Осторожно, но уверенно Шухов выделяет существенное, отбрасывая частности, которыми можно пренебречь без ущерба для практических нужд, получает систему уравнений - то, что мы назвали бы математической моделью будущего сооружения. А потом вводит поправки на ограниченность сортамента и цены металла, на несовершенство процессов клепки и чеканки швов, неточность сборки и т. д. Так прокладывается путь к конечным выводам, к рекомендациям для будущих проектировщиков.
Поставив задачу определить основные размеры металлического резервуара, чтобы он имел наименьший вес при данном объеме, Шухов спрашивает: что, собственно, происходит с этим цилиндрическим сосудом, когда он заполнен жидкостью? Ясно, что жидкость стремится как бы разорвать стенки резервуара, и они будут испытывать напряжение, пропорциональное диаметру и высоте столба жидкости. Причем наибольшее напряжение придется на нижний пояс, или нижнее кольцо листового материала, из которого склепан резервуар. В более благополучном положении окажется верхнее кольцо: давление на него значительно меньше.
Если в соответствии с этим подбирать толщину листового металла, то в верхнем поясе она окажется совсем незначительной по сравнению с нижним. Но тут на сцену выступает другое требование. Проектировщик имеет право уменьшать толщину материала только до тех пор, пока это не наносит вреда жесткости конструкции. Как бы ни были малы усилия, действующие на верхнее кольцо стенок резервуара, их толщина все же не может уменьшаться в ущерб требованиям жесткости.
– Ну и что? -скажете вы.- Пусть часть металла, израсходованного на сооружение, не сопротивляется, как говорит Шухов, «усилиям налитой жидкости». Однако материал этот все-таки необходим для жесткости конструкции. Какой же прок в этих рассуждениях?
Погодите. В том-то и дело, что, оперируя такими величинами, как вместимость резервуара, его радиус, высота, давление жидкости, прочностное сопротивление металла, толщины верхнего и нижнего колец, Шухов получает ряд уравнений, из которых делает очень важные для практика выводы. Он не только устанавливает, например, что на один резервуар заданной емкости уходит меньше металла, чем на два или несколько малых резервуаров, вмещающих, в общем, столько же жидкости. Шухов подсказывает проектировщику возможность легко найти предел, за которым увеличение размеров резервуара теряет смысл.
Другой вывод, сформулированный Шуховым, гласит: «…резервуар с переменной толщиной стенок имеет наименьший вес при условии, что объем всего железа дна и покрытия равен объему всего железа в стенках, необходимого для восприятия растягивающих усилий в поясах».
