Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений

Владислав Пристинский

100 знаменитых изобретений

От автора

Вся история человечества, начиная с момента выделения человека из животного мира, есть непрерывная цепь изобретений. При утрате хотя бы одного звена могли бы потеряться все последующие.

Наши предки сумели расселиться по всей Земле от арктических льдов до пустынь и экваториальных лесов благодаря умению приспосабливаться к окружающей среде и преобразовывать ее сообразно своим интересам. Не давая оценки последствиям всех изменений, которые человечество совершило и продолжает совершать в своей среде обитания, в этой книге мы постарались дать панораму развития нашей цивилизации как цивилизации технической, связанной с развитием средств производства.

Попробуем коротко проследить развитие изобретений.

Первым орудием человека была палка, которую он использовал как рычаг и как орудие для охоты. Позже появились топор, нож, молоток, шило, иголка.

Первым механизмом, который позволял накапливать мышечную энергию человека с последующим мгновенным выбросом, стал лук. Затем для накопления потенциальной механической энергии с дальнейшим преобразованием ее в кинетическую начали применять пружину.

Первой технической революцией в истории человечества стало освоение поддержания и использования огня. Огонь дал начало многим отраслям человеческого знания. Без него были бы невозможны керамика и металлургия, термическая обработка продуктов, двигатели, преобразующие тепловую энергию в механическую.

Первыми материалами, которые применялись для изготовления орудий, были камень и дерево. Затем, благодаря отжигу глины, появился первый искусственный материал – керамика.

Вторая революция в истории человечества состояла в переходе от собирательства и охоты к оседлому существованию, в ходе которого люди начали выращивать злаки и другие растения, одомашнивать животных.

Развитие земледелия привело к появлению новых орудий для обработки земли, уборки урожая, обмолота и измельчения зерен. Люди изобрели мотыгу, серп, цеп для обмолота, ручной жернов для размола зерна.

Переход от охоты к земледелию потребовал замены звериных шкур, применявшихся в качестве одежды. Ею стали ткани. Сначала пряжу получали, скручивая волокна вручную, позже появились прядильная машина и ткацкий станок.

Важнейшим изобретением, оказавшим влияние на все отрасли техники, стало колесо. Его начали применять в транспортных средствах, гончарном круге, ручной мельнице.

Помимо передвижения по суше, человек освоил водную стихию. Это было необходимо для рыбной ловли и передвижения на большие расстояния. Здесь развитие шло от плотов из связок камыша к лодкам-однодревкам. Они управлялись жердями, затем веслами.

После каменных орудий человек стал осваивать металлы. Это стало возможным, когда уровень развития техники позволил получать излишки еды. Это привело к выделению специалистов, занимавшихся добычей руды, литьем и ковкой. Месторождения руд часто находились на большом расстоянии от потребителя. Так развитие металлургии привело к развитию обмена продуктами труда, что было невозможно без высокого уровня развития земледелия.

В этот период люди нашли замену собственной мышечной энергии. Они стали использовать животных. Кроме того, появились водяные мельницы, которые можно считать первыми машинами, преобразовывавшими энергию воды в энергию вращения колес.

Развитие знаний требовало фиксировать их для усвоения другими людьми, так как устная форма не обеспечивала их полного сохранения. Так возникла письменность, повлекшая за собой появление писчих материалов: папируса, пергамента, бумаги.

Совершенствование водных средств передвижения привело к появлению паруса. Это было бы невозможно без развития ткачества. Кроме того, для путешествий вдали от берегов требовался компас и географические карты.

Революционное значение в истории человечества имело освоение железа. Его большая распространенность, способность в процессе обработки образовывать с углеродом прочный и твердый сплав – сталь сделали железо незаменимым в производстве различных орудий.

Для измерения промежутков времени и определения текущего времени суток были созданы часы. Их развитие шло от солнечных, водных, песочных к механическим. Механические часы были достаточно совершенным механизмом и позволяли решать многие технические вопросы своего времени.

Техническая революция XVII–XVIII вв. потребовала новых источников энергии. Вместо древесного угля стал использоваться каменный. Появились паровые машины. Сначала они применялись на заводах для привода механизмов, а позже на их основе были созданы средства передвижения: паровой автомобиль, пароход, паровоз.

Возросшие требования к качеству металла и увеличению объемов выплавки способствовали появлению новых способов его обработки. В XVII–XVIII вв. возникли прокатные станы, молоты с механическим приводом, гидравлические прессы.

В XIX в. широкое применение нашел новый источник энергии – нефть. Продукты ее переработки – керосин, мазут и др. использовались для освещения, обогрева, производства новых материалов – пластмасс. Нефть и нефтепродукты стали использоваться как топливо в двигателях внутреннего сгорания. Эти двигатели имели ряд преимуществ по сравнению с паровыми – больший КПД и удельную мощность. Их развитие привело к появлению автомобилей и теплоходов.

В XIX в. началось развитие электроэнергетики. Был пройден путь от первых опытов с электричеством до создания тепло– и гидроэлектростанций. Возможность передачи электроэнергии на большие расстояния позволили провести электрификацию промышленных предприятий и домов. Электрический телеграф соединил страны и континенты информационным мостом.

В самом конце XIX в. было изобретено радио. Приемник Попова стал предшественником ламповых и полупроводниковых электронных устройств. Созданные в XX в. на их основе электронно-вычислительные машины позволили обрабатывать многократно выросшее количество информации.

В начале XX в. появилась авиация, прошедшая путь от аэроплана братьев Райт до реактивных сверхзвуковых самолетов. Именно авиация проложила дорогу к космическим кораблям.

Возросшие энергетические потребности во многом были решены благодаря появлению атомной энергетики.

На протяжении всей истории человечества его спутниками были болезни, многие из которых приобретали характер эпидемий. Защитой от них служили профилактические прививки и лекарства. Их применение позволило намного увеличить среднюю продолжительность жизни людей.

Сейчас основными направлениями, в которых ведутся исследования, являются разработки новых конструкционных материалов, развитие информационных технологий и поиск новых источников энергии.

Цель этой книги – осветить наиболее важные изобретения. Мы надеемся, что она позволит оценить масштабы пути, пройденного нашей цивилизацией, и побудит к более глубокому изучению затронутых в книге тем.

Авиация

Слово «авиация» происходит от латинского слова avis — «птица» и применяется для обозначения летательных аппаратов тяжелее воздуха.

Первые попытки обосновать возможность полета на таких аппаратах сделал Леонардо да Винчи в начале XVI в. Он создал несколько проектов аппаратов с машущими крыльями.

М. В. Ломоносов доказал возможность полета такого аппарата, создав модель вертолета с приводом от пружины.

В основе полета летательного аппарата тяжелее воздуха лежит закон, выведенный Д. Бернулли в 1738 г. Он заключается в том, что при увеличении скорости потока его давление на стенки сосуда уменьшается. Этот закон был сформулирован для жидкостей, но он справедлив также и для газов. Этот закон объясняет полет птиц: дело в том, что при полете их крылья изгибаются таким образом, что на их нижнюю часть действует подъемная сила, превосходящая силу тяжести, направленную в противоположном направлении.

Для возникновения подъемной силы крыло самолета должно иметь такую форму, чтобы воздух сверху и снизу обтекал его с разной скоростью – снизу медленнее, чем сверху. Этого можно достичь, сделав нижнюю плоскость крыла абсолютно плоской, а верхнюю – выпуклой. Регулирование подъемной силы можно осуществлять, изменяя угол между плоскостью крыла и потоком воздуха (угол атаки крыла). Подъемная сила увеличивается с увеличением этого угла.

Теоретические основы полета самолета впервые разработал англичанин Д. Кейли в начале XIX в. Он построил и испытал модель планера и полноразмерный планер.

В середине XIX в. начались практические работы по созданию самолета. Разрабатывались проекты самолетов с паровыми и реактивными двигателями, делались попытки полета на планере. Несмотря на это были осуществлены лишь непродолжительные полеты моделей и кратковременные полеты на планерах.