої води. Очевидно, що це далеко не завжди однозначно вказує на кількість тепла, яка фактично передана приміщенню. Запропонуйте пристрій, який би визначав кількість тепла, що передано опалюваному приміщенню. 

57.    “Плеєр”. Кишенькові радіоприймачі або плеєри - дуже зручна річ. Але досить часто людина, послухавши радіо, просто забирає навушники від вушних отворів, забуваючи після цього вимкнути живлення. Зрозуміло, що це призводить до марного використання енергії батарей. Запропонуйте пристрій, який би у таких випадках міг самостійно вимикати дані прилади.

58.    “Трансформатор”. Радіоаматорам відома проблема, зв’язана з виготовленням трансформаторів, осердям яких є невеликі за розміром феритові кільця (внутрішній діаметр близько 2 мм). Намотування котушок таких трансформаторів здійснюється вручну. Для підвищення продуктивності виконання такої операції іноді використовують “човники”. Б. С. Єгоров у свій час запропонував для цього відповідний станок, у якому “човник” проштовхувався крізь отвір кільця за допомогою двох маятників. Але такий пристрій операцію намотування дроту виконував не якісно: дріт провисав і тому його витки укладались не щільно. Дещо пізніше Б. С. Єгоровим було створено станок, у якому дріт крізь отвір кільця протягувався гачком (аналогічно процесу в’язання мережі). Станок гарно справлявся з намотуванням трансформаторів на кільця не менше 2 мм. Але як бути з кільцями меншого розміру? Запропонуйте принципово новий спосіб виготовлення таких трансформаторів.

59.    “Прозорість води”. Гідробіологи визначають прозорість води суб’єктивним методом: визначають на якій глибині ще видно пластинку драги (приладу для відбору проб з дна водойми), яку опускають у воду на мотузці. Запропонуйте спосіб або пристрій для об’єктивного визначення прозорості води в польових (експедиційних умовах).

60.    “Показник заломлення”. На даний час відомо декілька способів визначення показника заломлення прозорих тіл. Всі вони пов’язані з обчисленням отриманих в ході експерименту даних. Запропонуйте пристрій для безпосереднього (без обчислень) визначення показника заломлення світла прозорих рідин.

61.    “Оптична сила”. Оптичну силу лінз ми можемо визначати так, як це пропонуються в описі однієї із шкільних лабораторних робіт. Але такий спосіб визначення даної фізичної величини не настільки ефективний, щоб ним можна було користуватись на практиці. Запропонуйте пристрій для безпосереднього вимірювання оптичної сили лінз: а) збиральних; б) розсіювальних.

62.    “Отвір в стіні”. У цегляній стіні обставленого дорогими меблями кабінету необхідно терміново висвердлити отвір під картину. Відомо, що ця операція завжди супроводжується викидами з отвору дрібного порошку цегли, застиглого цементного розчину та піску. Отож, запропонуйте, як можна уникнути такого небажаного явища. 

63.    “Термометр”. Можна погодитись з тим, що до цього часу найпоширенішими термометрами є ті, принцип дії яких оснований на тепловому розширенні тіл. Відомі й термометри з використанням термопари. А чи не можна запропонувати принципово новий пристрій для вимірювання температури тіл?

64.    “Амортизатор”. У транспортних засобах, зокрема в автомобілях, використовують пружинні амортизатори, які мають свої недоліки: внаслідок експлуатації жорсткість пружин зменшується й автомобіль “просідає”. А чи не можна запропонувати безпружинні амортизатори? 

65.    “Повітряна куля”. На тривалий час у нашій пам’яті залишаються враження від твору Жуля Верна “П’ять тижнів на повітряній кулі”. Але слід сказати, що польоти на повітряних кулях здійснюються і в наш час. Відповідні змагання, наукові дослідження... Уже десять років підряд під час літніх канікул учні с. Ольхівка Гродненської області (Білорусь) мають змогу подивитись на свої ліси та озера з корзини повітряної кулі (на два дні повітряна куля дається в розпорядження учасників семінару учителів Білорусі, які, звичайно, не можуть відмовити в польотах і учням). Слід відмітити, що до цього часу висотою польоту кулі керують газовою горілкою: більше полум’я – вище політ кулі і навпаки. А чи не могли б ви запропонувати хай і не настільки ефективний, але інший спосіб керування висотою польоту повітряної кулі?

66.    “Потужість”. Дослідити, як розподіляється споживана потужність провідниками, що мають різний опір, при їх паралельному та послідовному сполученні вдається лише на основі вимірювання значень прикладеної до них напруги та сили струму, який протікає крізь них, та наступних обчислень. Проте існує необхідність у простому експериментальному обладнанні, яке б дозволяло демонструвати цей розподіл, обходячись без згаданих обчислень. Запропонуйте придатний для такої демонстрації спосіб або пристрій. 

67.    “Густиномір”. Найвідомішим приладом для вимірювання густини рідини є ареометр. Проте даний прилад не дає точних результатів і тому використовується здебільшого у побуті. Іншим приладом аналогічного призначення є пікнометр (від грецького pyknos – густий та ...метр), який являє собою резервуар відомого об’єму. Зваживши рідину, яка займає весь об’єм пікнометра, обчислюють її густину. Удоскональте існуючі або ж запропонуйте новий прилад, який би дозволяв вимірювати густину рідини без проміжних обчислень та мав не меншу точність, ніж та, яка досягається при використання пікнометра.

68.    “Запобіжник”. Багатьом з нас часом доводиться знаходити несправності в електрообладнанні, викликані самими різноманітними причинами. Але бувають ситуації, коли людина довго шукає несправність всередині приладу, а причиною відмови є перегорілий запобіжник. У зв’язку з цим, є необхідність у створенні простого пристрою, який би дозволяв отримувати сигнал користувачу приладом про те, що в ньому перегорів саме запобіжник. 

69.    “Пробник діодів”. Відомо, що напівпровідникові діоди здебільшого перевіряють тестером, який працює в режимі омметра. Для цього щупами омметра підключаються до виводів досліджуваного діода спочатку в одній, а потім в іншій полярності, виявляючи таким чином його односторонню провідність. А чи не можна створити прилад, за допомогою якого вдавалось би здійснювати перевірку напівпровідникових діодів при їх одноразовому приєднанні до його відповідних клем або щупів. 

70.    “Медична Банка”. Всім добре відомі медичні банки, які ставлять за допомогою полум’я спирту на відповідні ділянки тіла людини. Внаслідок охолодження попередньо нагрітого в банці повітря в ній значно зменшується тиск і за рахунок різниці тисків (атмосферного та того, що виник у банці) вона міцно притискається до тіла людини. Наступне відривання банок від тіла супроводжується больовим відчуттям. Які слід внести зміни в конструкцію банки, щоб полегшити процес її знімання з тіла людини? 

71.    “Дзеркало”. Світло автомобіля, який обганяє інший автомобіль під час їзди в темну пору доби, внаслідок відбивання від дзеркал заднього виду попадає в очі водію, чим створює незручності, котрі можуть привести до виникнення дорожньо-транспортних пригод. Запропонуйте технічне розв’язання задачі, спрямоване на усунення даного недоліку. 

72.    “Енергія блискавки”. Відомо, що наелектризовані хмари мають надзвичайно великий запас енергії. Команда переможець Четвертого ВТЮВіР з м. Луцька запропонувала пристрій, який дозволяв відбирати частину енергії від грозових розрядів. Розв’язання задачі полягало у стимулюванні енергією розрядів відповідних хімічних реакцій, протікання яких відбувається з виділенням водню. Цей газ далі пропонувалось використовувати в якості палива теплових двигунів. Були й інші розв’язання даної задачі, але всі вони також передбачали проміжний етап, тобто енергія блискавки спочатку мала перетворюватись у теплову або іншу енергію, а потім вже ця енергія повинна перетворюватись у електроенергію. Спробуйте все таки запропонувати пристрій або спосіб отримання енергії грозових розрядів відразу у вигляді електричної енергії (минаючи проміжні етапи), яка була б придатною для її використання людиною.

73.    „Будильник для водія”. Тривале перебування за кермом автомобіля втомлює водія і нерідко приводить до його засинання. Вже створено пристрій, який подає водію звуковий сигнал про те, що він починає засинати («Наука и жизнь», 2004, № 2). Датчиком цього пристрою є закріплені на внутрішньому боці годинникового браслету дві металеві пластини, які фактично замикають електричне коло контролюючої системи (пристрою) відповідною ділянкою шкіри руки людини. Зміна опору шкіри, що має місце при засинанні людини, є сигналом, на який реагує електронна система пристрою й попереджую водія про небезпеку. Даний пристрій має ряд суттєвих недоліків, виявивши які, ви маєте прийти до знаходження кращого варіанту технічного розв’язання даної задачі.

74.    „Мітла”. Чимало клопоту водіям автомобілів завдають тонкі металеві, зокрема сталеві предмети, які знаходяться на проїжджій частині дороги (гвіздки, гвинти, шматки дроту та ін.). Виникає потреба в систематичному прибиранні доріг від таких предметів. Запропонуйте ефективний для цього пристрій або спосіб.

75.    „Температура праски”. Підтримання більш-менш стабільної температури підошви побутової праски здійснюється біметалевим терморегулятором, який за своєю суттю є звичайним вимикачем електричного струму, що розмикає електричне коло приладу при певній температурі. Запропонуйте більш ефективне, у порівнянні з описаним в умові, технічне розв’язання задачі. 

76.    „Інформація”. Об’єм записуваної на СD-диск інформації залежить від ширини пропалюваної лазером на поверхні диску доріжки та щільності розміщення цих доріжок. Запропонуйте, яким чином можна розмістити на звичайному диску більшу кількість інформації.

77.    „Сила Ампера”. Дію магнітного поля на провідник зі струмом в основному демонструють таким чином: через підвішений між полюсами дугоподібного постійного магніту металевий провідник (стрижень) пропускають постійний електричний струм. Унаслідок дії на провідник зі струмом сили Ампера, він відхиляється від свого попереднього положення. А чи не змогли б ви запропонувати відмінний від описаного пристрій або спосіб демонстрування даного явища?

78.    „Антибраконьєр”. Озброєні „електровудочками” браконьєри, завдають неабиякої шкоди мешканцям водойм. Проте виявляти порушників непросто - знаряддя їх невеликого розміру, з великої відстані непомітне. Запропонуйте пристрій, який би дозволяв охоронним службам ефективно виявляти працюючі „електровудочки”.

79.    „Надійні гальма”. Стирання гальмівних колодок або накладок в гальмах автомобілів вище певної технічної норми є дуже небезпечним і може привести до аварійної ситуації. Ступінь їх зносу, як правило, визначають візуально. Запропонуйте пристрій для вчасного попередження водія про необхідність заміни зношених колодок без розбирання гальмівної системи транспортного засобу. 

80.    „Запобіжний клапан” У котлах низького тиску для нагрівання води, що циркулює в автономній системі водяного опалення, встановлюються запобіжні клапани, які спрацьовують при перевищенні в них допустимого тиску. Головним недоліком такого клапана є те, що утворювана під час функціонування котла накип міцно скріплює його робочі органи. Це приводить до того, що клапан не виконує своє функціональне призначення, тобто не спрацьовує при досягненні в котлі критичного тиску. Запропонуйте ефективне технічне розв’язання даної проблеми.

81.    „Вода”. Проблема отримання придатної для вживання людиною води стає все більш актуальною. У різних джерелах з’являється інформація про створення способів або ж пристроїв, які дозволяють отримувати питну воду з водяної пари, яка міститься в повітрі чи в поверхневих шарах грунту. Канадський фізик, наприклад, запропонував встановлювати на побережжі моря великі сітки (схожі на риболовецькі), на які осідають крапельки роси. Дорогоцінна вода відводиться в жолоби. П’ятдесят сіток, кожна з яких має розмір 134 м, упродовж доби дають близько 10000 літрів питної води. Запропонуйте власний спосіб або пристрій для отримання води з поверхневого шару грунту або ж безпосередньо з водяного пару, що міститься в повітрі. 

82.    „Частотомір”. Механічний частотомір складається з набору пружних пластинок, кожна із яких має власну частоту коливань, та шкали. Пружні пластинки розташовуються у порядку зростання частоти власних коливань вздовж шкали даного вимірювального приладу. Якщо прилад перебуває у контакті з досліджуваним тілом, то на його коливання починають “відгукуватись” ті з них, частота власних коливань яких найближча до частоти зовнішніх, збуджуючих коливань. За виміряну частоту беруть те значення шкали, навпроти якого з найбільшою амплітудою коливається одна із пластинок. Недоліком такого приладу є мала його точність. Запропонуйте власну конструкцію частотоміру, який би був позбавлений вказаного недоліку.

83.    „Зміна ваги тіла”. Про те, як змінюється вага тіла при його русі по вгнутій та випуклій поверхнях, ми знаємо в основному на основі відомих теоретичних викладів. Але нам би хотілось мати пристрій, який би демонстрував дане фізичне явище. Запропонуйте його.

84.    “g-мір”. Запропонуйте простий пристрій, який би дозволяв вимірювати прискорення вільного падіння тіл у різних точках Землі, а може й за її межами, наприклад, на Місяці. 

85.    “Аварійний спуск”. При виникненні пожежі або в інших екстремальних ситуаціях людей з верхніх поверхів багатоповерхових будинків іноді доводиться евакуювати за допомогою спеціальних драбин або спускати на вірьовках. Використовуються також спеціальні рукави, швидкість руху людини в яких, зменшується за рахунок сили тертя ковзання. Існує необхідність у створенні інших пристроїв для термінової евакуації людей з верхніх поверхів будинків. Запропонуйте такий пристрій.  

86.    “Динамік”. Для перетворення електричного сигналу у звуковий використовуються різноманітні типи електродинаміків: електромагнітні, п’єзоелектричні, магнітострикційні (між іншим, у створенні динаміка такого типу брав участь і Альберт Ейнштейн) та інші. Запропонуйте пристрій аналогічного призначення, який би був більш эфективним (хоча б в окремих ситуаціях) у порівнянні із вже існуючими.

87.    “Мобільник-1.” Мобільний телефонний зв’язок надійно зайняв своє місце у житті людей. Проте дія електромагнітного випромінювання передатчика мобільного телефону досить негативно впливає на стан здоров’я як безпосереднього користувача ним, так і оточуючих його людей. Хоча б для часткового розв’язання даної проблеми використовують навушники та мікрофони, які дозволяють здійснювати сеанс зв’язку, при певному ввіддаленні самого аппарату від голови людини. Спробуйте запропонувати власне розв’язання даної проблеми.

88.    “Мобільник-2”. Однією із проблем, які з’явились при використанні мобільного телефонного зв’язку, є можливість здійснення учасниками різноманітних заходів конкурсного характеру, наприклад, олімпіад та турнірів сеансів зв’язку безпосередньо під час виконання завдань. З метою запопігання цьому можна, звичайно, використати спосіб подавлення сигналів зв’язку більш сильним сигналом (широко відоме глушіння сигналу). Проте досить інтенсивне випромінювання генератора «глушилки» розповсюджується й на ті ділянки місцевості, де є необхідність у мобільному телефонному зв’язку. Запропонуйте розв’язати дану проблему іншим способом або з використанням іншого пристрою (не «глушилки»).

89.    “Мілина”. Морський та річковий транспорт є досить зручним і дешевим у порівнянні з іншими його видами. Проте іноді судна “cідають” на мілину і для продовження свого плавання потребують сторонньої допомоги, яка полягає у звичайному стягуванні його з мілини іншим катером. Запропонуйте пристрій за допомогою якого судно може самостійно знятися з мілини.

90.    “Труба”. При експлуатації трубопроводів, якими транспортують воду, нафту, газ або інші продукти, що перебувають у рідкому або газоподібному стані, іноді порушується цілісність його стінок. Зрозуміло, що при цьому відбувається втрата цінної речовини. Іноді порушення цілісності трубопроводу здійснюється навмисно – з метою несанкціонованого відбору транспортованої речовини, наприклад, нафтопродуктів або газу. Контроль за станом трубопроводу здійснюється візуально, що є досить трудомісткою, не ефективною та не оперативно виконуваною операцією. Є необхідність у дистанційному контролі за станом трубопроводу. Запропонуйте придатний для цього пристрій або спосіб.

91.    “Гальма без зносу”. У гальмівних системах більшості наземних транспортних засобів використовується тертя між гальмівними дисками або барабанами колеса з одного боку і гальмівними колодками, накладками і таке інше – з другого боку.  При сухому терті між контактуючими поверхнями неминуче відбувається їх стирання, і викликає необхідність періодичної заміни гальмівних елементів. Запропонуйте гальмівну систему без сухого тертя між її елементами з метою зменшення зносу при експлуатації. 

92.    “В’язка рідина”. Операція наповнення пляшки в’язкою та такою, що змочує стінки посудини рідиною, є досить трудомісткою. Створюваний у пляшці додатковий тиск повітря (рідина під дією сили тяжіння наливається крізь нею ж перекриту горловину) перешкоджає подальшому надходженню до неї рідини. Наливати ж вузьким потоком (щоб рідина не торкалась внутрішньої поверхні горловини лійки) досить важко та довго. У промислових умовах це робиться просто: рідина до пляшки нагнітається під тиском крізь вставлений до неї патрубок, який має менший зовнішній діаметр, ніж внутрішній діаметр горловини пляшки. Таким же чином, між іншим, наповнюють ампули кулькових ручок та тюбики зубної пасти. Отож, є потреба у створенні простого пристрою, який би дозволяв легко наповнювати пляшки вказаною рідиною у домашніх умовах. Така річ була б корисною, наприклад, пасічникам, виробникам олії тощо.  

93.    “Вітрокорабель”. У водному транспорті давно використовують вітрила, які кінетичну енергію вітру перетворюють у механічну роботу по переміщенню судна. Була спроба використання на водному транспорті й традиційних вітряних двигунів. Обертальний рух вітряних коліс передавався на їх рушії – водяне колесо або гребний гвинт. На рисунку, що міститься на обкладинці даної книги, зображено один із можливих варіантів судна з роторним вітродвигуном, який під дією вітру обертається навколо вертикальної осі. Його обертальний рух через конічні шестерні передається валу гребного гвинта. Очевидно, що такий вітродвигун не потребує додаткових пристроїв для його орієнтації відносно напрямку вітру. Проте і така конструкція судна не є настільки досконалою, щоб її можна було реально використовувати у водному транспорті. Спробуйте удосконалити дану конструкцію або ж запропонуйте власний варіант використання встановленого на судні вітродвигуна для здійснення його руху.

94.    “Датчик пального”. Рівень палива в баках автомобілів контролюється за допомогою поплавкових датчиків. В описі одного із таких винаходів (патент США № 3244138) пропонується розмістити в баці поплавок (кульку) з м’яким пояском по екватору. Цей поясок буде пом’якшувати удари поплавка по бокових стінках ємності і водій їх чути не буде. Коли ж пального залишиться мало, поплавок буде гучно стукати по дну бака, нагадуючи водію про необхідність заправки. Простота такого розв’язання задачі очевидна, але вона не дасть очікуваного ефекту в таких транспортних засобах, як мотоцикл або мопед, дно баків яких не завжди горизонтальне. У зв’язку з цим, виникає необхідність у новому розв’язанні задачі. Запропонуйте його.

95.    “Осцилограф”. Результуюча картина складання двох коливань досить гарно демонструється за допомогою електронного осцилографа. Для цього на два його входи (x та y) достатньо подати електричні сигнали коливань, що здійснюються двома окремо взятими коливальними системами. Недоліком такої демонстрації є те, що учні або студенти мають змогу спостерігати результат складання коливань, але не бачать як відбувається сам процес їх додавання. Запропонуйте пристрій, який би демонстрував одночасно як процес так і результат додавання коливань. 

96.    “Запобіжник “потопу”. Всім відомо, якої шкоди може завдати і власнику квартири, і сусідам протікання крану або водопровідної труби. Придумайте пристрій для захисту приміщень від затоплення водою, яка надходить з водопровідної системи. 

97.    “Ефективність джерела світла”. Основним джерелом штучного світла є лампи розжарення. Не так давно з’явились і інші джерела світла, що працюють за рахунок електроенергії. Вони рекламуються як економні. Проте для оцінки джерела світла доцільно було б використовувати інший параметр – ефективність (відношення створюваної ним освітленості до споживаної для цього електроенергії). Запропонуйте пристрій або спосіб для оцінювання ефективності електричних джерел світла.

98.    “Гайковий ключ”. При загвинчуванні чи відгвинчуванні гайок звичайним ключем треба за один раз провернути гайку щонайменше на 60^о, щоб мати можливість знову надіти ключ на гайку. Але в важкодоступних і стиснених місцях це не завжди вдається. Вже існують накидні ключі, які дозволяють провертати гайку на менший кут, але вони програють у міцності у порівнянні з традиційними ріжковими ключами. Запропонуйте конструкцію ключа з мінімальним кутом повороту за один хід при збереженні його міцності.

99.    “Місце знаходження”. Електронні варіанти знімків, які зроблені сучасними цифровими фотоапаратами, несуть у собі інформацію про час та режими фотографування. Задача стосовно удосконалення фотоапарата таким чином, щоб у електронному варіанті знімка з’являлась інформація ще й про місце фотографування, давалась учасникам фінального етапу 8-го турніру юних винахідників і раціоналізаторів. Однією з команд було запропоновано її розв’язання, проте воно виявилось занадто складним (з використанням супутникового зв’язку). Запропонуйте більш простий пристрій із вказаними функціональними можливостями.

100.                        “Безперебійник”. Для забезпечення надійної роботи комп'ютерів використовують різноманітні джерела безперебійного живлення, які при виникненні перешкод у мережі чи при зниженні напруги переводять комп'ютер на живлення від акумулятора. Даний спосіб має ряд недоліків: доволі важкий акумулятор, необхідність перетворення напруги акумулятора (як правило 12 В) у напругу мережі 220 В, що супроводжується значними втратами. Від акумулятора споживається дуже великий струм (кілька десятків ампер), що істотно зменшує час його експлуатації. Запропонуйте, як можна підвищити ефективність безперебійного електроживлення приладів. 

101.                        “Шум вентиляторів”. Шум вентиляторів (кулерів – від англ. cooler), що охолоджують блок живлення, процесор та накопичувач інформації на жорсткому диску, які є складовими елементами системного блоку комп’ютера, негативно впливає на стан здоров’я людини. Вже використовуються системи охолодження, у яких робочим тілом є не повітря, а циркулююча рідина, яка приводиться в рух насосами. Проте поки-що основним пристроєм, що відводить від складових системного блоку комп’ютера тепло, залишається кулер, який і створює шум. Спробуйте запропонувати пристрій або спосіб, які б зменшували інтенсивність створюваного кулером шуму.

102.                        “Розрив у колі”. Тим, хто займається електротехнікою, відомі проблеми з пошуками місця розриву у електричному колі. З такими ситуаціями стикаються учні та студенти й під час виконання лабораторних робіт, а також ті, хто обслуговує гірлянди з багатьох послідовно з’єднаних лампочок, якими прикрашають ялинки. При перегорянні однієї з ламп не світиться вся гірлянда. Запропонуйте пристрій, який би дозволяв швидко знаходити розрив у колах послідовного сполучення елементів.

103.                        “Стабілізація частоти обертання вітродвигуна”. Однією з головних проблем вітроенергетичних установок є необхідність у стабілізації частоти обертання вітродвигуна, адже швидкість вітру постійно змінюється. Вже відомий механізми стабілізації, принцип дії яких базується на автоматичній зміні міделя (активної площі) лопаті при зміні швидкості вітру. Проте недоліками таких механізмів є відносно велика інерційність регулювання; зниження коефіцієнту використання енергії вітрового потоку при швидкостях вітру, більших за номінальне значення ( ≈ 8 м/с). Запропонуйте спосіб або механізм регулювання частоти обертання вітродвигуна, що був би позбавлений хоча б кількох з цих недоліків.

104.                        “Гайковерт”. Для швидкого та зручного загвинчування шурупів та гвинтів вже давно створені відповідні пневматичні та електричні пристрої. А чи не змогли б ви запропонувати пристрій, який би дозволяв швидше ніж це робиться вручну, «проганяти» по різьбі та загвинчувати гайки, на які не можна накинути ключ вздовж осі гайки( наприклад, гайка знаходиться посередині довгої труби з різьбою)?

105.                        “Тренажер-генератор”. Виконуючи фізичні вправи на будь якому тренажері, людина, витрачаючи власну енергію, виконує роботу по подоланню сил тяжіння або пружності. А чи не можна створити такий тренажер, виконуючи на якому відповідні вправи, людина б не просто витрачала свою енергію, а перетворювала її в електричну енергію? Спробуйте це зробити.

106.                        “Індикатор електромагнітного випромінювання”. У наявності електромагнітного смогу можна легко впевнитись за допомогою портативного радіоприймача, а в окремих випадках, навіть, за допомогою неонової лампи (вона починає світитись). На випромінювання, яке створюють мобільні телефони, реагують наші телевізори. Безперечним є факт негативного впливу такого випромінювання на здоров’я людини. У зв’язку з цим, є потреба у створенні простого у експлуатації побутового пристрою, який би дозволяв здійснювати індикацію і, якщо не вимірювання, то хоча б оцінку інтенсивності електромагнітного випромінювання по всьому діапазону високих та надвисоких частот. Запропонуйте конструкцію такого пристрою.

107.                        “Мишка”. Ручні маніпулятори, які використовуються для керування положенням курсору на екрані дисплея та роботи з програмами (комп’ютерна “мишка”), пройшли декілька етапів свого розвитку. Сучасному користувачу ПК найбільш відомими є механічна та оптична “мишки”. Основним недоліком першої з них є те, що її кулька та спряжені з нею осі пристроїв формування світлових імпульсів під час руху по килимку збирають на собі значну кількість пилу, ворсинок тканини, паперу та ін. Це приводить до неякісного функціонування пристрою і вимагає його систематичного обслуговування (очищення осей від згаданого бруду). Формування сигналу в оптичній “мишці” здійснюється не на основі роботи механічних пристроїв і тому вона значною мірою позбавлена можливості забруднення відносно великими за розміром частинками. Для неї слабким місцем є забруднення оптичних каналів, крізь які створюваний напівпровідниковим лазером світловий потік йде на поверхню килимка, та відбите від нього світло надходить на приймаючий його сенсор. Запропонуйте принципово новий тип комп’ютерної “мишки”, який би був позбавлений недоліків її попередниць.

108.                        “Акустична енергетика”. Відомо, що будь-які коливання, які поширюються в просторі, переносять енергію. Люди вже навчились перетворювати в інші види енергії, зокрема в теплову та електричну, енергію механічних хвиль, що поширюються на поверхні води, енергію світлових хвиль та ін. Однією з не розв’язаних до рівня практичного використання залишається ще проблема перетворення в доступні для використання людиною види енергії енергію акустичних коливань. Можна, звичайно, перетворювати енергію цих коливань в електроенергію за допомогою електродинамічного мікрофону, але ККД такого пристрою буде досить незначним. Запропонуйте більш ефективний пристрій, який би дозволяв перетворювати акустичні коливання в механічну, теплову або в електричну енергію.

109.                        “Енергія зростання”. Мабуть всім нам випадала нагода бачити, як рослина, наприклад, трава або дерево, яке розмножується пагоном від корню, під час свого росту пробивали або ж піднімали досить товстий шар асфальту. Виходить, що під час зростання рослина має значний запас енергії і здатна створювати значні зусилля. А чому б не спробувати перетворити цю енергію в інші види, які можна було б використати на користь людині? Спробуйте створити відповідний пристрій.

110.                        “Сигналізація”. Квартири, дачі, автомобілі та ін. люди часто здають під охорону відповідним організаціям або ж просто встановлюють апаратуру сигналізації, яка їх особисто повідомляє про посягання на їх приватну власність. Запропонуйте пристрій сигналізації, який би надійно спрацьовував при проникненні посторонніх людей у приміщення або автомобіль і відразу повідомляв про це вас (не залежно від місця вашого перебування). Даний пристрій повинен бути надійнішим та дешевшим від уже існуючих.

111.                        “Штанга”. У спортивних залах зазвичай масу штанги змінюють встановленням або ж зніманням додаткових вантажів (дисків). На відкритих же для вільного доступу майданчиках такі диски можуть бути втраченими. У зв’язку з цим, є необхідність у створенні такої штанги (для використання на відкритих для вільного доступу майданчиках), масу якої можна було б змінювати відмінним від описаного способом.

112.                        “Клапан”. Для регулювання потоку рідини або газу використовуються різноманітні клапани. Конструкція та матеріал, з якого виготовляють такі пристрої, залежать від його призначення та умов використання. Широкого розповсюдження набули клапани, потік рідини у яких перекривається кулькою, яка притискається до відповідного отвору сталевою пружиною. Проте цей метал з часом піддається корозії і пружина руйнується. Замінити металеву пружину неметалевою із збереженням необхідних її пружних властивостей практично не можливо. Не підходить для виготовлення пружини й нержавіюча сталь, осільки її пружні властивості досить обмежені. Запропонуйте просту та надійну конструкцію клапана, який би працював у трубопроводах з їдкими та агресивними рідинами.

113.                        “Уникнення буксування”. Для того, щоб транспортному засобу, наприклад, автомобілю чи тролейбусу вдалось швидко зрушити з місця на слизькому покритті дороги, необхідно не перевищити відповідну швидкість обертання його коліс. Досвідчені водії з цим справляються досить легко. Іншим же це не вдається: колеса керованого ним транспортного засобу обертаються досить швидко, тобто пробуксовують, проте він довгий час залишається на місці. Запропонуйте пристрій, що забезпечував би автоматичне обрання такого режиму роботи двигуна та трансмісії, який би дозволяли уникати вказаного недоліку.

114.                        “Залізничні колії”. Відомо, що колії європейських залізниць від наших колій відрізняються своєю шириною. Це призводить до того, що під час перетинання кордону доводиться замінювати колісні пари. Зрозуміло, що це спричиняє затримку руху потягів. Запропонуйте таку конструкцію колісних пар, яка б дозволяла уникати даного недоліку.

115.                        “Однаковий тиск”. Відмінність тиску в шинах попарно (які знаходяться на одній осі) - передніх або задніх коліс автомобіля приводить до ускладнень у керуванні транспортним засобом та передчасного зносу однієї з шин. Запропонуйте пристрій, який би сигналізував про суттєву різницю  тисків повітря пар коліс. 

116.                        “Лампочка-довгожитель”. В електротехніці розглядаються важливі для функціонування приладів перехідні процеси, які пов’язані з комутацією електричних кіл (зокрема, їх замикання та розмикання). У важливості згаданих процесів ми впевнюємось, навіть, під час користування побутовими електричними приладами: звичайні лампочки розжарення найчастіше перегоряють під час їх вмикання або вимикання. Запропонуйте вимикач, який би продовжував термін життя лампочки розжарення. 

117.                        “Мовчазний лежачий поліцай”. Для попередження водія про наближення його транспортного засобу до небезпечної ділянки дороги, наприклад, при в’їзді в населений пункт або при наближенні до перехрестя на покритті доріг стали розміщувати “смужки небезпеки”. Під час наїзду на такі смужки транспортного засобу, випромінюються інтенсивні звукові коливання, які попереджують як водія так і пішоходів про небезпеку. Водночас мешканці розташованих поблизу таких ділянок доріг будинків відчувають додаткові незручності: вони також сприймають ці звуки. Як можна уникнути вказаного недоліку? Запропонуйте пристрій, який би мав аналогічні функціональні можливості, але щоб він не порушував спокій тих людей, які не є в даний час учасниками руху. 

118.                        “Мембрана мікрофону». Мембрана мікрофону повинна відгукуватись на весь діапазон звукових частот. Проте вона, як і будь яке інше тіло, реагує на вузький діапазон частот, що значно знижує акустичні можливості мікрофону. Для перетворення акустичних коливань в електричний сигнал можна було б на вхід підсилювача або контролера одночасно увімкнути декілька мікрофонів, які б працювали на суміжних частотах (як це робиться з динаміками), проте це має деякі складнощі. Запропонуйте мікрофон з такою мембраною, яка б була чутлива до звукових коливань широкого діапазону.

119.                        “Освітлення автостради 2”. У темну пору доби автостради освітлюються електричними лампами, електроживлення яких здійснюється по прокладеним вздовж дороги провідниках. Очевидними недоліками таких систем освітлення є  втрати енергії внаслідок значного опору ліній електропередач та великих витрат дроту. Учасниками 5-го турніру, зокрема командою Луганської області, було запропоновано автономний пристрій, який приводив в рух електрогенератор внаслідок безпосереднього наїзду транспортного засобу на певний механічний привод. Даний пристрій є працездатним, проте він, як «лежачі поліцейські» пригальмовує рух автомобілів. Запропонуйте технічне розв’язання даної задачі, яке б дозволяло уникнути вказаних недоліків.

120.                        “ГЕС”. Проблема отримання енергії стає все більш актуальною. Відбирають її й від малих та великих річок. Для цього на річках або створюють греблі і воду примушують падати на лопатки турбін чи водяних коліс з великої висоти або ж воду заганяють у штучно створювані вузькі канали-труби, впоперек яких ставляться турбіни. Обидва варіанти побудови пристроїв для перетворення енергії рухомої води річки в інші види енергії створюють проблеми для судноплавства, затоплюють родючі землі, перешкоджають нересту риби тощо. Запропонуйте електростанцію, яка б працювала за рахунок енергії рухомої води річки і не створювала відомих людству проблем. Зрозуміло, що електростанція має функціонувати і під час льодоставу (коли поверхня ріки замерзає). 121.“Датчик системи безпеки пасажирів”. З метою підвищення безпеки пасажирів під час зіткнення з перешкодами у салонах сучасних легкових автомобілів спрацьовують «подушки безпеки». Для їх активації здебільшого використовується електрична схема, у якій датчиком різкої зміни швидкості автомобіля є конденсатор з рухомими пластинами. При різкій зміні швидкості транспортного засобу змінюється відстань між пластинами електричного конденсатора (для цього достатньо, щоб відносно його корпусу змінила положення одна пластина), його ємність змінюється, що приводить до змін параметрів відповідного електричного кола, і це стає сигналом для активації «подушок безпеки». Така система є простою, проте вона не достатньо надійна, оскільки ємність конденсатора може різко змінитися з причин, що не залежать від прискоренням транспортного засобу (дія зовнішнього електромагнітного імпульсу, випадкове механічне пошкодження конденсатора тощо). Запропонуйте механізм активації «подушок безпеки» в потрібний момент, який би був позбавлений вказаних недоліків.

122.                        “Годинник”. Не зважаючи на те, що в останні десятиріччя з’явились нові типи годинників, серед яких є й відомі всім електронні, традиційні механічні, так звані «камінні» годинники, з довгими маятниками залишаються важливим предметом облаштування житлових та службових приміщень. Повільні коливання їх довгих маятників та металевий бій (а не поширена нині електронна мелодія!), що повідомляє про перебіг часу, діє на людину заспокійливо. Проте такі маятники мають один недолік – їх довжина залежить від температури. При видовженні «робочої» частини маятника хід годинника сповільнюється, при її вкороченні пришвидшується. Для коригування ходу існують відповідні механізми відновлення довжини «робочої» частини маятника. Як правило, таке регулювання здійснюється вручну і «на око». Запропонуйте конструкцію маятника, у якому б довжина його «робочої» частини залишалась постійною без втручання людини.

123.                        “Сувій”. Продавці килимових доріжок, тканин та інших подібних товарів, що надходять у продаж сувоями та продаються погонними метрами, мають певні незручності. Після кожної продажі їм доводиться робити перерахунки стосовно залишку матеріалу в сувої. Запропонуйте пристрій або спосіб, який би дозволяв отримувати дані про залишок матеріалу у сувої будь-якої величини (не розмотуючи його).

124.                        “Роздільна смуга”. Причиною багатьох автомобільних аварій з тяжкими наслідками є виїзд автомобілів на смугу зустрічного руху внаслідок неуважності водія чи свідомого порушення ним правил дорожнього руху. Щоб запобігти цьому на швидкісних автомагістралях влаштовують роздільну смугу між потоками машин, інколи навіть з парканом, проте цей запобіжний засіб незручно використовувати на малих автошляхах або всередині населених пунктів. Запропонуйте пристрій або спосіб, який дозволяв хоча б попереджати водія про те, що він виїхав на зустрічну смугу.

125.                        “Вимкнення праски”. Досить часто причиною пожежі є залишена ввімкненою електрична праска. Запропонуйте пристрій, який би автоматично вимикав даний побутовий електроприлад, після припинення користування ним.

126.                        “Перекривання трубопроводу”. Інколи трапляється необхідність перекрити трубопровід, по якому подається вода або газ в якесь приміщення, не заходячи до нього. Така необхідність виникає при аваріях, пожежах або для відключення від мережі водо- чи газопостачання користувачів, які не сплачують надані ним послуги. Вже існує спеціально призначений для цього пристрій «Спрут», який перекриває вхід в «квартирну» трубу підпружиненою пластинкою. До необхідного місця такий механічний клапан подається за допомогою тросу. Проте така механічна система є не досить надійною і складна в експлуатації. Запропонуйте пристрій, який би мав кращі технічні характеристики і був би простішим в експлуатації. 

127.                        “Запуск двигуна”. Двигун автомобіля, який простояв деякий час на морозі, запускається набагато легше, якщо його підігріти до температури, яка була б дещо вища 0С. Для їх підігріву використовують різноманітні нагрівальні прилади і, навіть, відкрите полум’я паяльної лампи. Запропонуйте автономний та економний пристрій, завдяки використанню якого була б розв’язана дана проблема.

128.                        “Орієнтація фотокамери”. Електронні варіанти знімків, які зроблені сучасними цифровими фотоапаратами, несуть у собі інформацію про час та режими фотографування, камеру, якою зроблено знімок тощо. Проте, не зайвими були б і дані стосовно орієнтації камери (під якими кутами вона нахилена до вертикалі, яка б визначалась за виском, та перпендикулярної до неї лінії - горизонту). Раніше ставилась задача стосовно горизонтальної орієнтації кадрового вікна (див. задачу «Орієнтація кадру»). Одним із її розв’язань була пропозиція підвішувати поблизу площини кадрового вікна невеличкий предмет у вигляді стрижня або стрілочки (своєрідний висок), який залишав би на плівці (у нашому випадку – матриці) тінь, по зображенню якої й можна було робити відповідний висновок. Проте зайві деталі на знімку завжди знижують його якість, особливо у художній фотографії. Запропонуйте розв’язання, яке б відповідало вимозі нинішньої задачі.

129.                        “Зливні решітки”. Жінкам, які носять туфлі на високих підборах, чимало неприємностей завдають решітки дощової каналізації, що розташовані на дорозі перед підземними переходами, перед входами у метро тощо. Попадаючи в отвори решітки, каблуки ламаються, обдираються тощо. Зменшення отворів решіток знижує їх пропускну здатність. Запропонуйте конструкцію зливних решіток, які б без зниження їх пропускної здатності, не приносили пішоходам вказаних вище неприємностей.

130.                        “Поверхневий натяг”. Дослідуючи залежність поверхневого натягу води від температури, учень використовував вже відомий мікродинамометр з набором металевих скобок. Для зручності він використовував одну скобу, а шкалу проградуював у одиницях вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу (Н/м) (див. задачу «Сигмомір»). Таке удосконалення зробило процес вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу рідини дещо зручнішим, але воно не дозволило уникнути існуючих похибок вимірювання. Відривання скоби здійснювалось раптово, що не дозволяло зафіксувати значення шуканої величини. Не є придатним для цього й відомий метод відривання крапель. Вода, з якої утворюються краплі швидко охолоджується. Запропонуйте інший придатний для цього пристрій або спосіб.

131.                        “Ванна”. Перед фарбуванням металевих деталей виконується технологічна операція з обезжирювання їх поверхні. Для цього деталі занурюють у рідину, яка знаходиться у широкій ванні. Рідина, яка знаходиться у ванні, повинна мати певну температуру. Проте під час виконання згаданої технологічної операції вона досить швидко охолоджується і для підтримання температурного режиму її час від часу підігрівають. Запропонуйте, яким чином, не порушуючи режиму обробки деталей, можна знизити втрати енергії на підігрівання даної рідини.

132.                        “Діаметр отворів”. Внутрішній діаметр попередньо виготовлених круглих отворів у деталях вимірюють звичайним штангенциркулем. Проте така операція вимагає значних затрат часу. Запропонуйте пристрій або спосіб, які б дозволяли дану операцію виконувати хоча й з меншою точністю, проте набагато швидше.

133.                        “Мило”. Відомо, що мокрий шматок мила легко висковзує з рук, чим створюються певні незручності при його використанні. Запропонуйте мило, яке було б позбавлене даного недоліку.

134.                        “Інтелектуальний світлофор”. Встановлення на перехрестях доріг світлофорів дозволило автоматизувати регулювання перетину транспортними засобами перехресть доріг. Особливе значення це має у великих містах. Проте збільшення кількості автомобілів та відсутність рівноваги у напрямках їх руху приводить до утворення так званих «пробок». Іноді ми спостерігаємо збирання автомобілів у колони, довжина яких становить не одну сотню метрів. В той же час на сусідньому перехресті можна спостерігати таку ж колону автомобілів, які мають намір рухатись у перпендикулярному до першого напрямку. Виникла проблема у створенні «інтелектуального світлофора», який би забезпечив оптимальний режим руху автотранспорту в місті.

4.2. Підказки стосовно розв’язування задач 

Нижче приводяться не окремі варіанти розв’язань задач, а лише деякі підказки стосовно можливих підходів до їх розв’язування. Звичайно, можна було б поступити інакше, так як це робиться завжди, тобто привести можливі, ті, що вже зроблені, варіанти їх розв’язань, проте це, на думку автора, не принесло б багато користі ні вчителям, ні учням. З ними просто б ознайомились. Можливо комусь би таке розв'язання запам'яталось. При цьому виникає запитання; «А для чого це тримати в пам'яті?». Виходячи з цих міркувань, автор поступив так, як це видно нижче. 

 

1.       Спробуйте скористатись фізичним явищем, яке буде орієнтувати певний предмет відносно лінії горизонту. Можливо доцільно скористатись вже давно відомими приладами, наприклад, виском або рівнем.

2.       Є різноманітні датчики прискорення: від механічних до п’єзоелектричних. Проте їх краще було б використати в якості аналогів, а пристрій запропонувати все-таки оригінальний.

3.       Задати певну швидкість руху у залежності від радіусу повороту, а потім вже…

4.       Ніхто ж не забороняє скористатись власними можливостями системи щодо створення зусиль для закривання дверей. Це, навіть, було б досить вигідно.

5.       А що б запропонувала Геометрія?

6.       Кожне явище може бути як шкідливим, так і корисним. Не виключенням є й інерція.

7.       Якби вдалось біля поплавка створити зону «тиші», щоб хвиль там не було, то один із можливих варіантів розв’язання даної задачі ми б вже отримали.

8.       Жарт: таку технологічну операцію слід виконувати надворі при сильному вітрі.

9.       А чому вітряка ми уявляємо лише з «вітряним» колесом? Начитались про Дон Кіхота?

10.    Погляньте на торець віника, якого беруть в руки під час його використання за прямим призначенням. Не виключено, що тут ви й знайдете підказку. А як обрізують кінці аркушів паперу в товстих книгах?

11.    Якщо не вдається зменшити вплив дії зовнішньої сили, яка вимушує коливання певної системи, то можливо слід спробувати погасити вібрацію відповідною протидією.

12.    Якби їх вдалось поколоти, як дрова. Для цього слід змінити внутрішню структуру шматків. 

13.    Для розв’язання даної задачі не обов’язкова мати вузівський диплом, де буде вказана спеціальність “Телекомунікаційні системи”. Спробуйте досягнути позитивного результату на основі початкових знань про природу. Якщо нічого не виходить, то накрийте горщик з квітами ковпаком, що виготовлений з прозорого матеріалу.

14.    Можливо слід відмовитись від шнура взагалі. Невже не можна передати йому енергію іншим способом? А можливо його просто не згинати? 

15.    Сила тертя залежить від того, наскільки поверхня одного тіла притискається до поверхні іншого, взаємодіючого з ним тіла. Для того, щоб зменшити це притискання достатньо знань з шкільного курсу фізики.

16.    А чому б не поцікавитись, чим саме передається це тепло? Може б тоді й вдалось розв’язати цю задачу.

17.    І наснилось учню 8-го класу Володимиру Холоденку, що стінки гумової трубки стали такими твердими, як метал. Так глибоко, аж у саму його підсвідомість, проникла ця задача.

18.    Для перевірки гіпотези професора Шалера натиснемо на шматок льоду гуртом. 

19.    А чом би й ні? Аби лише щось розширювалось при нагріванні, та поверталось у вихідний стан при зниженні температури до попереднього її значення.

20.    Якби ця опалювальна система сама була ще й двигуном, то може б щось і вийшло, а так, хоч вугра-мутанта, який не боїться такої жари, впускай до системи та примушуй його переміщувати воду.

21.    Запам’ятався один випадок: на уроці ніяк не вдавалось провести досліди з електростатики. Ніяк не електризувалась ебонітова паличка, не давала іскрового розряду й електрофорна машина. Проте після уроків, коли ми прибирали та провітрювали кабінет фізики, електризувалась і паличка, і лінійка, і гребінець для розчісування волосся. Потужні розряди «стріляли» й між електродами електрофорної машини.

22.    Не турбуйтесь, це вже давно зроблено. Щоб здогадатись, що саме зроблено, потрібно повністю спалити одного сірника і спробувати подіяти на нього магнітним полем (піднести до нього магніт).

23.    Не відволікайтесь від суто винахідницької проблеми, говорячи про те, що таких пробок вже все менше. Справа не в цьому. Потрібно відокремити частинки, що виготовлені зі сталі, від таких, що виготовлені з іншої речовини. 

24.    Аби була якась дія на будь-яке тіло при проходженні через нього або поруч з ним електричного струму. Решта - справа техніки.

25.    Якби припій ставав рідиною, то він мав би й всі її властивості, які можна використати для розв’язування даної (та й багатьох інших) задачі.

26.    А що ж тоді буде робити куховарка? За що її більше всього хвалять? Правильно, за те, що суп “гарний на сіль”. 

27.    Потрібно їздити вдень, а вночі потрібно спати, - пропонує учень Вовочка.

28.    Увімкнути все назавжди. Буде економія на електроарматурі (вимикачах, розетках, вилках та ін.). А тим учням, яким жарти є недоречними, можна порадити наступне: фізику слід не зубрити, а спробувати її зрозуміти.

29.    Можна багато чого запропонувати. А те розв’язання, що пропонується в літературі з ТРВЗ, доцільно використати в якості аналога або прототипа.

30.    Є така спеціальність «Технологія зварювання». Хотілось би цю задачу дати студентам, які навчаються за даною спеціальністю. Ото було б, якби й вони не розв’язали дану задачу. Можливо слід звернутись ще й до сантехніків?

31.    Морозильна камера виготовлена з металу і являє собою замкнутий провідник. Продовжте дану думку самостійно.

32.    Спробуйте використати фізичні явища або процеси, які б супроводжувались виділенням чи поглинанням теплової енергії. Іноді корисно звернутись до вже розв’язаних задач. Можливо ви побачите там ідею розв’язання даної задачі. Звичайно, позитивний ефект у цій справі дає власний винахідницький досвід. Проте варто також знайомитись із розв’язаннями задач (описами винаходів), які зробили інші люди. Стосовно даної задачі доцільно було повернутись до задачі 2.2.5. „Акумулятор тепла” даної книги або ж ознайомитись із задачами, що приводяться в працях автора [23, 25].

33.    Розв’язання вже існують, проте не хочеться вас позбавляти задоволення прийти до них самостійно. Порада: не подавайте як власні розв’язання те, що ви знайдете в журналі «Юный техник». Ви здатні на більше.

34.    Не пропонуйте, будь ласка, спосіб контролю щільності прилягання дверцят цього пристрою до його корпусу шляхом спостереження за зміною тиску повітря, що може навмисно нагнітатися до його порожнини. Холодильник все-таки не м’яч і тому така надмірна герметичність йому не потрібна. Все може бути простіше, ніж нами, поки-що, уявляється.

35.    Такі способи вже описані в літературі, але автору вони не подобаються. 

36.    Спробуйте запропонувати такий пристрій, який би самостійно ставав гарним провідником лише під час грози.

37.    Можна розпочати хід своїх думок не від гальм, а від вихлопної труби. 

38.    Якщо ви це зробите, то на вас звернуть увагу не лише члени журі турніру юних винахідників і раціоналізаторів. 

39.    Якщо ви запропонуєте протягувати дріт по наждачній шкірці, то ваша пропозиція не буде новою. Такий спосіб може бути використаний в якості аналогу для вашого технічного розв’язання даної задачі.

40.    Ідеї вже виникали, але тепло поки-що йде в атмосферу.

41.    Вже є багато пропозицій стосовно розв’язання даної задачі, але ви можете додати до них ще й власні, оригінальні.

42.    Підказка така: дорога, кінь, дуга, дзвіночок. Проте чи можна все підказати правильно?

43.    Не відходьте від проблеми, посилаючись на те, що плівку все більше замінює напівпровідникова матриця. Плівка має деякі суттєві переваги і тому використовується не лише в так званих «мильницях», а й в професійних фотокамерах.

44.    Відштовхніться від конструкції динамометра 

45.    Спробуйте акумулювати теплову енергію, яка надходить до парника, а потім її витрачати на обігрів грунту, повітря та рослин.

46.    До перерахованих “заборон” додамо ще одну: не слід позбавлятись явища поверхневого натягу на кінці капіляру, бо тоді двигун може запрацювати. 

47.    Кіноапарат “малює” на екрані зображення з частотою 24 Гц і нас це ніби-то влаштовує, а частота 50 Гц, з якою спалахує люмінесцентна лампа, - обертається для нас шкодою. Але проблема існує і її слід розв’язувати.

48.    Не пропонуйте покривати щойно виготовлену ковдру, на якій є залишки вати, ще одним шаром тканини.

49.    Є багато способів, але спробуйте запропонувати щось оригінальне.

50.    Створіть, запатентуйте й повідомте про це всьому світу, або хоча б автору даної книги.  

51.    ??? Правильно! Можна використати…

52.    Щуп пропонувати не слід – це вже було. Зверніть краще увагу на те, що рідина (пальне), що міститься в баці, та повітря над ним мають різні фізичні властивості. Отож можна запропонувати те, що б порізному реагувало на наявність цих середовищ.

53.    Залишається одне: нагрівати лише лялечки. Зараз ця проблема розв’язується дуже просто, на рівні кухарки.

54.    Зрозуміло, що продавець “перевіряє” електрорушійну силу елемента. А нам би хотілось бачити…

55.    Зверніться до поняття музики, звукової гармонії… 

56.    Коли ми щось отримуємо, то ми його маємо (хоча б упродовж деякого часу).

57.    Тут може бути стільки варіантів розв’язання даної задачі, що не хочеться давати ніяких натяків, бо вони відразу приведуть до отримання результату, який позбавить вас задоволення знайти хоча б одне з них самостійно. 

58.    Учіться розуміти написаний текст. Хіба вимога до задачі містить слово наматати?

59.    Знову те ж саме. Хто вам пропонує спрямовувати свій погляд на ту глибину, де вже майже не видно предметів (хай їх називають, навіть, і драгами)? Та й зір кожен має свій…

60.    Якщо вам нічого не спадає на думку, то зверніться до опису відповідної лабораторної роботи шкільного курсу фізики. 

61.    Про лабораторні роботи вже все сказано. Залишились збірники задач того ж шкільного курсу фізики. Розгляньте розв’язання відповідної задачі.

62.    Може цей порошок з цегли не викидати, а забирати?

63.    Хоча й важко, але раз про це говорять, то, мабуть, можна.

64.    Якби це вдалось зробити, то була б надія на те, що така людина отримає винагороду від адміністрації заводу “Volkswagen” чи “Toyota”.

65.    Зверніться до курсу фізики або до магазинів, які продають сезонний одяг. Правильно, влітку краще носити одяг білого кольору, а взимку чорного.

66.    Чим більша потужність електричного струму, що тече в провіднику, тим більше він нагрівається. Спробуйте скористатись даним явищем.

67.    Відомо, що однакові об’єми різних рідин відрізняються масою. Окрім того, маси рідин, що містяться в одному й тому ж об’ємі, прямо пропорційні їх густині. Далі міркуйте самостійно.

68.    Гарне розв’язання є завжди простим. Після перегоряння запобіжника щось все таки має залишатись в даному колі та замикати його. Потужності електричного струму не буде вистачати для роботи побутового пристрою, наприклад, телевізора, але її має бути достатньо для подачі певного сигналу про перегоряння запобіжника. 

69.    З’єднайте послідовно світлодіод, джерело струму та досліджуваний напівпровідниковий діод. Потім поміняйте місцями виводи досліджуваного діода. Якщо цього виявиться не достатньо, то в обох випадках змініть полярність увімкнення джерела струму. А може доцільно використати джерело змінного струму? При цьому не користуйтесь джерелом, що дає напругу більше 5В. Такої підказки вже достатньо для відтворення відомого пристрою для перевірки справності та полярності діодів.

70.    Для чого ми відриваємо банку від тіла людини? Так, для того, щоб до неї зайшло повітря. А чому саме відриваємо? Можливо доцільно впустити в неї повітря іншим способом?

71.    Якщо не вдається зменшити потік світла, який створюється фарами транспортного засобу, то залишається лише змінити на цей час дзеркало власного автомобіля.

72.    Якщо не вдається скористатись енергією блискавки відразу, то давайте спробуємо її хоча б акумулювати.

73.    Колись винахідливі водії вгорі кабіни підвішували порожнє відро або котелок. Розгойдуючись на вибоїнах, такі предмети стукали водія по голові й не давало йому заснути. Проте зараз хотілось би мати інший «будильник». Й не лише тому, що покриття доріг стало краще.

74.    Можна було б встановити на певному транспортному засобі широкий магніт (по ширині транспортного засобу). Рухаючись поблизу покриття дороги, він би й збирав цвяхи. Але як же їх потім відривати від такого магніту? Якщо ви не побачили розв’язання даної задачі, то займіться іншою справою. Все рівно ви його знайдете. Це одна з красивих тренувальних задач для учнів. Тренувальних, - бо вона вже давно розв’язана. Проте ви можете запропонувати й оригінальне розв’язання. Та й взагалі, ніколи не зупиняйтесь на одному розв’язанні. Їх завжди декілька, якщо не сказати багато. Якби це було не так, то ми б, працюючи на персональному комп’ютері, користувались механічною «мишкою», не прийшли б до так званої «радіомишки» тощо.

75.    Спробуйте скористатись тим, що змінюється при досягненні ним певної температури. Для цього підійдуть знання з будь-якого розділу фізики, наприклад, термодинаміки, електродинаміки та ін. При бажанні одержати один із тих варіантів розв’язання задачі, що «лежать на поверхні», скористайтесь однією з магнітних властивостей феромагнетиків. Проте таке розв’язання вже існує й тому для вас воно матиме суб’єктивну новизну.

76.    Запропонувавши це, ви зможете увійти до історії розвитку накопичувачів інформації вже під час навчання у школі. Не повідомляйте про знайдене вами розв’язання іншим особам, до того часу, поки не подасте заявку на міжнародний винахід чи хоча б опублікуєте його (розв’язання) у солідних наукових виданнях. Для прискорення ж пошуків одного із вже відомих розв’язань можна скористатись інформацією про шлях розвитку такого накопичувача інформації, як грамофонна платівка. Спочатку на одній його стороні розміщувався лише один музичний твір, а коли звукові доріжки навчились робити вужчими, у порівнянні з попередніми, то на тій же площі стали записувати декілька творів. Платівка отримала назву «довгограючої». Залишилось перейти до «довгограючого» диску. Це вже ви зробите самостійно.

77.    Хотілось би, щоб ви розвивали здібність виходити за межі тих уявлень про певне фізичне явище, які вже привели до створення існуючих пристроїв або способів досягнення відповідних технічних ефектів. Чому ми, наприклад, частіше зосереджуємось на електричному струмі, який тече у металевому провіднику, забуваючи про наявність інших, придатних для цього середовищ? Мабуть спрацьовує так звана психологічна інерція. Досить часто вона заважає відійти від вже відомого.

78.    Основним пристроєм відомої на цей час „електровудочки” є транзисторний перетворювач напруги джерела постійного струму, наприклад, автомобільного акумулятора у постійну напругу понад 200 В. Знаючи про це, легко дійти висновку про те, яким може бути пристрій для виявлення такого браконьєрського знаряддя. Якщо такої інформації для вас не достатньо, то увімкніть радіоприймач і піднесіть його до працюючого перетворювача напруги. 

79.    Пропозиції стосовно гальмування автомобіля тертям між висунутою з його кабіни ногою або палицею та проїжджою частиною дороги не приймається, адже мова йде не про технологічну операцію по стиранню підошви взуття, а про зменшення під час експлуатації товщини традиційних гальмівних колодок. 

80.    Мабуть потрібно або змінити робочі органи клапана, або уникнути попадання на їх поверхню тих речовин, які утворюють накип.

81.    Один із можливих варіантів розв’язання даної задачі приводиться в другому розділі даної книги. Проте він не один. Можна знайти й більш цікаві та ефективніші розв’язання. 

82.    Дану задачу легко розв’яже той, хто знає, що частота коливань, які випромінює вільний кінець затиснутої в лещатах лінійки, залежить від його довжини. Ще трохи фізики і новий частотомір буде створено.

83.    Такі пристрої вже описані у методичній літературі, проте можна придумати щось і своє.

84.    Ви, мабуть, погодитесь з тим, що, чим більшою буде у певній точці планети вага тіла або діюча на нього сила тяжіння, тим більшим буде й прискорення вільного падіння.

85.    Подумайте над можливістю опускання людини вниз із використанням парашуту, за допомогою перекинутого через блок тросу тощо. Спробуйте зробити так, щоб не вся потенціальна енергія людини перетворилася у її кінетичну енергію. (Цікаво, а чому наше спасіння ми бачимо лише в спусканні на Землю? Може тому, що під час пожежі температура повітря внизу нижча, ніж вгорі? Та чи приймає це хтось до уваги в той час, коли він знаходився у палаючому будинку? Мабуть просто психологічно хочеться бути ближче до Землі. Між іншим, така психологічна настанова може перекривати шлях принципово новим розв’язанням). Один із варіантів роз’язання можна знайти у книзі автора [25].

86.    Альберт Ейнштейн та його друг Рудольф Гольдшмідт запатентували магнітострикційний динамік у 1928 році (патент Німеччини № 590783). З часом з’являються інші винаходи, які й приводять до розвитку техніки. Цей розвиток залежить і від кожного із нас. 

87.    Невже ви запропонуєте звичайне екранування? Це вже відомо. Запропонуйте щось оригінальніше.

88.    Виховання чесності не є технічним розв’язанням даної задачі, тому винаходом воно бути не може. Хибною думкою можна вважати те, що гарні розв’язання з’являються відразу після того, як ми ознайомимось з умовою задачі. Не дивуйтесь, якщо його ідея виникне в той час, коли ви будете ловити рибу або копати картоплю. 

89.    Не хочеться, навіть, думати про те, що при розв’язанні даної задачі ви “сядете на міль”. Тому відсутнє будь-яке бажання вам підказувати. Якщо вже не придумаєте нічого такого, що заслуговуватиме на увагу, то найміть гелікоптера. Він підніме баржі носа. А можливо й корму.

90.    Якби ми знали, то вже б запатентували…

91.    Залишається лише знайти спосіб такого ж швидкого перетворення кінетичної енергії транспортного засобу в інший вид енергії, як і при традиційному гальмуванні сухим тертям. 

92.    Нагадаємо, що потрібен простий пристрій, який би не залишав на собі багато рідини. А можливо доцільно змінити таку властивість рідини як в’язкість? Тільки не застосовуйте це у випадку розливання меду, бо він може втратити свої властивості.  

93.    Не виключено, що в даному випадку прийдеться виконати певні дослідження та виготовити діючу модель. Автор, принаймні, все це робив.

94.    Одним із можливих варіантів розв’язання даної задачі передбачається підвішування всередині бака звичайного дзвіночка. Він “мовчатиме” тоді, коли буде перебувати у пальному й повідомлятиме своїм дзвоном про те, що рівень пального став занадто низьким. Спробуйте запропонувати й власне розв’язання даної задачі. При цьому знову ж слід впевнитись в тому, що все геніальне просте. Якщо ж розвиток технічної системи здійснюється за рахунок збільшення кількості її елементів або їх заміни більш складними, у порівнянні з попередніми, то це є свідченням того, що у діяльності причетних до цієї справи людей більше проявляються інтелектуальні, а не творчі здібності. Такі системи завжди складні у виготовленні та експлуатації. Вони нагадують лопату з комп’ютером. Рятує те, що вони існують не досить довго.

95.    Можна сказати лише те, що однією механікою у даному випадку обійтись буде досить важко. Спробуйте скористатись двома осциляторами, наприклад, електродинамічними гучномовцями, двома дзеркальцями та однією лазерною указкою. Вам залишається лише зібрати пристрій та продемонструвати його роботу.

96.    Дана задача може мати багато розв’язань. Проте автору не вдалось знайти таке, яке б задовольняло і його самого, і експлуатаційні служби.

97.    Автор не завжди знайомить інших людей з тими розв’язаннями, які йому не подобаються. Це саме такий випадок.

98.    Тим, хто створить ключ із такими параметрами, будуть дуже вдячні автослюсарі, які знімають для ремонту стартери двигунів “Жигулів”.

99.    Sony вже створено пристрій, який виконує дану функцію за допомогою системи GPS, про що є повідомлення в журналі DFOTO (2006. - №9). Проте не слід вважати, що це є вершиною технічної думки. Отож запропонуйте щось краще.

100.                        Автору здається, що потрібно зовсім інше джерело електроенергії. Може вдасться обійтись без перетворювача напруги? Для чого, наприклад, перетворювати з постійного струму напругою 12В у змінний струм напругою 220в, щоб використавши блок живлення комп’ютера, одержати постійний струм напругою меншою, ніж 10В?

101.                        Спочатку необхідно дослідити, що ж є причиною шуму. Правильно, велика частота обертання кулера. Частоту обертання можна зменшити. Але що ж у такому випадку потрібно зробити ще, щоб процес охолодження деталей залишався таким же. Проте не зациклюйтесь на даній підказці. Можливо ви запропонуєте й інше розв’язання цієї задачі.

102.                        Такі пристрої вже існують. Їх описи можна відшукати в журналах для радіоаматорів (див, наприклад, Радио. – 1991. - №8. – С. 77). Проте було б набагато краще, коли б ваша пропозиція була іншою. А даний прилад можна використати в якості аналогу або прототипу.

103.                        Можливо варто було б використати відомі відцентрові регулятори. Не хотілось би, щоб ви відразу звертались до електроніки. Розв’язання повинні бути простими.

104.                        Якби гайка мала вигляд шестерні, тоді ми б могли її «проганяти» іншою шестерньою, яка б приводилась в рух вручну або ж, навіть, і за допомогою електродвигуна. Проте форму гайки поки що ніхто змінювати не буде, тому подумайте над іншим розв’язанням.

105.                        Якщо б це був велотренажер, то можна було б вал, що обертається шатунами педалей, механічною передачею з’єднати з валом електрогенератора. Для інших тренажерів слід придумати щось інше. З цим ви легко впораєтесь самостійно. Для того, щоб з’явились гарні ідеї розв’язань, можливо варто відвідати приміщення, де встановлені тренажори.

106.                        Звичайно ж, у даному випадку не обійтись без елементу, що реагує на таке випромінювання. Із самою ж сигналізацією, тобто способом сповіщення про виявлене випромінювання ви справитесь самостійно.

107.                        Не варто зациклюватись на тих розділах фізики, які лежать в основі функціонування вже відомих, описаних в умові задачі пристроях.

108.                        Звичайно, розв’язанням даної задачі ми не внесемо значного вкладу в розвиток енергетики. Проте вона є цікавою і над нею варто подумати. Не виключено, що доцільно ще раз проглянути відповідний розділ фізики – «Механічні коливання та хвилі». А можливо й інші розділи. Фізика є важливим інструментом винахідництва. Залишається лише навчитись ним користуватись. Ну, хоч би на такому рівні, як ви користуєтесь клавіатурою комп’ютера або ложкою.

109.                        Задача, на думку автора, не гуманна по відношенню до природи. Проте вже існують її розв’язання.

110.                        Спробуйте використати для цього телефон мобільного зв’язку – так званий «мобільник». Розв’язання виявиться занадто простим, а сам пристрій буде автономним.

111.                        Масу мають не лише метали. Чи не так? Скористайтесь доступними речовинами або матеріалами.

112.                        Можливо слід спробувати використати пружні властивості самої рідини, що транспортується трубами?

113.                        Якби там не було, а при різкому збільшенні частоти обертання коліс, потрібно зменшити надходження до них енергії.

114.                        Задача виявиться простою для тих учнів, хто конструював автомобільчики або ж хоча б візки. Цікава ідея розв’язання може виникнути і в тих учнів, хто ще не знає, з’єднані колеса вагонів з осями. Між іншим, один із можливих варіантів розв’язання даної задачі вже існує. 

115.                        Спочатку зверніться до закону Паскаля.

116.                        Індукція, самоіндукція, індуктивний опір,… А можливо й щось інше.

117.Сигнали мають подаватись лише учасникам руху. Це щось подібне до того, як людина слухає музику за допомогою навушників.

118.                        Якби нам вдалось багато мембран, які реагують на різні частоти, з’єднати в одну. Проте не варто на цьому зациклюватись. Можливі й інші варіанти розв’язань даної задачі.

119.                        Для того, щоб виникла ідея розв’язання даної задачі, доцільно постояти поблизу самої дороги. Дотримуючись, звичайно, правил безпеки на дорогах. Особливо будьте обережні під час швидкого руху великих за розмірами фургонів. Вони створюють такі потоки повітра, що людину може втягнути в нього або звалити з ніг.

120.                        Такі електростанції вже існують. Їх описи є у відповідній літературі та в мережі Internet. Спробуйте все ж таки створити щось оригінальне.

121.                        Вимога задачі зводиться до використання іншого датчика. Спробуйте знайти щось підходяще серед вже існуючих датчиків або ж створіть власний.

122.                        Спробуйте скористатись народним методом досягнення позитивного ефекту, який має назву: «Клин клином вибивають». Між іншим, даний метод можна успішно для розв’язування багатьох задач. Наприклад, дію однієї сили можна компенсувати дією іншої сили (третій закон Ньютона); коливання можна погасити коливаннями, що здійснюються у протилежній фазі тощо.

123.                        Хоч бери, та й намотуй разом із тканиною тоненьку вимірювальну стрічку. Відрізуючи її з матеріалом, що продається, ми б мали наступне: продавець мав би відомості про те, яку кількість тканини він продав, а яка ще залишилась; покупець мав би дані стосовно того, скільки він такої тканини придбав. 

124.                        Задача має значну кількість технічних розв’язань. Головною ідеєю будь-якого з них, на думку автора, має бути наступне: роздільна смуга повинна містити в собі компоненти, які б вдавалось швидко та надійно виявляти встановленими на транспортних засобах відповідними датчиками. Отже, вам залишилось відшукати те, що б подавало сигнал, та те, що б його приймало. Яким сигналом про перетин смуги, а можливо краще про певне наближення до неї, сповіщатиметься водій, запропонує вже будь-який фахівець (не винахідник).

125.Примітивні розв’язання: виходячи з квартири, відключати в ній електроенергію; встановити в прасці реле часу, яке буде розмикати її мережу через певний інтервал часу. Автор впевнений в тому, що ви здатні на кращі розв’язання.

126.                        Чим більше вникаєш в ситуацію, що описана в умові даної задачі, та починаєш уявляти, як хтось суне в трубопровід твоєї квартири якогось «Спрута», тим більш реагуєш на заклики відповідних організацій стосовно своєчасних розрахунків за те, що подається тими трубами. Краще б вони встановили радіокерований вентиль на вході до мого помешкання, ніж сунули до трубопроводу того «Спрута». Проте, як здається автору, будь яка задача має красиве розв’язання. Його слід лише знайти. А це вже ваша справа.

127.                        Все таки, на думку автора, нагрівати слід масло, а не значну частину двигуна. Отже задача звузилась до масла. Спробуйте знайти її розв’язання. Вам багато хто за це подякує. При цьому варто пам’ятати й про те, що окрім гарних слів вдячності, ви можете отримати ще й матеріальну винагороду. Для цього достатньо лише отримати патент на ваш винахід та вигідно його продати певній автомобільній компанії. Зверніть увагу на приклад оформлення документів, які подаються разом із заявкою на винахід до патентного відомства (див. додаток). В нашій державі таким відомством є Український інститут промислової власності.

128.                        Головним у розв’язанні даної задачі, на думку автора, має бути пропозиція стосовно датчика (вибрати із вже існуючих або ж створити саме для даного випадку принципово новий). Далі все зробить відповідне програмне забезпечення.

129.                        Можливо їх слід залишити такими, якими вони й є, але розмістити в іншому місці (не там, де ходять люди). Але ж в умові є вимога стосовно зміни самих решіток. Спробуйте щось запропонувати. В даному випадку автор не може вам нічого порадити.

130.                        Мабуть необхідно якимсь чином фіксувати максимальне видовження пружини вже створеного «сигмоміру» (див. задачу з такою назвою), а, можливо, ще буде краще, якщо вам вдасться створити власний прилад. Мабуть варто подумати, де ще проявляє себе явище поверхневого натягу. Мильні пухирі, капіляри,…

131.Міркуємо так: ванну потрібно тепло ізолювати. Збоку зробимо повітряні або й вакуумні «подушки». А зверху? Зверху також потрібно припинити інтенсивний відтік тепла певними «подушками». Проте ці

«подушки» не повинні заважати виконанню описаної в умові задачі технологічної операції.

132.                        Звичайно, в наш час для цього можна застосувати високоточні оптичні прилади та ще й з використанням комп’ютерної техніки з відповідним програмним забезпеченням. Проте це не буде простішим від використовуваного штангенциркуля, про що говориться в умові задачі. Не раджу вам починати зі складного. Розв’язання, як ви вже, мабуть, впевнились, досить часто лежить на поверхні. Люди, - як говорив Аристотель, - менш за все помічають найбільш очевидне.

133.                        Проаналізуйте, який шматок мила найчастіше вислизає ваших рук. Так, - гладенький, обтічний. Деформований (зім’ятий) стосовно цього набагато кращий. Проте й намилюватись ним не так зручно. А якщо зробити шматок мила з отвором посередині? Отвір не намилює… А чи не падав ваш шматок мила після вислизання з рук у пісок або в тирсу? Ото була біда! Після цього він досить міцно тримався в руках, хоча й намилитись ним було не так просто. Протиріччя за протиріччям… Якщо вам вдасться їх усунути, то задача буде розв’язана.

134.                        Звичайно, задача досить складна. Справжні винахідники такі задачі іноді ділять на низку менших задач. Поступаючи таким же чином, ви можете спочатку створити систему датчиків, які фіксуватимуть кількість транспортних засобів, що наближаються до відповідного перехрестя, створити систему для забезпечення блокування або, навпаки, розблокування його для забезпечення пересування спеціальних транспортних засобів (автомобілі швидкої допомоги, пожежні автомобілі та ін.). Можливо вам захочеться врахувати й потреби в переміщенні через перехрестя пішоходів. Згодом вже можна перейти до інших частин основної задачі. В даному випадку, мабуть, не обійтись і без ЕОМ

V. INТЕRNET-РЕСУРСИ, ЯКІ МОЖНА ВИКОРИСТАТИ У ВИНАХІДНИЦЬКІ СПРАВІ

Головними джерелами, які містять потрібну для здійснення патентного пошуку інформацію можна знайти в таких друкованих виданнях України: 

-               «Бюлетень винаходів», 

-               Журнал «Винахідник і раціоналізатор»,

-               Журнал «Інтелектуальна власність» та Росії:

-               Журнал "Патенты и лицензии" 

-               Журнал "Интеллектуальная собственность" 

-               Журнал "Изобретатель и рационализатор" 

-               Материалы информационно-издательского центра Роспатента 

Дані джерела інформації корисні тим, що в описах винаходів вказаний клас, до якого відноситься певний винахід, час видачі патенту (можна встановити, наскільки він є новим) та ін. Важливим є те, що тут же містяться чітко виділені ознаки винаходів.

Разом з тим, достатньо корисною буде і науково-технічна література (журнали, книги, довідники і ін.). В окремих випадках можна скористатися також науково-популярними виданнями.

Слід зазначити, що з розвитком інформаційно-комунікаційних технологій з'явилися можливості для здійснення швидшого патентного пошуку. Зробити це можна без традиційно відвідин бібліотек, зокрема бібліотек, що містять патентні фонди, і перегляду друкованих видань уручну. Все це відбирало досить багато часу і відрізнялося незначною продуктивністю. 

Використання комп'ютерної техніки і відповідного програмного забезпечення дозволило за останні 10-15 років створити бази даних (БД), що містять описи винаходів, їх формули і реферати. Великі бібліотеки мають електронні каталоги, які дозволяють знайти необхідну користувачу літературу. Найбільш серйозні журнали, наприклад, «Наука и жизнь», «В мире науки» та ін. мають свої Web-сайти, які містять електронні версії випущених номерів. Є приватні сайти, які містять багато корисних даних, що стосуються не тільки здійснення патентного пошуку, але і що дозволяють одержати рекомендації, що стосуються складання документів, які необхідні для подачі заявки на передбачуваний винахід. 

Більшість БД дозволяють проводити пошук за наступними критеріями:

- за індексами Міжнародної класифікації винаходів (MКВ) (систематичний пошук);

- за ключовими словами (лексичний пошук);

- за іменем автора (авторський пошук);

- за іменем заявника (фірмовий пошук);

- за номером і датою публікації (за даними публікацій);

- за номером і датою конвенційної заявки (за пріоритетними даними); 

- за номером і датою заявки (за заявочними даними). 

Для здійснення пошуку можна використовувати Internet та мережні ресурси. Ці послуги можуть бути платними і безкоштовними. 

Через сайт Департаменту інтелектуальної власності України (<http://www.sdip/gov.ua/>) можна вийти на БД Українського інституту промислової власності”.

Ефективним і безкоштовним способом проведення патентних досліджень в даний час є перегляд патентів і винаходів в БД Федерального інституту промислової власності Росії (<http://www.fips.ru/>).

Всеросійський інститут наукової і технічної інформації пропонує платний доступ до БД, що містить патентну і науково-технічну інформацію (<http://www.viniti.msk.su/>). Пошук тут можливий лише за бібліографічними даними документів і рефератами.

Безкоштовний доступ до декільком БД пропонує Міжнародний центр наукової і технічної інформації (МЦНТИ) (<http://www.icsti.su/>).

Такий же доступ до декількох своїх БД пропонує і Всеросійський науково-технічний інформаційний центр (ВНТИЦ)

(<http://s1.vntic.org.ru/h2.htm>). Це політематична БД реферативної інформації про науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи, а також БД реферативної інформації про кандидатські і докторські дисертації зі всіх галузей знань, захищених в Росії.

Звичайно ж, складнішим є патентний пошук в БД патентних відомств світу. Їх дані представлені на відповідних державних мовах, хоча у багатьох випадках вони дублюються і англійською мовою. У зв'язку з цим, головним перешкодою для їх користувачів поки що залишається мовний бар'єр. Існуючі комп'ютерні перекладачі не завжди правильно передають зміст тексту (особливо технічного) певного документу і іноземному користувачу достатньо часто доводитися покладатися на свої знання та інтуїцію. Нижче приводяться назви всесвітніх або ж просто зарубіжних організацій, які мають корисні винахіднику БД.

Всесвітня організація інтелектуальної власності (ВОІВ або WIPO) має сайти (<http://pctgazette.wipo.int/>;

<http://www.wipo.int/portal/index.html.en>). 

Через сайт <http://www.wipo.int/ipdl/en/search/pct/search-adv.jsp> даної організації можна здійснити пошук патентних документів: Європейської патентної організації (ЕРО), Франції, Індії, Канади, Китаю, США, Японії, країн латинської Америки. доступні Тут же доступні БД патентно-асоційованої літератури (JOPAL)

США пропонують доступ до повнотекстової БД патентів і реферативної БД патентів з 1976

(<http://www.uspto.gov/web/menu/search.html>).

Японія пропонує доступ до реферативної патентної БД (PAJ) з 1993 року англійською мовою 

 (http://www.ipdl.ncipi.go.jp/homepg_e.ipdl). Доступна також для використання БД Японії AIPN, яка містить патентні документи Японії, опубліковані з 1995 р., а також документи США (з 1987 р.), ЄPО (з 1994 р.) і ВОІВ (з 1994 р.). Можливий переклад на англійську мову всього тексту документу 

 (http://aipn.ipdl.ncipi.go.jp/)

Сайт ЄPO (http://www.espacenet.com/access/index.en.html) дає змогу провести пошук патентних документів: ЄРО, WIPO, Австрії, Англії, Бельгії, Німеччини, Греції, Данії, Ірландії, Італії, Іспанії, Кіпру, Ліхтенштейну, Люксембургу, Монако, Нідерландів, Португалії, Швейцарії, Швеції і Японії. 

Сайти, які містять корисні винахідникам БД, мають і інші патентні відомства. Їх можна знайти через відомі користувачу Internet пошукові системи:        http://www.yandex.ru/; http://www.rambler.ru/; http://www.aport.ru/; http://www.yahoo.com/; http://www.altavista.com/; http://www.google.ru/ и др.

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.     Альтов Г. С. И тут появился изобретатель: Научно-популярная книга. – Дет. лит., 1984. – 126 с.

2.     Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. – М.: Московский рабочий, 1969. – 272 с.

3.     Альтшуллер Г. С. Дерзкие формулы творчества. – В кн.: Дерзкие формулы творчества / Сост. А. Б. Селюцкий. - Петрозаводск: Карелия, 1987. – С. 13-81.

4.     Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. – Новосибирск: Наука, 1986. – 209 с.

5.     Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. – М.: Советское радио, 1979. – 176 с.

6.     Альтшуллер Г. С., Шапиро Р. Б. О психологии изобретательского творчества // Вопросы психологии. – 1956. - № 6. – С. 37-49.

7.     Амнуэль П. Р. Звездные корабли воображения. – М.: Знание, 1988. – 64 с.

8.     Амосов Н. М. Алгоритмы разума. – К.: Наукова думка, 1979. – 221 с.

9.     Амосов Н. М. Разум, человек, общество, будущее. – К: Байда, 1994. – 185 с.

10.Антонов А. В. Психология изобретательского творчества. – К.: Вища шк., 1978. – 176 с.

11.Аристов В. И., Маковский А. Н., Рибалка В. В. Интеллектуальный вид спорта: “Творческие вопросы” // Винахідник і раціоналізатор. – 2005. - № 3. – С. 8-14.

12.Балл Г. О. У світі задач. – К.: Знання, 1986. – 48 с.

13.Бердяев Н. А. Самопознание: Опыт философской автобиографии. – М.: Книга, 1991. – 446 с.

14.Блох М. А. Творчество в науке и технике. – Пг., 1920. – 65 с.

15.Брандис Е. П. Рядом с Жюлем Верном: Документальные очерки. – 3-е изд. – Л.: Дет. лит., 1991. – 207 с.

16.Бутырский Г. А., Сауров Ю. А. Экспериментальные задачи по физике: 10-11 кл. общеобразоват. учреждений: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1998. – 102 с.

17.Буш Г. Методы технического творчества. – Рига: Лиесма, 1972. - 94 с.

18.Виргинский В. С. Хотеенков В. Ф. Очерки истории науки и техники. 1870-1917 гг. : Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1988. – 304 с.

19.Выготский Л. С. Воображение и творчество в детском возрасте: Психол. очерк: Кн. для учителя. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1991. – 93 с.

20.Гончаренко С. У. Фізика: Проб. підручник для 9 кл. серед. загально освіт. шк., гімназій та кл. гуманітарного профілю. – К.: Освіта, 1997. – 431 с.

21.Грузенберг С. О. Психология творчества. – Минск, 1923.

22.Гулиа Н. В. В поисках «энергетической капсулы»: Научнохудожественная литература. – М.: Дет. лит., 1986. – 143 с.

23.Давиден А. А. Изобретательские задачи в школьном курсе физики: Пособие для учителей. – Чернигов: Десн. Правда, 1996. – 96 с.

24.Давиденко (Давидьон) А. А., Коршак Є. В. Фізика в природі // Фізика та астрономія в школі. – 2000. - № 2. – С. 38-41.

25.Давиденко А. А. Методика розвитку творчих здібностей учнів у процесі навчання фізики (теоретичні основи). – Ніжин: ТОВ „Видавництво „Аспект-Поліграф”, 2004. – 264 с.

26.Давиденко А. А. Турниры юных изобретателей и рационализаторов // Фізіка: праблемы выкладання. - 2000. – № 3. – С. 90-101 (Мінськ); Физика в школе. – 2001. - № 7. – С. 70-75.

27.Давиденко А. А. Турнір юних винахідників і раціоналізаторів – нова форма позаурочної роботи з фізики: Посібник для вчителів. – Чернігів, РВВ ЧОІППО, 2001. – 36 с.

28.Данилевський В. В. Російська техніка. – Киів-Львів: Державне видавництво технічної літератури України, 1948. – 560 с.

29.Диксон Дж. Проектирование систем, изобретательство, анализ и принятие решений. – М.: Мир, 1969. – 440 с.

30.Дружинин В. Н. Психология общих способностей. – СПб.: Издательство ”Питер“, 2000. – 368 с.

31.Закон України “Про охорону прав на винаходи і корисні моделі” від 15 грудня 1993 р. № 3687-ХІІ.- В кн.: Закони України. Т. 6., Київ: Інститут Законодавства, 1996. С. 137-151.

32.Зербіно Д. Д. Наукова школа: лідер і учні. – Львів: Євросвіт, 2001. – 208 с.

33.Капица П. Л. Резерфорд и молодые исследователи. – В кн.: Капица

П. Л. Физические задачи. – М.: Знание, 1972. – С. 36-42.

34.Кедров Б. М. О творчестве в науке и технике: Научно-популярный очерк для молодежи. – М.: Мол. гвардия, 1987. – 192 с.

35.Клименко В. В. Как воспитать вундеркинда. – Харьков: Фолио; СПб.: Кристалл, 1996. – 463 с.

36.Клименко В. В. Психологія творчості: Навч. посібник/В. В. Клименко. – К.: Центр навчальної літератури, 2006. – 480 с.

37.Клименко В. В. Психологические тесты таланта. – Харьков: Фолио; CПб.: Кристалл, 1996. – 414 с.

38.Креч Д., Крачфилд Р., Ливсон Н. Факторы, определяющие решение задач. – В кн.: Хрестоматия по общей психологии. Психология мышления / Под ред. Ю. Б. Гиппенрейтер, В. В. Петухова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. -  С. 289-297.

39.Кулемзина А. В. Принципы педагогической поддержки одаренных детей // Педагогика. – 2003. - № 6. - С. 23-32.

40.Кун Т. Структура научных революций: пер. с англ. И. З. Налетова. –

М.: Прогресс, 1975. – 288 с.

41.Леви В. Л. Искусство быть собой. – Изд. обновл. – Луганск: Глобус, 2000. – 254 с.

42.Малафеев Р. И. Творческие задания по физике в VI-VII классах: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1971. – 88 с.

43.Миргородський Б. Ю, Шабаль В. К. Демонстраційний експеримент з фізики. Коливання і хвилі: Посібник для вчителів. – К.: Рад. шк., 1985. – 168 с.

44.Павленко А. І. Методика навчання учнів середньої школи розв’язуванню і складанню фізичних задач. Навчально-методичний посібник. – Запоріжжя: Прем’єр, 2000. – 102 с.

45.Пархоменко В. П. Основы технического творчества: Учеб. Пособие. – Мн.: Ред. журн. “Адукация и выхаванне”, 2000. – 148 с.

46.Платонов К. К. Структура и развитие личности. – М.: Наука, 1986. – 256 с.

47.Политехнический словарь / Редкол.: А. Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Советская энциклопедия, 1989. – 656 с.

48.Пономарев Я. А. Психология творчества и педагогика. – М.: Педагогика, 1976. – 280 с.

49.Пономарев Я. А. Психология творчества. – М.: Наука, 1976. – 303 с.

50.Пономарев Я. А. Фазы творческого процесса // Исследование проблем психологии творчества. – М.: Педагогика, 1983. – 326 с.   С. 326.

51.Прахов Б. Г. Изобретательство и патентоведение: Словарьсправочник. – Киев: Вища школа, 1987. – 182 с.

52.Психологический словарь           /           Под      ред. В. В. Давыдова,

А. В. Запорожца, Б. Ф. Ломова и др. – М.: Педагогика, 1983. – 448 с.

53.Пуанкаре А. О науке: Пер. с фр. / Под ред. Л. С. Потрягина. – 2-е изд. – М.: Наука, 1990. – 736 с.

54.Разумовский В. Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1975. – 272 с.

55.Разумовский В. Г. Творческие задачи по физике в средней школе. –

М.: Просвещение, 1966. – 154 с.

56.Резников З. М. О развитии творческих способностей учащихся на факультативных занятиях по физико-техническому моделированию // Физика в школе. – 1975. - № 1. – С. 43.

57.Резников З. М. Прикладная физика. – Учеб. пособие для учащихся по факультативному курсу: 10 кл. – М.: Просвещение, 1983. – 239 с.

58.Роджерс Н. Творчество как усиление себя // Вопросы психологии. – 1990. - № 1. – С.164-168.

59.Роменець В. А. Психологія творчості. – Київ: Либідь, 2001. – 288 с.

60.Рубинштейн С. Л. Основы общей психологии: СПб.: Питер, 2002. – 720 с.

61.Рубинштейн С. Л. Проблем общей психологии. – М.: Педагогика, 1973. – 424 с.

62.Саламатов Ю. П. Как стать изобретателем: 50 часов творчества: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1990. – 240 с.

63.Селье Г. От мечты – к открытию: Как стать ученым: Пер. с англ. – М.: Прогресс, 1987. – 368 с.

64.Силин А. А. На тропе в будущее: Размышления о судьбе изобретений и открытий. – 2-е изд. – М.: Знание, 1989. – 208 с.

65.Словник іншомовних слів / За ред. О. С. Мельничука. – К.: Головна редакція УРЕ, 1974. – 776 с.

66.Спиркин А. Г. О творческой силе человеческого разума. – М.: Мысль, 1979. – 389 с.

67.Тарасов Л. В. Физика в природе: Кн. Для учащихся. – М.: просвещение, 1988. – 351 с.

68.Фейнман Р. Характер физических законов: Пер. с англ. – 2-е изд. – М.: Наука, 1987. – 160 с.

69.Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров, - М.: Сов. энциклопедия. Т. II. Добротность – Магнитооптика. 1990. – 703 с.

70.Философский словарь / Под ред. М. М. Розенталя. – Изд. 3-е. – М.: Политиздат, 1972. – 496 с.

71.Хорошавин С. А. Физико-техническое моделирование: Учеб. Пособие для учащихся по факультатив. курсу. 8-10 кл. – М.: Просвещение, 1983. – 207 с.

72.Ціж Б. Р. Хронологія технічного прогресу: Іст.-тех. дов. – Л.: ЛігаПрес, 2003. – 184 с.

73.Чудновский В. Э., Юркевич В. С. Одаренность: дар или испытание. – М.: Знание, 1990. – 80 с.

74.Энгельмейер П. К. Творческая личность и среда в области технических изобретений. – СПб, 1911.

75.Энгельмейер П. К. Теория творчества. – СПб., 1910. – 208 с.

76.Юнг К. Г. Психология. Dementia praecox / Пер. Т. Э. Гусакова. – МН.: ООО «Харвест», 2003. – 400 с.

77.Якобсон П. М. Процесс творческой работы изобретателя. - М.: Изд- во ЦС ВОИ, 1934. – 135 с.

78.Яценко Л. Творчество и диалектика // Техника и наука. – 1979. - № 1. – С. 29.

79.Gordon W.J.J. Sinectics: The Development of Creative Capacity - New York, 1961 180 S.

80.Osborn A. F. Your creative power. N. Y.: Scribner, 1948.

 

ДОДАТКИ

 

Додаток А

 

МКВ⁷   D06 F 75/02

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПІДНІМАННЯ ВОДИ

 

Цей винахід відноситься до пристроїв, які забезпечують піднімання води і може бути використаний у присадибному господарстві та побуті.

Вже відомий пристрій для піднімання води, який містись у собі циліндр із встановленими в ньому впускному та випускному клапанах та поршень який приводиться в рух за рахунок прикладеної до нього зовнішньої сили [1]. Недоліком такого пристрою для піднімання води є те, що його робота здійснюється за рахунок теплової, електрична або мускульної енергії людини. 

Найближчим за технічною суттю до запропонованого є пристрій для піднімання води, який містить у собі резервуар із впускним та випускним патрубками та кран, встановлений у випускному патрубку. Робота пристрою здійснюється за рахунок теплової енергії, яка утворюється внаслідок згорання палива [2]. 

Недоліком такого пристрою є те, що він не може функціонувати в автоматичному режимі, а також те, що його експлуатація супроводжується значними втратами палива та негативним впливом продуктів горіння на навколишнє середовище. 

В основу запропонованого винаходу покладена задача удосконалення засобів для впуску та випуску води, що дозволить перевести його в режим автоматичного функціонування, а також створення пристрою для піднімання води, який би працював за рахунок “дармової” сонячної енергії, що приведе до уникнення витрат палива та негативного впливу продуктів горіння на навколишнє середовище. 

Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для піднімання води, що містить резервуар із впускним та випускним патрубками, згідно винаходу засіб який забезпечує функціонування пристрою автоматичному режимі, виконано у вигляді впускного та випускного клапанів, які розміщені у відповідних патрубках, а робота по підніманню води здійснюється за рахунок “дармової” сонячної енергії,  Суттєвими ознаками запропонованого пристрою для піднімання води, спільними з ознаками відомого пристрою для піднімання води, тобто такі, що не являють собою у загальному вигляді новизни, є:

-резервуар із впускним та випускним патрубками.

До нових суттєвих ознак винаходу відносяться наступні:

-впускний клапан розміщено у впускному патрубку;

-випускний клапан розміщено у випускному патрубку;

-джерелом енергії, за рахунок якої здійснюється піднімання води є “дармова” сонячна енергія.

Суть винаходу полягає у наступному:

Завдяки виконанню засобів для впуску та випуску води у вигляді впускного та випускного клапанів, встановлених у відповідних патрубках, забезпечується його функціонування в автоматичному режимі, а використанням “дармової” сонячної енергії забезпечується уникнення витрат палива та негативного впливу продуктів горіння на навколишнє середовище. 

Суть винаходу ілюструє креслення, що додається, на якому зображено загальний вигляд пристрою для піднімання води. Запропонований пристрій для піднімання води містить:

резервуар 1; впускний клапан 3 якого розміщений у впускному пат-

рубку 2, а випускний клапан 5 розміщений у випускному патрубку 4.

Запропонований пристрій для піднімання води працює наступним чином.

При попаданні на стінки резервуару 1 сонячного випромінювання здійснюється нагрівання резервуару, а також повітря та водяної пари, які знаходяться в ньому. Це приводить до підвищення в ньому тиску, внаслідок чого частина повітря та водяного пару через випускний клапан 5, встановлений у випускному патрубку 4, виходить назовні. При відсутності (вночі) або хоча б при зменшенні інтенсивності сонячного випромінювання (внаслідок перекривання ходу променів хмарами) тиск повітря та водяного пару в резервуарі 1 знижується і стає значно меншим від атмосферного. Внаслідок цього під дією сили атмосферного тиску вода через клапан 3, встановленому у патрубку 2, нагнітається в резервуар 1. Наступне підвищення температури повітря та водяного пару в резервуарі 1, що матиме місце при попадання на його стінки сонячних променів, спричинить випускання частини води з нього. Далі такі цикли повторюватимуться.

Конструктивні особливості пристрою для піднімання води дозволяють впускати в резервуар та випускати з нього воду за допомогою встановлених у відповідних патрубках впускного та випускного клапанів, що забезпечується його функціонування в автоматичному режимі, а використання “дармової” сонячної енергії забезпечує уникнення витрат палива та негативного впливу продуктів горіння на навколишнє середовище. 

1 іл.

 

 

Винахідники-заявники:                             Прізвища та ініціали

 

 

 

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ до заявки на винахід

“Пристрій для піднімання води”

 

1.    Жабо В. В., Уваров В. В. Гидравлика и насосы. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. – М.: Энергия, 1976. – 280 с.

2.    Абдурахманов С. Д., Шахбанов Ш. Ш. Самодельные действующие модели сельскохозяйственных установок // Школа и производство. – 1988. - № 5. – С. 42-43.

 

Винахідники-заявники:                            Прізвища та ініціали ФОРМУЛА ВИНАХОДУ до заявки на винахід 

“Пристрій для піднімання води”

 

Пристрій для піднімання води, що містить резервуар з впускним та випускним патрубками, який відрізняється тим, що засіб для впускання та випускання води виконано у вигляді впускного та випускного клапанів, які розміщені у відповідних патрубках.

1.       для впускання та випускання води виконано у вигляді впускного та випускного клапанів, які розміщені у відповідних патрубках.

2.       Пристрій по п. 1, який відрізняється тим, що робота пристрою для піднімання води здійснюється за рахунок “дармової” сонячної енергії. 

 

Винахідники-заявники:                            Прізвища та ініціали

 

 

РЕФЕРАТ

до заявки на винахід

“Пристрій для піднімання води”

 

1. Об’єкт винаходу: пристрій для піднімання води; 2. галузь застосування: присадибне господарство та побут; 3. суть винаходу: у впускному та випускному патрубках резервуару пристрою для піднімання води, встановлені впускний та випускний клапани відповідно; 5. технічний результат: конструктивні особливості пристрою для піднімання води забезпечують функціонування пристрою в автоматичному режимі, а також уникнення витрат палива та негативного впливу продуктів горіння на навколишнє середовище. 

1 іл.

 

Винахідники-заявники:                             Прізвища та ініціали Загальний вигляд пристрою для піднімання води

 

 

Винахідники-заявники:                             Прізвища та ініціали

 

 

Про автора книги

 

 

Давиденко (Давидьон) Андрій Андрійович народився в 1950 році в с. Топчіївці Чернігівського району Чернігівської області. Закінчив факультет фізики Чернігівського педінституту. Під час служби в хімічних військах зробив свій перший винахід, який дозволяв здійснювати повірку градуювання дозиметричних приладів з малою небезпекою для здоров’я людини. Завдяки цьому винаходу він був делегатом з’їзду винахідників (наймолодшим його учасником). Потім навчався за військовою спеціальністю та служив офі-

цером у Збройних Силах бувшого СРСР. Пізніше отримав диплом психолога. Працював учителем фізики в Красилівській середній школі Козелецького району Чернігівської області та в декількох Чернігівських школах. Був переможцем 2-го Всесоюзного методичного фестивалю „Урок фізики – 91”. Після захисту кандидатської дисертації, яка була присвячена використанню у навчальному процесі експериментальних задач з фізики, був запрошений на роботу в Чернігівський інститут післядипломної педагогічної освіти. З 1992 року завідує в ньому кафедрою природничо-математичних дисциплін та інформаційних технологій. 

Давиденко А. А. викладає фізику, методику фізики та комп’ютерну графіку. Понад десять років викладав методику фізики в Чернігівському державному педагогічному інституті ім. Т. Г. Шевченка. Зараз працює за сумісництвом в Чернігівських філіях Харківського національного фармацевтичного університету, Київського славістичного університету, та Гомельському державному університеті ім. Франциска Скорини. Спецкурси з методики фізики викладає в інститутах післядипломної педагогічної освіти інших областей, у тому числі в Гомелі, Могильові та Мінську.

Закінчив докторантуру в Національному педагогічному університеті ім. М. П. Драгоманова (спеціальність теорія і методика навчання фізики), де захистив докторську дисертацію на тему «Теоретичні та методичні засади розвитку творчих здібностей учнів у процесі навчання фізики». 

У 1998 році з його ініціативи Міністерством освіти України було започатковано Всеукраїнський турнір юних винахідників і раціоналізаторів, який щороку проводиться в м. Чернігові. ЮНЕСКО визнала цей захід, як такий, що перевершив кращі світові аналоги. Є головою журі даного турніру. 

У 2006 році Давиденком А. А. було ініційовано щорічне проведення Всеукраїнських конкурсів юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття». Він є також членом журі всеукраїнської олімпіади юних фізиків та Всеукраїнського турніру юних фізиків. 

З 1997 року він здійснюю наукове керівництво Чернігівським територіальним відділенням Малої академії наук України (Президент відділення). 

Давиденко А. А. активно займається науковою роботою. Він є автором понад 180 наукових та науково-методичних праць, членом редколегії Міжнародного збірника наукових статей “Physics at schools and universities” та українського журналу «Винахідник і раціоналізатор».

Можна сказати, що хобі автора співпадає з його професійною діяльністю. Він завжди повністю віддається роботі. Проте є й ще деякі види діяльності, без яких, якщо не вникнути в суть речей, можна було б, немов би, і обійтись. Проте це не так – всі його хобі сприяють професійній діяльності. Одне з них - фотосправа. Фотографувати почав «Сменою-2», якого йому подарувала мати в той час, коли він навчався у 5-му класі. Про досягнутий рівень можна судити за знімками, які використані у всіх його публікаціях, зокрема, і в даній книзі, а також на основі фотознімків, що представлені на фотостоках США, Канади, Угорщини, Росії та ін. Друге хобі – це бджолярство. Займається він ним з 1997 року. Спостереження за життям бджіл, дає йому натхнення в роботі. Водночас невелика пасіка (близько 10 сімей) є своєрідним майданчиком для певних наукових досліджень. Все побачене фіксується фотоапаратом та відеокамерою. Якщо у пошукових системах фотостоків Fotolia.com, Bigstockphoto.com, Dreamstime.com, Canstockphoto.com, Lori.ru та ін. набрати слова “Bees” чи “Бджоли” відповідно, то можна побачити чимало зроблених ним знімків, які відображують поведінку улюблених комах автора книги. 

Свої захоплення винахідництвом та фотографією він передав своєму сину Павлу. Під час навчання у 7-му класі Павло вперше взяв участь у І-му Всеукраїнському турнірі юних винахідників і раціоналізаторів, а під час навчання у 11-му класі надійшло повідомлення з Всесвітньої організації інтелектуальної власності (м. Женева, Швейцарія) про те, що його нагороджено Золотою медаллю даної установи у номінації «Кращий молодий винахідник 2001 року». На І-му ВТЮВіР йому вручили також приз – фотоапарат “Skina”. На той час він вже вмів фотографувати, адже мав змогу користуватись батьковими фотоапаратами. В даний час Павло талановитий молодий фотонатураліст (це його захоплення, бо за фахом він інженер телекомунікаційних систем та мереж). Його роботи представлені на названих вище фотостоках та Web-сайтах в мережі Internet, наприклад, на його власному Web-сайті FotoTravel.org та ін.

І це не поодинокий випадок того, як професійна діяльність та хобі Давиденка А. А. передались його вихованцям – учасникам молодіжного винахідницького руху, який був започаткований в Україні з його ініціативи. З ним підтримують зв'язок учні, студенти та випускники вищих навчальних закладів, винахідництво для яких вже є професійною діяльністю.

 

 

Давиденко А. А. 

Д13.     Науково-технічна творчість учнів: навчально-методичний посібник для загальноосвітніх навчальних закладів –Ніжин: ТОВ “Видавництво“Аспект Поліграф” , 2010. – 176 с.

ISBN 978-966-340-381-6

 

Даний посібник присвячений науково-технічній творчості учнів. В ньому відображено власне бачення автором процесу творчості. Окрім теоретичних відомостей посібник містить значну кількість винахідницьких та раціоналізаторських задач з можливими варіантами їх розв’язань або ж підказками, які спрямують власні їх пошуки. Він буде корисним учителям фізики, зокрема тим, хто працює в класах фізико-математичного та технологічного профілів, керівникам секцій фізико-математичного, науковотехнічного та інших відділень Малої академії наук України, учням, які виконують дослідження в цих відділеннях, а також тим хто готує та готується до участі у Всеукраїнських турнірах юних винахідників і раціоналізаторів, Всеукраїнських конкурсах юних дослідників та винахідників «Едісони ХХІ століття». 

 

УДК 372.853:371.315.6 ББК 22.3я721

Наукове видання

 

ДАВИДЕНКО Андрій Андрійович

 

НАУКОВО-ТЕХНІЧНА

ТВОРЧІСТЬ УЧНІВ

 

Навчально-методичний посібник для загальноосвітніх навчальних закладів

 

Науковий редактор – Давиденко А. А.

Коректор – Давиденко А. А.

Комп’ютерний набір,

верстка та макетування – Давиденко А. А.

 

Підписано до друку 13.05.2010 р.

Формат 60х84/16 Гарнітура Times New Roman

Папір офсетний. Друк офсетний.

Ум. друк. арк. 10,23. Обл. вид. арк. 11,67.

Тираж 5000 прим. Зам №253

 

 

Видання та друк з оригінал-макетів замовника в ТОВ «Видавництво «Аспект-Поліграф»

Свідоцтво про внесення до Державного реєстру суб’єктів видавничої справи, серія ДК №3464 від 17.04.2009 р.

 

16600, Чернігівська обл., м. Ніжин, вулю Шевченка, 109 а,

Факс: (04631) 3-11.08, тел. 04631(3-18-03) e-mail: poligraf@epsilon.com.ua