Мартишина Н.И. Вопросы истории и философии науки и техники: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

приверженцы Магомета умеют запрягать ветер. В Европе ветряные мельницы

появились лишь к концу XII в., но в дальнейшем они использовались

значительно активнее, чем на Востоке.

Революционным событием в развитии средневековой металлургии стало

изобретение доменной печи. До середины XIV в. выплавленное в горне

обычной печи железо тщательно проковывалось и шло в дело. Таким способом

удавалось получить продукцию довольно высокого качества. Однако данный

процесс имел существенные недостатки. Во-первых, извлечение железа из руды

составляло менее 50 %, во-вторых, производительность плавильных печей была

крайне низкой, в-третьих, полученный металл содержал различные примеси и

шлаковые включения и поэтому был не пригоден для литья.

В доменную печь закладывались руда и уголь с высоким содержанием

углерода. Данная смесь интенсивно продувалась снизу воздухом. В результате,

с одной стороны, заметно понижалась температура в домне и поэтому железная

руда восстанавливалась раньше, чем образовывался шлак, а с другой стороны,

под воздействием дутья происходило постепенное выгорание углерода.

Добываемый из доменной печи металл получил название «чугун». Он делился

на две категории: литейный, т. е. предназначенный для литья, и передельный

для дальнейшей переплавки его в сталь. В XV в. высота доменной печи

достигала 4,5 м, а ее внутренний диаметр составлял 1,8 м. Если из одного горна

обычной плавильной печи в сутки получали 8 кг металла, то доменная печь за

это время способна была выдать до 1,6 т продукции.

Доменную печь можно назвать самым эффективным техническим

сооружением средневековья, в то время как самым сложным механизмом

данной эпохи были часы. Сначала равномерность их хода обеспечивалась

тяжелыми гирями, поэтому неудивительно, что первые часы предназначались

для зданий. Простейшие башенные часы с одной стрелкой появились в Милане

еще в 1335 г. Затем уже двухстрелочные часы стали предметом гордости

средневековых городов. К концу 1450 г. были созданы пружинные часы,

которые со временем становятся переносными. Эти наработки в XVII в.

позволили голландскому ученому Христиану Гюйгенсу сконструировать

прототип современных механических часов, однако имена его пред-

шественников так и остались неизвестными.

Крупнейшим изобретением средневекового времени явилось

книгопечатание, которое, естественно, не могло существовать без

производства бумаги. И то и другое впервые появились в Китае. В этой стране

уже в VI в. стали печатать отдельные тексты с деревянных форм. Примерно в

1045 г. Би-Шэном был изобретен подвижный шрифт, набираемый из

керамических литер. Позднее их стали изготавливать из бронзы. С XI в. бумага

получает распространение в Европе, а с конца XIV в. здесь уже начинают

пользоваться металлическими литерами для набора текстов, как это делалось в

Китае. Однако революционный переворот в деле книгопечатания был все же

совершен европейцами. Он связан с созданием в 40-х гг. XV в. печатного

станка. Данное изобретение принадлежит немцу Иоганну Гуттенбергу.

Печатный станок представлял собой ручной пресс с двумя горизонтальными

плоскостями, на одной из них устанавливалась матрица наборного шрифта, а

к другой прижималась бумага. Предварительно буквы набранного текста

покрывались смесью сажи и льняного масла. Затем обе плоскости соединялись

и получалась печатная продукция. Такой станок давал до 100 отпечатков текста

в час. К 1500 г. печатный станок использовался уже в 12 странах Европы. За 60

лет его применения было издано свыше 30 тыс. названий книг, тираж каждой из

них составлял не менее 300 экземпляров.

Достижения в сферах промышленности и культуры периода позднего

средневековья, а также изобретения компаса и микроскопа подготовили почву

для триумфа естествознания в эпоху Возрождения (вторая половина XV –

начало XVI в.). Вместе с тем широкое распространение приобретали и

технические знания. Стали создаваться научно-технические общества. Одно из

них функционировало при Академии тайн природы в Неаполе. В его задачи

входили систематизация конструкций машин, внедрение их в производство,

поощрение изобретательства. В самом начале эпохи Возрождения началась

публикация работ по прикладной механике, машиностроению, промышленному

производству. Самым заметным из них был труд немецкого ученого Георга

Агриколы «О горном деле и металлургии», состоящий из 12 томов. Это

произведение, издававшееся в 1550-х гг., в течение 200 лет являлось основным

руководством по развитию горной промышленности в Европе и за ее

пределами.

Гениальным ученым-изобретателем эпохи Возрождения был Леонардо да

Винчи (1452 – 1519 гг.). Он являлся незаконнорожденным сыном нотариуса.

Когда Леонардо исполнилось 15 лет, отец устроил его учеником в одну из

художественных мастерских. Со временем Леонардо становится известным

живописцем в Италии, но не меньшее значение он придавал изобретательству.

В 1482 г. он поступает на службу к миланскому герцогу Моро. В предвари-

тельном письме к нему Леонардо перечислил свои инженерные способности, о

которых мало кто знал. В частности, он утверждал, что способен изготовить

легкие и прочные переносные мосты, знает способы прокапывать тайные ходы,

в том числе под реками, может сделать закрытые и совершенно неуязвимые

повозки с артиллерийскими орудиями, а также огнеметы, стрелометы и

катапульты, знает способы разрушения любой цитадели и уничтожения

кораблей в море.

Этот список не был пустой похвальбой или плодом фантазии, о чем

свидетельствуют рукописи Леонардо да Винчи, превышающие 5000 страниц.

Значительная часть его изобретений и усовершенствований могла быть

реализованной на практике того времени. Однако из-за недостатка

специалистов и материалов, а также по инертности властей этого сделано не

было. Речь в данном случае идет о таких инженерных разработках, как

центробежный насос, гидравлический пресс, прибор для шлифования стекла,

станок для выделки сукна, машины для изготовления напильников и игл.

Многие изобретения Леонардо были внедрены в более позднее время. Это

относится к некоторым текстильным и землеройным машинам, устройству для

регулирования работы насосов, пистолету с колесным затвором, названному

впоследствии мушкетом, а также к роликовым подшипникам, о которых автор

говорил как о «чуде механики». Не исключено, что им были сконструированы

также прокатный стан и огнестрельное нарезное оружие.

Как известно, Леонардо да Винчи занимался изобретением летательных

аппаратов (включая вертолет), парашюта, подводной лодки. Все это не было

простым полетом фантазии, хотя ученый осознавал невозможность реализации

данных проектов в обозримом будущем. Более того, соединение теории с

практикой он считал необходимым условием инженерной деятельности. По его

убеждению, увлекающийся наукой без практики подобен кормчему, ступа-

ющему на корабль без руля и компаса, ибо не знает, куда плывет. Вполне

очевидно, Леонардо опередил свое время как минимум на 50 и как максимум 

на 500 лет, в зависимости от конкретного изобретения. Его труды стали

публиковаться и пропагандироваться только во второй половине XIX в.,

поэтому многое из созданного им пришлось изобретать заново.

Об инженерных проектах Леонардо да Винчи, внедренных при его жизни,

известно очень мало. В частности, можно утверждать, что в 1495 г. он

разработал принципиально новую систему шлюза, почти не отличающуюся от

современной. Через два года она уже действовала на Миланском канале.

Однако даже не реализованные изобретения Леонардо ярко характеризовали

творческий дух инженерной мысли эпохи Возрождения.

2.2. Становление и развитие современной техники

На протяжении практически всего XVII в. главным источником энергии

оставался водяной двигатель. О его потенциальных возможностях

свидетельствует крупнейшая гидротехническая установка, сооруженная на реке

Сена в 1682 г. Она состояла из 13 колес диаметром по 8 м, служивших для

привода в действие более 200 насосов. С их помощью вода подавалась на

высоту до 160 м для обеспечения функционирования фонтанов Версаля –

грандиозного дворцово-паркового комплекса в пригороде Парижа. Вместе с

тем главным стимулом использования энергии воды служило растущее

фабричное производство. В большей степени это относилось к Англии, где

бурно развивалась текстильная промышленность.

К началу XVIII в. возможности гидравлического двигателя оказались

исчерпанными. Постоянный рост промышленного производства привел к

необходимости поиска новых источников энергии. Учитывая достижения

естественных наук того времени, можно с уверенностью сказать, что время

создания парового двигателя было исторически предопределено.

Действительно, в 1698 г. английский инженер Томас Севери сконструировал

первую в мире паровую машину. Единственным ее назначением была откачка

воды из шахт, поэтому за ней закрепилось название «Друг рудокопа».

Мощность машины составляла всего 3 л. с. (лошадиные силы). Она была

крайне неэкономичной и взрывоопасной. Эти недостатки попытался устранить

Томас Ньюкомен  в 1711 г. он создал пароатмосферную машину мощностью

8 л. с., которая потребляла втрое меньше топлива и имела в восемь раз

большую производительность труда, безопасность ее использования

гарантировал предохранительный клапан, через который выходил лишний пар.

Машины Ньюкомена получили довольно широкое распространение в Англии, а

затем  в Германии и Франции. Однако область их применения по-прежнему

ограничивалась процессом откачки воды.

Первый в мире универсальный паровой двигатель изобрел русский

механик И. И. Ползунов (1728 – 1766 гг.), он родился в Екатеринбурге в семье

рядового солдата. Окончив горнозаводскую школу, Ползунов стал трудиться на

уральских профильных предприятиях. За успехи в овладении специальностью

его перевели на Алтай в Колывано-Воскресенский горнопромышленный округ,

находившийся в ведении императорского кабинета. Работу на Барнаульском

заводе Ползунов совмещал с самообразованием. Он изучал труды М. В. Ломо-

носова и Д. Папена. Ознакомившись с изобретениями Т. Севери и Т. Нью-

комена, Ползунов решил создать принципиально новую паровую машину

непрерывного действия.

В апреле 1763 г. в канцелярию Екатерины II поступила докладная записка

с проектом данного изобретения. Непрерывность работы двигателя достигалась

автором путем применения двух цилиндров, поршни которых поочередно

передавали ход на общий вал. Такое решение проблемы стало революционным

переворотом в области прикладной механики, поскольку непрерывность

действия паровых машин способствовала их универсализации, т. е.

использованию в различных отраслях экономики. Однако приближенные

Екатерины II этого понять не смогли. Через семь месяцев вышел специальный

указ императрицы, в котором предписывалось наградить автора уникального

изобретения щедрой денежной премией и повысить его в чине. Между тем в

документе ничего не говорилось о необходимости промышленного внедрения

проекта Ползунова. Правда, один из пунктов указа гласил о желательности

командировать автора на учебу в Академию наук. В случае его исполнения

И. И. Ползунов вполне мог встретиться в Санкт-Петербурге с М. В. Ломоно-

совым, и тогда судьба русской паровой машины могла быть иной. В это время

Ломоносов сам занимался изобретательством. Он конструировал плавильную и

стекловаренную печи, пытался создать машину для получения атмосферного

электричества и громоотводное устройство, уделял внимание усовер-

шенствованию парового двигателя.

Местное начальство не нашло возможным отлучать И. И. Ползунова от

выполнения непосредственных обязанностей, не проявив серьезной

заинтересованности в его изобретении. Даже в такой ситуации Ползунов при

поддержке немногочисленных помощников все же собирает свою машину, но

проверить ее в действии не успевает. Испытание машины состоялось через

четыре дня после кончины механика. Проработав почти два месяца, она

принесла прибыль в 12 тыс. р. Затем котел дал течь, устранением которой

никто никогда не занимался. 21 июля 1768 г. комиссия Академии наук приняла

решение поместить машину Ползунова в кунсткамере, но и там она не

сохранилась.

За границей проект универсального парового двигателя появился в

начале 70-х гг. XVIII в. Он принадлежал английскому теплотехнику Джеймсу

Уатту. К 1778 г. в г. Сохо вблизи Бирмингема была построена паровая машина

с непрерывным вращательным движением. В 1781 г. это избретение получило

патент. Область применения универсальных паровых двигателей постоянно

расширялась. Они использовались для привода всевозможных станков на

предприятиях Англии. В 1785 г. там уже действовали 144 таких машины общей

мощностью 2009 л. с. Они получили распространение и в других странах

Европы.

В конце XVIII в. возникло вполне закономерное стремление использовать

паровой двигатель на транспорте. Первую попытку применить его для

передвижения по воде предпринял французский изобретатель Дени Папен. Он

изготовил паровую лодку, модель которой оказалась неудачной и развития не

получила. Более удачлив был Роберт Фултон. Находясь в США, он построил

колесное судно «Клермонт», приводимое в движение паровым двигателем

мощностью 20 л. с. В августе 1807 г. оно совершило рейс от Нью-Йорка до

Олбани протяженностью 280 км. Дальнейшее развитие пароходства стало

продвигаться довольно быстро. В 1813 г. появился первый пароход в России

под названием «Елизавета». Параллельно осуществлялись попытки

использовать паровой двигатель в наземном транспорте. В 1802 г. Ричард

Тревитик сконструировал и испытал автомобиль на паровой тяге, а через год

поставил его на рельсы. Получившийся паровоз мог вести состав с грузом до

10 т со скоростью 8 км/ч. Однако Тревитик так и не вошел в историю техники в

качестве основателя локомотивостроения.

Основоположником железнодорожного транспорта принято считать

английского инженера Джорджа Стефенсона (1781 – 1848 гг.). Он родился в

семье потомственных рабочих угольщиков Ньюкасла, где и сам начал

трудовую деятельность. Работая на шахте, он по собственной инициативе

изучил паровую машину, стал машинистом, занял должность механика. В 1814 г.

Стефенсон сконструировал и испытал свой первый паровоз, способный

передвигать восемь повозок массой 30 т со скоростью 6 км/ч. Его двигатель

имел два цилиндра и зубчато-колесную передачу. Через год появился второй

паровоз Стефенсона, в конструкции которого зубчатая передача была заменена

кривошипным механизмом, а также присутствовал конус для выхода

отработанного пара в трубу. Паровоз получил название «Блюхер» в честь

прусского генерала, победившего Наполеона при Ватерлоо.

В 1823 г. Стефенсон был назначен главным инженером компании по

строительству первой в мире железной дороги общего пользования «Стоктон 

Дарлингтон» протяженностью 53,6 км. Одновременно впервые в истории он

создает паровозостроительный завод в Ньюкасле, где состоялся выпуск нового

изобретения Стефенсона – паровоза «Локомоушен № 1» на подвесных

рессорах. Этот паровоз сразу поступил на линию «Стоктон  Дарлингтон», а 27

сентября 1825 г. состоялось открытие дороги. В 1829 г. очередной локомотив

Стефенсона «Ракета» принял участие в конкурсе достижений паровозостроения

в г. Рейхиле. «Бой паровозов», как называла этот конкурс пресса, закончился

победой «Ракеты», которая свободно тянула поезд весом 17 т со скоростью

21 км/ч. Этот локомотив после ряда усовершенствований мог достигать

невиданной для того времени скорости – 58 км/ч  и тем самым оправдывал

свое название.

Первый российский паровоз был создан отцом и сыном Черепановыми –

Ефимом Алексеевичем (1774 – 1842 гг.) и Мироном Ефимовичем (1803 –

1849 гг.), они происходили из крепостных крестьян Выйского завода на Урале.

Отец Ефима был простым чернорабочим. В послужном списке Е. Черепанова в

графе «Из какого звания и где обучался» значилось: «Из рабочего штата,

обучался при доме». С юного возраста он начал трудиться подсобником у

мастера воздуховных устройств. Еще тогда он попытался усовершенствовать

мехи, применявшиеся на Выйском заводе. К концу XVIII в. Е. Черепанов уже

сам становится «меховым мастером», а далее – широким специалистом горного

дела. В 1921 г. его командируют в Санкт-Петербург по служебным делам, затем

направляют в Англию, где он знакомится с новейшими техническими

достижениями. После возвращения на Урал Е. Черепанова назначают главным

механиком Нижне-Тагильских заводов. Однако еще до этого момента он много

внимания уделял совершенствованию парового двигателя, в чем активное

участие принимал его несовершеннолетний сын. В целом Черепановы

совместно создали 20 видов различных машин. Однако главным достижением

их инженерной мысли был паровоз.

Первый российский локомотив конструировался по собственным

образцам. Он изготавливался из материалов и деталей исключительно

отечественного производства. Создавалась по сути дела новая машина, что

было связано с определенным риском. Первое испытание паровоза закончилось

взрывом котла и травмами его изобретателей. Однако Черепановы продолжили

свое дело. В результате 11 июля 1834 г. на Выйском заводе Нижне-Тагильских

металлургических предприятий был пущен первый в России паровоз. Как

отмечалось тогда в журнале «Горное дело», этот «сухопутный пароход» мог

возить 200 пудов (3,3 т) руды и 40 пассажиров со скоростью от 12 до 15 верст в

час (13  16 км). Через год Черепановы выпустили свой второй паровоз. Его

мощность составляла 40 л.с., благодаря чему он был способен двигать состав

массой 16,4 т со скоростью 16 км/ч. За изобретательскую деятельность

крепостному механику Мирону Черепанову в 1833 г. была дарована вольная, а

через три года – его отцу, который кроме этого был награжден специальной

серебряной вазой. После смерти отца сын занял его должность главного

механика. Он стажировался в Петербурге, Москве, Швеции, но все это уже не

имело отношения к локомотивостроению. Ни власти, ни частные лица не

поддержали начинания Черепановых. Работы по совершенствованию

отечественных паровозов были остановлены. Однако именно Черепановы

стояли у истоков создания в будущем одной из ведущих железнодорожных

держав мира.

Применение паровой машины на производстве и транспорте обусловило

подлинную промышленную революцию XIX в. Механизмом, которому было

суждено коренным образом изменить жизнедеятельность людей в XX в., стал

двигатель внутреннего сгорания. Он явился плодом практического

использования законов термодинамики. Основная идея взрыва предварительно

сжатой смеси воздуха и горючего газа для осуществления вращения

принадлежала французскому инженеру де Роша. На ее основе Николаус Отто в

1876 г. создал газовый агрегат, работающий на малых оборотах. Бензиновый

двигатель внутреннего сгорания был сконструирован немецким механиком

Готлибом Даймлером. В 1895 г. он установил свое изобретение на велосипед. В

это же время Карл Бенц снабдил двигатель системой зажигания от

электрической искры и использовал его на трехколесной коляске. Однако

прототипом современного автомобиля принято считать четырехколесный

экипаж Даймлера, испытанный в 1889 г. Его конструкция была удобной и

прочной, а мощность превышала 1 л. с. Полтора десятилетия автомобили

оставались предметом роскоши, а с 1903 г. в США началось их массовое

производство благодаря Генри Форду. В нашей стране данный процесс начался

только в 1932 г. В настоящее время автомобильная промышленность

представляет собой одну из самых развитых отраслей мировой экономики.

Современные грузовики способны выдерживать длительную нагрузку в 100 т, а

некоторые гоночные машины развивают скорость до 1200 км/ч. Основные

усилия современных конструкторов направлены на улучшение комфортности,

дизайна, экономичности и экологичности автомобилей. Данная деятельность

осуществляется в условиях жесткой конкуренции и контроля. Если до

недавнего времени на мировом рынке доминировали машины известных фирм

Японии и Германии, то в 2005 г. самым комфортным массовым автомобилем

признан французский «Ситроен-Ксантия», а самым экологичным – «Рено-

Твинго», выпущенный компанией «Венко» в Швейцарии. В XXI в. ведется

поиск замены бензина и дизельного горючего принципиально новым топливом,

не вредным для окружающей среды. В 2002 г. ученые Валенсийского

университета в Испании запатентовала водородное топливо, а в Аргентине

работающий на нем автомобиль прошел испытание. Однако неэффективность

расхода такого горючего пока не позволяет делать далеко идущих выводов.

Нерентабельными на данный момент остаются и электромобили, но именно за

ними, как считают специалисты, будущее легкового транспорта.

Двигатель внутреннего сгорания помог человеку твердо обосноваться в

воздушном пространстве. Использование в этих целях паровой машины

оказалось неудачным. Так, в 1882 г. при испытаниях в Красном Селе самолету

А. Ф. Можайского удалось оторваться от земли и пролететь незначительное

расстояние. Однако на больше он не был способен. Стало очевидно, что

паровой агрегат и воздухоплавание несовместимы. Первыми это поняли

конструкторы из США братья Уилбер и Орвилл Райт. На основе

автомобильного двигателя они создали авиамотор и 17 декабря 1903 г. Орвилл

поднимается в воздух. Его полет не был продолжительным, но уже в 1905 г.

братья Райт на собственном самолете преодолели расстояние 32 км за 33 мин.

После этого последовательно возрастают дальность, продолжительность и

сложность полетов. 25 июля 1909 г. француз Луи Брелио покоряет воздушный

путь через Ла-Манш, а 9 сентября 1913 г. русский летчик Петр Нестеров

впервые в истории авиации совершает «мертвую петлю». Вскоре начались

регулярные рейсы гражданских самолетов, которые в 1920 г. налетали почти

5 млн км. Первый отечественный аэроплан АНТ-1 был построен в 1923 г., он

представлял собой спортивную конструкцию воздушного корабля. Через год в

СССР выпускается трехместный пассажирский самолет АК-1. Далее благодаря

конструкторским бюро А. Н. Туполева, Н. Н. Поликарпова, С. В. Ильюшина,

А. И. Микояна, А. С. Яковлева и других отечественное авиастроение неуклонно

развивалось. В первой половине 1980-х гг. в КБ О. К. Антонова был создан

суперлайнер АН-124 «Руслан» грузоподъемностью до 150 т, что приближается

к возможностям железнодорожного транспорта. В это же время выпускается

вертолет МИ-26, способный удерживать на борту более 20 т веса. После

распада СССР лидерство в авиастроении перешло к странам Запада. В

частности, эталоном современного аэробуса считается «Боинг-777»

производства США. Он представляет собой широкофюзеляжный самолет с

внешним диаметром корпуса 6,2 м и длиной 63 м. Лайнер рассчитан на

беспосадочную транспортировку 440 пассажиров на расстояние 12500 км.

Каждое из кресел самолета оборудовано персональным компьютером, мини-

телевизором, стереомагнитофоном.

В настоящее время отечественная авиапромышленность возрождается.

Появляются принципиально новые проекты аэромашин. В перспективе

российские конструкторы планируют провести испытание летательного

аппарата в форме тарелки, который должен заменить коммерческие лайнеры.

Это будет девятитонная машина, способная перевозить по воздуху 2000

пассажиров со скоростью 1000 км/ч. Тарелка сможет зависать на месте,

садиться как на сушу, так и на водную поверхность. Самолеты-амфибии

представляют новое направление современной инженерной мысли. В

частности, в апреле 1999 г. Российский федеральный институт промышленной

собственности выдал патент группе омских специалистов на уникальное

изобретение – многофункциональное преобразуемое транспортное средство.

Другими словами, авиастроителям из Омска П. Глинникову, А. Никипелову и

В. Гуржею удалось создать машину, одновременно совмещающую в себе

самолет, автомобиль и катер. Ее мощность – 300 л.с., максимальная скорость

полета – 270 км/ч, а предельно набираемая высота – 3000 м. Помимо этого

машина свободно передвигается по грунту и воде. Габариты амфибии