Карандаш. История создания и другие подробности - [102]
Между прочим, для улучшения пишущих свойств грифели пропитываются кипящим воском (чтобы легче скользили). Частицы графита и глины обволакиваются восковой пленкой, выполняющей роль смазки, но в результате клей хуже пристает к графиту, и это затрудняет его сцепление с деревом. Разные производители карандашей по-своему пытались решить эту проблему, но все они ставили одинаковую задачу: улучшить сцепление стержня с деревянной оправой, чтобы увеличить сопротивление силе, действующей на кончик карандаша во время письма.
В 1933 году отделу исследований и разработок компании «Игл пенсил» удалось одновременно упрочнить древесину и обеспечить лучшее сцепление с ней стержня[503]. Сначала графит погружали в серную кислоту, чтобы удалить с него наружную восковую пленку; затем опускали в хлористый кальций, и на поверхности образовывалась защитная гипсовая пленка. Древесина пропитывалась связующим смолистым веществом, и ее волокна образовывали плотную оболочку, которую было непросто расрушить давлением со стороны стержня. В карандашной промышленности в основном использовался мездровый клей, и после описанной обработки он обеспечивал необычайно высокую прочность соединения графита и дерева[504]. Компания-разработчик назвала эту технологию «хемосклеиванием» и объявила, что благодаря ей прочность острия карандашей «Микадо» увеличилась на тридцать четыре процента. Продажи их выросли на сорок процентов. Другие производители разработывали собственные способы усиления прочности карандашного острия и давали этим технологиям фирменные наименования («склеивание», «суперсклеивание», «деревянные тиски» и тому подобные). Кроме того, благодаря этим усовершенствованиям грифель не ломался внутри карандаша при падении с высоты[505].
Инженеры карандашной промышленности, работавшие в своих компаниях в обстановке секретности, наверняка задавались вопросами, как и почему кончики карандашей отламываются вполне определенным образом, и находили на них ответы, но традиция соблюдения профессиональной тайны, унаследованная со времен цеховой гильдии, удерживала исследователей от освещения темы — даже в форме пометок на полях специализированных научно-технических журналов. Бóльшая часть опубликованных сведений содержится в торговых и рекламных журналах в связи с описанием успешных маркетинговых кампаний.
Несмотря на все это, каждому пользователю карандашей известно, что склеивание грифеля с древесиной вовсе не гарантирует того, что карандаш больше никогда не сломается. Усиление кончика карандаша в месте его сопряжения с деревянной оправой просто-напросто означает, что слабая точка конструкции теперь находится в каком-то другом месте. Похоже, никто не задавался вслух вопросом, в каком месте и при каких обстоятельствах ломается конец этого нового «суперпрочного» карандаша, пока в 1979 году независимый инженер Дональд Кронквист не затронул вопрос в статье, опубликованной в журнале «Америкэн джорнал оф физикс». Как и многие научно-технические статьи, статья Кронквиста открывалась описанием сделанного им наблюдения и содержала новое сокращенное наименование:
Некоторое время назад я расчищал письменный стол после работы над рукописным черновиком одной необычайно длинной работы. Я был озадачен, обнаружив огромное количество отломанных концов карандаша (ОКК), которые валялись повсюду между книгами и другими справочными материалами на столе. Очевидно, ОКК закатились в эти укромные места, отломившись от моих свежезаточенных карандашей. Самым загадочным было то, что все эти ОКК были практически одинаковыми по форме и длине[506].
Кронквист, не будучи специалистом по карандашам, не стал искать объяснения в свойствах графита и особенностях процесса затачивания, а обратился к физике — форме карандаша и силам, действующим на него со стороны бумаги. Будучи одновременно ученым и инженером, он начал рассматривать заостренный конец карандаша как усеченный конус, выступающий из деревянной оправы. Его задача была, в сущности, задачей Галилея, заинтересовавшегося прочностью консольной балки на разрыв.
Галилей в свое время не смог полностью решить эту задачу, но теория сопротивления материалов, возникшая на базе впервые проведенных им замечательных исследований, дает математический аппарат для ответа на вопрос, поставленный Кронквистом. Выполненный им анализ содержит уравнения, которые реалистично описывают силы, действующие на кончик карандаша, но его метод принципиально не отличается от метода Галилея. Что сделал Кронквист? Он предположил, что писчая поверхность, на которую давит карандаш, сама аналогично оказывает на него давление. Эта сила действует на усеченный конус так же, как на консоль, если попытаться давить снизу вверх на ее свободный конец. Таким образом, коническое острие карандаша подвергается растяжению снизу (со стороны бумажного листа). Далее Кронквист посчитал величину растягивающего усилия в точке острия, находящейся на некотором расстоянии от конца. Затем с помощью довольно простых математических расчетов определил, в какой точке острия напряжение столь велико, что подверженность грифеля образовнию трещин превышает возможности сопротивления. Острие, вероятнее всего, сломается именно в этом месте (при условии что стержень обладает одинаковой прочностью по всей длине и в нем нет дефектов), и уравнения Кронквиста позволили ему сделать расчет длины и формы, которые должен иметь отломанный конец карандаша, а затем сравнить результаты расчетов с настоящими обломками у него на столе.
