Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
В 1760 г. московский купец Мальцов получил дозволение устроить стеклянный завод для выработки хрустальной и стеклянной посуды, также зеркального, каретного и оконного стекла. Этот завод стал родоначальником известных впоследствии Мальцовских заводов.
Вплоть до середины XIX в. стекло варили в тиглях. В 30-х годах XIX в. в России появились первые ванные печи для промышленного производства стекла.
В 1856 г. Фридрих Сименс изобрел регенеративную стекловаренную печь. В ней отработанные газы подогревают камеры предварительного нагрева, облицованные огнеупорными материалами. Как только эти камеры достаточно раскалятся, в них подают горючие газы и необходимый для их сгорания воздух. Возникающие при горении газы равномерно перемешивают расплавленное стекло, иначе перемешать тысячу тонн вязкого расплава было бы далеко не просто. Температура в регенеративной печи достигает 1600 °C. Позже такой же принцип был применен для плавки стали.
Современная стекловаренная печь – это печь непрерывного действия. С одной стороны в нее подаются исходные вещества, которые благодаря легкому наклону пода движутся, постепенно превращаясь в расплавленное стекло, к противоположной стороне (расстояние между стенками печи около 50 м). Там точно отмеренная порция готового стекла поступает на охлаждаемые валки. На всю длину стометрового участка охлаждения тянется стеклянная лента шириной в несколько метров. В конце этого участка машины режут ее на листы нужного формата и размера для зеркал или оконного стекла.
Следующим значительным этапом в развитии производства листового стекла был метод машинной вытяжки стекла, который разработал Эмиль Фурко в 1902 году. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи наружу через прокатные вальцы в виде непрерывной ленты и поступает в шахту охлаждения, в верхней части которой режется на отдельные листы. Машинный способ производства стекла был усовершенствован в дальнейшем в первой половине XX в. Из самых современных способов следует выделить так называемый метод Либбея-Оуэнса и Питтсбургский метод.
Самым последним этапом в производстве стекла был запатентованный в 1959 году разработанный английским изобретателем Пилкингтоном флоат-метод. При этом процессе, который можно приравнять к открытиям, стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Огромным преимуществом флоат-метода, по сравнению со всеми предыдущими методами, является, кроме всего прочего, более высокая производительность, стабильная толщина и бездефектность стекла, а также качество поверхности.
Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. В нем не найти кристаллов. Не существует в нем и резкого перехода при какой-то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). Расплавленное стекло (стекломасса) в большом интервале температур остается твердым. Если принять вязкость воды за 1, то вязкость расплавленного стекла при 1400 °C составляет 13 500. Если охладить стекло до 1000 °C, оно станет тягучим и в 2 млн раз более вязким, чем вода. (Например, нагруженная стеклянная трубка или лист со временем прогибаются.) При еще более низкой температуре стекло превращается в жидкость с бесконечно высокой вязкостью.
Главная составляющая стекол – диоксид кремния SiO2, или кремнезем. В наиболее чистом виде он представлен в природе белым кварцевым песком. Диоксид кремния кристаллизуется при переходе от расплава к твердому состоянию сравнительно постепенно. Кварцевый расплав можно охладить ниже его температуры затвердения, и он при этом не станет твердым. Существуют другие жидкости и растворы, которые также можно переохладить. Но только кварц поддается переохлаждению настолько, что теряет способность к образованию кристаллов. Диоксид кремния остается тогда «свободным от кристаллов», то есть «жидкообразным».
Перерабатывать чистый кварц было бы слишком дорого, прежде всего из-за его сравнительно высокой температуры плавления. Поэтому технические стекла содержат лишь от 50 до 80 % диоксида кремния. Для понижения точки плавления в состав таких стекол вводятся добавки оксида натрия, глинозема и извести. Получения определенных свойств достигают добавками еще некоторых химических веществ.
Знаменитое свинцовое стекло, которое тщательно шлифуется при изготовлении чаш или ваз, обязано своим блеском присутствию в нем около 18 % свинца.
Стекло для зеркал содержит преимущественно дешевые компоненты, снижающие температуру плавления. В больших ваннах (как их называют стекловары), вмещающих более 1000 т стекла, сначала расплавляют легкоплавкие вещества. Расплавленная сода и другие химические вещества растворяют кварц (как вода поваренную соль). Таким простым средством удается перевести диоксид кремния в жидкое состояние уже при температуре около 1000 °C (хотя в чистом виде он начинает плавиться при гораздо более высоких температурах). К большой досаде стекловаров, из стекломассы выделяются газы. При 1000 °C расплав еще слишком вязок для свободного выхода газовых пузырьков. Для дегазации его следует довести до температуры 1400–1600 °C.
Открытие особой природы стекла пришло лишь в XX в., когда ученые во всем мире стали проводить крупномасштабные исследования атомарной и молекулярной структуры разных веществ посредством рентгеновских лучей.
Сейчас выпускают большое количество видов стекла. По назначению различают: строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклянные блоки), тарное стекло, техническое стекло (кварцевое, светотехническое, стекловолокно), сортовое стекло и др.
Изделия из стекла могут люминесцировать под воздействием различных видов излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовое излучение.
Танк
Появление танка на полях Первой мировой войны кардинально изменило течение войн в XX веке. К середине века танки стали основной ударной силой сухопутных войск в развитых странах мира.
Строительство танков явилось логическим следствием технического прогресса, соединением в одно целое брони, мощного пушечного и пулеметного вооружения, компактного и экономичного двигателя внутреннего сгорания и гусеничного движителя, обеспечивающего повышенную проходимость.
Первый проект вездеходной бронированной машины был разработан капитаном французской армии Левассером в 1903 году. В 1913 году поручик Гюнтер Бурштынь представил австрийскому военному министерству свой проект колесно-гусеничного танка. На проект была наложена резолюция: «Человек сошел с ума».
Замечательный проект гусеничной машины был разработан младшим сыном великого русского химика Д. И. Менделеева Василием Дмитриевичем. В 1911–1915 годах он работал над проектами боевых машин. Один из них представлял боевую машину весом около 170 тонн, вооруженную 120-миллиметровой пушкой и пулеметом, установленным во вращающейся башенке.
В этом проекте предлагались решения, воплощенные значительно позже, – пневматическая подвеска, опускание корпуса на грунт во время выстрела, пневматические сервоприводы для основных механизмов, дублированные механическими приводами. Но реализовать все это в 1911 году не представлялось возможным.
В августе 1914 года в Ставку Верховного главнокомандующего обратился изобретатель А. А. Пороховщиков с проектом бронированной машины «Вездеход». В нем рассматривались два варианта – с одной гусеницей и двумя. Ввиду простоты был принят первый вариант. Это был аппарат массой 3,5–4 тонны. Экипаж машины должен был состоять из 2 человек. На испытаниях «Вездеход» показал скорость до 25 верст и хорошую проходимость. Но в конце 1915 года военные прекратили финансирование работ.
А тем временем шла Первая мировая война. Еще в Русско-японскую войну 1904–1905 годов в войсках появилось большое количество автоматического оружия, повысилось качество артиллерии. Генеральные штабы и военные теоретики предполагали, что будущая война будет маневренной, скоротечной и продлится несколько месяцев. Но реальность опрокинула все их ожидания. После непродолжительного маневренного периода началась затяжная позиционная война. Массовое применение пулеметов в сочетании с проволочными заграждениями, траншеями и т. д. настолько усилило оборону, что, несмотря на многодневные артподготовки, небольшое продвижение вперед стоило тысяч и тысяч жизней.
В октябре 1914 года в Великобритании был поднят вопрос о строительстве самоходных фортов, способных передвигаться по пересеченной местности через окопы и проволочные заграждения.
Обращение к военному министру Китченеру осталось без ответа. Но эти проекты поддержал Первый лорд Адмиралтейства (морской министр) Уинстон Черчилль. Военные штаба английских войск во Франции изложили основные требования к машине: это должна быть сравнительно небольшая сухопутная машина с противопульной броней, способная преодолевать воронки диаметром до 4 метров и проволочные заграждения, развивать скорость не менее 4 км/ч, иметь экипаж до 6 человек, пушку и 2 пулемета.
