Сухопутные парусные повозки.

Верхнебойное и горизонтальное колесо.

Главным показателем уровня, достигнутого любой цивилизацией, служат источники энергии и основные типы двигателей, которыми оно располагает. Оодним из основных двигателей оставалась мускульная сила людей (она приводила в движение рычаги станков, рукояти лебедок, подъемные механизмы, гончарный круг) и животных. Волы, лошади, ослы и мулы вращали тяжелые вороты, тянули вагонетки с рудой и углем, служили самым распространенным видом транспорта; на волах и лошадях пахали. (Даже в эпоху промышленной революции XVIII в. огромную прядильную машину с сотнями бобин и катушек все еще приводил в движение мул, бредущий по кругу, вращая двигатель, откуда и пошло ее название — «мюль-машина»).

Распространен был и мощный двигатель — водяное колесо, устанавливавшееся в потоке воды и вращавшее с помощью системы зубчатых передач мельничные жернова, поднимавшее кузнечные молоты, давильные прессы, помпы и насосы. Но его Европа знала с античности. Единственное новшество, которое внесли европейцы в XV — XVI вв. в конструкцию, «сработанную еще рабами Рима», — использование верхнебойного колеса. Оно приводилось в движение водой, предварительно поднятой с помощью запруд и желобов на высоту и падавшей сверху на лопасти с большей силой, что повышало мощность двигателя.

Мощность верхнебойных колес и их размеры достигали высшего предела в тех случаях, когда они предназначались для приведения в движение насосов, откачивавших большие массы воды.

Во Франции Р. Салем совместно с А. де Вилем в 1682 г. создали крупнейшую гидросиловую установку из 13 колес, диаметр которых достигал 8 м. Колеса приводили в действие 235 насосов, поднимавших воду из р.Сены на высоту 163 м. Эту систему, снабжавшую водой фонтаны королевских парков в Версале и Марли, современники называли «чудо Марли»

Другой, несколько меньшего размера установкой, была водопроводная станция в Лондоне (на Темзе), снабжавшая город водой.

С начала XVII в. появляется новый тип горизонтального колеса с ковшеобразными лопатками. Еще в начале XVI в. 1510 г. (возникает идея горизонтального водяного колеса, представляющего прототип современной гидротурбины. Зарисовки такого колеса имеются в черновых тетрадях Леонардо да-Винчи.

Все эти колеса применялись, как правило, в мельничных установках. Отличие нового типа гидравлического двигателя от старого заключалось в том, что в нем отдача энергии воды происходила постепенно, путем изменения скорости и направления

течения воды, а также —в том, что вода протекала по лопаткам, последовательно подвергавшимся воздействию со стороны воды. Эти качества турбины обеспечивали большую эффективность действия ее по сравнению с вертикальными колесами.

Изобретение парового двигателя и его триумфальное шествие с конца XVIII в. существенно снизило использование водяных колес в производстве.

 

Вязальная машина.

Самая первая вязальная машина была создана в Англии в 1589 году. Это был плоский ручной станок для вязания. Ее создателем стал Вильям Ли – помощник приходского священника.

Интересно, что вязание сначала было мужским ремеслом, и мужчины боролись с женской конкуренцией специальными договорами. В 1612 году Пражские чулочники заявили, что не примут на работу ни одной женщины!
Лишь позднее, когда вязание широко распространилось, им стали заниматься прежде всего женщины. К изобретению вязальной машины подтолкнула следующая история.

Невестой Вильяма была девушка из бедной семьи, которая вязала чулки на спицах и этим зарабатывала на жизнь. Вильям часами наблюдал за ее работой, смотрел, как образуются петли на спицах. Чтобы облегчить работу возлюбленной, он придумал станок. Эта вязальная машина получила название кулирной, так как для образования петель нить на станке изгибалась в петли, или кулировалась.

Английская королева Елизавета I отказала ему в патенте, так как чулки, связанные на этой машине, показались ей толще сшитых из шелка, и посоветовала изобретателю зарабатывать деньги честным трудом. Тогда Ли перебрался во Францию и в г. Руане основал первую механическую трикотажную мастерскую.

Сухопутные парусные повозки.

Осенью 1600 года принц Морис Оранский (Гаага Нидерланы) совершил необыкновенную прогулку по побережью Северного моря у города Схевенинген. На глазах изумленной публики правитель Нидерландов и 28 его приближенных прокатились на сухопутных парусных повозках. Тем, кому не хватило места в большой – двухпарусной, была предоставлена меньшая, однопарусная. Парусники имели четыре колеса, двигались исключительно силой ветра и со скоростью, достигающей 30 километров в час, что превышало скорость лошади. Но принца Оранского, большого любителя и знатока лошадей, это не огорчало. Уникальное транспортное средство, которое при дворе окрестили «гаагским чудом», представлялось поистине захватывающим развлечением. Изобрел его Симон Стевин, его личный советник по военным и финансовым делам. Фламандский математик, механик и инженер Симон Стевин был личностью выдающейся, многогранность его познаний и открытий столь поразительна, что имя его справедливо включено в список основателей того, что можно назвать цивилизацией Нидерландов. Огромное значение имеют его работы по оптике, географии, механике, геометрии, астрономии, физике, теории музыки. Причем, в то время, как в научных работах доминировала латынь, свои книги Симон Стевин публиковал на нидерландском языке, введя в обращение новый научный лексикон, большая часть которого используется по сей день. В трактате «Арифметика» он разрывает с античной традицией и уравнивает в правах иррациональные числа. С трактата «De Thiende» – «Десятая», опубликованного в 1586 году, и содержащего практическое описание арифметики десятичных дробей, в Европе началось широкое использование их в повседневной жизни, в частности, в системах мер и монетном деле. Научные изыскания Стевина всегда были ориентированы на практику и находили применение в навигации, кораблестроении, фортификации, военном искусстве, астрономии. Он изобрел также двойную бухгалтерскую регистрацию, известную, как дебет/кредит. А открытия Стевина в механике – по своей значительности едва ли не первые со времени Архимеда.

Сухопутный парусник создавался он исключительно для развлечения, известно, что с его помощью было налажено и несколько лет существовало регулярное сообщение между Схевенингеном и Петтеном – городами, находившимися друг от друга на расстоянии 60 километров. К слову, Стевин был не первым, кому пришла идея парусного наземного транспорта. Описание повозки на колесах, двигающейся под парусом при помощи ветра можно найти в даосских текстах VI века, автором которых считается император Юань Лян. О том, что китайцы использовали подобный транспорт, писал в 1585 году испанский миссионер Хуан Гонсалес де Мендоса, побывавший в Китае во время правления династии Мин. Сухопутные парусники изображались на китайских свитках и фарфоре. Их можно увидеть в первом географическом атласе «Theatrum Orbis Terrarum», составленном в 1570 году фламандским картографом Абрахамом Ортелиусом, и на картах Герарда Меркатора. Однако, на долгое время диковинный парусник Стевина в Европе был забыт, возникнув снова лишь в конце XIX века, когда в бельгийском городе Де-Панне, расположенном на побережье Северного моря, в 1898 году, братья Дюмон построили наземные яхты, предназначенные для спортивных состязаний.

 

Изобретение телескопа.

Мидделбург, столица Зеландии, в конце XVI века был одним из наиболее значительных городов Нидерландови центром стеклодувного дела. В 1581 году здесь была открыта первая стеклодувная печь в СеверныхНидерландах, имя мастера Говарт ван дер Хаеген. Начиная с 1590 года, в Мидделбурге сталираспространяться новые итальянские технологии изготовления стекла. Их усовершенствование в концеконцов и привело к созданию телескопа, хотя никаких новых физических принципов в Мидделбурге неизобретали. Позднейшая легенда, вероятно, не имеющая оснований, рассказывает, что Липперсгей увиделсвоих детей играющими с двумя линзами, выпуклой и вогнутой, и когда они сложили линзы, смоглирассмотреть башню церкви в деталях. После этого Липперсгей построил подзорную трубу.

25 сентября 1608 года Иоанн Липперсгей обратился в Штаты Зеландии, высший орган управленияпровинции, с просьбой дать рекомендательное письмо для Генеральных штатов объединённых провинций. Письмо было ему выдано, и между 2 и 6 октября при дворе Морица Оранского в Гааге Липперсгей провёлдемонстрацию действия своего изобретения, продемонстрировав, что с башни в Гааге можно прочестьпоказания часов на башне церкви в Делфте, на расстоянии примерно 15 километров. При демонстрацииприсутствовали многие дипломаты и государственные деятели, собравшиеся на переговоры о заключенииДвенадцатилетнего перемирия. Потенциальное военное значение изобретения было очевидно для зрителей. Липперсгей запросил финансовой помощи у Генеральных штатов, и получил 900 гульденов наусовершенствование технологии и подготовку десяти специалистов для армии. Запрос его на патент былотклонён в связи с тем, что и другие мастера, как Захарий Янсен из Мидделбурга и Якоб Метиус из Алкмарауже обладали экземплярами подзорных труб, а последний вскоре после Липперсгея подал в Генеральныештаты запрос на патент.

3 марта 1655 года городской совет Мидделбурга провёл расследование по вопросу приоритетаизобретения телескопа. Ни Янсена, ни Липперсгея к этому времени давно не было в живых. Два свидетеля, один из которых сын Янсена, подтвердили, что Янсен был изобретателем первого телескопа, в то время кактри других свидетеля указали на приоритет Липперсгея. Кроме того, совет установил, что первые телескопыначали изготовлять в Мидделбурге около 1605 года, и в скором времени их уже делали многие мастера. Большинство исследователей, учитывая также занятия Янсена фальшивомонетничеством, склонны считатьЛипперсгея изобретателем телескопа. Однако в 2008 году Нидерланды провели празднования 400-летияизобретения телескопа, на которых честь изобретения была поделена между Янсеном и Липперсгеем.

 

В Падуе (Италия) в это время уже был широко известен Галилео Галилей, профессор местного университета, красноречивый оратор и страстный сторонник учения Коперника. Узнав об этом, итальянский учёный, будучи хорошо осведомлён о законах оптики, сам сконструировал зрительную трубу 7 января 1610 года. Телескоп Галилея состоял из двух линз - выпуклой (объектив) и вогнутой (окуляр. Меняя линзы, учёный смог достичь 30-кратного увеличения. Галилей называл свое изобретение «окуляром».

Современник Галилея немецкий учёный Иоганн Кеплер изобрёл в 1611 г. телескоп, в котором и объектив, и окуляр представляли собой двояковыпуклые линзы. В 1613 г. по схеме Кеплера свой телескоп построил немецкий астроном Кристоф Шейнер.

Вскоре многие учёные стали обзаводиться собственными телескопами. Некоторые из них достигали 30-40 м в длину. Самым большим был телескоп астронома Озу, созданный в 1664 году, который был длиной 98 метров и давал увеличение в 600 раз. В 1663 г. шотландский математик и астроном Джеймс Грегори предложил использовать в телескопе вместо одной из линз зеркало. Впервые телескоп такой конструкции удалось изготовить в 1668 г. англ. учёному Исааку Ньютону.

 

Паровая турбина.

Самый быстроходный двигатель — паровая турбина. Она дает до 30000 оборотов в минуту.

Колесо паровой турбины похоже на мельничное колесо. Разница та, что его лопатки имеют вид ложек и поставлены косо, как у водяной турбины. К колесу, а иногда к целому ряду таких колес, посаженных на общий вал, подведены паропроводные трубы, бьющие мощной струей пара на лопатки и заставляющие турбину вращаться с огромной скоростью. image Еще в 1629 году римский механик Бранка изобрел „толчею" (рис. 83). В описании было указано, что она приводится в движение струей пара, ударяющего по лопастям колеса. Но первые турбины, подобные машине Бранки, обладали ограниченной мощностью, поскольку паровые котлы не были способны создавать высокое давление Колесо Бранка предназначалось для привода ткацких станков, однако вследствие малой производительности и очень низкой экономичности эта турбина не получила промышленного применения.

Иван Иванович Ползунов — механик завода в Барнауле (на Алтае) — во второй половине XVIII века создал проект (в 1763 году). и построил, впервые в мире, паровую машину (1766) Молодого специалиста послали на Колывано-Воскресенские заводы Алтая, где добывали золото и серебро для казны. Для большинства операций, которые выполнялись в те времена на заводах, в качестве источника энергии использовалась физическая сила рабочих или лошадей (современный человек, знающий, что мощность его автомобиля измеряется в лошадиных силах, обычно не задумывается, что употребляться этот термин стал именно на промышленных предприятиях, где ими измерялись затраты сил на конкретные операции). Ползунов искал природную силу, которая могла бы заменить мускулы. На ум приходили только ветер и вода. Ветер не годился потому, что давал слишком мало энергии, которую можно было бы с пользой применить в заводских работах. Бурные алтайские и уральские реки предлагали куда более заметную мощь — на многих из российских заводов источником энергии для работы воздуходувных мехов и молотов, кующих металл, служило именно водяное колесо. Однако недостатки этого приспособления были очевидны еще в XVIII веке: строить заводы и фабрики можно было только вблизи крупных рек, что накладывало ограничения на масштабы производства, вдобавок создавая дополнительные расходы на транспортировку материалов — руды, дров и т.п.

Однако вода способна двигаться не только в русле реки — с помощью огня ее можно было заставить бежать по трубам с огромной силой. Помыслы Ползунова заняла «огненная машина», которая могла бы заменить водяное колесо.

К весне 1766 года Иван Ползунов с четырьмя учениками построил машину на Барнаульском заводе на Алтае. Она имела поистине циклопические размеры — была высотой с трехэтажный дом, а некоторые детали весили 2,5 тонны. Работала она так: вода нагревалась в котле, склепанном из металлических листов, и, превратившись в пар, поступала в два трехметровых цилиндра. Поршни цилиндров давили на коромысла, которые соединялмсь с мехами, раздувавшими пламя в рудоплавильных печах, а также с водяными насосами-распределителями. Наличие двух поршней позволяло сделать процесс работы непрерывным. Была предусмотрена автоматическая подача в котел подогретой воды.

Вот только сам Ползунов в действии свое детище так и не увидел — более года трудясь над чертежами, а затем над самой машиной, изобретатель подорвал свое здоровье и подхватил чахотку, лекарства от которой в те времена не было. Он скоропостижно скончался 6 (27) мая 1766 года в возрасте всего 38 лет.

23 мая 1766 года, через неделю после смерти талантливого изобретателя, машина начала работать.

 

Маятниковые часы.

Впервые мысль применить маятник в простейших приборах для измерения времени пришла великому итальянскому ученому Галилео Галилею. Сохранилось предание, что в 1583 г. девятнадцатилетний Галилей, находясь в Пизанском соборе, обратил внимание на раскачивание люстры. Он заметил, отсчитывая удары пульса, что время одного колебания люстры остается постоянным, хотя размах делается все меньше и меньше. Позже, приступив к серьезному изучению маятников, Галилей установил, что при малом размахе (амплитуде) раскачивания (всего несколько градусов) период колебания маятника зависит только от его длины и имеет постоянную длительность. Такие колебания стали называть изохронными. Очень важно, что при изохронных колебаниях период колебания маятника не зависит от его массы. Благодаря этому свойству маятник оказался очень удобным прибором для измерения небольших отрезков времени. На его основе Галилей разработал несколько простых счетчиков, которые использовал при проведении своих экспериментов. Но из-за постепенного затухания колебаний, маятник не мог служить для измерения длительных промежутков времени.

Создание маятниковых часов состояло в соединении маятника с устройством для поддержания его колебаний и их отсчета. В конце жизни Галилей стал конструировать такие часы, но дальше разработок дело не пошло. Первые маятниковые часы были созданы уже после смерти великого ученого его сыном. Однако устройство этих часов держалось в строгом секрете, поэтому они не оказали никакого влияния на развитие техники. Независимо от Галилея в 1657 г. механические часы с маятником собрал Недерладнский механик Гюйгенс. В первых часах Гюйгенса размах маятника достигал 40-50 градусов, что неблагоприятно сказывалось на точности хода. Чтобы компенсировать этот недостаток, Гюйгенсу пришлось проявить чудеса изобретательности. В конце концов он создал особый маятник, который в ходе качания изменял свою длину. Часы Гюйгенса обладали несравнимо большей точностью. Их суточная погрешность не превышала 10 секунд.

 

Электрическая машина.

Первый крупный сдвиг, который произошел в учении об связан с именем магдебургского бургомистра Отто фон Герике (немецкий физик)

Герике в 1663 году построил первую электрическую машину. Она представляла собой шар из серы. Расплавленной серой наполняли полый стеклянный шар, который, когда сера застывала, разбивали. Сквозь шар из серы пропускали железную ось и помещали на особом стакане так, что его можно было вращать вокруг оси. На вращающийся шар нажимали рукой, и он наэлектризовывался трением.

 

С этой первой электрической машиной Герике сделал несколько важных открытий. Шар из серы электризовался гораздо сильнее, чем кусок янтаря, с которым экспериментировал Гильберт. Он установил, что существует не только электрическое притяжение, но и электрическое отталкивание. Так было замечено, что пушинка сначала притягивалась наэлектризованным шаром, но затем, прикоснувшись к нему, отталкивалась. Он удерживал пушинку в воздухе, вынимая шар из станка и держа его под пушинкой.

Герике заметил, что пушинка, коснувшаяся наэлектризованного шара из серы, притягивалась его собственным телом, например, носом. Но коснувшись его, она снова притягивалась шаром из серы.

Затем Герике наблюдал, что эта электрическая сила может распространяться по льняной нитке. Он прикрепил такую нитку, длиной в один локоть, к деревянной палочке и приблизил к ее верхнему концу натертый шар из серы. Теперь нитка могла притягивать легкие предметы своим нижним концом, как будто ее наэлектризовали.

Когда Герике электризовал шар в темной комнате, на руке, которая натирала шар, был виден отчетливый, хотя и слабый свет, и этот свет сопровождался особым шумом – потрескиванием. При электризации серного шара всегда был слышен легкий треск.

Герике провел еще один интересный опыт. Он водил электризованный шар вокруг пушинки, подвешенной к нитке. Пушинка поворачивалась за шаром, оставаясь обращенной к нему всегда одной и той же стороной.

В течение первой половине XVIII в. электростатическая машина претерпела ряд усовершенствований: шар из серы был заменен стеклянным, так как стекло более интенсивно электризовалось, а позднее вместо шаров или цилиндров (которые труднее было изготовить и при нагревании они нередко взрывались), стали применять стеклянные диски.

Важным новым элементом конструкции машины стал кондуктор (1744 г.) — металлическая трубка, подвешенная на шелковых нитях, а позднее устанавливаемая на изолирующих опорах. Кондуктор служил резервуаром для сбора электрических зарядов, образованных при трении.