Физическим противоречием называется ситуация, когда к объекту или его части условиями задачи предъявляются противоположные (несовместимые) требования. Физическое противоречие возникает, как правило, тогда, когда одна и та же часть системы (элемент, конструкция) входит как составная часть в две подсистемы разного назначения: противоречие потому и возникает, что каждая подсистема предъявляет к функционированию системы свои требования.
Какое именно физическое противоречие скрыто в глубине технического противоречия – чаще всего неизвестно. Но если физическое противоречие выявлено, то проблема сразу конкретизируется, превращаясь в более простую техническую или физическую задачу, решать которую можно обычными методами.
Физическое противоречие обостряет конфликт до предела и, как ни странно, именно благодаря этому облегчает решение.
Таким образом, для решения задачи нужно четко определить, к какому параметру предъявляются противоположные требования и каким способом можно сделать его функцией, от чего он должен зависеть.
Разрешение физического противоречия в той или иной степени связано с применением двух принципов: разнесения противоречивых свойств в пространстве или разнесения противоречивых свойств во времени.
Остальные известные принципы, задействующие возможности системных, фазовых и физико-химических переходов, лишь помогают реализовать первые два, то есть являются их своеобразными механизмами срабатывания.
Исходя из этого, можно сформулировать несложные правила выбора принципа в зависимости от конкретной ситуации.
Правило 1. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоположных средств в одно и то же время, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств в пространстве объекта.
Правило 2. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявления противоположных свойств в одном и том же месте пространства, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств во времени.
Правило 3. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоречивых свойств в одном месте пространства и в одно время, то разнесение свойств в пространстве осуществляется в подсистеме, а разнесение свойств во времени – в надсистеме или наоборот.
Физическое противоречие отражает закон единства и борьбы противоположностей и включает два вида отношений: отношение борьбы и отношение единства. Отношение борьбы подчеркивается в формулировке физического противоречия. Отношение единства, в свою очередь, включает единство места (пространства), времени, формы, содержания, структуры, целостности, функционирования, различных свойств – температуры, электропроводности и т.п. Разрешить противоречие – значит найти такую составляющую единства, которая допускает разделение, например, единство места.
Для разрешения физических противоречий в ТРИЗ используются специальные приемы, приведенные ниже.
Разделение противоречивых свойств в пространстве.
· Разделение оперативной зоны (ОЗ) на части, в каждой из которых выполняется одно требование физического противоречия.
Пример 1. Безопасный бензобак, разделенный перегородками на изолированные отсеки; часть отсеков заполняется горючим, а часть – веществом, гасящим пламя.
Пример 2. Композиционные материалы.
· Придание одной из частей необходимых свойств (прием 3) (здесь и далее см. приложение 1).
Пример. Защита конструкций от коррозии путем напыления тонкого антикоррозионного покрытия (физическое противоречие состоит в том, что конструкция должна быть изготовлена из коррозионно-стойкой стали, чтобы не ржаветь, и должна быть изготовлена из простой стали, что не быть дорогой).
· Динамизация: выполнение ОЗ, перемещающейся в пространстве в процессе функционирования объекта (прием 15).
Пример. Медный перемещающийся кристаллизатор при электрошлаковой сварке (физическое противоречие состоит в том, что кристаллизатор должен быть по всей длине стыка, чтобы металл не вытекал из зоны сварки, и не должен быть очень длинным, чтобы не увеличивать стоимость сварки).
· Использование принципа перехода в другое измерение (прием 17).
Пример. Кольцевой аэродром с бесконечными полосами в виде концентрических окружностей (физическое противоречие состоит в том, что посадочная полоса должна быть длинной, чтобы могли взлетать самолеты, и должна быть короткой, чтобы не занимать много места).
· Вынесение части с вредным свойством или внесение части с нужным свойством (прием 2).
Пример. Замена багинета (колющего оружия), вставляемого в дуло ружья, на штык (физическое противоречие состоит в том, что штык должен быть длинным, чтобы колоть, и не должен быть длинным, чтобы можно было стрелять).
· Размещение части ТС с нужным свойством внутри ОЗ (прием 7).
Пример. Дверь в купе вагона.
Разделение противоречивых свойств во времени.
· Разделение оперативного времени на промежутки, в каждом из которых выполняется одно из требований физического противоречия.
Примеры: импульсная сварка; самолет с изменяемой геометрией крыла.
· Присоединение на время легко удаляемого объекта (прием 24).
Пример. Введение в обмазку электрода СаСО2, который, выполнив свою функцию по защите, переходит в шлак и удаляется (физическое противоречие состоит в том, что нужно ввести добавку, чтобы получить СО2, и нельзя вводить, чтобы не ухудшать качество шва).
· Отброс и регенерация частей (прием 34).
Пример. Чувствительные космические приборы упаковывают в пенопласт, который, выполнив свою роль амортизатора при выведении на орбиту, испаряется в космосе (физическое противоречие состоит в том, что амортизатор должен быть, чтобы защищать приборы, и не должен быть, чтобы не мешать их работе).
· Наделение ТС одним из свойств физического противоречия на очень малый промежуток времени (прием 21).
Пример. Сварка модулированным током.
Разрешение физического противоречия с помощью физико-химических превращений (фазовых переходов).
· Изменение фазового состояния части ОЗ или внешней среды (фазовый переход 1).
Пример. Хранение универсального растворителя в замороженном виде (физическое противоречие состоит в том, что растворитель должен все растворять, чтобы быть универсальным, и не должен все растворять, чтобы его можно было в чем-то хранить).
· Использование двойственного состояния одной из частей ОЗ – переход из одного состояния в другое в зависимости от условий работы.
Пример. Вакуумный пароструйный насос.
· Использование явлений, сопутствующих фазовому переходу.
Пример. Развальцовка труб с помощью замораживания воды.
· Замена однофазного вещества двухфазным.
Пример. Введение ферритной составляющей в аустенитную хромоникелевую сталь.
· Использование физико-химических превращений: возникновение-исчезновение вещества за счет разложения-соединения, ионизации-рекомбинации.
Пример. Углекислый газ при соприкосновении со сварочной дугой разлагается, а в "холодной" хвостовой части ванны вновь образуется, способствуя защите шва.
Разрешение физического противоречия системными преобразованиями.
· Объединение однородных систем, обладающих свойством С, в полисистему, обладающую свойством анти-С (системный переход 1, а).
Пример. Обработка тонких стеклянных пластин, собранных в виде монолитного блока.
· Переход от системы к антисистеме (системный переход 1, б).
Пример. Тренажер "бегущая дорожка".
· Дробление системы (ОЗ), обладающей свойством С, на части, обладающие свойством анти-С.