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创新之路,有法可循

2015-11-30梁子康

发明与创新·中学生 2015年11期
关键词:虹吸管排空热水器

梁子康

创新的过程有时就像在黑夜中摸索,但回顾人类的发明历程,还是可以从中总结出一些方法、理论,来指引我们更好地前行。

无穷理论

一个事物是由多个因素构成的,可以从多个角度去认识,其应用也是多方面的。构成事物的某一因素又可细分成多个因素;某一角度又能细分为多个角度;某一用途亦可应用于不同的情形……

比如一块铁,我们可从元素含量、原子结构等方面分析它;从形状、硬度、导电性、熔点、沸点等角度认识它;也可将其制成钉子、铁板、导线、铁轨,使之得到不同的应用。当比例发生变化时,它包含的铁元素、碳元素以及一些微量元素对铁块的性质有诸多影响;它的导电性在常温、高温、低温下各不相同;将它制成钉子,截面可以是圆形、方形、异形的,带丝扣、不带丝扣的等。

由此可见,从不同的角度出发,能得到截然不同的结果。角度是无穷的,因此创新的方向也是无穷的。

化整为零

化整为零的思想是把一个创新过程分解成几个阶段来完成。在创新过程中,当目标难以企及时,不应幻想一蹴而就,更不能悲观放弃。我们要做的是坚定信念逐步迈进。

例如,在人类的太空征途中,有一群信念坚定的梦想家,他们想建造一架太空电梯,向月球、火星等输送货物。相比于发射火箭,太空电梯的运输成本要低廉许多。

这一伟大的梦想在大多数人看来是不可能的,但位于华盛顿州塔科马港市的太空电梯集团近期展开了一个雄心勃勃的太空电梯实验:向空中发射一个高空气球,气球上拴有一根约7千米长的绳子,然后在下面放置一台机器人,使其能沿着绳子一直攀登到顶端。

直插云霄的天梯将始于这7千米,而这7千米的项目又需分解为若干环节。只有化整为零,梦想方可实现。

非完整状态创新法

笔者对非完整状态作如下定义:在状态A下,能产生效果B;但处于不完整的状态A时,也可产生效果B。我们把这种不完整的状态A称为非完整状态。运用非完整状态的目的是想通过条件的改变,在基本达到之前效果的同时,产生另一种需要的效果。

我国早在古代就有这种设计思想。著名的赵州石拱桥全长50.82米,两端宽9.6米,中部略窄,宽9米。按照理想的状态,桥面宽窄一致通行效果最好,但桥面设计成中间略窄的结构也基本不会影响通行。更重要的是,这种结构最大限度地减轻了桥梁中间拱梁的承重,从而增加了桥梁的坚固性。

基于非完整状态思路,笔者也设计了一个太阳能热水器排空器。

在我国北方,冬季气温低,太阳能热水器上、下水管道内的水常因结冰而堵塞管道,以致热水器无法使用。为此人们设计了电加热保温层、微芯片电脑开关控制排空等,但又出现了配件寿命短、成本高等一系列问题。

笔者在连接太阳能热水器上、下水管道的虹吸管顶部开一个微孔,在虹吸管底部阀门上方的一定距离处也开一个微孔,将带有下端微孔和阀门的这段管道置于室内,这样便不会结冰。

如图所示,打开虹吸管上的阀门为热水器上水,上满水后关闭阀门,上端的微孔让空气进入,下端的微孔能将水排出,一段时间后,管道内的水便可排空。用水时打开阀门,管道下部的微孔和阀门间的水柱向下流,使热水器向外排水,虽有两个微孔,但不影响管道实现虹吸。关闭阀门后,管道在两个微孔的作用下再次排空管道内的水。这样就很好地解决了管道冻结的问题。

在这个发明中,虹吸管道处于密封状态是最好的,但设计成带有漏气微孔的非完整状态,也基本不影响虹吸作用,还实现了排空。

类比法

类比就是借鉴其他事物的结构、原理和方法进行发明创新。这样的例子不胜枚举:人类模仿蜻蜓发明了直升机,参照鱼类为潜水艇设计了流线外形,根据蝙蝠的超声波定位原理制造了雷达等。

科学的创新方法与理论是人类智慧的结晶,是指导我们开展发明创新活动的有力工具。但理论终归是纸上谈兵,关键在于如何用这些理论武装自己,在创新实践中取得好成绩。

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