Техника до паровой машины
Тысячи лет, вплоть до изобретения паровой машины, люди свою технику (рычаги, вороты, молоты, прялки, ткацкие и токарные станки, мельницы и прочее) приводили в движение собственной силой, силой рабочих животных, силой ветра и падающей воды, а огонь в технике использовали лишь для плавки руды.
Первые доменные печи появились во второй половине XV века, они могли давать до 1600 кг чугуна в день. Но такое производство требовало огромного количества древесного угля, и в Европе в связи с этим были вырублены тысячи гектар леса. В 1619 году впервые был применен в плавке каменный уголь, но очищать уголь от серы и получать из него кокс научились только к 1735 году. Выплавленное железо имело рыхлую, ноздреватую форму, его поры были заполнены шлаком. Чтобы получить высококачественное железо и сталь, нужно было опять железо разогревать и ковать его предельно мощными ударами. Только хорошо прокованный металл годился для производства инструментов и оружия. Кузнец-мастер постукивал молоточком, куда нужно ударить и здоровенный молотобоец с размаху бил туда кувалдой. Так делались все изделия из металла. Черные от копоти кузницы, в отблесках пламени которых раздавались удары молотобойца, были во многих поселениях ещё и в начале XX века.
Человечество плодилось и множилось, всем надо было одеваться, рынок требовал много тканей. Крупным событием стало появление самопрялки, изобретенной Юргенсом в 1530 году. Эта прялка приводилась в движение ногами и освобождала для работы обе руки человека. В начале XVIII века был создан усовершенствованный ткацкий станок Кея, который значительно повысил скорость ткачества. В 1742 году Уайт соорудил вытяжную машину, она сразу пряла на 50 веретенах и приводилась в движение двумя ослами.
Изготовление линз из стекла позволило создать очки, телескоп и микроскоп. Первые очки изготовил в 1285 году мастер Сальвино Армати из Флоренции, он же наладил их производство. Телескоп сконструировал знаменитый итальянский ученый Галилео Галилей в 1610 году. Глядя в свой телескоп с 30-ти кратным увеличением, Галилей увидел много новых звезд, горы на Луне, спутники вокруг Юпитера, а на Солнце – пятна, и по их движению догадался, что Солнце вращается вокруг своей оси. Это было так поразительно, что многие ученые срочно принялись изготавливать телескопы и таращить в них глаза на бесконечный мир Вселенной.
В начале XVII века появился микроскоп. Голландский ученый Антони ван Левергук изготовил много разных микроскопов и, разглядывая в них все подряд, обнаружил огромный мир мелких живых существ, а также сперматозоидов в сперме человека и сильно удивился: вот откуда люди-то появляются!
Совершенствовался парусный флот. Испанские каравеллы, военные линейные корабли с несколькими батарейными палубами, быстроходные фрегаты и клиперы, шхуны, бриги, бригантины оснащались прямыми и косыми парусами, сложным такелажем и могли идти вперед не только при боковом, но даже при встречном ветре, меняя галсы. Подводную часть корпуса стали оббивать медью для лучшего скольжения по волнам.
Триумф парусного флота – чайные клиперы, на которых устраивались гонки из Индокитая в Европу: кто быстрее доставит чай и получит крупную премию. В 1866 году из Фучжоу, что на берегу Тайваньского пролива, вышли шесть клиперов. Сразу после старта началась лихорадка соперничества, на карту ставилось все. Один из клиперов «Ариэль» во время урагана много часов мчался вперед с сильным креном. Волны одна за другой перекатывались через палубу. Налетавшие шквалы грозили опрокинуть парусник в любое время. Но моряки не убрали ни один парус, «Ариэль» мчался словно одержимый. Шторм утих. Люди обнимались на радостях, капитан выставил бочку вина. Наконец, в туманной дымке стали вырисовываться берега Англии, победа была близка. Вдруг сзади показались белые паруса «Тайпинга», одного из соперников, который за 99 дней гонки ни разу не попался на глаза. Нужно было выжать все возможное, и на стонущий от нагрузки такелаж поставили последний парус. «Ариэль» пришел первым. Весь Лондон вывалил на причал. Моряков целовали, осыпали цветами и подарками.
Долго не сдавался парусный флот перед коптившими небо пароходами. На рубеже 1900-х годов появились даже железные парусники с мачтами и реями из стальных труб, но романтическая эра заканчивалась, наступал век железных монстров, грохочущих паровых машин.
Железные монстры
Первым создателем паровой машины (насоса) считается английский механик Джемс Уатт, который в 1769 получил на её изобретение своей первый патент. Затем Уатт разработал в 1782 году паровой двигатель двойного действия, который совершал не только поступательные, но и вращательные действия и годился для привода других рабочих машин. Такой двигатель уже мог применяться для движения различных устройств по земле, по воде и эта идея занимала умы многих изобретателей.
Первый пароход был сооружен американцем Фитчем, и паровая машина Уатта двигала на нем веслами на манер галер. На втором пароходе «Персеверанс» Фитч установил гребной винт и тем самым намного опередил свое время. В 1788 году «Персеверанс» уже совершал регулярные рейсы между Филадельфией и Бурлингтоном. Но его изобретение в то время не получило развития и погибло вместе с изобретателем.
Американский судья Лингвистон оценил возможности парохода и добился права на установление регулярного сообщения по реке Гудзон. Дело оставалось за малым, – у него не было парохода. Лингвистон во Франции встретился со своим соотечественником Фултоном, который тоже много думал над проектом парохода. В конце концов, пароход был построен и в 1803 году прошел испытания. Первым делом Фултон предложил пароход Наполеону, но тот не заинтересовался изобретением. В это же время в Шотландии Саймингтон построил пароход «Шарлота Дундас». Он прошел испытание на озере, развивая скорость 10 км/час, но тоже не заинтересовал англичан.
Фултон переехал в Нью-Йорк и в 1807 году по его проекту был построен пароход «Клермонт». Он имел 43 метра в длину, двигатель, мощностью 20 л. с. и приводился в движение лопастными колесами по обеим сторонам судна. «Клермонт» отправился в своей первый рейс по реке против течения. Фултон так писал об этом своему приятелю: «Я опережал все лодки и шхуны, и казалось, что все они стояли на якоре. Теперь полностью доказана пригодность силы пара для привидения в движение судов». В США началось строительство пароходов. В 1812 году на американских реках ходило уже 50 пароходов, а в 1816 году они появились и на Рейне. В 1819 году пароход «Саванна» впервые пересек Атлантический океан, правда большую часть пути он прошел под парусами, а машина работала лишь 85 часов.
На реках и на море наряду с белыми парусами появились чудовищные монстры, шлепающие своими колесами, из высоких труб которых валил черный дым. Вначале на них тоже были паруса, но не белые, а законченные полотнища. Возрастала мощность паровых машин и, соответственно, скорость пароходов. Началось строительство океанских лайнеров-гигантов. Один такой лайнер «Грейн-Истерн», длиной 207 метров наряду с огромным винтом имел ещё и два гребных колеса по бокам, его еле спустили на воду в 1858 году. Этот монстр в сутки пожирал 330 тонн угля и когда он пропорол об скалу своё днище на 25 метров, это даже не сказалось на его мореходных качествах. В 1897 году появились турбинные пароходы, скорость которых возросла до 34 узлов (63 км/час).
Паровоз и рельсы – разные истории. Рельсы давно применялись на рудниках, где тележки с рудой возили по ним лошади и ослы. Затем стали делать рельсовые дороги для пассажиров. Первая такая дорога на конной тяге была построена в 1801 году в Англии.
Первый паровоз создал английский изобретатель Ричард Тривайтик в 1804 году. При собственном весе 5 тонн этот паровоз тянул пять вагонеток общим весом 25 тонн со скоростью 8 км/час. Но, несмотря на такие хорошие характеристики, этот паровоз не вызвал интереса, так как на испытаниях по конной железной дороге он ломал чугунные рельсы, а стальные рельсы стоили дорого и хозяева рудника не захотели вкладывать в них деньги.
Были паровозы, двигавшиеся зубчатыми колесом, паровозы, которые отталкивались от земли «ногами», пока не сообразили, что ничего такого не надо – паровоз вполне может двигаться круглыми колесами по гладким рельсам. В Англии десятки механиков разрабатывали различные конструкции паровозов, но наиболее удачными оказались паровозы Джорджа Стефенсона. Начались вложения в железные дороги, и в 1825 году по Дарлингтон-Стоктонской дороге торжественно прошел первый поезд из 34 вагонов. В конкурсе на лучшую конструкцию паровоза победил локомотив Стефенсона «Ракета», который вполне можно считать совершенным паровозом. Началась эра паровозов и железных дорог. В России первый паровоз был построен в 1834 году отцом и сыном Черепановыми.
По железным дорогам Европы и Америки помчались железные машины, пыхтя паром, коптя дымом, устилая сажей леса и поля, пугая пронзительным свистом все живое вокруг. Они перевозили огромное количество грузов и пассажиров. Их преимущество перед живой тягловой силой было бесспорным. Железные дороги сетью покрывали страны и континенты, на их строительстве трудились сотни тысяч людей. Самая длинная в мире железная дорога, протяженностью 9188 километров – транссибирская магистраль от Москвы до Владивостока строилась 25 лет (начата в 1891 году и закончена в 1916 году). В первых железнодорожных составах были специальные вагоны для женщин, для курящих пассажиров и для священников.
Первым паровым автомобилем считается паровая телега, построенная французом Кюньо в 1769 году. Она передвигалась со скоростью 2–4 км/час, плохо слушалась руля и своими двумя лошадиными силами наезжала на заборы, дома и шарахающихся прохожих. В 1803 году Тривайтик создал свой паровой автомобиль с кочегаром на запятках, который шуровал в топке кочергой. Паромобиль двигался со скоростью 15 километров в час, с десятью пассажирами, вытряхивая из них души своей тряской, и приводил в восторг зевак на улицах Лондона. «Золотой век» паромобилей относится к 20–30 годам XIX века. Несколько десятков паровых омнибусов на пригородных маршрутах Лондона развивали скорость до 30 км/час, опережая почтовые дилижансы. Усовершенствованный паромобиль со спиральным котлом французского инженера Серполле уже развивая скорость до 100 км/час, и мог успешно конкурировать с бензиновым автомобилем. Однако слабым местом паромобилей было низкое КПД (5–7 %), что и определило их дальнейшую судьбу.
Бензиновый двигатель для промышленной стационарной установки создал 1883 году немецкий инженер Даймлер. Затем был изобретен карбюратор, и в конце XIX века стали распространяться четырехцилиндровые бензиновые двигатели, которые начали устанавливать на автомобили.
Первый автомобиль с бензиновым двигателем построил в 1864 году австрийский изобретатель Зигфрид Маркус, но слава изобретателей автомобилей принадлежит двум немецким инженерам Бенцу и Даймлеру. Конструкцию машины и двигателя к ней Бенц создавал 20 лет. С 1885 по 1893 год Бенц реализовал 69 автомобилей, а в 1900 году – уже 603, выпуск которых он наладил на своем заводе. Одновременно с Бенцем приступил к выпуску автомобилей Даймлер. В 1901 году был выпущен первый «Мерседес», названный так по имени дочери Даймлера, – красивая, элегантная и надежная машина, имевшая огромный успех. Одновременно построил свою первую машину французский инженер Жан Пежо. Началось стремительное развитие автомобилестроения и строительство дорог для них.
Издревле человек мечтая летать подобно птицам, изобретая различные конструкции. 9 августа 1709 года португальский монах Бартомомью Гусмао взобрался на башню Святого Георгия в Лиссабоне, уселся в диковинный аппарат, сплетенный из ивовых прутьев, обтянутый бумагой, и на глазах изумленной публики пролетел над центром португальской столицы. Инквизиция упрятала вольнодумца в застенок, но брат помог ему бежать.
Воздушный шар изготовили французы, братья Монгольфье и 21 ноября 1783 года на этом шаре с нагретым воздухом поднялись Пилар де Розье и маркиз д’Арланд на высоту 1000 метров. Их полет продолжался 45 минут. В то же время парижский профессор Жак Шарль изготовил шар, наполняемый водородом, и 1 декабря 1783 года сам поднялся на высоту 400 метров, летая в течение 2 часов. В январе 1785 году аэронавт Бланшар перелетел Ла-Манш на воздушном шаре из Англии во Францию, открыв тем самым эпоху воздушных путешествий.
В 1852 году появился первый дирижабль. Им пытались управлять с помощью весел, парусов и даже… птицами в специальных упряжках, пока изобретатель Анри Жиффар не установил паровую машину с пропеллером. Самый большой дирижабль изготовил в 1900 году немецкий изобретатель Фердинанд Цеппелин. Он совершал регулярные транспортные рейсы между городами Европы.
Первый аэроплан, который мог летать и управляться, создали братья Райт – владельцы велосипедной мастерской в американском городке Дейтоне. Они сами сконструировали аэроплан, изготовили двигатель и пропеллер к нему. 17 декабря 1903 года их аэроплан поднялся в воздух, пролетев 32 метра. Так родилась авиация. В 1907 году братья Райт получили от военного министерства США заказ на изготовление аэропланов, и основали в Нью-Йорке самолетостроительную компанию «Райт». Изготовлением аэропланов различных конструкций также одновременно занимались в Англии, Франция, Россия и другие страны. В 1909 году состоялись международные соревнования, этот год стал годом всеобщего триумфа аэропланов. Человек поднялся в воздух, гордо обозревая с высоты все, что он наделал на земле.
Электричество
Английский придворный врач В. Гилберт в свободное время натирал шерстью или мехом янтарь, алмаз, стекло и наблюдал, как после этого к ним притягивались мелкие предметы. Гилберт и название придумал этому явлению – электричество (от греческого названия янтаря – электрон).
Первая электростанция была построена в 1882 году под руководством Эдисона в Нью-Йорке для освещения города. Но к началу 90-х годов стало ясно, что мощные центральные станции следует строить в местах с дешевым топливом или на реках, где можно было получить дешевую электроэнергию. Это породило проблему передачи электроэнергии на большие расстояния, так как с увеличением расстояния создавались большие потери энергии в линиях электропередач. Имелось только два пути: либо увеличить сечения провода, либо повысить напряжение тока. Переменный ток оказался более удобным для передач, поскольку его можно легко трансформировать, то есть повышать напряжение на электростанции и понижать его в месте потребления. Множество проблем электротехники позволил разрешить трансформатор.
Тысячи лет люди темными ночами освещали мрак пламенем костра, факела и свечей. Наконец, человечество создало технический свет, чтобы днем и ночью продолжать свою бурную деятельность на Земле. Генератор и электродвигатель заменили паровые машины и сразу получили широкое распространение по все всему миру. Технику начала приводить в движение электромагнитная сила Земли, а также эманации Солнца и Луны (солнечные и приливные электростанции). Велик Человек своим разумом, поставив все на службу себе и благоустроив свою жизнь на планете, только не знает, откуда этот разум появился и к чему приведет.
Телеграф и телефон
Почта, доставляемая лошадьми по суше и кораблями по морю шла долго, о событиях в других странах, да и в одной большой стране люди узнавали через недели и месяцы. Человечеству крайне была нужна быстрая связь, но такая возможность представилась лишь с открытием электричества.
Ещё в 1809 году изобретатель Земеринг сконструировал электрохимический телеграф, когда на одном конце электролинии замыкали провод, а на другом конце возле той или иной буквы из электролита выделялись пузырьки воздуха. Так и надо было читать – по пузырькам. Такой телеграф не нашел применения, но развил дальше саму идею.
Первый, практически действующий телеграф изобрел в 1837 году американец Морзе, тот самый, который составил свою знаменитую азбуку из точек и тире. Морзе сам изготовил все детали телеграфа: ключ, замыкавший сеть, реле, пишущий прибор и прочее. Телеграф оказался удобным, простым устройством, и 24 мая 1844 года из Вашингтона в Балтимор, на расстояние 64 километра была отправлена первая в мире телеграмма. Однако неудобство заключалось в том, что читать точки и тире Морзе мог только специалист.
В 1855 году распространение получил буквопечатный аппарат Юза. Этот аппарат работал быстро, и опытный телеграфист передавал на нем до 40 слов в минуту. Земли Европы и Америки, а затем и других континентов стали покрываться телеграфными линиями. В 1847 году был проложен подводный кабель, соединивший Англию и Францию, а в 1866 году проложен и начал действовать подводный трансатлантический телеграфный кабель между Европой и Америкой.
Телефон. Создателем телефонного аппарата принято считать Александра Белла, хотя к его открытию одновременно подошли несколько человек. Профессор физиологии Александр Белл работал в Бостоне с плохо слышащими и страдавшими дефектами речи людьми. Однажды, когда его помощник вытаскивал из передаточного устройства пластину, Белл уловил едва заметное дребезжание. Впоследствии он выяснил, что пластинка замыкала и размыкала электрическую сеть. Так, по чистой случайности был открыт «эффект телефонии», буквально перевернувший мир.
Вскоре телефонный аппарат, представлявший собой кожаную мембрану с рожком для усиления звука был готов, и первый в мире телефонный разговор состоялся между Беллом и его помощником, находящимся в соседней комнате. Демонстрация телефона произвела на американские деловые круги настолько сильное впечатление, что это обстоятельство позволило изобретателю основать собственную «Телефонную компанию Белла». В 1877 году первая в мире телефонная линия связала канцелярию американского бизнесмена Уильдаса в Бостоне с его квартирой, а уже год спустя в городе Нью-Хейвене была установлена первая телефонная станция.
Первые телефонные аппараты питались от собственной электрической батареи, слышимость была неважная, да и радиус действия составлял менее 250 метров. Совершенствуя это дело, Белл применил передатчик (микрофон) из прессованного угля, что значительно увеличило радиус действия телефона. В 1878 году Томас Эдисон создал принципиально новый тип телефонного аппарата, введя в уже готовую схему индукционную катушку, сочетание которой с угольным микрофоном позволило существенно улучшить качество связи и обеспечить передачу звука на значительные расстояния.
С введением электрического питания от центральной батареи появились и центральные телефонные станции с десятками тысяч абонентских точек. На такой станции абоненты соединялись друг с другом вручную барышнями-телефонистками при помощи коммутатора, вплоть до введения в эксплуатацию автоматических телефонных станций (АТС) в 1930 году. Так человечество получило возможность днем и ночью непрерывно болтать о своих делах на Земле, и эта болтовня неслась по бесконечным проводам, сетью покрывших планету.
Изобретения для развлечений
Велосипед вначале был «беговой машиной» без педалей, и на нем с увлечением люди гоняли по беговым дорожкам, отталкиваясь от земли ногами. Барон Драйс фон Зауербронн приделал к этой беговой машине седло и в 1817 году на спор за четыре часа отмахал ногами расстояние 170 километров от Карсруэ до Келя. Француз Динер впервые назвал это машину «велосипед», то есть «быстроногий». Немецкий изобретатель Милиус создал в 1845 году велосипед с педалями на переднем колесе. Английский изобретатель Лоусон сделал в 1870 году цепную передачу от педалей на заднее колесо. Дублинский ветеринар Данлон в 1885 году снабдил колеса велосипеда своего сына пневматическими шинами из гуттаперчевого шланга и велосипед, наконец, принял современный вид. Так человечество общими усилиями создало себе прекрасную машину, которую не надо ни кормить, ни заправлять, а двигать лишь собственным «пердячим паром».
Фотография. В 1839 году в Париже было объявлено, что Дагер открыл способ проявлять и закреплять фотографические изображения, это вызвало большой интерес публики. Вскоре в продаже появились наборы для фотографирования по способу Дагера (дагерроскопия). Чтобы получить портрет этим способом, надо было неподвижно сидеть 20 минут на солнцепеке, не моргая при этом. Затем медную пластинку заменили стеклом с пленкой, со стекла переносили изображения на бумагу, покрытую хлористым серебром, меняли химические реактивы, добавляли линзы в фотоаппаратах и, в конце концов, человек стал иметь возможность получать своей отпечаток при жизни на Земле, чтобы и после смерти им могли любоваться. Однако застывший образ не передавал богатства жизни, и люди додумались все эти образы двигать, чтобы было похоже на правду. Реальность люди не любят, она тяжела и скучна, люди любят фантазии – веселые, страшные и переживательные, ну, как в кино.
Идею кинематографа первым воплотил в жизнь французский фотограф Огюстин Пренс. Он собрал аппарат с 16-ю объективами для съемки последовательных фаз движения, а также достиг проецирования заснятых изображений на экран аппаратом. Английский фотограф Уильям Фризе-Грин снял в 1889 году свой первый фильм и демонстрировал его на съезде фотографов. Братья Огюст и Луи Люмьеры в 1895 году запатентовали свой кинопроектор, а также киноаппарат и в том же году сняли десять коротких фильмов. Именно на их аппарат выпала самая громкая слава. Кинематограф Люмьеров демонстрировался во всех европейский столицах и имел колоссальный успех. В декабре 1895 году был открыт первый кинотеатр в Париже. Ранний кинематограф был очень несовершенный. Картины мигали, изображение прыгало, звука не было, но публика валом валили в кинотеатры, чтобы посмотреть на чужую жизнь, так как своя кажется слишком однообразной и скучной.
Люди любят музыку – грустные и печальные, веселые и бодрые, ритмичные, боевые и мелодичные звуки в зависимости от настроения. Издревле люди создавали себе различные музыкальные инструменты от свирели и барабана до современных синтезаторов и играли на них, скрашивая свою тяжелую жизнь на Земле. Полюбившуюся музыку хотелось бы слушать часто, но для этого её нужно было на чем-то записывать и воспроизводить.
В 1887 году Эмиль Берлинер взял патент на звуковой прибор – граммофон. Звуки записывались на диск, и с этого диска можно было получать копии. Проигрывание пластинок производилось на специальном устройстве – граммофоне с трубой, где стальная игла двигалась по слюдяной пластинке и снимала с неё звуки. Граммофон шипел, трещал, искажал звуки, однако за 10 лет распространился по всему миру. Потом появился патефон. К 1901 году уже было выпущено четыре миллиона пластинок. Так техника обеспечила людей музыкой во всех их творческих, печальных и радостных делах: в труде и отдыхе, в походах и войнах, в развлечениях и наслаждениях, скрашивая нелегкую земную жизнь.