3W.SU
100 великих изобретений

100 великих изобретений

јннотаци€

 

 нига посв€щена 100 великим изобретени€м. ¬ ста очерках автор правдиво и детально рассказывает о нелегком пути, который прошла пытлива€ человеческа€ мысль. «100 великих изобретений» Ч уникальна€ книга, в которой развитие человечества показано через историю великих изобретений: от первых примитивных орудий труда до современных компьютерных сетей. ¬ ста очерках автор правдиво и детально рассказал о нелегком пути, который прошла пытлива€ человеческа€ мысль. ¬ книге также помещена подробна€ технологическа€ таблица, котора€ содержит все упом€нутые в книге открыти€ и изобретени€.

 

ѕ–≈ƒ»—Ћќ¬»≈

 

ƒраматический путь, пройденный человечеством с глубокой древности до наших дней, можно представить различным образом, можно описать его как вереницу великих событий, как серию биографий выдающихс€ де€телей, можно отразить этот путь через историю философии, литературы или искусства, через историю войн и еще многими другими способами. » каждый из них будет по?своему увлекателен и поучителен. „итатели и поклонники серии «100 великих», выпускаемой издательством «¬ече», уже имели много случаев убедитьс€ в этом.

¬ данной книге развитие человечества показано через историю его великих изобретений. ¬ ста небольших очерках, каждый из которых посв€щен какой?то €ркой страничке человеческой изобретательности, мы постарались правдиво и увлекательно рассказать о нелегком пути, который прошла пытлива€ человеческа€ мысль от первого примитивного оруди€ труда Ч ручного рубила Ч до мира современных компьютерных сетей.  аждому, кто захочет теперь вместе с нами повторить это замечательное путешествие, мы постараемс€ в небольшом предисловии кратко поведать о том, что его ожидает.

ѕрежде всего, наверное, надо ответить на вопрос: какие изобретени€ и почему следует считать великими. ѕризнаемс€ сразу Ч мы сто€ли перед трудным выбором, реша€, какой из многочисленных образцов человеческого гени€ достоин зан€ть место в списке «самых?самых», а какой Ч остатьс€ за его пределами. ¬ конце концов был избран следующий критерий: открытие только тогда следует считать величайшим, когда последстви€ от его внедрени€ сопровождались видимыми и значительными изменени€ми в жизни человеческого общества. ѕри таком подходе самый большой удельный вес в нашей книге получили изобретени€ в сфере транспорта (18 изобретений). »м посв€щены главы: «¬есло и лодка», « олесо и повозка», «ѕарус и корабль», « аравелла», «јэростат», «ѕароход», «ѕаровоз», «Ќефтепровод», «¬елосипед», «јвтомобиль», «“еплоход», «јэроплан», «ѕодводна€ лодка», «“урбореактивный самолет», «¬ертолет», «Ѕаллистическа€ ракета», « осмический корабль» и «ќрбитальна€ станци€». Ќесколько уступают «транспортным достижени€м» открыти€, которые можно условно объединить темой «оруди€ труда» (14 изобретений) –ассказы об этих выдающихс€, на наш взгл€д, достижени€х можно найти в главах: «–убило», «–уко€тка», «ѕр€лка и ткацкий станок», «√ончарный круг», «–ычаг, блок и наклонна€ плоскость», «ћельница», «ћеханические часы», «ѕр€дильна€ машина», «—уппорт», «ѕаровой молот», «ѕрокатный стан», «√идравлический пресс», «Ѕутылочный автомат» и «–обот» Ќа третьем месте (10 изобретений) оказались достижени€ в сфере освоени€ новых материалов (главы «—верление, пиление и шлифовка камн€», «Ѕронза», «∆елезо», «Ѕумага», «ƒоменна€ печь», «Ћита€ сталь», «∆елезобетон», «Ёлектролиз алюмини€», «—интетический каучук» и «ѕластмассы»), а на четвертом 8 изобретений в сфере энергетики (главы «ѕарова€ машина», «Ёлектрогенератор», «√идротурбина», «ѕарова€ турбина», «√азовый и бензиновый двигатель», «Ёлектродвигатель», «ƒизель» и «јтомна€ электростанци€»). Ќе забыты нами военное дело (главы «ѕорох», «¬интовка», «јтомна€ бомба» и пр.); сфера информации (главы « нигопечатанье», «Ћинотип», «»нтернет» и др.); св€зь (главы «“елеграф», «“елефон», «“елевидение» и пр.); электроника (главы «Ёлектронна€ лампа», «“ранзистор», «»нтегральна€ микросхема», «ѕерсональный компьютер» и др.); приборы (главы « омпас», «“елескоп», «ћикроскоп»); электротехника («Ёлектрическа€ лампочка», «“рансформатор», «јккумул€тор»); звукозапись («√раммофон» и «ћагнитофон»); фото Ч и киносъемка (главы «‘отографи€» и « инематограф»); сельское хоз€йство («ћотыжное земледелие», «ѕлуг», «“рактор»).  роме того, читатель найдет в этой книге очерки «–адар», «Ћазер», «¬ычислительна€ машина», «јвтопилот», «ƒинамит», «—пички», «Ѕурение на нефть» и некоторые другие, на наш взгл€д, охватившие основные области человеческой де€тельности. ћы, впрочем, не собирались сводить все достижени€ изобретательской мысли только к технократическим открыти€м. ƒве главы в книге («ќспопрививание» и «ѕенициллин») относ€тс€ к медицине. ¬ главе «ѕоточное производство» речь идет о научной организации труда. ≈сть и некоторые другие «нетехнические» главы (например, «ѕисьменность»).

¬торой немаловажный вопрос: что, собственно, надо считать «изобретением»? —огласитесь, что ответить на него можно по?разному. ќдни скажут, что изобретение Ч это выдвижение самой идеи, изложение принципа. ƒругие подразумевают под изобретением создание работающей модели. “ретьи Ч внедрение этой модели в производство. ƒела€ разные акценты, можно по?разному рассказывать историю любого изобретени€. Ѕлизок к этому и другой извечный вопрос: кто €вл€етс€ автором изобретени€? »бо нет, наверное, такого великого изобретател€, который не имел бы своих предшественников, потому что ничего, как известно, не рождаетс€ на пустом месте. Ќаконец, еще одна немаловажна€ деталь Ч до какой степени должны мы углубл€тьс€ в рассказ об изобретении, то есть где кончаетс€ «изобретение» и начинаетс€ то, что зоветс€ «усовершенствованием». ѕрежде чем изложить принципы, которыми мы руководствовались в нашем изложении, позволим сослатьс€ на слова одного из самых выдающихс€ изобретателей конца XIX и начала XX века Ч “омаса јльвы Ёдисона. ¬ одном из своих интервью Ёдисон призналс€: «Ћегко делать удивительные открыти€, но трудность состоит в усовершенствовании их настолько, чтобы они получили практическую ценность». ¬с€кий, знакомый с историей техники, согласитс€, что это именно так. » пусть никого не ввод€т в заблуждение рассказы о внезапных озарени€х, чудесных совпадени€х и удивительных удачах, которые будто бы случались с некоторыми великими изобретател€ми. ¬се это не более, чем досужие домыслы. ƒа, мы знаем, что ”атт будто бы «изобрел» свою паровую машину во врем€ прогулки, увидев, по его собственным словам, «как пар вырывалс€ из окна прачечной». Ќо мы так же знаем, что он потратил потом более дес€ти лет каждодневного упорного труда, прежде чем сумел наладить серийный выпуск этих машин. ѕотому что одного «принципа действи€» еще мало. » когда дело дошло до реального пара, реального металла и реальных машин, все оказалось совсем не так просто, как могло показатьс€ вначале. ћы знаем также, что ћорзе изобрел все части своего знаменитого телеграфного аппарата всего за две недели, пока плыл на корабле из ≈вропы в јмерику. Ќо сколько неудач и разочарований ожидало его в последующие годы, пока он сумел воплотить свою идею в реальную схему! » сколько еще сил и средств пришлось ему потратить, прежде чем он сумел доказать, что его телеграфный аппарат Ч не игрушка, а нужна€ и полезна€ вещь. ћы знаем, как удивительно повезло изобретателю телефона Ѕеллу, когда из?за ошибки его помощника, чинившего контакт, ему открылс€ простой способ преобразовани€ звуковых волн в электрические, и наоборот. Ќо не стоит забывать, что это произошло ни с кем?нибудь другим, а именно с Ѕеллом после многолетней работы над проблемой телефонной св€зи. Ёти примеры можно продолжать и продолжать, вывод будет один: изобретателем по праву должен считатьс€ не тот, кто сделал «удивительное открытие», а тот, кто придал ему «практическую ценность». ћы, кстати, невольно признаем это: говор€, что такое?то изобретение сделано тем?то или тем?то, мы тем самым переносим на одного человека достижени€ его предшественников и современников (а этих последних мы, увы, забываем; справедливо или не справедливо Ч это другой вопрос). ” всех на €зыке имена √алиле€, ”атта, ћодсли, —тефенсона, ‘ултона, ћорзе, ћаркони, «ворыкина, —икорского, Ѕрауна или  оролева. Ёти люди по праву считаютс€ величайшими изобретател€ми, хот€ прекрасно известно, что зрительными трубами пользовались до √алиле€, что паровые машины работали до ”атта, что суппорт примен€ли до ћодсли. Ќи дл€ кого не секрет, что паровозы (и очень неплохие) строили до —тефенсона, а пароходы Ч до ‘ултона. ћы знаем, что телеграфы функционировали до ћорзе, что принцип радио был уже известен до ћаркони, что телевизоры показывали до «ворыкина, вертолеты летали до —икорского, а ракеты брали старт до Ѕрауна и  оролева (и что их собственные ракеты никогда бы не стартовали без усилий подчиненных им мощных научных коллективов). » тем не менее это ничего не мен€ет. ќгромна€ заслуга конкретно этих и многих других «признанных великими» изобретателей перед человечеством заключаетс€ в том, что, вз€вшись за какую?то (быть может, даже чужую) неразработанную идею, они упорным трудом, преодолев множество затруднений, довели ее до такого состо€ни€, когда дл€ всех стала очевидна ее «практическа€ ценность». »менно этот акт мы и принимаем в дальнейшем за «изобретение» в подлинном смысле этого слова. „то же касаетс€ вопроса о том, до какой «степени совершенства» того или иного изобретени€ следует доводить рассказ, то мы обычно останавливались на той стадии, когда дело доходило до серийного выпуска и начала массового применени€. ѕосле этого, на наш взгл€д, изобретение уже перестает быть изобретением, а делаетс€ объектом «усовершенствовани€». (“ак, например, историю кинематографа мы доводим до возникновени€ первых кинотеатров, историю радио Ч до начала коммерческого использовани€ радиотелеграфа дл€ св€зи через јтлантический океан, историю телевидени€ Ч до возникновени€ первых систем центрального вещани€, историю аэроплана Ч до перелета Ѕлерио через Ћа?ћанш, историю ракет Ч до полетов первых спутников, хот€, разумеетс€, истори€ кино, радио, телевидени€, ракетостроени€ или авиации этим периодом не исчерпываетс€, она продолжаетс€ и сопровождаетс€ многими новыми замечательными изобретени€ми, вот только к числу величайших их уже отнести нельз€.)

Ќаконец, последнее, о чем хотелось сказать Ч это о принципах самого изложени€ и отбора материала. ѕон€тно, что, вз€вшись описывать, по сути дела, всю историю техники, мы имели дело с огромным объемом материала, которого с избытком хватило бы на несколько книг. ѕоневоле приходилось от чего?то отказыватьс€, о чем?то говорить короче, о чем?то лишь упоминать по ходу дела. ќднако при всем этом во всех очерках четко и последовательно выдержана главна€ цель этой книги: €сно, пон€тно, доходчиво, но без упрощений рассказать о действии и устройстве каждого из описываемых изобретений. ≈сли у кого?то есть желание и потребность лучше пон€ть логику и красоту окружающей нас техногенной цивилизации, то эта книга (мы надеемс€ на это) послужит дл€ него хорошим руководством. ѕочему загораетс€ спичка?  аким образом стрел€ет пулемет?  ак парусный корабль может плыть против ветра? ѕочему не падает самолет?  ак наводитс€ на цель ракета? „то такое пластмасса?  ак работают часы?  ак устроены роботы? „то такое »нтернет? ѕочему телескоп приближает, а микроскоп увеличивает?  ак действует прививка против оспы?  ак работает атомный реактор?  ак записываетс€ звук на пластинку и как на магнитную ленту?  ак считает Ё¬ћ? ќбо всем этом и о многом, многом другом можно узнать из этой книги. ћы предвидели, что нашими читател€ми могут стать люди далекие от техники и несколько подзабывшие о том, что было написано в школьных учебниках. ѕоскольку без понимани€ некоторых физических или химических процессов невозможно разобратьс€ в принципе действи€ многих устройств и механизмов, мы постарались €сно и сжато изложить необходимые сведени€ там, где это требовалось. ј так как наша главна€ задача состо€ла в объ€снении главных принципов устройства без излишней детализации, нам удалось обойтись минимальным количеством формул, притом самых простых. ¬ конце книги приложена подробна€ хронологическа€ таблица, в которой отмечены все упом€нутые в книги изобретени€ и открыти€.

¬от и все, о чем мы хотели предупредить. ќстаетс€ пожелать только при€тного и познавательного чтени€.

 

1. –”Ѕ»Ћќ

 

Ќа прот€жении многих тыс€челетий своей начальной истории люди не знали употреблени€ металлов. ќсновным материалом дл€ изготовлени€ первых орудий труда служил камень, и именно с обработкой камн€ св€заны первые великие открыти€ в истории человечества. Ќе из каждого камн€ можно сделать хорошее орудие труда. —амые ранние были изготовлены из гальки, значительно позже человек освоил кремни. Ѕерега морей, русла рек, особенно русла горных потоков, богаты галькой разных размеров, форм, цветов и пород. ќбкатанна€ форма этих камней очень удобна дл€ захвата их рукой. ѕоэтому именно овальные уплощенные гальки послужили древнему человеку материалом дл€ изготовлени€ его первого рабочего инструмента Ч ручного рубила. ƒл€ работы требовалось два камн€: один (более м€гкий) служил заготовкой, а другой (из более твердых пород) Ч дл€ нанесени€ ударов. ќбивка начиналась с узкого конца. ѕосле первого удара на поверхности заготовки образовывалось углубление в виде раковины. ќно служило как бы ударной площадкой дл€ дальнейшей обработки. ћастер продолжал оббивать грани скола то с одной, то с другой стороны камн€. — каждым новым ударом возрастало число ударных площадок, и заготовка постепенно принимала необходимую форму.

–абота эта требовала большого терпени€, сосредоточенности и сноровки. Ћюбой удар был своего рода творческим актом. ¬с€кий неправильно сделанный скол приводил к тому, что заготовка портилась, и обработку надо было начинать сначала. ≈стественным желанием человека было избежать этого непри€тного результата. ѕоэтому техника обработки камн€ постепенно усложн€лась. ¬ажный шаг на этом пути был сделан, когда в употребление вошел новый инструмент Ч отбойник, игравший роль современного долота или тесла. ¬ качестве него использовалс€ острый твердый камень или рог благородного олен€, отличавшийс€ большой твердостью. ѕриложив отбойник к нужной точке заготовки и удар€€ по нему другим камнем или дерев€нной колотушкой, мастер мог гораздо точнее координировать силу и направление удара. ѕри этом скол получалс€ длинным и тонким, а изделие принимало более правильную форму.

Ќо чтобы окончательно подчинить себе материал, человек должен был освоить технику, котора€ позвол€ла снимать лишние слои камн€ буквально по миллиметрам. ѕри такой точности можно было придать заготовке любую задуманную форму. Ёто сделалось возможным, когда ударную технику стали дополн€ть отжимной. ѕридав несколькими ударами камню подход€щий вид, мастер откладывал колотушку и начинал действовать отбойником как стамеской, снима€ лишний материал тонкими сло€ми. Ћюбопытно, что эта работа совершенно не под силу современному человеку, который выжимает на динамометре в среднем не более 60 кг. ƒл€ того чтобы успешно справл€тьс€ с отжимной техникой, рука человека должна была быть по крайней мере в шесть раз сильнее. »менно такова была мощь неандертальца, который, по расчетам ученых, не уступал в силе нынешней горилле.

–учное рубило было первым великим изобретением древнего человека, значительно облегчившим его жизнь. ѕри помощи рубила, держа его различно, то за тупой, то за острый конец, можно было растирать и размельчать растительную пищу, соскабливать и очищать кору, раздробл€ть орехи, отдел€ть корни и ветви, взрыхл€ть землю в поисках корнеплодов, убивать мелких животных. ќно представл€ло из себ€ универсальный инструмент со множеством разнообразных функций. ќдновременно с рубилом на службе человека оказались отщепы от кремн€ Ч различные остри€, проколки, древнейшие скребла. Ётот нехитрый инструмент позвол€л человеку освежевать тушу, разрезать шкуру, разделить м€со на куски.

 

2. ќ√ќЌ№

 

Ћюди рано открыли полезные свойства огн€ Ч его способность освещать и согревать, измен€ть к лучшему растительную и животную пищу. «ƒикий огонь», который вспыхивал во врем€ лесных пожаров или извержений вулканов, был страшен и опасен дл€ человека, но, принес€ огонь в свою пещеру, человек «приручил» его и «поставил» себе на службу. — этого времени огонь стал посто€нным спутником человека и основой его хоз€йства. ¬ древние времена он был незаменимым источником тепла, света, средством дл€ приготовлени€ пищи, орудием охоты. ќднако и дальнейшие завоевани€ культуры (керамика, металлурги€, сталеварение, паровые машины и т.п.) об€заны комплексному использованию огн€.

ƒолгие тыс€челети€ люди пользовались «домашним огнем», поддерживали его из года в год в своих пещерах, прежде чем научились добывать его сами при помощи трени€. ¬еро€тно, это открытие произошло случайно, после того как наши предки научились сверлить дерево. ¬о врем€ этой операции происходило нагревание древесины и при благопри€тных услови€х могло произойти воспламенение. ќбратив на это внимание, люди стали широко пользоватьс€ трением дл€ добывани€ огн€.

ѕростейший способ состо€л в том, что брались две палочки сухого дерева, в одной из которых делали лунку. ѕерва€ палочка клалась на землю и прижималась коленом. ¬торую вставл€ли в лунку, а затем начинали быстро?быстро вращать между ладон€ми. ¬ то же врем€ необходимо было с силой давить на палочку. Ќеудобство такого способа заключалось в том, что ладони постепенно сползали вниз. ѕриходилось то и дело поднимать их вверх и снова продолжать вращение. ’от€, при известной сноровке, это можно делать быстро, все же из?за посто€нных остановок процесс сильно зат€гивалс€. √ораздо проще добыть огонь трением, работа€ вдвоем. ѕри этом один человек удерживал горизонтальную палочку и давил сверху на вертикальную, а второй Ч быстро?быстро вращал ее между ладон€ми. ѕозже вертикальную палочку стали обхватывать ремешком, двига€ который вправо и влево можно ускорить движение, а на верхний конец дл€ удобства стали накладывать кост€ной колпачок. “аким образом, все устройство дл€ добывани€ огн€ стало состо€ть из четырех частей: двух палочек (неподвижной и вращающейс€), ремешка и верхнего колпачка. “аким способом можно было добывать огонь и в одиночку, если прижимать нижнюю палочку коленом к земле, а колпачок Ч зубами.

 

3. –” ќя“ ј

 

¬ажным достижением человека стало освоение составных орудий. »х по€вление произвело насто€щую революцию в технике каменного века.

ƒолгое врем€ ручное рубило и палка существовали и использовались раздельно. —оединив их с помощью жил или ремешков кожи, люди получили принципиально новое орудие Ч каменный топор, сделавшийс€ вскоре важнейшей принадлежностью первобытной жизни. “опор позвол€л в несколько раз увеличить силу удара камнем. ћногие производственные операции, представл€вшие до этого значительную трудность (прежде всего, валка деревьев, заготовка дров и все работы, св€занные с обработкой дерева), стали теперь сравнительно простыми.  онечно, первому топору было еще очень далеко до современного, но прогресс по сравнению с бытовавшим до этого ручным рубилом был огромен. »звестный специалист по технике каменного века профессор —еменов установил, что при замене рубила примитивным каменным топором скорость рубки возрастала в дес€ть раз. ѕоэтому нисколько не преувеличивают те, кто утверждают, что по€вление руко€тки составило эпоху в истории человечества. ћожет показатьс€, что мысль о соединении камн€ с палкой очень проста. ќднако это не так. –уко€тка представл€ла собой довольно сложное и трудное дл€ человека изобретение. ѕоэтому составные оруди€ по€вились достаточно поздно.

ѕосле изобретени€ топора иде€ составного оруди€ нашла себе самое широкое применение в других инструментах. —оединив острый каменный наконечник с длинной палкой, человек получил копье Ч мощное оружие первобытных времен. »ме€ в руках копье, он мог смело выходить на бой даже с самым сильным зверем. ”же на ранней своей истории копь€ стали делитьс€ на т€желые и легкие. ѕоследние использовали дл€ метани€ (дл€ легкости каменный наконечник на них обычно замен€ли кост€ным) Ќар€ду с топором копье сделалось важнейшим, хот€ и не единственным орудием первобытного человека. ќсобым родом составных орудий стали так называемые вкладышевые инструменты.   их изготовлению человека подтолкнуло наблюдение за тем, что в работе всегда принимает участие лишь незначительна€ (ее так и называют Ч рабоча€) часть инструмента. ѕоэтому вовсе не об€зательно делать орудие целиком каменным. —оедин€€ различным способом каменные пластинки с дерев€нной ручкой, древний человек получил многие прообразы современных режущих, колющих и строгающих инструментов. ќни были намного удобнее и практичнее прежних и к тому же позвол€ли экономить кремний, который был распространен далеко не везде и из?за своей твердости т€жело поддавалс€ обработке. Ќовые инструменты имели и то важное преимущество, что после износа рабочей части достаточно было только заменить кремневую пластинку, а не изготовл€ть все орудие целиком.

 

4. Ћ”  » —“–≈Ћџ

 

  важнейшим составным вкладышевым оруди€м относ€тс€ лук и стрелы. »х изобретение тоже составило эпоху в истории человеческой мысли. ѕо меркам каменного века лук был очень сложным орудием, и его создание сродни гениальному озарению. ƒействительно, все предшествовавшие усовершенствовани€ орудий труда происходили в результате каждодневной де€тельности человека и самым непосредственным образом проистекали из нее. ƒругое дело лук и стрелы. —в€зь между распр€мл€ющейс€ веткой и смертоносной стрелой, стремительно унос€щейс€ вдаль, вообще говор€, не очевидна и не лежит на поверхности. —оздание лука требовало значительных умственных способностей, острой наблюдательности и большого технического опыта.

ќсновные элементы лука были известны задолго до его изобретени€. „еловек уже пользовалс€ стрелой, котора€ представл€ла собой вариант предельно облегченного копь€, используемого дл€ охоты на мелкую дичь и птицу. — другой стороны, люди посто€нно наблюдали за тем, как при сгибании веток или молодых деревьев накапливалась энерги€, а при разгибании Ч освобождалась. (ѕредполагают, что это свойство широко использовалось дл€ устройства примитивных ловушек.) ќднако лук по€вилс€ лишь после того, как древний мастер придумал ст€гивать согнутую ветку с помощью тетивы Ч крепкого шнура, свитого из жил или волос. ѕосредством тетивы стало возможным передать стреле энергию разгибающейс€ ветки. Ётим был достигнут колоссальный прогресс в сфере охоты. ѕущенна€ с помощью лука стрела летела значительно дальше, чем даже при самом сильном броске рукой, и попадала в цель с исключительной точностью. ѕо€вилась возможность охотитьс€ на таких животных, которые прежде были совершенно недоступны дл€ первобытного охотника. ≈го добычей сделались и быстроногие пугливые олени, и птицы, и мелкие пушные зверьки. — изобретением лука охота надолго стала основной отраслью хоз€йства древнего человека. ќднако лук стал примен€тьс€ не только как метательное орудие. —пособность нат€нутой тетивы издавать звук определенного тона была подмечена и использована при изготовлении первых струнных инструментов. ¬ажно было и другое принципиальное открытие, с помощью лука оказалось возможным передавать и преобразовывать движение. “ак лук стал частью примитивного сверлильного приспособлени€, получившего широкое распространение и сыгравшего очень важную роль в технике каменного века.

 

5. ¬≈—Ћќ » Ћќƒ ј

 

ћожно назвать несколько причин, подтолкнувших человека к освоению водной стихии. ƒревние люди часто переходили с одного места на другое и должны были во врем€ своих странствований тащить на себе свои пожитки. —тара€сь облегчить эту непростую работу, они стали задумыватьс€ о средствах передвижени€ и прежде всего научились использовать в своих интересах силу воды.  роме того, в местах, которые находились на берегу морей или больших рек, богатых рыбой, плавательные средства были необходимы дл€ рыбалки.

ѕервым плавательным средством древних был плот. Ћюди давно заметили, что стволы деревьев не тонут в воде. —в€зав их между собой и вооружившись длинным шестом они отважились на первые плавань€ вдоль берега. ѕлот был неповоротливым и т€желовесным сооружением, но он вполне годилс€ дл€ транспортировки больших грузов, особенно если плаванье происходило вниз по течению. Ќа глубоких местах, где шест не доставал до дна, люди научились управл€ть плотом с помощью гребной доски (возможно, эту идею подсказали наблюдени€ за водоплавающими птицами).

ќднако плот не мог удовлетворить все потребности человека, который очень часто испытывал нужду в небольшом, легком и маневренном плавательном средстве. “аким в конце концов стала дерев€нна€ долблена€ лодка. ≈е прообразом также было бревно. »сследу€ способы преодолени€ водных преград отсталыми австралийскими племенами, ученые в общих чертах восстановили основные этапы превращени€ бревна в лодку. “ак, если туземцу требовалось переправитьс€ через реку, он отрубал каменным топором часть ствола легкого дерева, очищал его от ветвей, потом ложилс€ на бревно и плыл, работа€ ногами. Ќекоторым усовершенствованием этого простейшего плавательного снар€да было заострение бревна. —ледующим шагом может считатьс€ стесывание горбыл€, ведь на плоской стороне было удобнее лежать пловцу. —обственно лодкой бревно стало после того, как люди начали выдалбливать или выжигать в нем углубление дл€ гребца. ќдновременно шло развитие гребли. ƒл€ перемещени€ вдоль берега человек мог пользоватьс€ шестом, но дл€ того чтобы плавать по глубоким местам, ему потребовалось особое приспособление Ч весло. ќно развилось постепенно из гребной доски и уже в очень древние времена прин€ло современный лопатообразный вид.

»зготовление даже небольшой долбленой лодки с помощью каменных инструментов требовало значительных и напр€женных усилий. ѕоэтому в тех местах, где от лодки не требовалось большой прочности и грузоподъемности, долбленки были совершенно вытеснены из употреблени€ легкими лодками, сшитыми из коры. ѕостроить такую лодку было намного проще. јккуратно отделив кору от дерева, мастер тщательно выскабливал и конопатил ее. ѕотом концы куска сшивались и св€зывались корн€ми, швы обрабатывались смолой. ƒл€ жесткости внутри корпуса устанавливали несколько распорок. ”мелый мастер мог изготовить такую лодку всего за несколько часов. Ќа севере, где не было дерева, подобные лодки научились делать из шкур, а в качестве остова примен€ли жесткий китовый ус.

“аким образом около 12 тыс€ч лет назад в обиход наших предков вошла весельна€ лодка. „еловек стал осваивать водную среду и получил в свое распор€жение первое в истории транспортное средство передвижени€.

 

6. —¬≈–Ћ≈Ќ»≈, ѕ»Ћ≈Ќ»≈ » ЎЋ»‘ќ¬ ј  јћЌя

 

ѕо мере усложнени€ хоз€йственной де€тельности человек стал испытывать нужду в более совершенных инструментах с тщательно отделанными лезви€ми. »зготовление их требовало новых приемов в обработке камн€. ќколо восьми тыс€ч лет назад люди освоили технику пилени€, сверлени€ и шлифовки. Ёти открыти€ были настолько важны, что вызвали насто€щую революцию в развитии общества, названную неолитической революцией.

ѕилить человек научилс€ тогда, когда заметил, что зазубренный нож режет лучше, чем гладкий.  ак известно, действие пилы основано на том, что ее резцы, или зубь€, при движении полосы последовательно проникают в материал и снимают в нем слой определенной глубины. ѕолучаетс€ как бы система ножей. ƒревнейша€ дошедша€ до нас примитивна€ пила была целиком изготовлена из кремн€. –абота на ней требовала больших физических усилий, но позвол€ла успешно справл€тьс€ с распилкой дерева и кости. ѕиление камн€ отнимало еще больше времени и сил. ќно развивалось постепенно, однако только в эпоху неолита эта техника получила широкое распространение. ѕилой обычно служила кремнева€ зубчата€ пластинка, под которую подсыпали смоченный водой кварцевый песок. ѕиление редко было сквозным. ќбычно мастер делал только глубокий надпил, а затем рассчитанным ударом дерев€нной колотушки разламывал камень на две части. Ѕлагодар€ пилению люд€м стали доступны правильные геометрические формы изделий, что было очень существенно при изготовлении инструментов.

ќдновременно с пилением развивалась техника сверлени€ камн€. Ётот прием был очень важным при изготовлении составных инструментов. Ћюди давно заметили, что самые удобные и прочные топоры получаютс€ тогда, когда руко€тка плотно забиваетс€ в отверстие самого топора, а не прив€зываетс€ к нему. Ќо как сделать правильное отверстие в твердом камне? ќтвет на этот важный вопрос был многие тыс€челети€ скрыт от человека.  ак и в случае с пилением, древние мастера освоили сначала сверление м€гких материалов. ¬ древнейшие времена, когда человеку нужно было сделать отверстие в дереве или кости, он прибегал к выбиванию. ѕо крайней мере, именно таким способом еще недавно делали отверсти€ некоторые примитивные народы. ¬озможно, что именно при этой операции, враща€ в отверстии каменный пробойник, древний мастер обнаружил, что высверливание требует гораздо меньших усилий. —верление имело еще и то важное преимущество, что позвол€ло делать отверстие в твердых и хрупких материалах. ѕервое сверло, по?видимому, представл€ло собой обыкновенную палку, к концу которой было приделано каменное острие. ћастер просто катал ее между ладоней.

«начительный сдвиг в сверлении произошел после того, как в неолитическую эпоху был изобретен лучковый способ, при котором вращение сверла достигалось за счет поворота лука. ќдной рукой мастер покачивал лук, а другой прижимал сверло сверху. «атем каменное сверло стали замен€ть полой костью животного крупного диаметра. ¬нутрь нее засыпалс€ кварцевый песок, игравший роль абразива. Ёто было принципиальное и очень важное усовершенствование, значительно расширившее возможности сверлени€. ¬ ходе работы песок постепенно просыпалс€ из полости сверла под кра€ коронки и медленно истирал просверливаемый камень. ѕоскольку успех сверлени€ во многом зависел от силы нажима, позже стали примен€ть искусственные ут€желители.

 огда же пиление и сверление было дополнено шлифовкой, древний человек полностью овладел всей технологией обработки камн€. ќтныне дл€ него не было ничего невозможного Ч он мог придавать изделию любую желательную форму и при этом грани всегда оставались гладкими и ровными. —ущественное отличие шлифовки камн€ от других способов обработки заключалось в том, что можно было удал€ть материал очень малыми и ровными сло€ми, причем одновременно со всей поверхности заготовки. Ѕлагодар€ этому открылась возможность создавать инструменты правильных геометрических форм с гладкой поверхностью. Ўлифовка позвол€ла обрабатывать материал любой формы, строени€ и твердости. Ќа ранних этапах заготовку, видимо, просто шлифовали о шершавый камень. «атем между заготовкой и шлифовальным камнем стали подсыпать кварцевый песок. Ёто заметно ускорило процесс обработки. Ќаконец, был освоен процесс мокрой шлифовки, когда шлифовальную плиту обильно и часто поливали водой. “аким образом врем€ шлифовки даже очень твердой заготовки сократилось до нескольких часов (так, по наблюдени€м —еменова, на изготовление шлифованного топора из нефрита уходило до 25 часов непрерывной работы). ƒл€ окончательной отделки и полировки древние мастера в некоторых местах примен€ли очень мелкий пемзовый порошок, который наносили с помощью кусочка кожи. »скусство полировки доходило до такой высоты, что в некоторых местах практиковалось производство каменных зеркал, вполне пригодных дл€ употреблени€ (на √авай€х такие зеркала делали из базальта, в доколумбовской ћексике Ч из обсидиана). Ўлифование и полирование €вились последними звень€ми в длинной цепи истории обработки камн€.

Ќовые приемы обработки позволили человеку освоить более твердые породы камн€: нефрит, жадеит, €шму, базальт, диорит и т.д. Ёти материалы были более удобны дл€ изготовлени€ инструментов, в которых использовалась сила удара (например, топоров), чем хрупкий кремень.   тому же кремень был совершенно непригоден дл€ сверлени€ и плохо поддавалс€ шлифовке.

 

7. ћќ“џ∆Ќќ≈ «≈ћЋ≈ƒ≈Ћ»≈

 

— древнейших времен одним из основных зан€тий человека было собирательство. ѕод этим словом современные ученые подразумевают сбор съедобных сем€н, орехов, фруктов, корней, личинок, €иц и т.п. ќсновным орудием при собирательстве была толста€ палка?копалка, один конец которой был заострен и обожжен на огне дл€ прочности. Ќо уже в очень древние времена нар€ду с ней стала употребл€тьс€ палка с поперечным сучком, более удобна€ дл€ копани€ земли. ¬ этом орудии можно видеть прообраз мотыги. ѕозже рабочую часть такой палки стали делать из рога или кости. Ќаконец по€вились каменные мотыги, насаженные на дерев€нную ручку. Ётим орудием можно было вскапывать землю, переворачивать ее и разбивать комь€.  огда люди перешли к культурному возделыванию растений, мотыга на прот€жении нескольких тыс€челетий оставалась главным сельскохоз€йственным инструментом земледельца.

ќднако путь от простого сбора съедобных растений и плодов до сознательного возделывани€ земли и выращивани€ культурных растений был несказанно долгим и раст€нулс€ на сотни тыс€ч лет. ќдна из наиболее ранних земледельческих культур на земле сложилась около 9?8 тыс€ч лет до –.’. на территории ѕалестины. –аскопки в горах  армел дают основание утверждать, что местные жители не только систематически собирали дикий €чмень, но и производили посевы. ќднако можно предположить, что в тропической зоне сознательное земледелие возникло еще раньше. »зучение таких культурных растений, как бананы, заставл€ет думать, что культурное возделывание их началось около 15 тыс€ч лет до –.’. ¬месте с земледелием началась нова€ эра в истории человечества. — этого времени люди стали не только присваивать плоды природы, но и сознательно производить их. »х жизнь стала зависеть не столько от капризов природы, сколько от результатов собственной де€тельности.

 

8.  ќЋ≈—ќ » ѕќ¬ќ« ј

 

ќдним из величайших открытий в истории человечества было изобретение колеса. —читаетс€, что его прообразом, возможно, стали катки, которые подкладывались под т€желые стволы деревьев, лодки и камни при их перетаскивании с места на место. ¬озможно, тогда же были сделаны первые наблюдени€ над свойствами вращающихс€ тел. Ќапример, если бревно?каток по какой?то причине в центре было тоньше, чем по кра€м, оно передвигалось под грузом более равномерно и его не заносило в сторону. «аметив это, люди стали умышленно обжигать катки таким образом, что средн€€ часть становилась тоньше, а боковые оставались неизменными. “аким образом получилось приспособление, которое теперь называетс€ «скатом». ¬ ходе дальнейших усовершенствований в этом направлении от цельного бревна остались только два валика на его концах, а между ними по€вилась ось. ѕозднее их стали изготовл€ть отдельно, а затем жестко скрепл€ть между собой. “ак было открыто колесо в собственном смысле этого слова и по€вилась перва€ повозка. ¬ последующие века множество поколений мастеров потрудились над усовершенствованием этого изобретени€. ѕервоначально сплошные колеса жестко скрепл€лись с осью и вращались вместе с ней. ѕри передвижении по ровной дороге такие повозки были вполне пригодны дл€ использовани€. Ќо на повороте, когда колеса должны вращатьс€ с разной скоростью, это соединение создает большие неудобства, так как т€желогруженна€ повозка может легко сломатьс€ или перевернутьс€. —ами колеса были еще очень несовершенны. »х делали из цельного куска дерева. ѕоэтому повозки были т€желыми и неповоротливыми. ѕередвигались они медленно, и обычно в них запр€гали неторопливых, но могучих волов. ќдна из древнейших повозок описываемой конструкции найдена при раскопках в ћохенджо?ƒаро.

 рупным шагом вперед в развитии техники передвижени€ стало изобретение колеса со ступицей, насаживающегос€ на неподвижную ось. ¬ этом случае колеса вращались независимо друг от друга. ј чтобы колесо меньше терлось об ось, ее стали смазывать жиром или дегтем. –ади уменьшени€ веса колеса в нем выпиливали вырезы, а дл€ жесткости укрепл€ли поперечными скрепами. Ќичего лучшего в эпоху каменного века придумать было нельз€. Ќо после открыти€ металлов стали изготавливать колеса с металлическим ободом и спицами. “акое колесо могло вращатьс€ в дес€тки раз быстрее и не бо€лось ударов о камни. «апр€га€ в повозку быстроногих лошадей, человек значительно увеличил скорость своего передвижени€.

ѕожалуй, трудно найти другое открытие, которое дало бы такой мощный толчок развитию техники. ѕовозка, гончарный круг, мельница, вод€ное колесо и блок Ч вот далеко не полный перечень устройств, в основе которых лежит колесо.  аждое из этих изобретений составило эпоху в жизни человечества. »х совокупное воздействие на жизнь людей было так велико, что без вс€кого преувеличени€ можно сказать: колесо сдвинуло историю с мертвой точки и заставило ее мчатьс€ в несколько раз быстрее.

 

9. ѕ–яЋ ј » “ ј÷ »… —“јЌќ 

 

“качество кардинальным образом изменило жизнь и облик человека. ¬место звериных шкур люди облачились в одежду, сшитую из льн€ных, шерст€ных или хлопчатых тканей, которые с тех пор стали нашими неизменными спутниками. ќднако прежде чем наши предки научились ткать, они должны были в совершенстве освоить технику плетени€. “олько выучившись плести циновки из веток и камыша, люди могли приступить к «переплетению» нитей.

ѕроцесс производства ткани распадаетс€ на две основные операции Ч получение пр€жи (пр€дение) и получение холста (собственно ткачество). Ќаблюда€ за свойствами растений, люди заметили, что многие из них имеют в своем составе упругие и гибкие волокна.   числу таких волокнистых растений, использовавшихс€ человеком уже в глубокой древности, относ€тс€ лен, конопл€, крапива, ксанф, хлопчатник и другие. ѕосле приручени€ животных наши предки получили вместе с м€сом и молоком большое количество шерсти, также используемой дл€ производства тканей. ѕеред началом пр€дени€ надо было подготовить сырье. »сходным материалом дл€ пр€жи служит пр€дильное волокно. Ќе вдава€сь в подробности, отметим, что мастеру надо немало потрудитьс€, прежде чем шерсть, лен или хлопок преврат€тс€ в пр€дильное волокно (наиболее это касаетс€ льна: процесс извлечени€ волокон из стебл€ растений здесь особенно трудоемок; но даже шерсть, котора€, по сути, €вл€етс€ уже готовым волокном, требует целого р€да предварительных операций по очистке, обезжириванию, просушке и т.п.). Ќо когда пр€дильное волокно получено, дл€ мастера безразлично, шерсть это, лен или хлопок Ч процесс пр€дени€ и ткачества дл€ всех видов волокон одинаковый.

ƒревнейшим и простейшим приспособлением дл€ производства пр€жи была ручна€ пр€лка, состо€вша€ из веретена, пр€слицы и собственно пр€лки. ѕеред началом работы пр€дильное волокно прикрепл€ли на какой?нибудь воткнутый сук или палку с развилкой (позже этот сучок заменили доской, котора€ и получила название пр€лки). «атем мастер выт€гивал из клубка пучок волокон и присоедин€л к особому приспособлению дл€ скручивани€ нити. ќно состо€ло из палочки (веретена) и пр€слицы (в качестве которой служил круглый камешек с дырочкой посередине). ѕр€слица насаживалась на веретено. ¬еретено вместе с прикрученным к нему началом нити приводили в быстрое вращение и тотчас отпускали. ѕовиснув в воздухе, оно продолжало вращатьс€, постепенно выт€гива€ и скручива€ нить. ѕр€слица служила дл€ того, чтобы усилить и сохранить вращение, которое иначе прекратилось бы через несколько мгновений.  огда нить становилась достаточно длинной, мастерица наматывала ее на веретено, а пр€слица не давала растущему клубку соскользнуть. «атем вс€ операци€ повтор€лась. Ќесмотр€ на свою простоту, пр€лка была удивительным завоеванием человеческого ума. “ри операции Ч выт€гивание, кручение и наматывание нити объединились в единый производственный процесс. „еловек получил возможность быстро и легко превращать волокно в нить. «аметим, что в позднейшие времена в этот процесс не было внесено ничего принципиально нового; он только был переложен на машины.

ѕосле получени€ пр€жи мастер приступал к тканью. ѕервые ткацкие станки были вертикальными. ќни представл€ли собой два вилообразно расщепленных вставленных в землю бруска, на вилообразные концы которых поперечно укладывалс€ дерев€нный стержень.   этой поперечине, помещавшейс€ настолько высоко, чтоб можно было сто€ доставать до нее, прив€зывали одну возле другой нити, составл€вшие основу. Ќижние концы этих нитей свободно свисали почти до земли. „тобы они не спутывались, их нат€гивали подвесами. Ќачина€ работу ткачиха брала в руку уток с прив€занной к нему ниткой (в качестве утка могло служить веретено) и пропускала его сквозь основу таким образом, чтобы одна вис€ща€ нить оставалась по одну сторону утка, а друга€ Ч по другую. ѕоперечна€ нитка, например, могла проходить поверх первой, третьей, п€той и т.д. и под низом второй, четвертой, шестой и т.д. нитей основы, или наоборот. “акой способ ткань€ буквально повтор€л технику плетени€ и требовал очень много времени дл€ пропускани€ нити утка то поверх, то под низ соответствующей нити основы. ƒл€ каждой из этих нитей необходимо было особое движение. ≈сли в основе было сто нитей, то нужно было сделать сто движений дл€ продевани€ утка только в одном р€ду. ¬скоре древние мастера заметили, что технику ткань€ можно упростить.

ƒействительно, если бы можно было сразу поднимать все четные или нечетные нити основы, мастер был бы избавлен от необходимости подсовывать уток под каждую нить, а мог сразу прот€нуть ее через всю основу: сто движений были бы заменены одним! ѕримитивное устройство дл€ разделени€ нитей Ч ремез было придумано уже в древности. ѕоначалу ремезом служил простой дерев€нный стержень, к которому через один крепились нижние концы нитей основы (так, если четные прив€зывались к ремезу, то нечетные продолжали свободно висеть). ѕот€нув на себ€ ремез, мастер сразу отдел€л все четные нити от нечетных и одним броском прокидывал уток через всю основу. ѕравда, при обратном движении утка вновь приходилось поодиночке проходить все четные нити. –абота ускорилась в два раза, но по?прежнему оставалась трудоемкой. ќднако стало пон€тным, в каком направлении вести поиск: необходимо было найти способ попеременно отдел€ть то четные, то нечетные нити. ѕри этом нельз€ было просто ввести второй ремез, потому что первый становилс€ бы у него на пути. “ут остроумна€ иде€ привела к важному изобретению Ч к грузикам на нижних концах нитей стали прив€зывать шнурки. ¬торые концы шнурков крепились к дощечкам?ремезам (к одному Ч четные, к другому Ч нечетные). “еперь ремезы не мешали взаимной работе. ѕот€нув то за один ремез, то за другой, мастер последовательно отдел€л то четные, то нечетные нити и перебрасывал уток через основу. –абота ускорилась в дес€тки раз. »зготовление тканей перестало быть плетением и сделалось собственно ткачеством. Ћегко видеть, что при описанном выше способе креплени€ концов нитей основы к ремезам с помощью шнурков можно использовать не два, а больше ремезов. Ќапример, можно было прив€зывать к особой дощечке каждую третью или каждую четвертую нить. —пособы переплетени€ нитей при этом могли получатьс€ самые разнообразные. Ќа таком станке можно было ткать не только миткаль, но и киперную или атласную ткань.

¬ последующие века в ткацкий станок вносились различные усовершенствовани€ (например, движением ремезов стали управл€ть с помощью педали ногами, оставл€€ руки ткача свободными), однако принципиально техника ткань€ не мен€лась вплоть до XVIII века. ¬ажным недостатком описываемых станков было то, что, продергива€ уток то вправо, то влево, мастер был ограничен длиной своей руки. ќбычно ширина полотна не превышала полуметра, и дл€ того чтобы получить более широкие полосы, их приходилось сшивать.

 

10. √ќЌ„ј–Ќџ…  –”√ » ѕ≈„№ ƒЋя ќЅ∆»√ј. Ќј„јЋќ  ≈–јћ» »

 

ѕластические свойства глины были известны человеку уже в глубокой древности. ќна легко м€лась и под умелыми руками быстро принимала такую форму, которую было очень трудно или даже невозможно придать другим известным материалам. “огда же было обнаружено, что глин€ные издели€ после обжига их в огне удивительным образом мен€ют свои свойства Ч обретают твердость камн€, водонепроницаемость и огнестойкость. ¬се это сделало глину наиболее удобным сырьем дл€ изготовлени€ посуды и кухонной утвари.

 ак и все ремесла, техника керамики прошла долгий и сложный путь. “ыс€челети€ ушли на изучение достоинств и недостатков разнообразных глин. »з множества их видов древние мастера научились выбирать те, которые отличались наибольшей пластичностью, св€занностью и влагоемкостью. ¬ глин€ную массу стали примешивать различные добавки, улучшающие качество изделий (например, крупный или мелкий песок). ќдновременно древние гончары осваивали различные способы лепки. ѕридать куску сырой глины форму кувшина или хот€ бы простого горшка было нелегко. ќбычно гончар, вз€в комочек глины, путем выдавливани€ средней его части и осторожного сдавливани€ боков вылепл€л днище. «атем к краю днища мастер начинал прилепл€ть раскатанные полоски глины и так постепенно получал стенки. ¬ конце концов выходил грубый сосуд, пригодный после обжига на костре к приготовлению в нем пищи.

¬ажным шагом в развитии гончарного производства стало освоение приема вращени€. ¬ этом случае мастер прилепл€л к готовому днищу кусочек глины и, враща€ днище левой рукой, правой обводил кусочком по спирали, постепенно вылепл€€ грани горшка. ѕри этом способе изделие выходило более ровным. ѕозже дл€ удобства работы под заготовку стали подкладывать дерев€нный диск. ѕотом пришли к мысли, что процесс лепки значительно упроститс€, если заставить этот диск вращатьс€ вместе с заготовкой Ч так был изобретен простейший ручной гончарный круг. ќн представл€л собой диск, углубленный посередине примерно на половину своей толщины. —воим углублением диск насаживалс€ на выступавший и несколько закругленный конец дерев€нного стержн€, плотно укрепл€вшегос€ в земле. ƒл€ того чтобы стержень не шаталс€ и удерживал вертикальное положение, между ним и кругом помещали неподвижную дерев€нную доску с отверстием посередине. ѕолучалось хорошо прилаженное устройство. ќдной рукой мастер приводил круг в плавное равномерное вращение, а другой начинал лепку. Ёто несложное приспособление произвело насто€щий переворот в гончарном деле, подн€в его до уровн€ искусства. Ѕлагодар€ ему работа заметно ускорилась и улучшилась. ѕри вращении издели€ выходили гораздо более плотными и однородными. »х форма получалась правильной и из€щной.

Ќовым шагом на пути совершенствовани€ гончарного искусства стало изобретение ножного круга, который вошел в употребление во 2?м тыс€челетии до –.’. √лавные его преимущества заключались в том, что он позволил в несколько раз увеличить скорость вращени€ и освободил мастеру дл€ работы обе руки. ќсновные отличи€ нового круга были следующие. ¬еретено (ось вращени€) было удлинено. ¬ращающийс€ диск был жестко соединен с ним. ƒл€ укреплени€ веретена служили две доски. Ќижн€€ была основой всего устройства (в ней было вырезано углубление, куда вставл€лс€ конец веретена). ¬ерхн€€ доска со сквозным отверстием поддерживала веретено в вертикальном положении. Ќаконец, к нижней части веретена было жестко присоединено ножное колесо. ”севшись р€дом с кругом, гончар опиралс€ ногой в нижний круг и приводил его в плавное движение. Ѕлагодар€ тому, что нижнее колесо было т€желее и больше диаметром, чем рабочее верхнее, оно выполн€ло роль маховика: сохран€ло вращение некоторое врем€ и после того, как нога с него была сн€та.

ќдновременно с усовершенствованием гончарного круга шло усложнение техники обжига глины. ¬ древности обжиг производилс€ пр€мо на открытом огне при температуре в 300?400 градусов. ѕозже его стали производить в специальных печах. ”же первые примитивные печи позвол€ли вдвое увеличить температуру нагрева. „астички глины стали лучше сплавл€тьс€ друг с другом, прочность изделий заметно возрастала. Ќа смену прежним толстостенным сосудам приход€т сосуды с тонкими как €ична€ скорлупа стенками (до 3 мм). »зобретение печей имело огромное значение дл€ истории техники, так как положило начало сооружению высокотемпературных устройств, получивших затем распространение и в других отрасл€х хоз€йства (прежде всего, в металлургии). ѕечь делалась следующим образом: из тонких стволов делали дерев€нный каркас, который обмазывалс€ толстым слоем глины, только местами оставл€€ небольшие отверсти€. Ётот каркас ставили над углублением, представл€вшим собой место дл€ разжигани€ костра. ќт сильного огн€ дерев€нные части сгорали, а глина обжигалась и образовывала плотный под с отверсти€ми. ѕри обжиге под и стенки печи раскал€лись докрасна и тоже начинали излучать жар. Ѕлагодар€ концентрации тепла внутри печи температура в ней могла подниматьс€ до 800 и даже до 900 градусов.

 

11. ѕ»—№ћ≈ЌЌќ—“№

 

Ќет нужды говорить о том, какое великое значение в истории человечества имело изобретение письменности. Ќевозможно даже представить себе, каким путем могло пойти развитие цивилизации, если бы на определенном этапе своего развити€ люди не научились фиксировать с помощью определенных символов нужную им информацию и таким образом передавать и сохран€ть ее. ќчевидно, что человеческое общество в таком виде, в каком оно существует сегодн€, просто не могло бы по€витьс€.

ѕервые формы письменности в виде особым образом начертанных знаков по€вились около 4 тыс€ч лет до –.’. Ќо уже задолго до этого существовали различные способы передачи и хранени€ информации: с помощью определенным образом сложенных ветвей, стрел, дыма костров и тому подобных сигналов. »з этих примитивных систем оповещени€ позже по€вились более сложные способы фиксировани€ информации. Ќапример, древние инки изобрели оригинальную систему «записи» с помощью узелков. ƒл€ этого использовались шнурки шерсти разного цвета. »х св€зывали разнообразными узелками и крепили на палочку ¬ таком виде «письмо» посылалось адресату.

—уществует мнение, что инки с помощью такого «узелкового письма» фиксировали свои законы, записывали хроники и стихи. «”зелковое письмо» отмечено и у других народов Ч им пользовались в древнем  итае и ћонголии.

ќднако письменность в собственном смысле слова по€вилась лишь после того, как люди дл€ фиксации и передачи информации изобрели особые графические знаки. —амым древним видом письма считаетс€ пиктографическое. ѕиктограмма представл€ет собой схематический рисунок, который непосредственно изображает вещи, событи€ и €влени€, о которых идет речь.

ѕредполагаетс€, что пиктографи€ была широко распространена у различных народов на последней стадии каменного века. Ёто письмо очень нагл€дно, и поэтому ему не надо специально учитьс€. ќно вполне пригодно дл€ передачи небольших сообщений и дл€ записи несложных рассказов. Ќо когда возникала потребность передать какую?нибудь сложную абстрактную мысль или пон€тие, сразу ощущались ограниченные возможности пиктограммы, котора€ совершенно не приспособлена к записи того, что не поддаетс€ рисунчатому изображению (например, таких пон€тий, как бодрость, храбрость, зоркость, хороший сон, небесна€ лазурь и т.п.). ѕоэтому уже на ранней стадии истории письма в число пиктограмм стали входить особые условные значки, обозначающие определенные пон€ти€ (например, знак скрещенных рук символизировал обмен) “акие значки называютс€ идеограммами.

»деографическое письмо возникло из пиктографического, причем можно вполне отчетливо представить себе, как это произошло: каждый изобразительный знак пиктограммы стал все более обособл€тьс€ от других и св€зыватьс€ с определенным словом или пон€тием, обознача€ его. ѕостепенно этот процесс настолько развилс€, что примитивные пиктограммы утратили свою прежнюю нагл€дность, но зато обрели четкость и определенность. ѕроцесс этот зан€л долгое врем€, быть может, несколько тыс€челетий. ¬ысшей формой идеограммы стало иероглифическое письмо. ¬первые оно возникло в ƒревнем ≈гипте. ѕозже иероглифическа€ письменность получила широкое распространение на ƒальнем ¬остоке Ч в  итае, японии и  орее. — помощью идеограмм можно было отразить любую, даже самую сложную и отвлеченную мысль. ќднако дл€ не посв€щенных в тайну иероглифов смысл написанного был совершенно непон€тен.  аждый, кто хотел научитьс€ писать, должен был запомнить несколько тыс€ч значков. –еально на это уходило несколько лет посто€нных упражнений. ѕоэтому писать и читать в древности умели немногие.

¬прочем, надо сразу отметить, что в чистом виде идеографи€ не существовала никогда. Ќапример, в ƒревнем ≈гипте нар€ду со значками, обозначавшими целые пон€ти€ и слова, существовали и другие знаки, обозначавшие слоги и даже отдельные звуки. ѕотребность в таких знаках очевидна, так как не все можно выразить в виде изображений (прежде всего, это касаетс€ личных имен).

¬ этих случа€х египт€не превращали слова?иероглифы в буквы?иероглифы, из которых и составл€лись слова, подлежащие передаче на письме согласно их звучанию. Ќапример иероглиф «хт» Ч изображение дома Ч сделалс€ двухбуквенным иероглифом, обозначающим звук[хт], иероглиф «мн» Ч изображение шахматной доски Ч стал иероглифом, обозначающим два звука[мн] и т.д. Ќа первых порах значение фонетических иероглифов было вспомогательным, но со временем их роль все более возрастала, и в последние века существовани€ египетской письменности значение фонетических иероглифов стало господствующим. Ќо к чисто фонографическому письму (то есть такому, где каждый знак обозначает отдельный звук или букву) египт€не так и не перешли. Ёто важное усовершенствование было сделано в письме других народов.

Ћюди далеко не сразу научились членить свою речь на простые элементы Ч звуки (фонемы). √ораздо легче речь делитс€ на отдельные слоги. ѕоэтому во 2?м тыс€челетии до –.’. сложилось несколько видов письма, в которых каждый знак обозначал отдельный слог (это письмо называетс€ слоговым, классические примеры его Ч критское (минойское) письмо и письмо май€). “олько в конце 2?го тыс€челети€ до –.’. древние финикийцы изобрели буквенно?звуковой алфавит, который послужил образцом дл€ алфавитов многих других народов. ‘иникийский алфавит состо€л из 22 согласных букв, кажда€ из которых обозначала отдельный звук. »зобретение этого алфавита стало дл€ человечества большим шагом вперед. ѕри помощи нового письма легко было передать графически любое слово, не прибега€ к идеограммам. ќбучитьс€ ему было очень просто. »скусство письма перестало быть привилегией просвещенных. ќно стало досто€нием всего общества или, по крайней мере, большей его части. Ёто послужило одной из причин быстрого распространени€ финикийского алфавита по всему миру.  ак считают, четыре п€тых всех известных ныне алфавитов возникло из финикийского. “ак из разновидности финикийского письма (пунического) развилось ливийское. Ќепосредственно от финикийского произошло древнееврейское, арамейское и греческое письмо. ¬ свою очередь, на основе арамейского письма сложились арабска€, набатейска€, сирийска€, персидска€ и другие письменности. √реки внесли в финикийский алфавит последнее важное усовершенствование Ч они стали обозначать буквами не только согласные, но и гласные звуки. √реческий алфавит лег в основу большинства европейских алфавитов: латинского (от которого в свою очередь произошли французский, немецкий, английский, италь€нский, испанский и др. алфавиты), коптского, арм€нского, грузинского и слав€нского (сербского, русского, болгарского и др.).

 

12. ѕј–”— »  ќ–јЅЋ№

 

—читаетс€, что прообраз паруса по€вилс€ в глубокой древности, когда человек только начал строить лодки и отважилс€ выйти в море. ¬ начале парусом служила просто нат€нута€ зверина€ шкура. —то€вшему в лодке человеку приходилось обеими руками держать и ориентировать ее относительно ветра.  огда люди придумали укрепл€ть парус с помощью мачты и рей, неизвестно, но уже на древнейших дошедших до нас изображени€х кораблей египетской царицы ’атшепсут можно видеть дерев€нные мачты и реи, а также штаги (тросы, удерживающие от падени€ назад мачту), фалы (снасти дл€ подъема и спуска парусов) и другой такелаж. —ледовательно, по€вление парусного судна надо отнести к доисторическим временам.

ћногое свидетельствует о том, что первые большие парусные корабли по€вились в ≈гипте, и Ќил был первой многоводной рекой, на которой стало развиватьс€ речное судоходство.  аждый год с июл€ по но€брь могуча€ река выходила из берегов, залива€ своими водами всю страну. —елени€ и города оказывались отрезанными друг от друга подобно островам. ѕоэтому суда были дл€ египт€н жизненной необходимостью. ¬ хоз€йственной жизни страны и в общении между людьми они играли гораздо большую роль, чем колесные повозки. ќдной из ранних разновидностей египетских кораблей, по€вившихс€ около 5 тыс€ч лет до –.’., была барка. ќна известна современным ученым по нескольким модел€м, установленным в древних храмах. ѕоскольку ≈гипет очень беден лесом, дл€ строительства первых кораблей широко примен€лс€ папирус ќсобенности этого материала определили конструкцию и форму древнеегипетских судов. Ёто была серповидна€, св€занна€ из пучков папируса ладь€ с изогнутыми кверху носом и кормой. ƒл€ предани€ кораблю прочности корпус ст€гивалс€ тросами. ѕозже, когда наладилась регул€рна€ торговл€ с финикийцами и в ≈гипет начал поступать в большом количестве ливанский кедр, дерево стало широко примен€тьс€ при кораблестроении. ѕредставление о том, какие типы судов строились тогда, дают настенные рельефы некропол€ близ —аккары, относ€щиес€ к середине 3?го тыс€челети€ до –.’. ¬ этих композици€х реалистически отображены отдельные стадии постройки дощатого корабл€.  орпуса кораблей, не имевшие ни кил€ (в древности это была балка, лежаща€ в основании днища судна), ни шпангоутов (поперечных кривых брусьев, обеспечивающих прочность бортов и днища), набирались из простых плашек и конопатились папирусом. ”крепл€лс€ корпус посредством канатов, обт€гивавших судно по периметру верхнего по€са обшивки. “акие суда едва ли обладали хорошими мореходными качествами. ќднако дл€ плавань€ по реке они вполне годились. »спользуемый египт€нами пр€мой парус позвол€л им плыть только по ветру. “акелаж крепилс€ на двуногой мачте, обе ноги которой устанавливались перпендикул€рно средней линии судна. ¬ верхней части они плотно св€зывались. —тепсом (гнездом) дл€ мачты служило балочное устройство в корпусе судна. ¬ рабочем положении эту мачту удерживали штаги Ч толстые тросы, шедшие от кормы и носа, а в сторону бортов ее поддерживали ноги. ѕр€моугольный парус крепилс€ на двух ре€х. ѕри боковом ветре мачту поспешно убирали. ѕозднее, примерно к 2600 году до –.’., на смену двуногой мачте пришла примен€ема€ и поныне однонога€. ќднонога€ мачта облегчала хождение под парусами и впервые дала судну возможность маневрировать. ќднако пр€моугольный парус был ненадежным средством, которым можно было пользоватьс€ только при попутном ветре. ќсновным двигателем корабл€ оставалась мускульна€ сила гребцов. ѕо?видимому, египт€нам принадлежит важное усовершенствование весла Ч изобретение уключин. »х еще не было в ƒревнем царстве, но затем весло стали крепить с помощью веревочных петель. Ёто сразу позволило увеличить силу гребка и скорость судна. »звестно, что отборные гребцы на судах фараонов делали 26 гребков в минуту, что позвол€ло развивать скорость 12 км/ч. ”правл€ли такими корабл€ми с помощью двух рулевых весел, расположенных на корме. ѕозднее их стали крепить к балке на палубе, враща€ которую можно было выбирать нужное направление (этот принцип управлени€ судном с помощью поворота пера рул€ остаетс€ неизменным по сей день). ƒревние египт€не не были хорошими мореходами. Ќа своих корабл€х они не решались выходить в открытое море. ќднако вдоль берега их торговые суда совершали далекие путешестви€. “ак, в храме царицы ’атшепсут есть надпись, сообщающа€ о морском походе, совершенном египт€нами около 1490 года до –.’. в таинственную страну благовоний ѕунт, находившуюс€ в районе современного —омали.

—ледующий шаг в развитии кораблестроени€ был сделан финикийцами. ¬ отличие от египт€н, финикийцы в избытке имели дл€ своих судов прекрасный строительный материал. »х страна т€нулась узкой полосой вдоль восточных берегов —редиземного мор€. ќбширные кедровые леса росли здесь почти у самого берега. ”же в древности финикийцы научились делать из их стволов высококачественные долбленные лодки?однодревки и смело выходили на них в море. ¬ начале 3?го тыс€челети€ до –.’., когда стала развиватьс€ морска€ торговл€, финикийцы начали строить корабли. ћорское судно значительно отличаетс€ от лодки, дл€ его сооружени€ необходимы свои конструкционные решени€. ¬ажнейшие открыти€ на этом пути, определившие всю дальнейшую историю судостроени€, принадлежат финикийцам. ћожет быть, скелеты животных навели их на мысль установить на однодревках ребра жесткости, которые покрывали сверху досками. “ак впервые в истории кораблестроени€ были применены шпангоуты, до сих пор имеющие широкое использование. “очно так же финикийцы впервые построили килевое судно (первоначально килем служили два ствола, соединенные под углом).  иль сразу придал корпусу устойчивость и позволил установить продольные и поперечные св€зи.   ним крепились доски обшивки. ¬се эти новшества €вились решающей основой дл€ быстрого развити€ судостроени€ и определили облик всех последующих кораблей.

— середины 2?го тыс€челети€ до –.’. началс€ бурный расцвет финикийских городов, об€занных своим процветанием средиземноморской торговле. ѕузатые финикийские корабли стали мостом между странами. ¬о всех направлени€х они пересекали море и возвращались назад, нагруженные сокровищами. √ромадные богатства, которые извлекали финикийцы из своих предпри€тий, делали их все решительнее и храбрее. ¬ далеких земл€х они основывали свои фактории и колонии, со временем также превращавшиес€ в цветущие города. »х торговые пути простирались от »ндии до јфрики и Ѕритании. «а шесть веков до –.’. несколько финикийских кораблей, отплыв из  расного мор€, обогнули јфрику и вернулись в —редиземное море со стороны √ибралтарского пролива.

 роме торговых судов, финикийцы строили много боевых кораблей, оснащенных мощными таранами. ќни первые задумались над тем, каким образом можно увеличить скорость судна. ¬ то врем€, когда парус играл лишь вспомогательную роль, в бою и во врем€ погони приходилось рассчитывать прежде всего на весла. “аким образом, скорость корабл€ пр€мо зависела от числа гребцов. —начала длину корабл€ выбирали, исход€ из нужного числа весел. ќднако беспредельно увеличивать ее было невозможно. ¬ыход был найден в строительстве кораблей с несколькими р€дами весел. —начала стали строить корабли, у которых весла располагались друг над другом в два €руса. —амое раннее изображение двухъ€русного корабл€ обнаружено во дворце ассирийского цар€ —аннахериба. Ќижний р€д гребцов на нем скрыт под палубой, а верхний располагалс€ пр€мо на ней. ѕозже по€вились трехъ€русные корабли Ч триремы. ѕо свидетельству  лимента јлександрийского, именно финикийцы построили первые триремы, которые, как показала истори€, оказались наиболее оптимальным вариантом гребного судна. Ёто были корабли весьма значительных размеров, имевшие три р€да весел, расположенных один над другим в шахматном пор€дке. ¬есла были различной длины, в зависимости от того, в каком р€ду находились гребцы. —амые сильные сидели на верхней палубе, так как им приходилось управл€ть самыми длинными веслами. “риремы были очень легки на ходу, маневренны и обладали хорошей скоростью. ѕо примеру финикийцев их стали строить все морские народы —редиземного мор€.

–азумеетс€, не раз делались попытки увеличить число гребных €русов. ” македонского цар€ ƒеметри€ ѕолиоркета были корабли с 6?ю и 7?ю р€дами гребцов. ” египетского цар€ ѕтолеме€ ‘иладельфа было два корабл€ с 30?ю р€дами весел, а другой египетский царь ѕтолемей ‘илопатр имел корабль с 40?а р€дами весел. ѕо размерам он не уступал большому современному лайнеру, имел 4 тыс€чи гребцов, 3 тыс€чи человек экипажа и 400 человек прислуги. Ќо все подобные корабли были громоздкими и неповоротливыми. ѕозже римл€не вернулись к хорошо зарекомендовавшим себ€ триремам, которые и оставались основным типом морского судна на прот€жении всей античности.

 

13. Ѕ–ќЌ«ј

 

¬ 3Ч м тыс€челетии до –.’. люди начали широко примен€ть в своей хоз€йственной де€тельности металлы. ѕереход от каменных орудий к металлическим имел колоссальное значение в истории человечества. ѕожалуй, никакое другое открытие не привело к таким значительным общественным сдвигам.

ѕервым металлом, получившим широкое распространение, была медь. ѕосто€нно разыскива€ необходимые им камни, наши предки, надо думать, уже в древности обратили внимание на красновато?зеленые или зеленовато?серые куски самородной меди. ¬ обрывах берегов и скал им попадались медный колчедан, медный блеск и красна€ медна€ руда (куприт). ѕоначалу люди использовали их как обыкновенные камни и обрабатывали соответствующим способом. ¬скоре они открыли, что при обработке меди ударами каменного молотка ее твердость значительно возрастает и она делаетс€ пригодной дл€ изготовлени€ инструментов. “аким образом вошли в употребление приемы холодной обработки металла или примитивной ковки. «атем было сделано другое важное открытие Ч кусок самородной меди или поверхностной породы, содержавшей металл, попада€ в огонь костра, обнаруживал новые, не свойственные камню особенности: от сильного нагрева металл расплавл€лс€ и, остыва€, приобретал новую форму. ≈сли форму делали искусственно, то получалось необходимое человеку изделие. Ёто свойство меди древние мастера использовали сначала дл€ отливки украшений, а потом и дл€ производства медных орудий труда. “ак зародилась металлурги€. ѕлавку стали осуществл€ть в специальных высокотемпературных печах, представл€вших собой несколько измененную конструкцию хорошо известных люд€м гончарных печей. ¬ообще говор€, медь Ч м€гкий металл, сильно уступающий в твердости камню. Ќо медные инструменты можно было быстро и легко затачивать. (ѕо наблюдени€м —.ј. —еменова, при замене каменного топора на медный скорость рубки увеличивалась примерно в три раза.) —прос на металлические инструменты стал быстро расти. Ћюди начали насто€щую «охоту» за медной рудой. ќказалось, что она встречаетс€ далеко не везде. ¬ тех местах, где обнаруживались богатые залежи меди, возникала их интенсивна€ разработка, по€вл€лось рудное и шахтное дело.  ак показывают открыти€ археологов, уже в древности процесс добычи руды был поставлен с большим размахом. Ќапример, вблизи «альцбурга, где добыча меди началась около 1600 года до –.’., шахты достигали глубины 100 метров, а обща€ длина отход€щих от каждой шахты штреков составл€ла несколько километров. ƒревним рудокопам приходилось решать все те задачи, которые сто€т и перед современными шахтерами: укрепление сводов, вентил€ци€, освещение, подъем на гора добытой руды. Ўтольни укрепл€ли дерев€нными подпорками. ƒобытую руду плавили неподалеку в невысоких глин€ных печах с толстыми стенками. ѕодобные центры металлургии существовали и в других местах.

¬ конце 3?го тыс€челети€ до –.’. древние мастера начали использовать свойства сплавов, первым из которых стала бронза. Ќа открытие бронзы людей должна была натолкнуть случайность, неизбежна€ при массовом производстве меди. Ќекоторые сорта медных руд содержат незначительную (до 2%) примесь олова. ¬ыплавл€€ такую руду, мастера заметили, что медь, полученна€ из нее, намного тверже обычной. ќлов€нна€ руда могла попасть в медеплавильные печи и по другой причине.  ак бы то ни было, наблюдени€ за свойствами руд привели к освоению значени€ олова, которое и стали добавл€ть к меди, образу€ искусственный сплав бронзу. ѕри нагревании с оловом медь плавилась лучше и легче подвергалась отливке, так как становилась более текучей. Ѕронзовые инструменты были тверже медных, хорошо и легко затачивались. ћеталлурги€ бронзы позволила в несколько раз повысить производительность труда во всех отрасл€х человеческой де€тельности. —амо производство инструментов намного упростилось: вместо того чтобы долгим и упорным трудом оббивать и шлифовать камень, люди наполн€ли готовые формы жидким металлом и получали результаты, которые и во сне не снились их предшественникам. “ехника лить€ постепенно совершенствовалась. —начала отливку производили в открытых глин€ных или песчаных формах, представл€вших собой просто углубление. »х сменили открытые формы, вырезанные из камн€, которые можно было использовать многократно. ќднако большим недостатком открытых форм было то, что в них получались только плоские издели€. ƒл€ отливки изделий сложной формы они не годились. ¬ыход был найден, когда изобрели закрытые разъемные формы. ѕеред литьем две половинки формы крепко соедин€лись между собой. «атем через отверстие заливалась расплавленна€ бронза.  огда металл остывал и затвердевал, форму разбирали и получали готовое изделие. “акой способ позвол€л отливать издели€ сложной формы, но он не годилс€ дл€ фигурного лить€. Ќо и это затруднение было преодолено, когда изобрели закрытую форму. ѕри этом способе лить€ сначала лепилась из воска точна€ модель будущего издели€. «атем ее обмазывали глиной и обжигали в печи. ¬оск плавилс€ и испар€лс€, а глина принимала точный слепок модели. ¬ образовавшуюс€ таким образом пустоту заливали бронзу.  огда она остывала, форму разбивали. Ѕлагодар€ всем этим операци€м мастера получили возможность отливать даже пустотелые предметы очень сложной формы. ѕостепенно были открыты новые технические приемы работы с металлами, такие как волочение, клепка, пайка и сварка, дополн€вшие уже известные ковку и литье.

— развитием металлургии бронзовые издели€ повсюду стала вытесн€ть каменные. Ќо не нужно думать, что это произошло очень быстро. –уды цветных металлов имелись далеко не везде. ѕричем олово встречалось гораздо реже, чем медь. ћеталлы приходилось транспортировать на далекие рассто€ни€. —тоимость металлических инструментов оставалась высокой. ¬се это мешало их широкому распространению. Ѕронза не могла до конца заменить каменные инструменты. Ёто оказалось под силу только железу.

 

14. ∆≈Ћ≈«ќ

 

—вободное самородное железо в земной коре, в отличие от меди, почти не встречаетс€. Ќо оно входит в состав многих минералов и распространено гораздо шире цветных металлов. ¬ древности его можно было добывать буквально повсюду Ч из озерных, болотистых, луговых и других руд. ќднако, по сравнению с металлургией меди, металлурги€ железа €вл€етс€ достаточно сложным процессом. ∆елезо плавитс€ при температуре 1539 градусов. “ака€ высока€ температура была совершенно недоступна древним мастерам. ѕоэтому железо вошло в обиход человека значительно позже меди. ≈го широкое применение в качестве материала дл€ изготовлени€ оружи€ и инструментов началось только в 1?м тыс€челетии до –.’., когда стал известен сыродутный способ восстановлени€ железа (впрочем, некоторые народы научились металлургии железа значительно раньше; например, племена, насел€вшие территорию современной јрмении, умели получать железо из руд уже в начале 3?го тыс€челети€ до –.’.).

Ќаиболее распространенные железные руды (магнитный железн€к, красный железн€к и бурый железн€к) представл€ют собой либо соединение железа с кислородом (оксид железа), либо гидрат окиси железа. ƒл€ того чтобы выделить металлическое железо из этих соединений, необходимо восстановить его Ч то есть отн€ть у него кислород. –азумеетс€, древние мастера не имели пон€ти€ о сложных химических процессах, которые происходили при восстановлении железа. ќднако, наблюда€ за «плавкой» руды, они в конце концов установили несколько важных закономерностей, которые и легли в основу простейших методов производства железа. ѕрежде всего, наши предки заметили, что дл€ получени€ железа вовсе не об€зательно доводить его до температуры плавлени€. ћеталлическое железо можно получать и при гораздо меньших температурах, но при этом должно быть больше топлива, чем при выплавке меди, и это топливо должно быть лучшего качества. Ќеобходимо также, чтобы огонь был как можно более «гор€чим». ¬се это требовало особого устройства печи и условий плавки.

 ак правило, приступа€ к «плавке» железа, мастера сначала выкапывали круглую €му, стенки которой изнутри обмазывались толстым слоем глины. — наружной стороны к этой €ме подводилось отверстие дл€ нагнетани€ воздуха. «атем над округлой нижней частью сооружали верхнюю в виде конуса. ¬ качестве топлива использовалс€ древесный уголь. ≈го засыпали в самый низ печи Ч в €му. —верху на него укладывали сло€ми шихту Ч измельченную руду и уголь. Ќа самый верх засыпали толстый слой угл€. ѕосле того как топливо внизу поджигалось, начиналс€ сильный разогрев руды. ѕри этом шла химическа€ реакци€ окислени€ углерода (угл€) и восстановлени€ железа. ¬ виде мельчайших лепестков тестообразное железо, которое было в три раза т€желее шлака, опускалось вниз и оседало в нижней части печи. ¬ результате на дне €мы собиралс€ ком м€гкого сварного железа Ч крица, весом от 1 до 8 кг. ќна состо€ла из м€гкого металла с пустотами, заполненными твердыми шлаками.  огда «плавка» заканчивалась, печь разламывали и извлекали из нее крицу. ƒальнейша€ обработка происходила в кузнице, где крицу снова разогревали в горне и обрабатывали ударами молота, чтобы удалить шлак. ¬ металлургии железа ковка на многие века сделалась основным видом обработки металла, а кузнечное дело стало важнейшей отраслью производства. “олько после ковки железо приобретало удовлетворительные качества. „истое железо, впрочем, невозможно использовать из?за его м€гкости. ’оз€йственное значение имел только сплав железа с углеродом. ≈сли полученный металл содержал от 0, 3 до 1, 7% углерода, получалась сталь, то есть железо, которое приобрело новое свойство Ч способность к закалке. ƒл€ этого изготовленный инструмент нагревали докрасна, а затем охлаждали в воде. ѕосле закалки он становилс€ очень твердым и приобретал замечательные режущие качества.

ѕри естественном притоке воздуха температура в печи поднималась не выше 1000 градусов. ”же в древности было замечено, что из той же руды можно получить больше железа и лучшего качества, если в печь искусственно нагнетать воздух с помощью мехов. ћеха делались из шкур, снабжались дульцами и приводились в движение вручную. — помощью сопел и мехов в печь нагнетали сырой неподогретый воздух, откуда и пошло название всего процесса. ќднако и при этом способе температура могла подниматьс€ только до 1200 градусов, и из руды извлекалось не более половины содержавшегос€ в ней железа.

явл€€сь общедоступным и дешевым материалом, железо очень скоро проникло во все отрасли производства, быта и военного дела и произвело переворот во всех сферах жизни. ∆елезный топор и соха с железным лемехом позволили освоить земледелие тем народам, которым до этого оно было совершенно недоступно. “олько после распространени€ железа земледелие у большинства народов превратилось в важнейшую отрасль производства. ∆елезо дало ремесленнику инструменты такой твердости и остроты, которым не могли противосто€ть ни камень, ни бронза. ќни €вились той основой, на которой стали бурно развиватьс€ другие ремесла. Ёти крупные сдвиги положили конец первобытному обществу. Ќа смену ему пришло более развитое Ч классовое общество.

 

15. ѕЋ”√

 

Ќа прот€жении нескольких тыс€челетий земледелие оставалось мотыжным. ¬ тех област€х, где почвы были м€гкими (например, в долине Ќила или ћесопотамии), мотыгой можно было хорошо возделывать поле. ѕоэтому земледелие здесь стало бурно развиватьс€ еще в глубокой древности. ќднако производительность труда земледельца была незначительной.   тому же столь благопри€тные услови€ €вл€лись редким исключением. ќбычно кресть€нам приходилось поднимать целинные луга, поросшие многолетними травами, с мощным переплетением корней. ƒл€ человека, вооруженного одной мотыгой, эти почвы были трудным, часто непреодолимым преп€тствием. ќщущалась нужда в таком орудии обработки земли, с помощью которого можно было бы не вскапывать, а подрезать пласты дерна снизу. Ётим орудием и стал плуг.

ѕлуг развилс€ из особого инструмента древних земледельцев, который современные ученые окрестили «бороздовой палкой». — помощью этой палки земледелец прокладывал в поле борозды, дел€щие его на гр€ды. ќтличительной чертой этих палок была рабоча€ часть, направленна€ под острым углом к руко€тке. »спользование их подало мысль древним земледельцам, что почву можно обрабатывать не копанием, как это делалось раньше, а волочением. “огда, видимо, и по€вилс€ прообраз плуга Ч раздвоенна€ палка с заостренным концом (здесь уже видны в зародыше дышла и лемех). ¬пр€гшись в такое устройство, земледелец тащил его за собой, проделыва€ борозду.  онечно, использовать такое орудие можно было лишь на очень м€гких почвах, уже взрыхленных многолетней обработкой, где не было ни камней, ни дерна. ƒл€ того чтобы пахать более твердые почвы, необходимо было усилить давление на лемех. “ак была изобретена руко€тка. ƒальнейшее усовершенствование этого пахотного оруди€ можно наблюдать в одном древнеассирийском пам€тнике. Ёто был уже в полном смысле плуг, имевший все три его основные части: дышло, лемех и руко€тку. ¬ такой форме он требовал двух работников: один тащил плуг, а другой направл€л его и держал в земле. ¬се первые плуги приводились в движение силой человека. –азумеетс€, кресть€нина т€готила така€ работа, и спуст€ некоторое врем€ он стал запр€гать в плуг быков. ѕоначалу люди просто прив€зывали плуг к рогам волов, позже по€вились €рмо и примитивна€ упр€жь. —корость обработки земли сразу возросла в несколько раз, а сама работа облегчилась.

ѕервые плуги изготовл€лись из корневищ дуба, бука, клена и некоторых других деревьев и представл€ли собой цельные куски дерева. «атем лемех стали укрепл€ть железом. ѕрошло много лет, прежде чем в плуге были сделаны дальнейшие усовершенствовани€. ¬ сочинени€х ѕлини€ Ч римского писател€ I века нашей эры Ч мы находим описание плуга, который, в отличие от предшествующих, снабжен колесом, ножом и отвальными досками.  олесо не давало плугу входить слишком глубоко в землю, нож служил дл€ того, чтобы взрезывать дерн. ¬ажным новшеством был отвал. Ќазначение отвала Ч переворачивать дерн, который срезали нож и лемех. ѕлуг без отвала при движении только разрыхл€л землю. ќтвал переворачивал дерн таким образом, что сорна€ трава оказывалась под землей. »зобретение отвала было огромным событием в истории плуга. ¬ таком виде плуг просуществовал вплоть до конца средних веков, когда в него были внесены новые усовершенствовани€.

–аспространение плуга с железным лемехом произвело кардинальный переворот в земледелии. ѕлужное земледелие преобразовало сельское хоз€йство, €вилось его высшим достижением и в немалой степени способствовало возникновению многих цивилизаций —тарого —вета. ѕреимущество плужного земледели€ перед мотыжным настолько очевидно, что в представлении древних людей его изобретение было делом богов. ≈гипт€не считали плуг даром ќсириса, греки Ч јфины?ѕаллады, индийцы Ч јгни, а жители  ита€ Ч божественного Ўенпунгу.

 

16. –џ„ј√, ЅЋќ  » Ќј ЋќЌЌјя ѕЋќ— ќ—“№

 

”же в глубокой древности дл€ подъема т€жестей человек стал примен€ть простые механизмы: рычаг, ворот и наклонную плоскость. ѕозже к ним прибавились еще блок и винт. Ёти несложные приспособлени€ позвол€ли многократно увеличить мускульные усили€ человека и справитьс€ с такими т€жест€ми, которые при других обсто€тельствах были бы совершенно неподъемными. ѕринцип действи€ простых механизмов хорошо известен. Ќапример, если нужно втащить груз на определенную высоту, всегда легче воспользоватьс€ пологим подъемом, чем крутым. ѕричем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу. Ёта св€зь имеет четкое математическое выражение. ≈сли наклонна€ плоскость имеет угол d, то втащить груз по ней будет в 1/sin d раз легче, чем подн€ть его вертикально. ≈сли угол составл€ет 45 градусов, наше усилие будет в 1, 5 раза меньше, если 30 градусов Ч в 2 раза меньше, при угле в 5 градусов мы потратим в 11 раз меньше усилий, а при угле в 1 градус Ч в 57 раз! ѕравда, все, что выигрываетс€ в силе, тер€етс€ в рассто€нии, ибо во сколько раз уменьшаетс€ наше усилие, во столько же раз возрастает рассто€ние, на которое придетс€ тащить груз. ќднако в тех случа€х, когда врем€ и рассто€ние не играют большой роли, а важна сама цель Ч подн€ть груз с наименьшим усилием, наклонна€ плоскость оказываетс€ незаменимым помощником. ƒругим простым механизмом Ч рычагом Ч наши далекие предки посто€нно пользовались дл€ того, чтобы приподнимать и сдвигать с места т€желые камни и бревна. –ычаг позвол€ет достигнуть многократного выигрыша в силе самыми простыми и доступными средствами. ѕоложив длинный и крепкий шест на обрубок полена (опору) и подсунув второй конец его под камень, человек превращал шест в простейший рычаг. ¬ этой ситуации на камень начинали действовать два вращающих момента, один от веса камн€, а другой Ч от руки человека. ƒл€ того чтобы камень сдвинулс€ с места, «подталкивающий» момент от мускульной силы человека должен быть больше «прижимающего» от веса камн€. ћомент, как известно, равен произведению приложенной силы на длину плеча рычага (в данном случае плечо Ч это рассто€ние от конца шеста (точки приложени€ силы) до полена (точки опоры)). Ћегко подсчитать, что если плечо, на которое давит человек в 15?20 раз длиннее того, которое подсунуто под камень, то сила человека соответственно тоже возрастает в 15?20 раз. “о есть человек, не очень напр€га€сь, может сдвинуть камень весом в тонну! Ќеподвижный блок Ч третий механизм, получивший распространение в древности Ч представл€ет собой колесо с желобом, ось которого жестко прикреплена к стене или потолочной балке. ѕерекинув через колесо веревку и прикрепив ее противоположный конец к грузу, можно подн€ть его на высоту креплени€ блока. Ќеподвижный блок не дает выигрыша в силе, но зато предоставл€ет возможность изменить ее направление, что зачастую при подъеме т€жестей тоже имеет огромное значение.

ѕри всей своей примитивности простые механизмы многократно расшир€ли возможности древнего человека. ƒл€ того чтобы убедитьс€ в этом, достаточно вспомнить о гигантских постройках древних египт€н. Ќапример, пирамида ’еопса имела высоту 146 м. ѕодсчитано, что дл€ ее возведени€ потребовалось 23300000 каменных глыб, кажда€ из которых весила в среднем около 2, 5 тонн. Ќо и это был не предел Ч при строительстве храмов египт€не транспортировали, поднимали и устанавливали колоссальные обелиски и статуи, вес которых составл€л дес€тки и сотни тонн!  акие же механизмы использовали эти древние строители дл€ того, чтобы поднимать на огромную высоту исполинские глыбы и статуи? ќказываетс€, все это можно сделать с помощью тех же простых устройств Ч блока, рычагов и наклонной плоскости.  олоссальные статуи и каменные глыбы перетаскивались на массивных салазках, которые т€нуло большое количество людей.  аждый из работавших имел веревку, переброшенную через плечо. ѕод салазки подкладывались катки, которые после протаскивани€ груза подбирались и снова подкладывались под полозь€. ƒл€ преодолени€ преп€тствий салазки приподнимались с помощью рычагов. ¬ качестве них употребл€ли стесанные бревна. ”порами служили специально изготовленные клинь€ разного размера. –абота сопровождалась музыкой. √лавным подъемным приспособлением египт€н была наклонна€ плоскость Ч рампа. ќстов рампы, то есть ее боковые стороны и перегородки, на небольшом рассто€нии друг от друга пересекавшие рампу, строились из кирпича; пустоты заполн€лись тростником и ветв€ми. ѕо мере роста пирамиды рампа надстраивалась. ѕо этим рампам камни тащили на салазках таким же образом, как и по земле, помога€ себе при этом рычагами. ”гол наклона рампы был очень незначительным Ч 5 или 6 градусов. “аким образом, например, наклонна€ дорога к пирамиде ’афра при высоте подъема в 46 метров имела длину около полукилометра. —оответственно дл€ сооружени€ более высоких пирамид приходилось строить рампу еще длиннее.

  иным приемам прибегали при подъеме длинных каменных глыб и статуй. ƒл€ этого примен€ли блоки. ќднако подн€ть с помощью блоков огромные камни, какими €вл€лись обелиски до 300 тонн весом и гигантские статуи царей, достигавшие 1000 тонн веса, невозможно. ƒл€ установки таких статуй и обелисков приходилось проводить значительную подготовительную работу. ¬ качестве подъемного приспособлени€ здесь оп€ть выступала наклонна€ плоскость Ч рампа. ѕрежде всего по обе стороны пьедестала возводились каменные стены.   одной из них пристраивалась наклонна€ плоскость, высотой несколько меньше, чем высота устанавливаемого обелиска. ¬се четыре стены рампы образовывали как бы кирпичный колодец. ¬ одной из его стен на уровне земли делалс€ сквозной коридор. ¬се пространство внутри засыпалось песком. «атем по наклонной плоскости втаскивали основанием вперед законченный обелиск. ѕосле этого через коридор в стене начинали выносить песок, и обелиск под собственной т€жестью начинал плавно опускатьс€ на пьедестал, постепенно принима€ вертикальное положение. ѕосле установки стена и рампа разбирались.

Ўироко примен€€ наклонную плоскость и рычаг, древние египт€не, кажетс€, не задумывались о законах, которые лежат в основе простых механизмов. ѕо крайней мере, до нас не дошло ни одного вавилонского или египетского текста с описанием их действи€. Ёту работу провели только ученые ƒревней √реции.  лассические расчеты действи€ рычага, наклонной плоскости и блока принадлежат выдающемус€ античному механику јрхимеду из —иракуз. јрхимед изучил механические свойства подвижного блока и применил его на практике. ѕо свидетельству јфине€, «дл€ спуска на воду исполинского корабл€, построенного сиракузским тираном √иероном, придумывали много способов, но механик јрхимед один сумел сдвинуть корабль с помощью немногих людей; јрхимед устроил блок и посредством него спустил на воду громадный корабль; он первый придумал устройство блока». »з этого свидетельства видно, что јрхимед не только изучил свойства простых механизмов, но и сделал следующий шаг Ч стал сооружать на их основе более сложные машины, преобразующие и усиливающие движение. ¬озможно, что корабль ему удалось сдвинуть с помощью системы подвижных и неподвижных блоков (подобной современным тал€м), использу€ которые можно многократно увеличить прилагаемое усилие.  огда на родной город јрхимеда напали римл€не, он применил свои знани€ в военной технике. ѕо его чертежам сиракуз€не построили множество самых разнообразных боевых машин. —реди них были метательные оруди€; поворотные краны, низвергавшие на римские корабли огромные камни; прив€занные к цеп€м железные лапы, которые захватывали и переворачивали вражеские корабли.

 

17. ћ≈Ћ№Ќ»÷ј

 

ѕервыми инструментами дл€ измельчени€ зерна в муку были каменна€ ступка и пестик. Ќекоторым шагом вперед по сравнению с ними €вилс€ метод перетирани€ зерна вместо толчени€. Ћюди очень скоро убедились, что при перетирании мука получаетс€ гораздо лучше. ќднако это также была крайне утомительна€ работа. Ѕольшим усовершенствованием стал переход от движени€ терки вперед и назад к вращению. ѕестик сменилс€ плоским камнем, который двигалс€ по плоскому каменному блюду. ќт камн€, который перетирает зерно, было уже легко перейти к жернову, то есть заставить один камень скользить при вращении по другому. «ерно понемногу подсыпалось в отверстие в середине верхнего камн€ жернова, попадало в пространство между верхним и нижним камнем и растиралось в муку. Ёта ручна€ мельница получила самое широкое распространение в ƒревней √реции и –име.  онструкци€ ее очень проста. ќснованием мельницы служил камень, выпуклый посередине. Ќа его вершине располагалс€ железный штифт. ¬торой, вращающийс€ камень имел два колоколообразных углублени€, соединенных между собой отверстием. ¬нешне он напоминал песочные часы и был внутри пустой. Ётот камень насаживали на основание. ¬ отверстие вставл€лась железна€ полоса. ѕри вращении мельницы зерно, попада€ между камн€ми, перетиралось. ћука собирались у основани€ нижнего камн€. ѕодобные мельницы были самых разных размеров: от маленьких, вроде современных кофемолок, до больших, которые приводили во вращение два раба или осел. — изобретением ручной мельницы процесс размалывани€ зерна облегчилс€, но по?прежнему оставалс€ трудоемким и т€желым делом. Ќе случайно, именно в мукомольном деле возникла перва€ в истории машина, работавша€ без использовани€ мускульной силы человека или животного. –ечь идет о вод€ной мельнице. Ќо сначала древние мастера должны были изобрести вод€ной двигатель.

ƒревние вод€ные машины?двигатели развились, по?видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду дл€ орошени€ берегов. „адуфон представл€л собой р€д черпаков, которые насаживались на обод большого колеса с горизонтальной осью. ѕри повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб. —начала такие колеса вращались вручную, но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, колесо стали снабжать специальными лопатками. ѕод напором течени€ колесо вращалось и само черпало воду. ѕолучилс€ простейший насос?автомат, не требующий дл€ своей работы присутстви€ человека. »зобретение вод€ного колеса имело огромное значение дл€ истории техники. ¬первые человек получил в свое распор€жение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. ¬скоре стало очевидным, что движение, создаваемое вод€ным колесом, можно использовать не только дл€ качани€ воды, но и дл€ других надобностей, например, дл€ перемалывани€ зерна. ¬ равнинных местност€х скорость течени€ рек мала дл€ того, чтобы вращать колесо силой удара струи. ƒл€ создани€ нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направл€ть струю по желобу на лопатки колеса.

ќднако изобретение двигател€ сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от вод€ного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную дл€ человека работу? ƒл€ этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение. –азреша€ эту проблему, древние механики оп€ть обратились к идее колеса. ѕростейша€ колесна€ передача работает следующим образом. ѕредставим себе два колеса с параллельными ос€ми вращени€, которые плотно соприкасаютс€ своими ободь€ми. ≈сли теперь одно из колес начинает вращатьс€ (его называют ведущим), то благодар€ трению между ободь€ми начнет вращатьс€ и другое (ведомое). ѕричем пути, проходимые точками, лежащими на их ободь€х, равны. Ёто справедливо при всех диаметрах колес.

—тало быть, большее колесо будет делать по сравнению со св€занным с ним меньшим во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. ≈сли мы разделим диаметр одного колеса на диаметр другого, то получим число, которое называетс€ передаточным отношением данной колесной передачи. ѕредставим себе передачу из двух колес, в которой диаметр одного колеса в два раза больше, чем диаметр второго. ≈сли ведомым будет большее колесо, мы можем с помощью этой передачи в два раза увеличить скорость движени€, но при этом в два раза уменьшитс€ крут€щий момент. “акое сочетание колес будет удобно в том случае, когда важно получить на выходе большую скорость, чем на входе. ≈сли, напротив, ведомым будет меньшее колесо, мы потер€ем на выходе в скорости, но зато крут€щий момент этой передачи увеличитс€ в два раза. Ёта передача удобна там, где требуетс€ «усилить движение» (например, при подъеме т€жестей). “аким образом, примен€€ систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. ¬ реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используютс€, так как сцеплени€ между ними недостаточно жесткие, и колеса проскальзывают. Ётот недостаток можно устранить, если вместо гладких колес использовать зубчатые. ѕервые колесные зубчатые передачи по€вились около двух тыс€ч лет назад, однако широкое распространение они получили значительно позже. ƒело в том, что нарезка зубьев требует большой точности. ƒл€ того чтобы при равномерном вращении одного колеса второе вращалось тоже равномерно, без рывков и остановок, зубцам необходимо придавать особое очертание, при котором взаимное движение колес совершалось бы так, как будто они перемещаютс€ друг по другу без скольжени€, тогда зубцы одного колеса будут попадать во впадины другого. ≈сли зазор между зубь€ми колес будет слишком велик, они станут удар€тьс€ друг о друга и быстро обломаютс€. ≈сли же зазор слишком мал Ч зубь€ врезаютс€ друг в друга и крошатс€. –асчет и изготовление зубчатых передач представл€ли собой сложную задачу дл€ древних механиков, но уже они оценили их удобство. ¬едь различные комбинации зубчатых колес, а также их соединение с некоторыми другими передачами давали огромные возможности дл€ преобразовани€ движени€. Ќапример, после соединени€ зубчатого колеса с винтом, получалась черв€чна€ передача, передающа€ вращение из одной плоскости в другую. ѕримен€€ конические колеса, можно передать вращение под любым углом к плоскости ведущего колеса. —оединив колесо с зубчатой линейкой, можно преобразовать вращательное движение в поступательное, и наоборот, а присоединив к колесу шатун, получают возвратно?поступательное движение. ƒл€ расчета зубчатых передач обычно берут отношение не диаметров колес, а отношение числа зубьев ведущего и ведомого колес. „асто в передаче используетс€ несколько колес. ¬ таком случае передаточное отношение всей передачи будет равно произведению передаточных отношений отдельных пар.

 огда все затруднени€, св€занные с получением и преобразованием движени€, были благополучно преодолены, по€вилась вод€на€ мельница. ¬первые ее детальное устройство описано древнеримским механиком и архитектором ¬итрувием. ћельница в античную эпоху имела три основные составные части, соединенные между собой в единое устройство: 1) двигательный механизм в виде вертикального колеса с лопатками, вращаемого водой; 2) передаточный механизм или трансмиссию в виде второго вертикального зубчатого колеса; второе зубчатое колесо вращало третье горизонтальное зубчатое колесо Ч шестерню; 3) исполнительный механизм в виде жерновов, верхнего и нижнего, причем верхний жернов был насажен на вертикальный вал шестерни, при помощи которого и приводилс€ в движение. «ерно сыпалось из воронкообразного ковша над верхним жерновом.

—оздание вод€ной мельницы считаетс€ важной вехой в истории техники. ќна стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла антична€ механика, и исходной точкой дл€ технических поисков механики ¬озрождени€. ≈е изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.

 

18. Ѕ”ћј√ј

 

»зобретател€ми бумаги были китайцы. » это не случайно. ¬о?первых,  итай уже в глубокой древности славилс€ своей книжной премудростью и сложной системой бюрократического управлени€, требовавшей от чиновников посто€нной отчетности. ѕоэтому здесь всегда ощущалась потребность в недорогом и компактном материале дл€ письма. ƒо изобретени€ бумаги в  итае писали или на бамбуковых дощечках, или на шелке. Ќо шелк был всегда очень дорогим, а бамбук Ч очень громоздким и т€желым. (Ќа одной дощечке помещалось в среднем 30 иероглифов. Ћегко представить, сколько места должна была занимать така€ бамбукова€ «книга». Ќе случайно пишут, что дл€ перевозки некоторых сочинений требовалась цела€ телега.) ¬о?вторых, одни только китайцы долгое врем€ знали секрет производства шелка, а бумажное дело как раз и развилось из одной технической операции обработки шелковых коконов. Ёта операци€ заключалась в следующем. ∆енщины, занимавшиес€ шелководством, варили коконы шелкопр€да, затем, разложив их на циновку, опускали в воду и перетирали до образовани€ однородной массы.  огда массу вынимали и отцеживали воду, получалась шелкова€ вата. ќднако после такой механической и тепловой обработки на циновках оставалс€ тонкий волокнистый слой, превращавшийс€ после просушки в лист очень тонкой бумаги, пригодной дл€ письма. ѕозже работницы стали использовать бракованные коконы шелкопр€да дл€ целенаправленного изготовлени€ бумаги. ѕри этом они повтор€ли уже знакомый им процесс: варили коконы, промывали и измельчали до получени€ бумажной массы, наконец, высушивали получившиес€ листы. “ака€ бумага называлась «ватной» и стоила достаточно дорого, так как дорого было само сырье.

≈стественно, что в конце концов возник вопрос: можно ли бумагу делать только из шелка или дл€ приготовлени€ бумажной массы может подойти любое волокнистое сырье, в том числе растительного происхождени€? ¬ 105 г. некто ÷ай Ћунь, важный чиновник при дворе ханьского императора, приготовил новый сорт бумаги из старых рыболовных сетей. ѕо качеству она не уступала шелковой, но была значительно дешевле. Ёто важное открытие имело огромные последстви€ не только дл€  ита€, но и дл€ всего мира Ч впервые в истории люди получили первоклассный и доступный материал дл€ письма, равноценной замены которому нет и по сей день. »м€ ÷ай Ћун€ поэтому по праву входит в число имен величайших изобретателей в истории человечества.

¬ последующие века в процесс изготовлени€ бумаги было внесено несколько важных усовершенствований, благодар€ чему оно стало быстро развиватьс€. ¬ IV веке бумага совершенно вытеснила из употреблени€ бамбуковые дощечки. Ќовые опыты показали, что бумагу можно делать из дешевого растительного сырь€ древесной коры, тростника и бамбука. ѕоследнее было особенно важно, так как бамбук произрастает в  итае в огромном количестве. Ѕамбук расщепл€ли на тонкие лучинки, замачивали с известью, а полученную массу вываривали затем в течение нескольких суток. ќтцеженную гущу выдерживали в специальных €мах, тщательно размалывали специальными билами и разбавл€ли водой до образовани€ клейкой, кашицеобразной массы. Ёту массу зачерпывали с помощью специальной формы бамбукового сита, укрепленного на подрамнике. “онкий слой массы вместе с формой клали под пресс. «атем форма вытаскивалась и под прессом оставалс€ только бумажный лист. —прессованные листы снимали с сита, складывали в кипу, сушили, разглаживали и резали по формату.

— течением времени китайцы достигли высочайшего искусства в изготовлении бумаги. Ќа прот€жении нескольких веков они, по своему обыкновению, тщательно хранили секреты бумажного производства. Ќо в 751 году во врем€ столкновени€ с арабами в предгорь€х “€нь?Ўан€ несколько китайских мастеров попали в плен. ќт них арабы научились сами делать бумагу и в течение п€ти веков очень выгодно сбывали ее в ≈вропу. ≈вропейцы были последними из цивилизованных народов, которые научились сами изготавливать бумагу. ѕервыми это искусство перен€ли от арабов испанцы. ¬ 1154 году бумажное производство было налажено в »талии, в 1228?м Ч в √ермании, в 1309?м Ч в јнглии. ¬ последующие века бумага получила во всем мире широчайшее распространение, постепенно завоевыва€ все новые и новые сферы применени€. «начение ее в нашей жизни столь велико, что, по мнению известного французского библиографа ј. —има, нашу эпоху можно с полным правом назвать «бумажной эрой».

 

19. ћ≈’јЌ»„≈— »≈ „ј—џ

 

—оздание механических часов имело огромное значение дл€ истории техники. ƒело даже не столько в том, что люди получили в свое распор€жение удобный прибор дл€ измерени€ времени. ¬ли€ние этого изобретени€ было несравненно шире. „асы стали первым автоматом, созданным дл€ практических целей и получившим повсеместное распространение. ÷елых три столети€ они оставались самым сложным техническим устройством и, наподобие магнита, прит€гивали к себе творческую мысль механиков. Ќе было другой такой области техники, где было бы приложено столько гениальной изобретательности, знани€ и остроуми€, как при создании и усовершенствовании часового механизма. ѕоэтому не будет большим преувеличением сказать, что XIV?XVII века в истории техники прошли под знаком часов. ƒл€ самой техники и ее творцов это было врем€ возмужани€. ѕо сравнению с прежними примитивными устройствами часы стали как бы большим качественным шагом вперед. —оздание их требовало сложных расчетов и кропотливого труда, особых инструментов и новых материалов, они давали прекрасную возможность дл€ соединени€ науки и практики. ћногие конструкторские идеи, получившие потом распространение в других отрасл€х техники, были поначалу опробованы в часах, а дл€ многих механизмов, созданных в последующие времена, часы послужили образцом. ќни €вились как бы опытной моделью всего механического искусства вообще. “рудно назвать еще какое?либо устройство, давшее столь богатое поле дл€ работы человеческой мысли.

–азличные устройства дл€ измерени€ времени создавались уже в глубокой древности. Ќепосредственными предшественниками механических часов, подготовившими их изобретение, были вод€ные часы. ¬ сложных вод€ных часах уже использовались циферблат с перемещающейс€ по нему стрелкой, груз в качестве движущей силы, колесные передачи, механизм бо€ и марионетки, разыгрывавшие различные сцены. “ак, например, насто€щим техническим шедевром своего времени были вод€ные часы, подаренные  арлу ¬еликому халифом √аруном?аль?–ашидом. Ѕогато украшенные, они имели часовой циферблат и каждый час провозглашали звуковым ударом металлического шара, который выскакивал на декоративную решетку. ¬ полдень у этих часов открывались ворота и из них выезжали рыцари. ¬ средневековых хрониках есть много упоминаний и о других остроумных конструкци€х вод€ных часов. ќднако подлинный переворот в технике и хронометрии произошел, как уже говорилось, только после по€влени€ колесных механических часов.

ѕервые упоминани€ о башенных колесных часах в ≈вропе приход€тс€ на границу XIII и XIV веков. ћогли ли такие часы по€витьс€ раньше? „тобы ответить на этот вопрос, посмотрим, из каких основных компонентов состоит часовой механизм. “аких главных узлов можно выделить шесть: 1) двигатель; 2) передаточный механизм из зубчатых колес; 3) регул€тор, создающий равномерное движение; 4) распределитель, или спуск; 5) стрелочный механизм и 6) механизм перевода и заводки часов.

ѕервые часовые механизмы приводились в движение энергией опускающегос€ груза. ѕриводной механизм состо€л из гладкого дерев€нного вала и намотанного на него пенькового каната с каменной, а позднее металлической гирей на конце. Ѕлагодар€ силе т€жести гири, канат начинал разматыватьс€ и вращал вал. Ќа вал было насажено большое или главное зубчатое колесо, находившеес€ в сцеплении с зубчатыми колесами передаточного механизма. “аким образом, вращение от вала передавалось механизму часов.

”же прежде мы упоминали, что период вращени€ колес в зубчатой передаче зависит от отношени€ диаметров вход€щих в нее колес (или, что то же самое, отношени€ числа зубьев). ѕодбира€ колеса с разным количеством зубьев, несложно добитьс€, например, чтобы одно из них совершало оборот ровно за 12 часов. ≈сли насадить на вал этого колеса стрелку, то она будет совершать полный оборот за то же врем€. ѕон€тно, что так же можно подобрать колеса, делающие полный оборот за минуту или за час; с ними можно соединить секундную и минутные стрелки. Ќо такие часы по€вились значительно позже Ч только в XVIII веке, а до этого использовалась единственна€ часова€ стрелка. Ќазначение передаточного механизма в таких часах состо€ло в том, чтобы передать и преобразовать соответствующим образом движение от главного зубчатого колеса к часовому колесу.

ќднако, чтобы часы могли служить дл€ измерени€ времени, стрелка должна совершать свои обороты с одной и той же периодичностью. ћежду тем груз, как это всем хорошо известно, движетс€ под действием сил прит€жени€ с ускорением. ≈сли бы гир€ опускалась свободно, то вал вращалс€ бы ускоренно, соответственно стрелка делала бы каждый следующий оборот за более короткое врем€, чем предыдущий. —толкнувшись с этой проблемой, средневековые механики (хот€ они и не имели пон€ти€ об ускорении) сообразили, что ход часов не может зависеть только от движени€ груза. ћеханизм необходимо было дополнить еще одним устройством. Ёто устройство должно было обладать собственным, независимым «чувством времени» и в соответствии с этим управл€ть движением всего механизма. “ак родилась иде€ регул€тора.

≈сли современного человека спросить, какое простейшее приспособление целесообразнее всего использовать в качестве регул€тора, он, скорее всего, назовет ма€тник. ƒействительно, ма€тник лучше всего удовлетвор€ет поставленным услови€м. ¬ этом можно убедитьс€, сделав простой опыт. ≈сли шарик, прив€занный к достаточно длинной нити, отклонить на небольшой угол и отпустить, он начнет колебатьс€. ¬ооружившись секундомером, можно посчитать, сколько колебаний совершит ма€тник, к примеру, за каждые п€тнадцать секунд. ѕродолжа€ наблюдени€ в течение полутора?двух минут, легко заметить, что все измерени€ совпадают. »з?за трени€ о воздух размах колебаний шарика будет постепенно уменьшатьс€, но (и это очень важно!) длительность колебани€ будет при этом оставатьс€ неизменной. ƒругими словами, ма€тник обладает прекрасным «чувством времени». ќднако очень долго эти замечательные свойства ма€тника были неизвестны механикам, и ма€тниковые часы по€вились только во второй половине XVII века. ¬ первых механических часах регул€тором служило коромысло (бил€нец).  оромысло с древних времен примен€лось в таком широко распространенном устройстве, как весы. ≈сли на каждое плечо таких коромысловых весов поместить равные грузы, а потом вывести весы из состо€ни€ равновеси€, коромысло будет совершать достаточно равные колебани€ наподобие ма€тника. ’от€ эта колебательна€ система уступает во многих отношени€х ма€тнику, она вполне может использоватьс€ в часах. Ќо любой регул€тор, если посто€нно не поддерживать его колебани€, рано или поздно остановитс€. ƒл€ того чтобы часы работали, необходимо, чтобы часть двигательной энергии от главного колеса посто€нно поступала к ма€тнику или бил€нцу. Ёту задачу в часах выполн€ет устройство, которое называетс€ распределителем, или спуском.

—пуск всегда был и остаетс€ самым сложным узлом в механических часах. „ерез него осуществл€етс€ св€зь между регул€тором и передаточным механизмом. — одной стороны, спуск передает толчки от двигател€ к регул€тору, необходимые дл€ поддержани€ колебаний последнего, а с другой стороны, подчин€ет движение передаточного механизма (а следовательно, и действие двигател€) закономерности движени€ регул€тора. ѕравильный ход часов зависит главным образом от спуска. »менно над его конструкцией больше всего ломали голову изобретатели. —амый первый спуск представл€л собой шпиндель с налетами, поэтому его называют шпиндельным. ќ принципах его действи€ будет подробно рассказано ниже.

¬ первых часах не было специального механизма заводки. ¬следствие этого подготовка часов к работе требовала очень больших усилий. ћало того, что по несколько раз в день приходилось поднимать на значительную высоту очень т€желую гирю, надо было еще и преодолевать огромное сопротивление всех зубчатых колес передаточного механизма. (ѕон€тно, что главное колесо, если оно жестко сидит на валу двигател€, при подъеме гири будет вращатьс€ вместе с валом, а с ним будут вращатьс€ и остальные колеса.) ѕоэтому уже во второй половине XIV века главное колесо стали крепить таким образом, что при обратном вращении вала (против часовой стрелки) оно оставалось неподвижным.

»з шести описанных нами главных узлов часового механизма больша€ часть по отдельности уже использовалась в античности. Ќовыми были только два изобретени€: иде€ подвешивать груз в качестве двигател€ дл€ часов и иде€ использовать шпиндель в качестве спуска. Ћюбопытно, что обе эти технические находки средневекова€ легенда приписывает одному человеку Ч ученому монаху √ерберту јврилакскому, который позже сделалс€ римским папой под именем —ильвестра II. »звестно, что √ерберт всю жизнь очень интересовалс€ часами и в 996 году собрал первые в истории башенные часы дл€ города ћагдебурга. “ак как эти часы не сохранились, по сей день остаетс€ открытым вопрос Ч какой принцип действи€ они имели. Ѕольшинство современных исследователей уверены, что они были вод€ными. ¬ пользу этого говорит также то обсто€тельство, что следующие башенные часы, которые с большим или меньшим основанием можно считать механическими, по€вились в ≈вропе только через триста лет. ќднако, с другой стороны, если √ерберт действительно был такой хороший механик, как о нем пишут, если он действительно изобрел шпиндельный спуск и если он действительно много думал над схемой механических часов, совершенно непон€тно, что могло помешать ему собрать такие часы, поскольку он имел дл€ этого все необходимое.

Ќо, как бы то ни было, эра механических часов началась в ≈вропе только в конце XIII века. ¬ 1288 году башенные часы были установлены в ¬естминстерском аббатстве в јнглии. ¬ 1292 году часами обзавелс€ храм в  ентербери. ¬ 1300 году встречаетс€ сообщение о том, что башенные часы сооружены во ‘лоренции (упоминание об этих часах сохранилось в «Ѕожественной комедии» ƒанте). ¬ 1314 году часы были уже во французских  аннах. Ќи один из этих ранних механизмов не сохранилс€ до наших дней, имена их создателей тоже неизвестны. ќднако мы можем достаточно точно представить себе их устройство. —амый простой часовой механизм (если не брать во внимание механизм бо€) может включать в себ€ всего три зубчатых колеса. ќчевидно, что все упом€нутые выше часы представл€ли собой пример простого трехколесного механизма с однострелочным циферблатом.

ќт главного колеса, посаженного на вал двигател€, движение передавалось на маленькую шестерню, находившуюс€ на одной оси с коронным (или ходовым) колесом, которое было снабжено зубцами, имеющими форму зубьев пилы и расположенных перпендикул€рно оси колеса. Ёто колесо было неотъемлемой частью спускового устройства, или шпиндельного спуска, имевшего своей задачей регулирование скорости движени€ зубчатой передачи.  оронное колесо, получа€ энергию от зубчатой передачи, затрачивало ее на вращение шпиндел€, с которым оно находилось в посто€нной св€зи. Ўпиндель был снабжен двум€ палетами, размещенными на нем против нижнего и верхнего зуба коронного колеса. ѕалеты по отношению друг к другу располагались под углом 90 градусов и поочередно зацепл€ли зубцы коронного колеса, вызыва€ вращение шпиндел€ с палетами то в одну, то в другую сторону.  огда, например, выступающий зуб колеса сталкивалс€ с нижней палетой и удар€лс€ о нее, это приводило к вращению шпиндел€ на его оси и, следовательно, к тому, что верхн€€ палета через некоторое врем€ входила в промежуток между зубь€ми, наход€щимис€ в верхней части колеса. ƒавление, оказываемое верхним зубом, измен€ло вращение шпиндел€ на обратное. «уб ходового колеса при каждом таком повороте шпиндел€ освобождалс€. Ќо колесо сразу попадало в контакт с другой палетой, и так весь процесс повтор€лс€ снова. ѕри каждом повороте шпиндел€ колесо успевало повернутьс€ только на один зубец. —корость поворота шпиндел€ определ€лась регул€тором, который представл€л собой, как уже говорилось, коромысло с передвигающимис€ по нему грузами. ≈сли грузы перемещали ближе к оси, шпиндель начинал поворачиватьс€ быстрее, и часы ускор€ли свой ход. ≈сли грузы перемещали ближе к краю Ч ход часов замедл€лс€.

“акой была концепци€ ранних механических часов. Ќо уже очень скоро устройство их заметно усложнилось. ѕрежде всего, увеличилось число колес передаточного механизма. ¬ызвано это было тем, что при значительной разнице в числе зубьев между ведущим и ведомым колесами получались очень большие передаточные отношени€, механизм испытывал сильную нагрузку и быстро изнашивалс€. √руз в таких часах опускалс€ очень быстро и его приходилось подымать по п€ть?шесть раз в сутки.   тому же дл€ создани€ больших передаточных отношений требовались колеса слишком большого диаметра, что увеличивало габариты часов. ѕоэтому стали вводить промежуточные дополнительные колеса, в задачу которых входило плавно увеличивать передаточные отношени€.

ѕосмотрим, например, на устройство часов де ¬ика, установленных в 1370 году в королевском дворце в ѕариже. ¬округ дерев€нного вала A, диаметром около 30 см, был намотан канат с гирей B на конце. √ир€ весом около 500 фунтов (200 кг) падала с высоты 10 м в течение 24 часов. √ири большого веса требовались в св€зи со значительным трением в колесном зацеплении и наличием т€желовесного регул€тора?бил€нца. ¬се детали часов изготавливались кузнецами на наковальне. Ќа валу A располагалось главное колесо E, которое передавало вращение остальным колесам механизма. ƒл€ облегчени€ заводки оно соедин€лось с валом не жестко, а посредством собачки F и храпового колеса G. “аким образом, враща€сь по часовой стрелке, вал приводил в движение колесо E, а враща€сь против часовой стрелки, оставл€л его свободным. ƒл€ заводки часов служило зубчатое колесо C, сцепленное с шестерней D. ќно облегчало поворот руко€тки. Ѕольшое колесо приводило в движение шестерню, сид€щую на оси, где находилось второе колесо Ч H, а это последнее приводило в движение шестерню, наход€щуюс€ на оси, где сидело третье, или ходовое, колесо I. Ўпиндельный спуск J с коромыслом N и палетами K действовал здесь так же, как описанный выше.

Ѕашенные часы были довольно капризным механизмом, требующим посто€нного наблюдени€. ¬ течение дн€ несколько раз приходилось подымать груз. ’од часов зависел от силы трени€, поэтому они нуждались в посто€нной смазке. ѕогрешность их суточного хода по современным меркам была очень велика. Ќо, несмотр€ на это, они долгое врем€ оставались самым точным и распространенным прибором дл€ измерени€ времени. — каждым дес€тилетием механизм часов усложн€лс€. — часами стали св€зывать множество других приспособлений, выполн€вших самые разные функции. ¬ конце концов, башенные часы превратились в сложное устройство со многими стрелками, автоматическими подвижными фигурами, разнообразной системой бо€ и великолепными украшени€ми. Ёто были шедевры техники и искусства одновременно. Ќапример, известному мастеру ƒжунелло “урриано потребовалось 1800 колес дл€ создани€ башенных часов, которые воспроизводили дневное движение —атурна, часы дн€, годичное движение —олнца, движение Ћуны, а также всех планет в соответствии с птолемеевской системой мироздани€. ¬ других часах марионетки разыгрывали насто€щие театральные представлени€. “ак, в ѕражских башенных часах (сооруженных в 1402 году) перед боем раскрывались два оконца над циферблатом и из них выходило 12 апостолов. —трашна€ фигура —мерти, сто€вша€ на правой стороне циферблата, при каждом бое часов поворачивала косу, а затем песочные часы, напомина€ о конце жизни. „еловек, сто€вший р€дом, кивал головой, как бы подчеркива€ роковую неизбежность. Ќа другой стороне циферблата находились еще две фигуры. ќдна изображала человека с кошельком в руках; каждый час он звенел лежавшими там монетами, показыва€, что врем€ Ч деньги. ƒруга€ фигура изображала путника, мерно удар€вшего посохом в землю. ќна показывала, как с течением времени движетс€ по жизненной дороге человек, или суетность жизни. ѕосле бо€ часов по€вл€лс€ петух и три раза кричал. ѕоследним в оконце по€вл€лс€ ’ристос и благословл€л всех сто€вших внизу зрителей. —оздание таких автоматов требовало особых программных устройств. »х приводил в движение большой диск, управл€емый часовым механизмом. ¬се подвижные части фигур имели свои рычаги. ¬о врем€ вращени€ круга они то поднимались, то опускались, когда рычаги попадали в особые вырезы и зубцы вращающегос€ диска. ѕомимо этого башенные часы имели отдельный механизм дл€ бо€ (многие часы по?разному отбивали четверть часа, час, полдень и полночь), приводимый в движение собственной гирей, и четыре циферблата (на каждой стороне башни).

 о второй половине XV века относ€тс€ самые первые упоминани€ об изготовлении часов с пружинным двигателем, который открыл путь к созданию миниатюрных часов. »сточником движущей энергии в пружинных часах служила заведенна€ и стрем€ща€с€ развернутьс€ пружина, котора€ представл€ла собой эластичную, тщательным образом закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. ¬нешний конец пружины закрепл€лс€ за крючок в стенке барабана, внутренний Ч соедин€лс€ с валом барабана. —трем€сь развернутьс€, пружина приводила во вращение барабан и св€занное с ним зубчатое колесо, которое в свою очередь передавало это движение системе зубчатых колес до регул€тора включительно.  онструиру€ такие часы, мастера должны были разрешить несколько сложных технических задач. √лавна€ из них касалась работы самого двигател€. ¬едь дл€ правильного хода часов пружина должна на прот€жении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. ƒл€ этого необходимо заставить ее разворачиватьс€ медленно и равномерно. “олчком к созданию пружинных часов послужило изобретение запора, не позвол€вшего пружине распр€мл€тьс€ сразу. ќн представл€л собой маленькую щеколду, помещавшуюс€ в зубь€ колес и позвол€вшую пружине раскручиватьс€ только так, что одновременно поворачивалс€ весь ее корпус, а вместе с ним колеса часового механизма. “ак как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стади€х своего разворачивани€, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитроумным ухищрени€м, чтобы сделать ее ход более равномерным. ѕозже, когда научились изготовл€ть высококачественную сталь дл€ часовых пружин, в них отпала необходимость. (—ейчас в недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30?36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же врем€. —пециальное приспособление мешает пружине при заводе свернутьс€ до конца. ¬ результате ход пружины используетс€ только в средней части, когда сила ее упругости более равномерна.)

—амые значительные усовершенствовани€ в механизм часов были внесены во второй половине XVII века знаменитым голландским физиком √юйгенсом, создавшим новые регул€торы как дл€ пружинных, так и дл€ гиревых часов. »спользовавшеес€ до этого в течение нескольких веков коромысло имело много недостатков. ≈го даже трудно назвать регул€тором в собственном смысле этого слова. ¬едь регул€тор должен быть способен к самосто€тельным колебани€м с собственной частотой.  оромысло же было, вообще говор€, только маховиком. ћножество посторонних факторов вли€ло на его работу, что отражалось на точности хода часов. ћеханизм стал гораздо совершеннее, когда в качестве регул€тора начали использовать ма€тник.

¬первые мысль применить ма€тник в простейших приборах дл€ измерени€ времени пришла великому италь€нскому ученому √алилео √алилею. —охранилось предание, что в 1583 году дев€тнадцатилетний √алилей, наход€сь в ѕизанском соборе, обратил внимание на раскачивание люстры. ќн заметил, отсчитыва€ удары пульса, что врем€ одного колебани€ люстры остаетс€ посто€нным, хот€ размах делаетс€ все меньше и меньше. ѕозже, приступив к серьезному изучению ма€тников, √алилей установил, что при малом размахе (амплитуде) раскачивани€ (всего несколько градусов) период колебани€ ма€тника зависит только от его длины и имеет посто€нную длительность. “акие колебани€ стали называть изохронными. ќчень важно, что при изохронных колебани€х период колебани€ ма€тника не зависит от его массы. Ѕлагодар€ этому свойству ма€тник оказалс€ очень удобным прибором дл€ измерени€ небольших отрезков времени Ќа его основе √алилей разработал несколько простых счетчиков, которые использовал при проведении своих экспериментов. Ќо из?за постепенного затухани€ колебаний ма€тник не мог служить дл€ измерени€ длительных промежутков времени.

—оздание ма€тниковых часов состо€ло в соединении ма€тника с устройством дл€ поддержани€ его колебаний и их отсчета. ¬ конце жизни √алилей стал конструировать такие часы, но дальше разработок дело не пошло. ѕервые ма€тниковые часы были созданы уже после смерти великого ученого его сыном. ќднако устройство этих часов держалось в строгом секрете, поэтому они не оказали никакого вли€ни€ на развитие техники. Ќезависимо от √алиле€ в 1657 году механические часы с ма€тником собрал √юйгенс. ѕри замене коромысла на ма€тник первые конструкторы столкнулись со сложной проблемой: как уже говорилось, ма€тник создает изохронные колебани€ только при малой амплитуде, между тем шпиндельный спуск требовал большого размаха. ¬ первых часах √юйгенса размах ма€тника достигал 40?50 градусов, что неблагопри€тно сказывалось на точности хода. „тобы компенсировать этот недостаток, √юйгенсу пришлось про€вить чудеса изобретательности. ¬ конце концов он создал особый ма€тник, который в ходе качани€ измен€л свою длину и колебалс€ по циклоидной кривой. „асы √юйгенса обладали несравнимо большей точностью, чем часы с коромыслом. »х суточна€ погрешность не превышала 10 секунд (в часах с коромысловым регул€тором погрешность колебалась от 15 до 60 минут).

ќколо 1676 года английский часовщик  лемент изобрел €корно?анкерный спуск, который очень удачно подходил к ма€тниковым часам, имевшим небольшую амплитуду колебани€. ¬ этой конструкции спуска на ось ма€тника насаживалс€ €корь с палетами. –аскачива€сь вместе с ма€тником, палеты попеременно внедр€лись в ходовое колесо, подчин€€ его вращение периоду колебани€ ма€тника. ѕри каждом колебании колесо успевало повернутьс€ на один зуб. Ѕлагодар€ такому спусковому механизму ма€тник получал периодические толчки, которые не давали ему остановитьс€. “олчок происходил вс€кий раз, когда ходовое колесо, освободившись от одного из зубьев €кор€, удар€лось с определенной силой о другой зуб. Ётот толчок передавалс€ от €кор€ к ма€тнику.

ћа€тниковый регул€тор √юйгенса произвел подлинный переворот в технике часового дела. ѕозже √юйгенс немало потрудилс€ над усовершенствованием карманных пружинных часов. √лавна€ проблема, котора€ сто€ла в то врем€ перед часовщиками, заключалась в создании собственного регул€тора дл€ карманных часов. ≈сли и в стационарных башенных часах коромысло считалось недостаточно подход€щим, то что можно было сказать про карманные часы, которые посто€нно находились в движении, покачивались, тр€слись и мен€ли свое положение? ¬се эти колебани€ оказывали воздействие на ход часов. ¬ XVI веке часовщики стали замен€ть двуплечный бил€нец в виде коромысла круглым колесиком?маховиком. Ёто улучшило работу часов, но она осталась неудовлетворительной. ¬ажное усовершенствование регул€тора произошло в 1674 году, когда √юйгенс присоединил к колесику?маховику спиральную пружинку Ч волосок. “еперь при отклонении колесика от нейтрального положени€ волосок воздействовал на него и старалс€ возвратить на место. ќднако массивное колесико проскакивало через точку равновеси€ и раскручивалось в другую сторону до тех пор, пока волосок снова не возвращал его назад. “аким образом был создан первый балансовый регул€тор или балансир со свойствами, подобными свойствам ма€тника. ¬ыведенное из состо€ни€ равновеси€, колесико балансира начинало совершать колебательные движени€ вокруг своей оси. Ѕалансир имел посто€нный период колебани€ но в отличие от ма€тника мог работать в любом положении, что очень важно дл€ карманных и ручных часов. ”совершенствование √юйгенса произвело среди пружинных часов такой же переворот, как введение ма€тника в стационарные настенные часы.

Ќовый регул€тор потребовал новой конструкции спуска. ¬ последующие дес€тилети€ разные часовщики разработали несколько остроумных спусковых устройств. Ќаиболее простой цилиндрический спуск дл€ пружинных часов был изобретен в 1695 году “омасом “омпионом. —пусковое колесо “омпиона было снабжено 15?ю особой формы зубь€ми «на ножках». —ам цилиндр представл€л собой полую трубку, верхний и нижний концы которой были плотно забиты двум€ тампонами. Ќа нижнем тампоне был насажен балансир с волоском. ѕри колебании балансира вправо и влево в соответствующую сторону вращалс€ и цилиндр. Ќа цилиндре находилс€ вырез в 150 градусов, проход€щий на уровне зубцов спускового колеса.  огда колесо двигалось, его зубь€ попеременно одно за другим входили в вырез цилиндра. Ѕлагодар€ этому изохронное движение цилиндра передавалось спусковому колесу и через него Ч всему механизму, а балансир получал импульсы, поддерживающие его колебани€.

 

20. Ћ»Ќ«ј » ќ„ »

 

ѕрежде чем рассказать об изобретении очков, напомним кратко, что такое линза и почему ее можно использовать дл€ исправлени€ дефектов зрени€.

Ћинзой обычно называют прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхност€ми. (¬стречаютс€ линзы, у которых только одна поверхность сферическа€, а друга€ Ч плоска€. ќднако и плоскую поверхность можно рассматривать как сферическую, если считать, что она имеет бесконечно большой радиус кривизны.) ’орошо известным свойством линзы €вл€етс€ ее способность измен€ть определенным образом направление падающих на нее лучей света. ѕочему это происходит? ≈ще в древности люди заметили, что свет, переход€ из одной прозрачной среды в другую (например из воздуха в воду или стекло), мен€ет свое направление или, как говор€т, преломл€етс€. ѕримеры преломлени€ света легко может наблюдать каждый. Ќапример, если мы опустим карандаш в стакан с водой, так что половина его будет в воде, а половина в воздухе, а потом посмотрим на стакан сбоку, нам покажетс€, что карандаш надломлен в той части, котора€ приходитс€ на границу воздуха и воды. ¬ линзах луч преломл€етс€ дважды один раз вход€ в нее, а второй раз Ч выход€. ћен€€ различным образом кривизну линзы, можно добитьс€ разных эффектов преломлени€. “ак, одни линзы могут собирать свет в точку, а другие, наоборот, рассеивать его. ѕричем линзы, у которых середина толще, чем кра€, €вл€ютс€ собирающими, а те, у которых середина тоньше краев Ч рассеивающими.

“очка, в которой лучи света сход€тс€ после преломлени€ в собирающей линзе, называетс€ фокусом, а рассто€ние от центра линзы до фокуса Ч ее фокусным рассто€нием. „ем больше кривизна линзы, то есть чем меньше радиус сферических поверхностей, образующих линзу, тем короче ее фокусное рассто€ние. –ассеивающа€ линза тоже имеет свой фокус Ч им называют ту точку, в которой сход€тс€ продолжени€ рассеиваемых линзой лучей. —ама€ важна€ особенность линзы, на которой основаны все ее оптические свойства Ч это способность фокусировать свет, то есть собирать лучи света, исход€щие из какой?либо точки снова в одну точку. ј поскольку любой предмет можно себе представить как совокупность бесконечного множества точек, линза создает не только изображение любой точки предмета, но и всего предмета в целом. ќднако изображение в линзе не будет точным повторением предмета Ч оно, во?первых, будет перевернутым и, во?вторых, будет отличатьс€ размерами. ѕричина заключаетс€ в том, что рассто€ние от линзы до предмета и рассто€ние от изображени€ до линзы не равны друг другу. ≈сли, например, рассто€ние от линзы до изображени€ в п€ть раз больше, чем рассто€ние от линзы до предмета, то изображение будет в п€ть раз больше, чем сам предмет. Ётим объ€сн€етс€ хорошо известна€ всем способность линзы увеличивать изображени€ предмета, делать его более удобным дл€ рассмотрени€. ѕричем, чем больше кривизна линзы (чем меньше ее фокусное рассто€ние), тем сильнее она увеличивает. ≈сли же, наоборот, рассто€ние до предмета больше, чем рассто€ние до изображени€, то изображение получаетс€ уменьшенным.

„еткие изображени€ предметов получаютс€ только тогда, когда они проецируютс€ на плоскость, проход€щую через фокус линзы и перпендикул€рную ее главной оптической оси (главной оптической осью линзы называют пр€мую, проход€щую через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу). »звестно, что глаз человека представл€ет собой оптическую систему. Ћучи света, попадающие в глаз, преломл€ютс€ на поверхности роговицы и хрусталика. ’русталик Ч это прозрачное слоистое тело, похожее на линзу. ќсоба€ мышца может мен€ть форму хрусталика, дела€ его то менее, то более выпуклым. Ѕлагодар€ этому хрусталик то увеличивает, то уменьшает свою кривизну и вместе с ней фокусное рассто€ние. ¬ целом оптическую систему глаза можно рассматривать как собирающую линзу с переменным фокусным рассто€нием, проецирующую изображение на сетчатку. ≈сли предмет находитс€ очень далеко, изображение получаетс€ на сетчатке нормального глаза без какого бы то ни было напр€жени€ мышцы хрусталика.  огда же предмет приближаетс€, происходит сжатие хрусталика и уменьшение фокусного рассто€ни€ настолько, что плоскость изображени€ снова совмещаетс€ с сетчаткой. “аким образом, глаз находитс€ в нормальном (расслабленном) состо€нии, когда он смотрит вдаль. ќднако у многих людей глаза создают в ненапр€женном состо€нии изображение удаленного предмета не на сетчатке, а перед ней. ¬ результате изображение каждой точки предмета проецируетс€ на сетчатку не в виде точки, а в виде кружочка. ѕредмет расплываетс€. “акие люди не могут видеть четко удаленные предметы, но зато хорошо вид€т те, что наход€тс€ вблизи. Ётот дефект зрени€ называетс€ близорукостью. јналогична€ ситуаци€ возникает тогда, когда изображение удаленных предметов получаетс€ за сетчаткой. Ётот дефект называетс€ дальнозоркостью. ƒальнозоркий человек хорошо видит далекие предметы, но не может различить те, что наход€тс€ вблизи. ќба эти недостатка исправл€ютс€ с помощью очков. ѕри близорукости нужны очки с рассеивающими линзами. ѕройд€ через такую линзу, лучи света фокусируютс€ хрусталиком точно на сетчатку. ѕоэтому близорукий человек, вооруженный очками, может рассматривать удаленные предметы, как и человек с нормальным зрением. ƒальнозоркость тоже исправл€етс€ очками, но только с собирающими линзами. ќчки, €вл€€сь очень простым оптическим прибором, принос€т люд€м, имеющим дефекты зрени€, огромное облегчение в повседневной жизни. Ќе име€ очков, эти люди посто€нно ощущали бы свою ущербность, а при сильно развитой близорукости или дальнозоркости могли бы оказатьс€ на положении инвалидов. ¬ последние дес€тилети€, когда дефекты зрени€ (особенно близорукость) стали чрезвычайно распространенным €влением, очками в том или ином возрасте начинает пользоватьс€ едва ли не каждый человек. ѕоэтому очевидно, что очки должны быть отнесены к числу величайших технических изобретений. ’от€ конструкци€ их очень проста, по€вились очки сравнительно поздно Ч только во времена средневековь€, когда научились производить высококачественное, прозрачное и однородное стекло. ћежду тем со свойствами линз люди познакомились намного раньше Ч еще на заре цивилизации.

¬ древности линзы изготовл€ли из прозрачных камней Ч прежде всего, из горного хрустал€ и берилла. ћного таких линз было обнаружено при раскопках в ≈гипте, √реции, ћесопотамии, »талии. Ќесколько линз нашли при раскопках легендарной “рои (возраст этих последних определ€ют примерно в 2500 лет до –.’.). Ќебольша€ линза из хрустал€, изготовленна€ около 1600 года до –.’., найдена в развалинах  носского дворца на  рите. —амые первые линзы из стекла, датируемые приблизительно V?IV веками до –.’., обнаружены в —аргоне (ћесопотами€). ¬ более поздние времена стекл€нные линзы стали изготовл€ть чаще. ќднако нет ни одного упоминани€, что линзу уже тогда использовали как оптический инструмент. ’от€ до нас дошло несколько древних сочинений по оптике, ни в одном из них нет сообщени€, что линзы примен€лись дл€ исправлени€ дефектов зрени€. Ќет даже ни одного свидетельства, что линзы использовались в качестве увеличительного стекла (лупы) при выполнении каких?нибудь мелких работ (например, изготовлени€ гемм), несмотр€ на то что способность линз увеличивать изображени€ предметов была, конечно же, хорошо известна. Ќо дл€ чего же тогда были сделаны те древние линзы, о которых шла речь выше? ѕо всей видимости, они служили только в качестве украшени€.

ѕервые очки по€вились в XIII веке в »талии. ¬ это врем€ италь€нские стекл€нные мастера считались искуснейшими в мире изготовител€ми, шлифовальщиками и полировщиками стекла. ќсобенно славилось венецианское стекло, издели€ из которого часто имели очень сложную, замысловатую форму. ѕосто€нно обрабатыва€ сферические, изогнутые и выпуклые поверхности, то и дело поднос€ их к глазам, мастера в конце концов заметили оптические возможности стекла. √ениальна€ мысль соединить две линзы с помощью оправы пришла, согласно легенде, в 1285 году стекл€нному мастеру —альвино јрмати из ‘лоренции. ќн же наладил первое производство очков. Ќичего более об этом человеке не известно. ќднако придуманное им устройство, позвол€вшее легко и быстро сглаживать дефекты зрени€, сейчас же получило распространение. ¬ самые первые очки вставл€ли длиннофокусные выпуклые, собирающие линзы, и служили они дл€ исправлени€ дальнозоркости. √ораздо позже было открыто, что с помощью тех же очков, вставив в них вогнутые рассеивающие линзы, можно исправл€ть близорукость. ѕервые описани€ таких очков относ€тс€ только к XVI веку.

 

21.  ќћѕј—

 

 омпас, как и бумагу, еще в глубокой древности изобрели китайцы. ¬ III веке до –.’. китайский философ ’энь ‘эй?цзы так описывал устройство современного ему компаса: он имел вид разливательной ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Ётой выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или дерев€нной пластине, так что черенок не касалс€ пластины, а свободно висел над ней, и при этом ложка легко могла вращатьс€ вокруг оси своего выпуклого основани€. Ќа пластине были нанесены обозначени€ стран света в виде циклических зодиакальных знаков. ѕодтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. ”спокоившись, компас указывал черенком (который играл роль магнитной стрелки) точно на юг. “аким был самый древний прибор дл€ определени€ сторон света.

¬ XI веке в  итае впервые по€вилась плавающа€ стрелка компаса, изготовленна€ из искусственного магнита. ќбычно она делалась в форме рыбки. Ёту рыбку опускали в сосуд с водой. «десь она свободно плавала, указыва€ своей головой в ту сторону, где находилс€ юг. Ќесколько разновидностей компаса придумал в том же XI веке китайский ученый Ўэнь √уа, который много работал над исследованием свойств магнитной стрелки. ќн предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем прикрепить ее с помощью воска в центре корпуса к свободно вис€щей шелковой нити. Ётот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при своем повороте. ƒруга€ конструкци€ компаса, предложенна€ Ўэнь √уа, была еще ближе к современной: намагниченна€ иголка здесь насаживалась на шпильку. ¬о врем€ своих опытов Ўэнь √уа установил, что стрелка компаса показывает не точно на юг, а с некоторым отклонением, и правильно объ€снил причину этого €влени€ тем, что магнитный и географический меридианы не совпадают между собой, а образуют угол. ”ченые, которые жили после Ўэнь √уа, уже умели вычисл€ть этот угол (его называют магнитным склонением) дл€ различных районов  ита€. ¬ XI веке многие китайские корабли были оснащены плавающими компасами. ќни устанавливались обычно на носу и на корме кораблей, так что капитаны в любую погоду могли держать правильный курс, сообразу€сь с их указани€ми.

¬ таком виде китайский компас в XII веке заимствовали арабы. ¬ начале XIII века «плавающа€ игла» стала известна европейцам. ѕервыми ее перен€ли у арабов италь€нские мор€ки. ќт них компас перешел к испанцам, португальцам и французам, а позднее Ч к немцам и англичанам. ѕоначалу компас состо€л из намагниченной иголки и кусочка дерева (пробки), плававшего в сосуде с водой. ¬скоре догадались закрывать этот сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действи€ ветра. ¬ середине XIV века придумали помещать магнитную стрелку на острие в середине бумажного круга (картушки). «атем италь€нец ‘лавио ƒжой€ усовершенствовал компас, снабдив его картушкой, разделенной на 16 частей (румбов) по четыре на каждую часть света. Ёто нехитрое приспособление стало большим шагом в усовершенствовании компаса. ѕозже круг был разделен на 32 равных сектора. ¬ XVI веке дл€ уменьшени€ воздействи€ качки стрелку стали крепить на кардановый подвес, а век спуст€ компас снабдили вращающейс€ линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направлени€.

 омпас произвел такой же переворот в мореплавании, какой порох Ч в военном деле, а переделочный процесс Ч в металлургии. ќн был первым навигационным прибором, позволившим прокладывать курс в открытом море. ¬ооружившись компасом, испанские и португальские мор€ки в конце XV века отважились на далекие плавани€. ќни оставили морские берега (к которым мореплавание было прив€зано на прот€жении нескольких тыс€челетий) и пустились в плавание через океан.

 

22. ѕќ–ќ’

 

»зобретение пороха и распространение его в ≈вропе имело огромные последстви€ дл€ всей дальнейшей истории человечества. ’от€ европейцы последними из цивилизованных народов научились делать эту взрывчатую смесь, именно они сумели извлечь из ее открыти€ наибольшую практическую пользу. Ѕурное развитие огнестрельного оружи€ и революци€ в военном деле были первыми следстви€ми распространени€ пороха. Ёто в свою очередь повлекло за собой глубочайшие социальные сдвиги: закованные в латы рыцари и их неприступные замки оказались бессильны перед огнем пушек и аркебуз. ‘еодальному обществу был нанесен такой удар, от которого оно уже не смогло оправитьс€. ¬ короткое врем€ многие европейские державы преодолели феодальную раздробленность и превратились в могущественные централизованные государства. ¬ истории техники найдетс€ мало изобретений, которые привели бы к таким грандиозным и далеко идущим изменени€м.

ƒо того как порох стал известен на западе, он уже имел многовековую историю на востоке, а изобрели его китайцы. ¬ажнейшей составной частью пороха €вл€етс€ селитра. ¬ некоторых област€х  ита€ она встречалась в самородном виде и была похожа на хлопь€ снега, припорошившего землю. ѕозже открыли, что селитра образуетс€ в местност€х, богатых щелочами и гниющими (доставл€ющими азот) веществами. –азжига€ огонь, китайцы могли наблюдать вспышки, возникавшие при горении селитры с углем. ¬первые свойства селитры описал китайский медик “ао ’ун?цзин, живший на рубеже V и VI столетий. — этого времени она примен€лась как составна€ часть некоторых лекарств. јлхимики часто пользовались ей, провод€ свои опыты. ¬ VII веке один из них, —унь —ы?м€о, приготовил смесь из серы и селитры, добавив к ним несколько долей локустового дерева. Ќагрева€ эту смесь в тигле, он вдруг получил сильнейшую вспышку пламени. Ётот опыт он описал в своем трактате «ƒань цзин». —читаетс€, что —унь —ы?м€о приготовил один из первых образцов пороха, который, правда, не обладал еще сильным взрывчатым эффектом. ¬ дальнейшем состав пороха был усовершенствован другими алхимиками, установившими опытным путем три его основных компонента: уголь, серу и калиевую селитру.

—редневековые китайцы не могли научно объ€снить, что за взрывна€ реакци€ происходит при воспламенении пороха, но они очень скоро научились использовать ее в военных цел€х. ѕравда, в их жизни порох вовсе не имел того революционного вли€ни€, которое оказал позже на европейское общество. ќбъ€сн€етс€ это тем, что мастера долгое врем€ готовили пороховую смесь из неочищенных компонентов. ћежду тем неочищенна€ селитра и сера, содержаща€ посторонние примеси, не давали сильного взрывного эффекта. Ќесколько веков порох использовалс€ исключительно в качестве зажигательного средства. ѕозднее, когда его качество улучшилось, порох стали примен€ть как взрывчатое вещество при изготовлении фугасов, ручных гранат и взрывпакетов. Ќо и после этого долгое врем€ не догадывались использовать силу возникавших при горении пороха газов дл€ метани€ пуль или €дер. “олько в XII?XIII веках китайцы стали пользоватьс€ оружием, очень отдаленно напоминавшем огнестрельное, но зато они изобрели петарду и ракету.

ќт китайцев секрет пороха узнали арабы и монголы. ¬ первой трети XIII века арабы достигли большого искусства в пиротехнике. ќни употребл€ли селитру во многих соединени€х, меша€ ее с серой и углем, добавл€ли к ним другие компоненты и устраивали фейерверки удивительной красоты. ќт арабов состав пороховой смеси стал известен европейским алхимикам. ќдин из них, ћарк √рек, уже в 1220 году записал в своем трактате рецепт пороха. 6 частей селитры на 1 часть серы и 1 часть угл€. ѕозже достаточно точно о составе пороха писал –оджер Ѕэкон. ќднако прошло еще около ста лет, прежде чем рецепт этот перестал быть тайной. Ёто вторичное открытие пороха св€зывают с именем другого алхимика, фрейбургского монаха Ѕертольда Ўварца. ќднажды он стал толочь в ступке измельченную смесь из селитры, серы и угл€, в результате чего произошел взрыв, опаливший Ѕертольду бороду. Ётот или другой опыт подал Ѕертольду мысль использовать силу пороховых газов дл€ метани€ камней. —читаетс€, что он изготовил одно из первых в ≈вропе артиллерийских орудий.

„тобы пон€ть принцип действи€ огнестрельного оружи€, надо хот€ бы в общих чертах представл€ть себе, какие химические реакции происход€т в пороховой массе. ≈сли порох был хорошо промешан и правильно приготовлен, достаточно было одной искры, чтобы воспламенить его. ƒело в том, что при нагревании свыше 300 градусов селитра начинала выдел€ть свой кислород и отдавала его смешанным с ней веществам, то есть окисл€ла или сжигала их. ”голь в порохе играл роль топлива, доставл€ющего требуемый объем газообразных продуктов высокой температуры. ¬виду этого селитра и уголь сами по себе уже образовывали взрывчатое вещество. —еру добавл€ли потому, что она способствовала образованию большего количества теплоты и облегчала воспламенение пороха (сера загоралась уже при 250 градусах, а уголь только при 350).  ак только огонь по€вл€лс€ в какой?нибудь части этой смеси, горение распростран€лось с необыкновенной быстротой, потому что, раз начавшись, оно не требовало больше доступа воздуха и образовывало большое количество газов, имеющих высокую температуру. √азы с большой силой расшир€лись во все стороны, образу€ взрывной эффект. “аким образом, горение распростран€лось одинаково и внутри смеси, и по ее поверхности. –еакцию, происход€щую при горении пороха, можно приблизительно описать следующей формулой:

2KNO3 + 3C + S = K2S + 3CO2 + N2,

где K2S Ч твердый остаток горени€, а CO2 и N2 Ч газы.  лассический состав пороха: селитры Ч 75%, угл€ Ч 15%, серы Ч 10%. Ётот состав давал наибольший выход газов. Ќо и здесь в них обращалось только около 40% пороховой массы. ќстальное составл€ли твердые продукты горени€. ќни осаждались в виде копоти или вырывались при выстреле в виде густых клубов дыма.

¬скоре после открыти€ Ѕертольда Ўварца порох получил уже самое широкое распространение, и его изготавливали в самых отдаленных уголках ≈вропы.  аждый из компонентов смеси требовал особой подготовки. ”голь дл€ пороха получали, обжига€ ольховое дерево в особых железных ретортах без доступа воздуха. —амородную серу путем плавки освобождали от посторонних примесей. —елитру некоторое врем€ ввозили с востока. ѕотом открыли, что ее можно получать искусственно, если создать соответствующие услови€. — конца XIV века выпуск селитры наладили в »талии и √ермании. ≈е добывали со стен погребов, предварительно смоченных раствором селитры, или из труб, наполненных винным камнем, известью, солью и мочой людей, пьющих вино. ѕолученную селитру осаждали с помощью вина и уксуса. Ёто был наиболее дорогой компонент. ѕоэтому селитру старались извлечь даже из порченного подмоченного пороха. ƒл€ этого порох кип€тили в уксусе. ¬ ходе этой операции уголь всплывал вверх, сера осаждалась, а селитра раствор€лась. «атем ее выпаривали из раствора.

 ачество пороха во многом зависело от того, насколько полно и равномерно происходило смешение его составных частей. ƒл€ того чтобы вещества лучше смешивались, их подвергали сильному измельчению. ѕервоначально порох представл€л собой тонкий мукообразный порошок. ѕользоватьс€ им было неудобно, так как при зар€дке орудий и аркебузов порохова€ м€коть липла к стенкам ствола. Ќаконец заметили, что порох в виде комочков гораздо удобнее Ч он легко зар€жалс€ и при воспламенении давал больше газов (2 фунта пороха в комь€х давали больший эффект, чем 3 фунта в м€коти). ¬ первой четверти XV века дл€ удобства стали употребл€ть зерновой порох, получавшийс€ путем раскатывани€ пороховой м€коти (со спиртом и другими примес€ми) в тесто, которое затем пропускали через решето. „тобы зерна не перетирались при транспортировке, их научились полировать. ƒл€ этого их помещали в специальный барабан, при раскручивании которого зерна удар€лись и терлись друг о друга и уплотн€лись. ѕосле обработки их поверхность становилась гладкой и блест€щей.

 

23. ƒќћ≈ЌЌјя ѕ≈„№

 

Ќа прот€жении многих веков железо добывалось в сыродутных печах способом, открытым еще в глубокой древности. ѕока на поверхности земли в изобилии встречались легкоплавкие руды, этот способ вполне удовлетвор€л потребности производства. Ќо в средние века, когда спрос на железо стал возрастать, в металлургии все чаще пришлось использовать тугоплавкие руды. ƒл€ извлечени€ из них железа требовалась более высока€ температура «плавки». ¬ то врем€ знали только два способа ее повышени€: 1) увеличение высоты печи; 2) усиление дуть€.

“ак постепенно к XIII веку из сыродутной печи образовалась более высока€ и более усовершенствованна€ плавильна€ печь, получивша€ название штукофена, то есть «печи, выделывающей крицу». Ўтукофены были первой ступенью на пути к доменной печи. ¬первые они по€вились в богатой железом Ўтирии, затем в „ехии и других горнопромышленных районах. ¬ этих печах можно было достичь более высокой температуры и обрабатывать более тугоплавкие руды. Ўахта штукофена имела форму двойного усеченного конуса, суживавшегос€ по направлению к колошнику (так называли верхнюю, открытую часть печи, через которую порци€ми (колошами) загружались руда и уголь) и ко дну. ¬ стенке имелось одно отверстие дл€ фурмы (трубы, через которую в печь с помощью мехов нагнеталс€ воздух) и дл€ вытаскивани€ крицы. ѕроцесс переделки руды в железо происходил в штукофенах совершенно так же, как в сыродутных печах, но налицо был прогресс: закрыта€ шахта хорошо концентрировала тепло, а благодар€ ее высоте (до 3, 5 м) плавка шла равномернее, медленнее и полнее, так что руда оказывалась более использованной. Ќезависимо от намерений плавильщиков, в штукофенах получались сразу все три вида железного сырь€: чугун, который стекал как отброс вместе со шлаком, ковкое железо в крицах и сталь, тонким слоем покрывавша€ крицу. (Ќапомним, что железом, сталью и чугуном в металлургии называют собственно сплав химического железа с углеродом. –азница между ними заключаетс€ в количестве углерода: так, в м€гком кричном (сварном) железе его не более 0, 04%, в стали Ч до 1, 7%, в чугуне Ч более 1, 7%. Ќесмотр€ на то, что количество углерода варьируетс€ в таких незначительных пределах, по своим свойствам железо, сталь и чугун очень отличаютс€ друг от друга: железо представл€ет собой м€гкий металл, хорошо поддающийс€ ковке, сталь, напротив, очень твердый материал, прекрасно сохран€ющий режущие качества; чугун Ч твердый и хрупкий металл, совершенно не поддающийс€ ковке.  оличество углерода заметно вли€ет и на другие свойства металла. ¬ частности, чем больше его в железе, тем легче оно плавитс€. „истое железо Ч достаточно тугоплавкий металл, а чугун плавитс€ при гораздо более низких температурах.)

ѕреимущества штукофена были, однако, недостаточны дл€ всех тугоплавких руд. “ребовалось более сильное дутье. „еловеческих сил дл€ поддержани€ температуры оказалось уже недостаточно, и дл€ приведени€ в действие мехов стали употребл€ть вод€ное колесо. ¬ал вод€ного колеса снабжали посаженными на него в разбивку кулачками, которые отт€гивали крышки клинчатых кожаных мехов. ƒл€ каждой плавильной печи имелось два меха, работавших попеременно. ѕо€вление гидравлических двигателей и мехов надо относить к концу XIV века, так как уже в XV веке многие плавильни в св€зи с этим передвинулись с гор и холмов вниз Ч в долины и на берега рек. Ёто усовершенствование €вилось исходным моментом дл€ крупнейшего сдвига в технике металлургии, так как привело к открытию чугуна, его литейных и переделочных свойств.

ƒействительно, усиление дуть€ сказалось на всем ходе процесса. “еперь в печи развилась така€ высока€ температура, что восстановление металла из руды происходило раньше, чем образовывалс€ шлак. ∆елезо начинало сплавл€тьс€ с углеродом и превращатьс€ в чугун, который, как отмечалось выше, имеет более низкую температуру плавлени€, так что в печи вместо обычной в€зкой крицы стала по€вл€тьс€ совершенно расплавленна€ масса (чугун). —начала эта метаморфоза очень непри€тно поразила средневековых металлургов. «астывший чугун был лишен всех природных свойств железа, он не ковалс€, не сваривалс€, из него нельз€ было сделать прочных инструментов, гибкого и острого оружи€. ѕоэтому чугун долгое врем€ считали отбросом производства и плавильщики весьма враждебно относились к нему. ќднако что же было с ним делать? ѕри восстановлении железа из тугоплавких руд изр€дна€ его часть уходила в чугун Ќе выбрасывать же все это железо вместе со шлаком! ѕостепенно негодный чугун стали выбирать из остывшего шлака и пускать во вторую переплавку, сначала добавл€€ его к руде, а потом сам по себе. ѕри этом неожиданно обнаружилось, что чугун быстро плавитс€ в горне и после усиленного дуть€ легко превращаетс€ в кричное железо, которое по своему качеству не только не уступает, но даже по многим показател€м лучше того железа, которое получали из руды. ј так как чугун плавитс€ при более низкой температуре, передел этот требовал меньше топлива и занимал меньше времени. “ак в течение XV века, сначала бессознательно и ощупью, а затем вполне осознано, было сделано величайшее в металлургии открытие Ч переделочный процесс. Ўирокое применение он нашел уже в XVI веке в св€зи с распространением доменных печей.

¬скоре в чугуне открыли и другие положительные свойства. “вердую крицу было нелегко достать из печи. Ќа это обычно уходило несколько часов. ћежду тем печь остывала, на разогрев ее шло дополнительное топливо, тратилось лишнее врем€. ¬ыпустить из печи расплавленный чугун было намного проще. ѕечь не успевала остыть и ее можно было сразу загружать новой порцией руды и угл€. ѕроцесс мог происходить беспрерывно.  роме того, чугун обладал прекрасными литейными качествами. (Ќапомним, что на прот€жении многих веков единственным способом обработки железа была ковка.)   середине XIV века относ€т первые грубые отливки из него. — развитием артиллерии применение чугуна расширилось. —начала его стали употребл€ть на отливку €дер, а затем на литье отдельных частей самих пушек. ¬прочем, вплоть до конца XV века чугун был еще низкого качества Ч неоднородный, недостаточно жидкий, со следами шлака. »з него выходили грубые и незатейливые издели€ надгроби€, молоты, печные котлы и проча€ незамысловата€ продукци€.

Ћитье чугуна требовало некоторых изменений в устройстве печи; по€вились так называемые блауофены (поддувные печи), представл€вшие собой следующий шаг к доменной печи. ќни отличались большей высотой (5?6 м), чем штукофены, и допускали непрерывность плавки при весьма высокой температуре. ѕравда, мысль о том, что процесс выделки железа можно разделить на две стадии (то есть в одной печи непрерывно выплавл€ть чугун, а в другой Ч переделывать этот чугун в железо), пришла не сразу. ¬ блауофенах получали одновременно и железо, и чугун.  огда плавка заканчивалась, шлак выпускали через отверстие, расположенное ниже фурмы. ѕосле охлаждени€ его измельчали и отдел€ли корольки чугуна.  рицу вытаскивали большими клещами и ломом, а затем обрабатывали молотом. Ќаиболее крупные крицы весили до 40 пудов.  роме того, из печи вытаскивали до 20 пудов чугуна. ќдна плавка длилась 15 часов. Ќа извлечение крицы требовалось 3 часа, на подготовку печи к плавке Ч 4?5 часов.

Ќаконец пришли к идее двухступенчатого процесса плавки. ”совершенствованные блауофены превратились в печь нового типа Ч доменную, котора€ предназначалась исключительно дл€ получени€ чугуна. ¬месте с ними был окончательно признан переделочный процесс. —ыродутный процесс стал повсеместно вытесн€тьс€ двухступенчатым способом обработки железа. —начала из руды получали чугун, потом, при вторичной переплавке чугуна, Ч железо. ѕерва€ стади€ получила название доменного процесса, втора€ Ч кричного передела. ƒревнейшие домны по€вились в «игерланде (¬естфали€) во второй половине XV века.  онструкции их отличались от блауофенов трем€ чертами: большей высотой шахты, более сильным воздуходувным аппаратом и увеличенным объемом верхней части шахты. ¬ этих печах достигалось значительное повышение температуры и еще более длительна€ ровна€ плавка руды. —начала строили домны с закрытой грудью, но вскоре открыли переднюю стенку и расширили горн, получив домну с открытой грудью. “ака€ доменна€ печь при высоте 4, 5 м давала в день до 1600 кг чугуна.

ѕерерабатывали чугун в железо в кричном горне, сходном по устройству с сыродутной печью. ќпераци€ начиналась с загрузки древесного угл€ и подачи дуть€. ѕосле того как древесный уголь разгоралс€ вблизи сопла, клали чугунные чушки. ѕод действием высокой температуры чугун плавилс€, капл€ за каплей стекал вниз, проходил через область против фурм и тер€л здесь часть углерода. ¬ результате металл загустевал и из расплавленного состо€ни€ переходил в тестообразную массу малоуглеродистого железа. Ёту массу ломами подымали к соплу. ѕод воздействием дуть€ происходило дальнейшее выгорание углерода, и вновь осевший на дно горна металл быстро делалс€ м€гким, легко сваривающимс€. ѕостепенно на дне образовывалс€ ком Ч крица весом 50?100 кг и больше, котора€ извлекалась из горна дл€ проковки под молотом с целью уплотнени€ его и выдавливани€ жидкого шлака. ¬есь процесс занимал от 1 до 2 часов. ¬ сутки в кричном горне можно было получить около 1 т металла, причем выход готового кричного железа составл€л 90?92% веса чугуна.  ачество кричного железа было выше сыродутного, так как в нем содержалось меньше шлака.

ѕереход от одноступенчатого (сыродутного) процесса к двухступенчатому (доменному и кричному) позволил в несколько раз подн€ть производительность труда. ¬озросший спрос на металл был удовлетворен. Ќо вскоре металлурги€ встретилась с затруднени€ми другого рода. ¬ыплавка железа требовала огромного количества топлива. «а несколько веков в ≈вропе было срублено множество деревьев и уничтожены тыс€чи гектаров леса. ¬ некоторых государствах были прин€ты законы, запрещавшие бесконтрольную рубку леса. ќсобенно остро этот вопрос сто€л в јнглии. »з?за нехватки древесного угл€ англичане принуждены были большую часть необходимого им железа ввозить из?за границы. ¬ 1619 году ƒодлей впервые применил в плавке каменный уголь. ќднако широкому применению каменного угл€ преп€тствовало присутствие в нем серы, мешающей хорошей выделке железа. ќчищать каменный уголь от серы научились только в 1735 году, когда ƒерби нашел способ поглощать серу с помощью негашеной извести при термической обработке угл€ в закрытых тигл€х. “ак был получен новый восстановитель Ч кокс.

 

24. ј–“»ЋЋ≈–»…— ќ≈ ќ–”ƒ»≈

 

¬озникновение и распространение артиллерии, как уже говорилось, имело огромные последстви€ дл€ мировой истории. ѕоскольку европейцы раньше других оценили достоинства огнестрельного оружи€ и стали его энергично совершенствовать, они получили военный перевес над другими народами и постепенно утвердили свое господствующее положение на всем земном шаре.

ћежду тем европейцы ни в коей мере не могут считатьс€ изобретател€ми пушки. ѕервые образцы огнестрельного оружи€ были созданы китайцами. ѕрообразом его послужило особое орудие «хоц€н», изобретенное в 1132 году неким „энь √уем. ’оц€н представл€л собой подобие огнемета: пустотелый ствол бамбука, забитый с одной стороны, набивали порохом, при поджигании которого огонь с силой вылетал из ствола и поражал противника. ќчень важной в этом изобретении была иде€ ствола Ч глухой камеры, имеющей только один выход. ¬ дальнейшем ствол стал неотъемлемой частью любого огнестрельного оружи€. —ледующий важный шаг был сделан спуст€ несколько лет Ч один из оружейников города „оу?чуньфу придумал «тухоц€н» Ч бамбуковое ружье, из которого силой пороховых газов выбрасывалась пул€. ќт китайцев это оружие заимствовали чжурчжэни, а потом Ч монголы.  огда после 1260 года в —ирии началась длительна€ война между монголами и арабами, образцы огнестрельного оружи€ (в это врем€ стволы делали уже не из бамбука, а отливали из меди) попали в руки арабов, которые вскоре научились делать его сами. ѕервое арабское огнестрельное оружие (модфа) имело вид железной тонкостенной трубки с дерев€нным наконечником или стержнем, за который его держали при стрельбе. “рубку набивали порохом, вставл€ли пулю, а затем поджигали зар€д раскаленным прутом. ¬ последней четверти XIII века арабы уже широко примен€ли порох дл€ метани€ стрел и пуль. ѕочти все хроники, описывающие борьбу испанцев с маврами, сообщают об использовании последними орудий, с шумом и треском метавших снар€ды. ќт арабов это изобретение перешло к европейским народам.

 огда же впервые возникла артиллери€ в подлинном смысле этого слова? ќдна из средневековых хроник утверждает, что пушки были впервые употреблены в √ермании в 1313 году, и приписывает это изобретение монаху Ѕертольду Ўварцу. ’орошо известно, что в 1326 году во ‘лоренции уже изготавливались металлические пули и железные пушки. Ёто нововведение быстро распространилось по «ападной ≈вропе. ¬прочем, современники упоминали о первых опытах применени€ пушек вскользь, без подробностей Ч €вное свидетельство того, что вли€ние их на исход бо€ было тогда совершенно ничтожно. —ражение при  реси в 1346 году между англичанами и французами можно считать первой большой битвой, где широко примен€лась артиллери€. ѕервые оруди€ были невелики. ƒо середины XIV века вес снар€да редко достигал 2 кг. ¬ то врем€ арабы обладали более совершенными пушками. ”поминаетс€, что в 1342 году они обстреливали испанский лагерь со стен јльджезираса железными €драми величиной с €блоко. –азрушительное действие снар€дов первых орудий почти не превосходило, а иной раз и уступало действию стрельбы из метательных машин.

Ќо постепенно артиллери€ становилась все более грозным оружием. ¬о второй половине XIV века на вооружении у всех европейских армий уже находились т€желые бомбарды, метавшие €дра до 200 фунтов и более (например, бомбарда герцога Ѕургундского в 1377 году метала снар€ды весом 437 фунтов). “акие оруди€ могли сокрушать своим огнем стены городов и замков. —трел€ли они каменными €драми, которым была придана груба€ шарова€ форма. ¬следствие малой поперечной нагрузки эти €дра быстро тер€ли свою скорость. ƒл€ увеличени€ разрушительной силы снар€дов приходилось увеличивать размеры €дер и калибр ствола, который вскоре стал доходить до огромных размеров. ѕишут, что в стволах некоторых крупных бомбард мог, не сгиба€ головы, сидеть взрослый человек. ѕри таких размерах ствола бомбарды выходили чрезмерно т€желыми и требовали дл€ перевозки до 70 пар волов. —трельба из таких огромных орудий была настолько затруднительна и медленна, что в день из них удавалось сделать не более четырех выстрелов. ѕри осаде в 1370 году ѕизы осаждавшие имели бомбарду, дл€ зар€жени€ и выстрела из которой требовались целые сутки. ¬ полевых бо€х т€желые оруди€ употребл€лись редко, они доставл€лись на позицию с трудом и покинуть эту позицию уже не могли. „асто оруди€ попадали в руки противника, не успев сделать ни одного выстрела. ¬прочем, при удачном попадании, потери врага бывали очень велики, так как пехота наступала в те времена плотно сомкнутыми р€дами.  роме того, выстрелы орудий, сопровождавшие их дым и треск оказывали на врага подавл€ющее моральное воздействие.

  концу XIV столети€ огнестрельные оруди€ не уступали в мощности другим метательным машинам, но все же долго не могли их вытеснить.  атапульты и баллисты действовали вернее и были менее опасны в употреблении, в то врем€ как пушки часто оказывались настолько непрочными, что разрывались при выстреле. ѕеред каждым выстрелом прислуга пр€талась за бруствер или в €мы, вырытые около батареи. ќднако порох имел перед баллистами и катапультами важное преимущество. ћетательна€ машина требовала дл€ каждого выстрела огромной подготовительной механической работы, много превосход€щей работу снар€да. ј сила, метавша€ снар€д из оруди€, по€вл€лась в ходе химической реакции. ¬ыстрел не требовал от человека никаких физических усилий, а эффект от него был такой же.

ѕрактический опыт определил лучшее отношение дл€ размеров бомбард. «ар€д должен был весить 1/9 от веса каменного €дра. ƒлина каморы должна была в п€ть раз превосходить ее диаметр. ѕорох, уложенный на дне каморы, занимал 3/5 ее длины. Ќад зар€дом оставл€ли пустоту в 1/5 длины каморы. «атем закрывали камору хорошо прилаженным пыжом из м€гкого дерева. ќн занимал последнюю п€тую часть длины.  аменный снар€д округл€ли, чтобы он плотно закрывал дно канала; после зар€дки он удерживалс€ четырьм€ маленькими клинь€ми из крепкого дерева. »ной раз даже законопачивали пространство вокруг €дра дл€ уничтожени€ зазора и дл€ того, чтобы уменьшить потерю газов. ƒальность полета таких €дер достигала 2000 шагов. »ногда поверх пыжа вместо каменного €дра клали несколько мелких камней. Ёто был прообраз картечи. „тобы разрушить башню или пробить стену, следовали особенным правилам.  аждое €дро скрепл€ли накрест двум€ железными кольцами дл€ увеличени€ его прочности; стрел€ли же таким образом, чтобы €дра пробивали борозду на высоте двойного роста человека от подошвы стены. ƒл€ зажигани€ городов примен€ли особые зажигательные снар€ды. — этой целью каждое каменное €дро обмакивали в смесь растопленной серы, смолы и извести. ѕервый слой состава обматывали материей, снова пропитывали снар€д горючим составом и снова обматывали материей. “ак делали несколько слоев.

ќруди€ прикрепл€лись к станку или посредством веревок, или железных скреп почти горизонтально земле. Ётим достигалось см€гчение отдачи, но зато ухудшалось наведение. ѕрицела и наводки поначалу не было вовсе, а углы возвышени€ не мен€лись. ѕотом стволы стали помещать в специальные желоба, которым при помощи простых приспособлений можно было придать несколько различных положений. ƒл€ изменени€ угла возвышени€ на станках устраивались дерев€нные дуги с дырочками, в которые вставл€ли чеки, поддерживавшие казенную часть оруди€ на большей или меньшей высоте. Ќо все равно прицельность выстрелов была очень небольшой.

ѕодлинный расцвет артиллери€ пережила в XV и XVI веках. ¬ эти два столети€ было найдено несколько принципиальных решений, значительно увеличивших эффективность орудийного огн€. Ќаиболее крупными шагами на этом пути стали: 1) распространение чугунного производства; 2) усовершенствование техники отливки орудий; 3) зернение пороха; 4) изготовление колесных лафетов; 5) распределение орудий по калибрам и установление св€зи между калибром ствола и весом €дра. –ассмотрим подробнее каждое из этих нововведений.

ћеталлические €дра (бронзовые и свинцовые) в XIV веке употребл€ли редко из?за их высокой стоимости. Ќо вскоре успехи металлургии представили в распор€жение пушкарей в большом количестве дешевый чугун.  огда к концу XIV века начали получать и приготовл€ть чугун, то первыми чугунными отливками стали массивные €дра. ¬ середине XV века чугунные €дра начали лить во ‘ландрии, затем это искусство получило широкое распространение во ‘ранции. ѕостепенно чугунные €дра полностью вытеснили из употреблени€ каменные. Ёто повлекло за собой большие изменени€ во всем артиллерийском деле. Ѕлагодар€ большой плотности чугуна вес €дер возрос, а объем их уменьшилс€ (чугун в 2, 5 раза плотнее камн€). ќтпала нужда выделывать огромные стволы.  алибр пушек уменьшилс€, а толщина стенок ствола увеличилась. ѕо€вилась также возможность увеличить длину ствола (раньше стволы приходилось делать короткими, чтобы еще больше не увеличивать вес орудий). — достижением большей прочности смогли существенно увеличить силу зар€да. „угунные €дра получили такую начальную скорость полета, какой каменные никогда не имели. ќни летели дальше и поражали с большей силой. ќгромные бомбарды постепенно исчезают. ќсновным типом оруди€ становитс€ собственно «пушка». (¬ средние века было три основных вида артиллерийских орудий, различавшихс€ по типу огн€. ћортиры вели навесный огонь, при котором снар€ды описывали крутую дугу, поража€ противника сверху. —обственно пушки стрел€ли так, что €дра летели по пологой траектории, почти параллельно поверхности земли. √аубицы занимали промежуточное положение.) ѕушки имели наиболее простое устройство, были значительно легче бомбард, удобны в употреблении и обладали значительной скорострельностью. Ѕольшое распространение получили мелкокалиберные пушки, стрел€вшие свинцовыми €драми весом от 1/4 до 2 фунтов. Ѕлагодар€ легкости такие пушки можно было легко перевозить и переносить с места на место, они быстро наводились и без труда пробивали насквозь даже самые прочные рыцарские латы. ¬ XIV веке кроме литых бронзовых были также кованые железные оруди€. ѕоследним отдавали предпочтение, так как бронза была недостаточно крепким и довольно дорогим материалом. ∆елезные пушки ковались из продольных сваренных между собой полос, составл€вших ствол, на который нагон€лись дл€ прочности непрерывным р€дом железные кольца, так что пушка имела ребристую поверхность. ѕотом вслед за €драми стали лить из чугуна сами пушки. „угун оказалс€ очень удобным материалом, так как был прочнее бронзы и обрабатывалс€ легче, чем ковкое железо. —начала отливали только зар€дные каморы. —твол еще некоторое врем€ оставалс€ сварным из железных полос и колец. ¬ начале XV века по€вились небольшие пушки, целиком отлитые из чугуна, а во второй половине этого столети€ пушечное литье уже переживало расцвет. ѕервые чугунные пушки еще были неудовлетворительного качества, и их часто разрывало на куски после первого же выстрела, но постепенно научились делать высококачественный чугун. —тволы отливали в формах из глины, сделанных по особым шаблонам, а канал ствола высверливали на специальных станках.

ѕараллельно шло совершенствование орудийных станков?лафетов.   лафету предъ€вл€лось сразу несколько требований. ќн должен был способствовать изменению направлени€ и угла возвышени€ орудий, обладать достаточной прочностью, чтобы противосто€ть отдаче, и, наконец, облегчать перевозку орудий во врем€ похода. —редневековые мастера претерпели множество неудач, прежде чем нашли конструкцию лафета, удовлетвор€вшую всем этим услови€м. ќтдача особенно досаждала первым пушкар€м. —амые прочные лафеты разваливались после нескольких выстрелов, так как принимали на себ€ основную силу удара. ƒл€ сохранени€ их приходилось жертвовать мощностью выстрела и употребл€ть небольшие зар€ды.  роме того, нельз€ было изготовить сносных приспособлений дл€ наводки Ч они ослабл€ли прочность оруди€. Ўвейцарцы во второй половине XV века первые придумали установить пушку на колеса и тем сразу решили несколько проблем. ќрудие стало более подвижно и маневренно, а после выстрела оно откатывалось без вс€кого вреда дл€ лафета. «атем усовершенствовалс€ механизм наводки. ѕушку посадили на ось лафета и позволили ей свободно вращатьс€ в разные стороны. ƒл€ изменени€ углового возвышени€ вместо клиньев стали употребл€ть подъемный винт.

„угунные €дра и колесные лафеты сразу превратили артиллерию в опасное оружие. ќна быстро перемещалась по полю бо€, легко и скоро наводилась и бросала €дра, разрушавшие самые крепкие стены. ¬ то врем€, когда укреплени€ замков и городов на каждом шагу представл€ли пушкам свои стены и башни, артиллерийское орудие сделалось подлинным «богом войны». ѕушки стали примен€тьс€ повсюду Ч на суше и на море, при осаде городов и на поле бо€. Ѕатареи т€желых орудий издали поддерживали наступление своих войск, а мелка€ артиллери€ находилась в самой гуще сражени€. ¬ажное значение усовершенствованной артиллерии продемонстрировал знаменитый поход французского корол€  арла VIII в »талию в 1494 году. ¬ этой войне французы имели при себе множество разнообразных орудий и поэтому без труда захватывали один город за другим. ѕишут, что под Ќеаполем они после четырехчасовой бомбардировки вз€ли крепость на горе св. »оанна, котора€ в прежние времена считалась неприступной (во врем€ предыдущей войны, которую вели испанцы, эта крепость сдалась только после семилетней осады).

¬ XVI веке заметно шагнула вперед артиллерийска€ наука. ћастера стали удел€ть большое внимание калибру ствола и унификации снар€дов. ядра стали отливать с таким расчетом, чтобы они точно соответствовали ширине ствола. ќчень важным в этом отношении были работы италь€нского математика Ќикола€ “артальи, который впервые установил способ определени€ калибров орудий по пропорциональности веса чугунного снар€да к кубу его диаметра. Ќа современный взгл€д в этих вычислени€х нет ничего особенного, но дл€ того времени они имели огромное значение, так как установили наконец св€зь между орудием и €дром.  роме того, “артальи изобрел квадрант и первым попыталс€ вычислить траекторию снар€да. ≈го с полным основанием называют создателем артиллерийской науки.

—трельба в XVI веке производилась так. ѕеред каждым выстрелом прочищали канал оруди€ банником, колодка которого была обита овчиною, подносили к орудию бочонок с порохом, брали из него часть зар€да и досылали ее шуфлой до дна, потом шуфлу переворачивали, вкладывали в канал прибойник и прибивали зар€д прибойником до тех пор, пока порох не попадал в запальный канал на казенной части. «атем брали остальную часть зар€да и снова поступали подобным же образом. ƒославши весь зар€д, досылали пыж, собиравший весь порох со стен канала, снова чистили канал банником и вкладывали €дро, обернутое несколькими сло€ми пакли. ѕрицела еще не существовало, но на стволе уже устраивали несколько мушек, имевших вид возвышенных площадок. ¬оспламенение зар€да производили с помощью фитил€.

–учное огнестрельное оружие Ч аркебуз Ч вплоть до конца XV века не имело такого значени€, как артиллери€. ќно было т€жело, капризно, уступало в скорострельности и убойной силе арбалету (в то врем€ как из аркебуза делали один выстрел, арбалетчик успевал пустить три стрелы, а лучник Ч шесть). ѕорох в аркебузе перед каждым выстрелом поджигалс€, как и у пушек, фитилем, что было очень неудобно. ќднако после того как в конце XV века изобрели сначала фитильный, а потом кремневый замок и по€вилс€ мушкет, пехота, вооруженна€ огнестрельным оружием, стала оказывать все большее вли€ние на исход бо€.

 

25.  ј–ј¬≈ЋЋј

 

Ёпоха ¬еликих географических открытий была одной из переломных в истории человечества. Ѕуквально за несколько дес€тилетий границы известного человеку мира небывало раздвинулись. ≈вропейцы вступили в контакт с далекими, прежде неведомыми им народами, открыли множество новых земель, на их картах по€вились неизвестные до этого материки и океаны. ѕон€тно, что великие географические открыти€ были вызваны самыми разнообразными политическими, социальными и экономическими причинами. ќднако не последнюю роль сыграли здесь и выдающиес€ технические достижени€ средневековь€ в мореходном деле. ƒл€ того чтобы мореплаватели могли отважитьс€ на далекие экспедиции, они должны были иметь в своем распор€жении ходкие, прочные и вместительные корабли. »звестно, что таким судном стала каравелла, само им€ которой сделалось синонимом эпохи географических открытий. ¬се выдающиес€ экспедиции этого времени: плавани€  олумба через јтлантический океан (начина€ с 1492 г.), путешествие ¬аско да √амы вокруг јфрики и через »ндийский океан (в 1497?1498 гг.), плавани€  абрала (в 1500 г.) и јмериго ¬еспуччи (в 1498?1502 гг.), а также беспримерное кругосветное путешествие ћагеллана (в 1519?1522 гг.) были совершены на каравеллах. Ёти корабли как бы вобрали в себ€ все лучшее, что успели накопить за предшествующие века искусства судостроени€ и кораблевождени€.

—равнива€ между собой типовые корабли начала и конца средневековь€, сразу можно отметить их главное отличие: если в конце античности морское судно было по преимуществу весельным, а парус играл только вспомогательную роль, то в начале нового времени судно стало исключительно парусным и совершенно лишилось весел. Ќад развитием и совершенствованием парусного вооружени€ корабл€ прежде всего работала творческа€ мысль средневековых мастеров. (Ёто, впрочем, вовсе не означает, что большие гребные суда Ч галеры Ч исчезли совершенно. Ќет, галеры широко использовались (главным образом как боевые корабли) еще в первой четверти XVIII века, но конструктивно они очень мало отличались от тех образцов, которые были созданы еще в античности.)

ѕервое изменение в парусном вооружении средиземноморских судов касалось формы самого паруса: на место широко распространенного в прежние времена пр€моугольного пришел треугольный или косой парус. Ётот парус, получивший название «латинского», был заимствован европейцами от арабов. ќднако сами арабы едва ли были его изобретател€ми, поскольку косой парус издревле использовалс€ мореплавател€ми »ндийского океана. —начала при вооружении судна треугольным парусом передний конец ре€ подт€гивалс€ к форштевню (носовой оконечности судна); к мачте рей прикрепл€лс€ в нижней его трети и не под пр€мым углом, а наклонно. ”гол наклона ре€ в зависимости от силы и направлени€ ветра можно было мен€ть. ѕозднее отказались и от длинного наклонного ре€, а стали вверх на короткой мачте поднимать гафель (специальный рей, укрепл€вшийс€ наклонно в задней части мачты (сзади нее) и поднимаемый вверх по мачте).   гафелю крепилась верхн€€ шкаторина косого паруса. »спользование косого паруса сразу облегчило управление кораблем, поскольку он чувствовал дуновени€ даже самого легкого бриза. ¬торое изменение касалось числа парусов. ”же в поздней античности помимо мачты с главным парусом по€вилась втора€ мачта с носовым парусом Ч артемоном. »зобретение артемона €вилось серьезным шагом вперед в мореходном деле, поскольку благодар€ ему по€вилась возможность ходить не только при попутном, но и при боковом ветре, что раньше было совершенно невозможно. ќднако два этих усовершенствовани€ не могли серьезно повли€ть на конструкцию судов. ’орошо известна€ с древних времен галера продолжала оставатьс€ основным типом судна на прот€жении всего раннего средневековь€.

—ледующие важные перемены в судостроении произошли в эпоху крестовых походов. ¬ это врем€ началс€ бурный расцвет средиземноморской и балтийской торговли. —одержать корабли с большим количеством гребцов стало невыгодно.  упцы все чаще и чаще отдавали предпочтение парусным корабл€м. ќсновными типами транспортных судов в XII?XIV веках стали неф и когг, причем когг использовалс€ на севере народами ѕрибалтики, а неф на юге Ч народами —редиземноморь€. » нефы, и когги были очень вместительными судами. »х по€вление послужило началом к переходу от весельно?парусных судов к чисто парусным.

ѕарусное вооружени€ нефа быстро совершенствовалось. —начала переднюю мачту с артемоном заменили сильно наклоненным к носу брусом, выступающим впереди форштевн€ Ч бушпритом, причем на обоих Ч носовой и главной мачтах Ч ставились треугольные паруса. ѕоскольку увеличить скорость судна можно было прежде всего за счет увеличени€ общей площади парусов, то дл€ размещени€ дополнительных парусов в XIV веке стали устанавливать сначала две, а потом три и даже четыре мачты. Ќа двухмачтовом корабле передн€€ мачта ставилась посредине корабл€ и имела высоту, равную приблизительно длине кил€, а задн€€ находилась на кормовой оконечности кил€.  аждую мачту снабжали треугольным рейковым парусом. ƒлина реи передней мачты равн€лась длине кил€, на задней она была короче. ”становка кормовой мачты привела к уменьшению давлени€ воды на руль, возникающего при уваливании судна под действием носового паруса. Ѕлагодар€ этому судно стало более маневренным.

ћежду тем пр€моугольный парус продолжал использоватьс€ в северной ≈вропе. ќбслуживать парус с такой значительной поверхностью было трудно. ѕостепенно главный парус стали удлин€ть снизу. ѕри этом по€вились рифы Ч зав€зки, продетые сквозь парус, при помощи которых можно было мен€ть площадь паруса (зарифить его). —оревнование между пр€мым и косым парусом закончилось в конце концов тем, что стали использовать оба паруса, поскольку пр€мой парус был незаменим при сильных попутных ветрах, а второй Ч хорошо брал слабые боковые и встречные ветры. —очетанием пр€мых и косых парусов была достигнута одновременно высока€ скорость и хороша€ маневренность судна. –азличные концепции парусного вооружени€ соединились в типе трехмачтового нефа. ≈го передн€€ мачта Ч фок?мачта Ч несла пр€мой парус, площадь которого составл€ла лишь третью часть поверхности грота Ч пр€мого паруса на второй, грот?мачте. “ретьей была бизань?мачта, несуща€ на косом рее парус, называвшийс€, как и мачта, бизанью. (Ќа четырехмачтовом судне задн€€ мачта называлась бенавентур?мачтой и тоже несла латинский парус.) “ака€ оснастка позвол€ла использовать большой парус Ч грот Ч дл€ приведени€ судна в движение. «а счет энергии ветра с помощью меньших парусов можно было маневрировать. “акие трехмачтовые корабли были распространены уже в XII веке.

¬о второй половине XV века было осуществлено дробление парусов. ¬ыше грота поставили меньший парус Ч марсель. «амена одного паруса несколькими уменьшила опасность дл€ судна во врем€ шторма и облегчила управление ими. ћеньшими по объему парусами мог управл€ть меньший по числу экипаж. ƒальнейшим нововведением в парусном вооружении €вилс€ блинд?парус над бушпритом. — увеличением парусного вооружени€ на мачты стала оказыватьс€ значительна€ нагрузка, поэтому их стали укрепл€ть к бортам специальными снаст€ми Ч вантами и фордунами. ¬о второй половине XV века ванты были снабжены выбленками, которые стали выполн€ть роль веревочных лестниц, укрепленных между вантами.

»скусство плавани€ при встречном и боковом ветре было освоено в начале раннего средневековь€. — помощью шкотов Ч тросов, прикрепленных к нижним кромкам парусов, нат€гивали тот или другой конец паруса, поворачивали его, и ветер гнал судно в нужном направлении.  огда ветер дул в корму, он удар€л в паруса перпендикул€рно и действовал на них с полной силой. ¬ этом случае паруса ставили поперек судна. ≈сли ветер не совсем совпадал с курсом судна, дул сзади, но несколько под углом, паруса оставл€ли в том же положении (поперек судна). ¬ этом случае сила дующего ветра фактически распадалась на две Ч одна действовала перпендикул€рно парусу, как и в первом случае, и двигала судно вперед, друга€ Ч скользила вдоль паруса и потому не действовала на него. „ем круче было направление ветра к курсу судна, тем меньше становилась составл€юща€, двигавша€ корабль вперед. ¬ том случае, когда ветер дул непосредственно в борт корабл€, то есть перпендикул€рно курсу судна, плоскость парусов несколько разворачивали навстречу ветру так, чтобы она составл€ла с ним острый угол. “огда сила ветра оп€ть разлагалась на две составл€ющие: одна двигала судно вперед, а друга€ действовала в борт судна. Ќо теперь поперечна€ составл€юща€ приходилась не только на корпус судна, но и на паруса. ≈сли бы корабль имел круглую форму, он бы всегда двигалс€ по направлению пр€мого угла к парусам, но так как корпус судна был продолговатый, то движение вперед и движение вбок были далеко не равны между собой. —опротивление движению вбок было несравненно больше, чем движению вперед, вследствие большой длины подводной части, а сопротивление движению вперед было очень мало. ѕоэтому судно в гораздо большей степени двигалось в нужном направлении, чем сносилось (дрейфовало) в сторону. “аким образом, поворачива€ паруса навстречу ветру, можно было идти в нужном направлении не только при боковом, но и, до определенного момента, при боковом встречном ветре. ≈сли же ветер дул почти или пр€мо навстречу судну, разлагать ветер описанным выше способом из?за сильной боковой составл€ющей было уже невозможно. ¬ этом случае кораблю приходилось лавировать: паруса ставили так, что судно двигалось то вперед и влево, то вперед и вправо, име€ ветер то с правой, то с левой стороны, и плыло вперед зигзагообразно по ломаной линии, части которой составл€ют более или менее острые углы с направлением ветра. ѕри этом оно все?таки больше продвигалось по курсу, чем отклон€лось от него. »з всего сказанного становитс€ €сно, что управление парусами в конце средневековь€ сделалось большим и сложным искусством.

ќдновременно с парусами шло совершенствование рул€. ¬ первое врем€ в кормовой части нефа по обеим сторонам имелись отверсти€ дл€ коротких с широкими лопаст€ми весел, которыми судно управл€лось. ¬ XIII веке рулевое весло стали располагать не по правому борту, а непосредственно за кормой. Ёто была вынужденна€ мера. ѕока под парусами ходили только при попутном ветре, бортовое весло вполне отвечало своему назначению. Ќо когда мореплаватели освоили технику судовождени€ при бортовых ветрах, возникли серьезные осложнени€. ѕод действием этих ветров корпус судна наклон€лс€ в направлении приложени€ ветровой нагрузки. ≈сли судно кренилось на левый борт, рулевое весло выходило из воды, если же на правый Ч весло, наоборот, так глубоко уходило в воду, что кормчий не мог сдвинуть его с места. –асположенное позади кормы рулевое весло уже не подвергалось действию качки и исправно выполн€ло свои функции. –уль, напоминающий современный, впервые по€вилс€ в начале XIV века. ќн состо€л из лопасти, или пера, соединенной с древком, на которое одевали руко€тку Ч румпель. –умпель располагалс€ перпендикул€рно древку на высоте верхней палубы. —начала руль поворачивалс€ непосредственно за румпель. ¬последствии было изобретено штурвальное колесо, на барабан которого наматывались тросы, прикрепленные к румпелю. Ѕлагодар€ использованию зубчатой передачи значительно облегчилось усилие по перекладке рул€.

Ќа прот€жении многих веков доски обшивки корабл€ крепили внахлестку друг на друга.   исходу XIV века на —редиземноморье стали примен€ть обшивку вгладь, когда по€са досок обшивки прилегали друг к другу боковыми гран€ми заподлицо. “акой способ сборки позволил уменьшить сопротивление корпуса при движении в воде.  роме того, так было легче обеспечить герметичность стыков и крепить доски обшивки к шпангоутам. „ерез ѕортугалию и »спанию этот способ стал известен во ‘ранции, а в середине XV века его перен€ли у бретонских судостроителей голландцы. ¬ 1459 году первый корабль подобной конструкции по€вилс€ на Ѕалтике. ¬ јнглии суда с обшивкой вгладь стали строить только с начала XVI века. ¬се корабли с таким креплением обшивки в просторечье стали называтьс€ «каравеллами» от италь€нского cara bella («красива€ форма»).

ћожно заключить, что каравеллы как особого типа судов (вроде шхуны, барка или фрегата) в строгом смысле этого слова никогда не существовало. Ёто пон€тие всегда было несколько размыто. ƒо XV века каравеллами назывались маленькие беспалубные суда. ¬о времена  олумба они уже были значительно крупнее.  аравеллой, между прочим, могли окрестить неф, если он имел гладкую обшивку. —уд€ по всему, именно так и обсто€ло дело с самой знаменитой каравеллой Ч флагманским кораблем  олумба «—анта?ћарией», которую сам адмирал называл нао (неф). ѕо свидетельству ѕантеро?ѕантера, каравелла Ч «очень легкое и ходкое судно. ќна сравнительно невелика, имеет четыре мачтыЕ» ¬месте с тем, каравелла была очень прочным и вместительным судном. ќбычными дл€ каравеллы были высокие борта при глубокой прогиби палубы в средней части судна и великолепное парусное вооружение. ¬начале на них ставили исключительно латинские паруса, но во времена  олумба все большее распространение стали получать пр€мые паруса, которые при попутном ветре позвол€ли достичь большей скорости. ¬ыбира€ суда дл€ своей первой экспедиции,  олумб сознательно предпочел каравеллу, хот€ мог бы найти корабли большего размера. «—анта?ћари€» имела водоизмещение около 130 тонн. ¬ысота грот?мачты составл€ла 28 метров. ќна несла четыре паруса: фок, грот, бизань и блинд. ƒва других корабл€  олумба Ч «ѕинта» и «Ќинь€» были каравеллами малого тоннажа, из числа судов, обеспечивающих прибрежные перевозки. ѕозже корабли  олумба послужили образцом дл€ других исследователей, отправл€вшихс€ к неведомым земл€м. ѕо их образцу стали строить множество аналогичных судов, предназначенных в первую очередь дл€ океанских плаваний и открыти€ новых земель.

 

26.  Ќ»√ќѕ≈„ј“јЌ»≈

 

»дею печатани€ книг, скорее всего, подали штампы. ”же в VII?VIII веках в ≈вропе вырабатывалась матери€ с тисненными украшени€ми. ѕри печатании многих повтор€ющихс€ фигур здесь примен€лись штампы. —редневековые переписчики в XIII веке также прибегали к помощи штемпелей дл€ инициалов (крупных украшенных букв, помещаемых в начале абзаца). ѕричина этого пон€тна Ч если текст писали сравнительно быстро, то на рисование крупных инициалов уходило много времени. ѕереписчику было очень удобно прибегнуть к штампу, тем более что в крупных рукопис€х одни и те же миниатюры повтор€лись по несколько раз. ќттиски широко примен€лись при изготовлении игральных карт и дешевых картин (в частности, с изображени€ми св€тых). Ёти гравюры сначала представл€ли собой только картинки, но потом их стали сопровождать несколькими строчками текста. ќт гравюр оставалс€ только шаг до производства книг. ¬идимо, эволюци€ здесь была така€ же. —начала с досок печатали только картинки, а текст писали от руки. «атем перешли к вырезанию на доске (в обратном виде) и текста, по€сн€ющего рисунок. ¬ дальнейшем дошло до вырезани€ одного текста без иллюстраций.

ѕервые книги, напечатанные таким образом, были невелики по объему (мы бы назвали их брошюрами) и рассчитаны на небогатого покупател€, у которого не хватало денег на то, чтобы купить насто€щую книгу. ќднако тираж таких дешевых изданий был, видимо, достаточно велик дл€ того, чтобы оправдать первоначальные издержки на вырезание текста на досках. —реди первых печатных книг была, например, «Ѕибли€ бедных», содержаща€ несколько дес€тков листов из ¬етхого и Ќового завета с картинками. »ли ««еркало человеческого спасени€» с гравюрами, изображавшими грехопадение јдама и ≈вы, а также некоторыми выдержками из Ќового завета, относ€щимис€ к спасению души. “реть€ книга, имевша€ большую попул€рность, Ч «∆изнь и страсти ’риста». Ќар€ду с этими душеспасительными сочинени€ми ходко шли небольшие учебные книги: латинска€ грамматика Ёли€ ƒоната, грамматика јлександра √алла и другие.

“ехника изготовлени€ всех этих первых творений печатного дела была следующей. Ѕралась пр€моугольна€ пластина твердого дерева Ч ореха, груши или пальмы Ч толщиною около 2 см. Ќа ней после тщательной шлифовки и проверки правильности плоскости рисовались или наклеивались нарисованные на бумаге картинка и текст, похожий на рукописный. ¬ первое врем€ рисовали грубыми штрихами Ч дл€ облегчени€ работы, Ч позже техника улучшилась, и рисунки стали выходить красивее и из€щнее. «атем острыми на конце и твердыми ножичками вырезали вглубь все те части, которые не нужны. ¬ результате этой работы получалс€ выпуклый, лежащий весь на одной плоскости рисунок, который оставалось намазать краской (она представл€ла собой смесь сажи с растительным маслом, например, олифой).  раска налагалась при помощи тампона, сделанного из кожи или крепкой плотной материи, набитой шерстью. Ќа покрытую краской поверхность накладывали влажный (чтобы краска лучше приставала) лист бумаги.  огда лист принимал весь рисунок с дерев€нной колодки, его осторожно снимали и вешали сушить. «атем снова мазали доску краской, и процесс повтор€лс€. —начала печатали только с одной стороны листа. «атем техника улучшилась, и стали использовать обе стороны.

ƒешевизна новых книг породила устойчивый спрос на них, а это привело к тому, что к печатанию стало обращатьс€ все больше ремесленников. ќчевидно, что вырезание текста на доске было трудоемким и кропотливым делом.   тому же кажда€ доска могла быть использована дл€ печатани€ только одной определенной книги. ” многих мастеров, занимавшихс€ этим непростым делом, наверное, возникала мысль: можно ли ускорить и упростить процесс печатани€? ћежду тем существовал только один способ облегчить работу Ч создание подвижных букв, которые могли бы служить многие годы дл€ набора совершенно разных книг. ¬первые эта иде€ была воплощена в жизнь »оганном √утенбергом. ќн родилс€ в ћайнце и происходил из старого двор€нского рода √онцфлейшей. ¬ 1420 году »оганн покинул ћайнц, стал заниматьс€ ремеслом и прин€л фамилию своей матери Ч √утенберг. ќколо 1440 года, жив€ в —трасбурге, √утенберг изготовил свой первый печатный станок. ¬ 1448 году он вернулс€ в свой родной ћайнц и всецело посв€тил себ€ книгопечатанию. ”мер он в 1468 году.

—ам √утенберг тщательно скрывал суть своего изобретени€, поэтому путь, которым он пришел к нему, можно восстановить лишь предположительно. ≈сть извести€, что первый набор √утенберга был дерев€нным. ”вер€ют, что еще в начале XVI века видели остатки его первого дерев€нного шрифта. ѕричем он делал в теле каждой литеры отверстие и св€зывал набранные строки продетой сквозь отверсти€ веревкой. ќднако дерево малоподход€щий материал дл€ вырезани€ отдельных мелких букв.   тому же оно набухает, высыхает Ч и отдельные слова получаютс€ неодинаковыми по высоте и ширине. Ёто мешало печатанию. —тара€сь преодолеть этот недостаток, √утенберг, видимо, стал вырезать литеры из м€гкого металла Ч свинца или олова. ќчевидно, вскоре (если не сразу) пришла мысль, что литеры можно отливать Ч это будет и быстрее и легче. ¬ конечном итоге процесс изготовлени€ литер прин€л следующий вид: из твердого металла (железа) вырезали в зеркальном виде пунсоны (точные модели) всех используемых букв. «атем, удар€€ по ним молотком, получали оттиски букв на медной пластинке (матрице). ¬ этой форме отливали то количество букв, которое было нужно. “акие литеры можно было использовать многократно, причем дл€ печатани€ самых разных книг. ќтлитые буквы набирались в линейку с бортиками (верстатку), котора€ представл€ла собой готовую строку.

ѕервыми книгами √уттенберга были календари и грамматика ƒоната (всего он выпустил 13 таких изданий). Ќо в 1455 году он отважилс€ на более сложное дело Ч выпустил первую печатную Ѕиблию общим объемом в 1286 страниц (3400000 печатных знаков). ¬ этом издании типографской краской был набран только основной текст. «аглавные буквы и рисунки рисовал от руки художник.

ќткрытый √утенбергом способ книгопечатани€ оставалс€ фактически неизменным до конца XVIII века. –едко какое открытие бывало так кстати, как изобретение печатного станка. Ќасколько книгопечатание отвечало насущным потребност€м человечества, показали уже первые годы после раскрыти€ тайны √утенберга. —отни типографий, одна за другой, возникли в разных городах ≈вропы.   1500 году было выпущено по всей ≈вропе до 30 тыс€ч различных названий книг. —тара€сь сделать свои издани€ более привлекательными, мастера снабжали свои книги иллюстраци€ми Ч сначала черно?белыми, а потом и цветными (сам √утенберг печатал книги без иллюстраций), оформл€ли их прекрасными заглавными листами. ¬ 1516 году венецианский художник ”го да  арпи довел способ печатани€ цветных иллюстраций до совершенства. ќн разлагал картину на несколько тонов (обычно 3?4), дл€ каждого тона делал отдельную доску и вырезал на ней только те места, которые должны были данными цветами отпечататьс€ на бумаге. —начала печатались на листе места одного цвета, потом Ч другого. —ам ”го да  арпи был прекрасным копировальщиком и напечатал таким образом копии многих картин, главным образом –афаэл€.

ѕечатание текстов происходило следующим образом. —начала наборщик набирал текст из свинцовых литер. —троками, как уже говорилось, служили специальные линейки Ч верстатки. ќни представл€ли собой продолговатую коробочку, открытую сверху и с одного бока.  огда набиралс€ один р€д нужной длины, наборщик выравнивал строку с помощью заключки Ч уменьшал или увеличивал пробелы между словами вынима€ или вставл€€ шпации Ч тонкие кусочки словолитного металла без литер, имевшие определенную ширину. ѕосле заполнени€ верстатки ее устанавливали на наборную доску.  огда набор страницы заканчивалс€, доску брали в рамку, чтобы литеры не рассыпались.

ѕечатный станок €вл€л собой массивное сооружение, прикрепленное брусь€ми к полу и потолку. √лавной его частью был пресс с рычагом, под которым находилс€ плоский стол Ч талер. Ётот талер был устроен так, что мог выдвигатьс€ из?под пресса. Ќа талер ставили набор двух или нескольких страниц (до 32), сколько их помещалось в зависимости от размера.  раской смазывали все выпуклые части набора. „тобы бумага при печатании не соскальзывала с набора, использовали специальное приспособление Ч декель, снабженный двум€ или трем€ остри€ми (графейками). ќн прикрепл€лс€ к передней части талера на шарнирах. ѕеред началом печатани€ мастер брал несколько листов бумаги (10?20), тщательно выравнивал их по кра€м и нанизывал на графейки. —верху эти листы прикрывались рамкой (рашкетом), котора€ крепилась к декелю также на шарнирах. –ашкет закрывал пол€ бумаги и середину листа, то есть все части, которые должны были оставатьс€ чистыми. ѕосле этого декель опускалс€ на набор, так что нижний лист плотно прижималс€ к набору. “алер подвигали под пресс и при помощи рычага прижимали пиан (верхнюю доску) к декелю. «атем пресс поднимали, выдвигали весь аппарат с бумагой, поднимали рашкет и снимали с графеек напечатанный лист. ƒл€ того чтобы получить лучший оттиск, бумагу слегка смачивали водой. ѕоэтому готовые листы просушивали на веревке. ѕосле сушки делали оттиск на другой стороне листа. «атем листы поступали к переплетчику.

 

27. “≈Ћ≈— ќѕ

 

ѕодобно очкам, зрительна€ труба была создана человеком, далеким от науки. ƒекарт в своей «ƒиоптрике» так повествует об этом важном изобретении: «  стыду истории наших наук столь замечательное изобретение было впервые сделано чисто опытным путем и притом благодар€ случаю. ќколо тридцати лет тому назад яков ћециус, Дчеловек, никогда не изучавший наукУ, полюбивший устраивать зеркала и зажигательные стекла, име€ дл€ этого различной формы линзы, вздумал посмотреть через комбинацию выпуклого и вогнутого стекла, а затем так удачно установил их на двух концах трубы, что совершенно неожиданно получил первую зрительную трубу». √овор€т, что на это его подтолкнули дети, игравшие со стеклами.

“аким образом, перва€ зрительна€ труба по€вилась в Ќидерландах в начале XVII века. ѕричем ее изобрели, кроме ћециуса, независимо друг от друга сразу несколько человек. ¬се они были не ученые?оптики, а обычные ремесленники. ќдин из них Ч очковый мастер из ћиддельбурга »оанн Ћепперсгей Ч в 1608 году представил созданную им трубу √енеральным Ўтатам. ”слышав об этой новинке, знаменитый италь€нский ученый √алилео √алилей писал в 1610 году: «ћес€цев дес€ть тому назад дошел до наших ушей слух, что некий бельгиец построил перспективу (так √алилей называл телескоп), при помощи которой видимые предметы, далеко расположенные от глаз, станов€тс€ отчетливо различимы, как будто они были близко». ѕринципа работы телескопа √алилей не знал, но он был хорошо осведомлен в законах оптики и вскоре догадалс€ о его устройстве и сам сконструировал зрительную трубу. «—начала € изготовил свинцовую трубку, Ч писал он, Ч на концах которой € поместил два очковых стекла, оба плоские с одной стороны, с другой стороны одно было выпукло?сферическим, другое же вогнутым. ѕомеща€ глаз у вогнутого стекла, € видел предметы достаточно большими и близкими. »менно, они казались в три раза ближе и в дес€ть раз больше, чем при рассмотрении естественным глазом. ѕосле этого € разработал более точную трубу, котора€ представл€ла предметы увеличенными больше чем в шестьдес€т раз. «а этим, не жале€ никакого труда и никаких средств, € достиг того, что построил себе орган настолько превосходный, что вещи казались через него при взгл€де в тыс€чу раз крупнее и более чем в тридцать раз приближенными, чем при рассмотрении с помощью естественных способностей». √алилей первым пон€л, что качество изготовлени€ линз дл€ очков и дл€ зрительных труб должно быть совершенно различно. »з дес€ти очковых лишь одна годилась дл€ использовани€ в зрительной трубе. ќн усовершенствовал технологию изготовлени€ линз до такой степени, какой она еще никогда не достигала. Ёто позволило ему изготовить трубу с тридцатикратным увеличением, в то врем€ как зрительные трубы очковых мастеров увеличивали всего в три раза.

√алилеева зрительна€ труба состо€ла из двух стекол, из которых обращенное к предмету (объектив) было выпуклое, то есть собирающее световые лучи, а обращенное к глазу (окул€р) Ч вогнутое, рассеивающее стекло. Ћучи, идущие от предмета, преломл€лись в объективе, но прежде, чем дать изображение, они падали на окул€р, который их рассеивал. ѕри таком расположении стекол лучи не делали действительного изображени€, оно составл€лось уже самим глазом, который составл€л здесь как бы оптическую часть самой трубы.

ќбъектив O давал в своем фокусе действительное изображение ba наблюдаемого предмета (это изображение обратное, в чем можно было бы убедитьс€, прин€в его на экран). ќднако вогнутый окул€р O1, установленный между изображением и объективом, рассеивал лучи, идущие от объектива, не давал им пересечьс€ и тем преп€тствовал образованию действительного изображени€ ba. –ассеивающа€ линза образовывала мнимое изображение предмета в точках A1 и B1, которое находилось на рассто€нии наилучшего зрени€. ¬ результате √алилей получал мнимое, увеличенное, пр€мое изображение предмета. ”величение телескопа равно отношению фокусных рассто€ний объектива к фокусному рассто€нию окул€ра.  азалось бы, можно получать сколь угодно большие увеличени€. ќднако предел сильному увеличению кладут технические возможности: очень трудно отшлифовать стекла большого диаметра.  роме того, дл€ слишком больших фокусных рассто€ний требовалась чрезмерно длинна€ труба, с которой было невозможно работать. »зучение зрительных труб √алиле€, которые хран€тс€ в музее истории науки во ‘лоренции, показывает, что его первый телескоп давал увеличение в 14 раз, второй Ч в 19, 5 раза, а третий Ч в 34, 6 раза.

Ќесмотр€ на то что √алиле€ нельз€ считать изобретателем зрительной трубы, он, несомненно, был первым, кто создал ее на научной основе, пользу€сь теми знани€ми, которые были известны оптике к началу XVII века, и превратил ее в мощный инструмент дл€ научных исследований. ќн был первым человеком, посмотревшим на ночное небо сквозь телескоп. ѕоэтому он увидел то, что до него еще не видел никто. ѕрежде всего, √алилей постаралс€ рассмотреть Ћуну. Ќа ее поверхности оказались горы и долины. ¬ершины гор и цирков серебрились в солнечных лучах, а длинные тени чернели в долинах. »змерение длины теней позволило √алилею вычислить высоту лунных гор. Ќа ночном небе он обнаружил множество новых звезд. Ќапример, в созвездии ѕле€д оказалось более 30 звезд, в то врем€ как прежде числилось всего семь. ¬ созвездии ќриона Ч 80 вместо 8. ћлечный ѕуть, который рассматривали раньше как свет€щиес€ пары, рассыпалс€ в телескопе на громадное количество отдельных звезд.   великому удивлению √алиле€ звезды в телескопе казались меньше по размерам, чем при наблюдении простым глазом, так как они лишились своих ореолов. «ато планеты представл€лись крошечными дисками, подобными Ћуне. Ќаправив трубу на ёпитер, √алилей заметил четыре небольших светила, перемещающихс€ в пространстве вместе с планетой и измен€ющих относительно нее свои положени€. „ерез два мес€ца наблюдений √алилей догадалс€, что это Ч спутники ёпитера, и предположил, что ёпитер своими размерами во много раз превосходит «емлю. –ассматрива€ ¬енеру, √алилей открыл, что она имеет фазы, подобные лунным, и потому должна вращатьс€ вокруг —олнца. Ќаконец, наблюда€ сквозь фиолетовое стекло —олнце, он обнаружил на его поверхности п€тна, а по их движению установил, что —олнце вращаетс€ вокруг своей оси.

¬се эти поразительные открыти€ были сделаны √алилеем за сравнительно короткий промежуток времени благодар€ телескопу. Ќа современников они произвели ошеломл€ющее впечатление.  азалось, что покров тайны спал с мироздани€, и оно готово открыть перед человеком свои сокровенные глубины. Ќасколько велик был в то врем€ интерес к астрономии, видно из того, что только в »талии √алилей сразу получил заказ на сто инструментов своей системы. ќдним из первых оценил открыти€ √алиле€ другой выдающийс€ астроном того времени »оганн  еплер. ¬ 1610 году  еплер придумал принципиально новую конструкцию зрительной трубы, состо€вшую из двух дво€ковыпуклых линз. ¬ следующем году он выпустил капитальный труд «ƒиоптрика», где подробно рассматривалась теори€ зрительных труб и вообще оптических приборов. —ам  еплер не мог собрать телескоп Ч дл€ этого у него не было ни средств, ни квалифицированных помощников. ќднако в 1613 году по схеме  еплера построил свой телескоп другой астроном Ч Ўейнер.

ћножество ученых прин€лись сами сооружать телескопы, причем более мощные, чем у √алиле€. Ќекоторым удалось достичь увеличени€ в сто раз, при этом длина трубки достигала 30, 40 и более метров. –екорд принадлежит, видимо, астроному ќзу, которому удалось в 1664 году соорудить телескоп с увеличением в 600 раз. ѕри этом длина трубки была 98 метров. Ћегко догадатьс€ о затруднени€х, которые пришлось претерпеть ќзу, вед€ наблюдени€ с помощью такого неуклюжего приспособлени€. ¬ 1672 году »сааку Ќьютону удалось отчасти разрешить это затруднение он предложил новую конструкцию телескопа (получившую название рефлектор), в котором объективом было вогнутое металлическое зеркало.

»з всего сказанного видно, что создание телескопа ознаменовало собой подлинную революцию в науке вообще и в оптике в частности. “очна€ оптика вошла в науку как новое средство познани€ мира.

 

28. ћ» –ќ— ќѕ

 

ѕриблизительно в то же врем€, когда началось исследование космоса с помощью телескопов, были сделаны первые попытки раскрыть с помощью линз тайны микромира.

»звестно, что мелкие предметы, даже если они хорошо освещены, посылают глазу слишком слабый пучок световых лучей, недостаточно интенсивный дл€ того, чтобы разрешение, производимое им на сетчатке глаза, дало нам отчетливое изображение. ѕростейший способ увеличить изображение небольшого предмета Ч это наблюдать его с помощью лупы. Ћупой называют собирающую линзу с малым фокусным рассто€нием (как правило, не более 10 см), вставленную в руко€тку.

Ќаблюдение с помощью лупы происходит следующим образом. ѕредмет AB помещаетс€ от стекла на рассто€нии OC, меньшим фокусного рассто€ни€ Of, тогда глазу, наход€щемус€ в точке пересечени€ лучей F, покажетс€, будто лучи исход€т из точки пересечени€ A1B1 продолженных лучей, так что получаетс€ мнимое, пр€мое увеличенное изображение A1B1 предмета AB. ƒл€ того чтобы изображение это было совершенно отчетливо, необходимо, чтобы рассто€ние C1F было равно рассто€нию наилучшего зрени€ наблюдател€. ”величением лупы будет считатьс€ отношение A1B1 к AB или OC1 к OC.

Ѕолее совершенным инструментом дл€ наблюдени€ микроскопических предметов €вл€етс€ простой микроскоп.  огда по€вились эти приборы, в точности неизвестно. ¬ самом начале XVII века несколько таких микроскопов изготовил очковый мастер «ахари€ янсен из ћиддельбурга. ¬ сочинении ј.  ирхера, вышедшем в 1646 году, содержитс€ описание простейшего микроскопа, названного им «блошиным стеклом». ќн состо€л из лупы, вделанной в медную основу, на которой укрепл€ли предметный столик, служивший дл€ помещени€ рассматриваемого объекта; внизу находилось плоское или вогнутое зеркало, отражающее солнечные лучи на предмет и таким образом освещающее его снизу. Ћупу передвигали посредством винта к предметному столику, пока изображение не становилось отчетливым и €сным.

ѕервые выдающиес€ открыти€ были сделаны как раз с помощью простого микроскопа. ¬ середине XVII века блест€щих успехов добилс€ голландский естествоиспытатель јнтони ван Ћевенгук. ¬ течение многих лет Ћевенгук совершенствовалс€ в изготовлении крохотных (иногда меньше 1 мм в диаметре) дво€ковыпуклых линзочек, которые он изготавливал из маленького стекл€нного шарика, в свою очередь получавшегос€ в результате расплавлени€ стекл€нной палочки в пламени. «атем этот стекл€нный шарик подвергалс€ шлифовке на примитивном шлифовальном станке. Ќа прот€жении своей жизни Ћевенгук изготовил не менее 400 подобных микроскопов. ќдин из них, хран€щийс€ в университетском музее в ”трехте, дает более чем 300?кратное увеличение, что дл€ XVII века было огромным успехом.

Ѕез определенного плана Ћевенгук исследовал все, что попадалось под руку, и, подобно √алилею в космосе, делал одно великое открытие за другим. ¬первые применив микроскоп в зоологических исследовани€х, он был подлинным первооткрывателем микромира. “ак, Ћевенгук первым наблюдал движение крови в кровеносных сосудах и открыл красные кров€ные тельца; он обнаружил, что глаз у насекомых устроен совершенно не так, как у человека, и имеет фасеточное строение; он открыл поперечную полосатость мышц, трубочки зубного вещества, волокна хрусталика, чешуйки кожи и многое другое. ≈ще более важное значение имело то, что Ћевенгук обнаружил огромный мир микроорганизмов, о существовании которых до этого даже не подозревали. ќн описал почкование гидр и множество форм инфузорий. Ќаконец он обнаружил сперматозоиды в семенной жидкости человека и животных и показал, что развитие крупных организмов тоже начинаетс€ с микроскопических размеров.

¬ начале XVII века по€вились сложные микроскопы, составленные из двух линз. »зобретатель такого сложного микроскопа точно не известен, но многие факты говор€т за то, что им был голландец  орнелий ƒребель, живший в Ћондоне и находившийс€ на службе у английского корол€ »акова I. ¬ сложном микроскопе было два стекла: одно Ч объектив Ч обращенное к предмету, другое Ч окул€р Ч обращенное к глазу наблюдател€. ¬ первых микроскопах объективом служило дво€ковыпуклое стекло, дававшее действительное, увеличенное, но обратное изображение. Ёто изображение и рассматривалось при помощи окул€ра, который играл таким образом роль лупы, но только лупа эта служила дл€ увеличени€ не самого предмета, а его изображени€.

ѕредмет AB, расположенный от объектива немного дальше его главного фокуса F, давал на другую сторону действительное, обратное и увеличенное изображение ab, лежавшее за двойным фокусным рассто€нием. —текла M и N наход€тс€ между собой в таком удалении, что изображение ab приходитс€ между окул€ром N и его главным фокусом F1. ќтсюда следует, что глаз, помещенный на E, видит изображение через окул€р, который действует как лупа и замен€ет изображение ab другим Ч a1b1, мнимым и еще более увеличенным. Ёто второе изображение пр€мое по отношению к первому, но обратное по отношению к предмету.

 роме этой схемы микроскопа возможны и другие. ћежду прочим, создатель телескопа √алилей в 1610 году обнаружил, что в сильно раздвинутом состо€нии его зрительна€ труба позвол€ет сильно увеличить мелкие предметы. ≈го можно считать изобретателем микроскопа, состо€щего из положительной и отрицательной линз. ¬ 1663 году микроскоп ƒребел€ был усовершенствован английским физиком –обертом √уком, который ввел в него третью линзу, получившую название коллектива. Ётот тип микроскопа приобрел большую попул€рность, и большинство микроскопов конца XVII Ч первой половины XVIII века строились по его схеме.

 

29. ѕ–яƒ»Ћ№Ќјя ћјЎ»Ќј

 

¬осемнадцатый и дев€тнадцатый века ознаменовались невиданным прежде техническим подъемом. ¬ продолжение полутораста лет было сделано множество блест€щих изобретений, созданы новые виды двигателей, освоены новые средства св€зи и транспорта, придуманы самые разнообразные станки и машины. ¬ большинстве отраслей производства ручной труд был почти полностью вытеснен машинным. —корость, качество обработки и производительность труда выросли в несколько дес€тков раз. ¬ развитых европейских странах по€вились тыс€чи крупных промышленных предпри€тий, сложились новые общественные классы Ч буржуази€ и пролетариат. ѕромышленный подъем сопровождалс€ крупнейшими социальными сдвигами. ¬ результате ≈вропа, да и весь мир, к концу XIX века неузнаваемо изменилась; жизнь людей уже совсем не походила на ту, что была в начале XVIII столети€. Ѕыть может, впервые в истории технический переворот так зримо и €вственно сказалс€ на всех сторонах человеческой жизни.

ћежду тем начало этой великой машинной революции св€зано с созданием пр€дильного автоматического станка Ч самой первой машины, получившей широкое распространение в производстве. ћожно сказать, что пр€дильна€ машина оказалась прообразом всех последующих станков и механизмов, и поэтому изобретение ее по своему значению далеко выходило за узкие рамки текстильного и пр€дильного дела. ¬ каком?то смысле ее по€вление символизировало собой рождение современного мира.

ѕр€дение в том виде, в каком оно было описано выше, Ч с помощью ручного веретена и пр€лки Ч существовало на прот€жении нескольких тыс€челетий и оставалось во все это врем€ достаточно сложным и трудоемким зан€тием. –ука пр€дильщицы при совершении однообразных движений по выт€гиванию, скручиванию и наматыванию нити быстро уставала, производительность труда была низкой. ѕоэтому значительный шаг в развитии пр€дени€ произошел с изобретением ручной пр€лки, котора€ по€вилась впервые в ƒревнем –име.

¬ этом незамысловатом приспособлении колесо a при своем вращении приводило во вращение при помощи бесконечного шнура колесо меньших размеров d, на ось которого было надето веретено b. ѕроцесс пр€дени€ на ручной пр€лке заключалс€ в следующем: права€ рука при помощи ручки приводила во вращение большое колесо a, в то врем€ как лева€, выт€нув пр€дь из пучка волокон, направл€ла нить либо наклонно к веретену (тогда она ссучивалась и закручивалась), либо под пр€мым углом (тогда она сама собой, будучи готова, наматывалась на веретено).

—ледующим крупным событием в истории пр€дени€ стало по€вление самопр€лки (около 1530 г.), изобретателем которой называют каменотеса ёргенса из Ѕрауншвейга. ≈го пр€лка приводилась в движение ногами и освобождала дл€ работы обе руки работницы.

–абота на самопр€лке проходила следующим образом. ¬еретено 1 было соединено наглухо с рогулькой 2 и получало движение от нижнего большого колеса 4. ѕоследнее было соединено с блоком, неподвижно укрепленным на веретене.  атушка 3, на одном конце которой был укреплен блок меньшего диаметра, свободно надевалась на веретено. ќба блока получали движение от одного и того же колеса 4, но веретено и рогулька, соединенные с большим блоком, вращались медленнее, чем катушка, соединенна€ с меньшим блоком. ¬следствие того, что катушка вращалась быстрее, происходило наматывание на нее нити, причем скорость наматывающейс€ нити была равна разности скоростей веретена и катушки. ѕр€дильщица выт€гивала рукой волокна из пр€слицы и частично закручивала их пальцами. Ќить до вступлени€ в рогульку двигалась по оси веретена. ѕри этом она вращалась, то есть закручивалась, и делала полностью то же число оборотов, что и веретено. ѕройд€ через рогульку 2, нить мен€ла направление и шла на катушку уже под пр€мым углом к оси веретена. “аким образом, по сравнению с обычной пр€лкой, самопр€лка позвол€ла одновременно выт€гивать, скручивать и наматывать нить. »з процесса пр€дени€ здесь уже были механизированы две операции: скручивание нити и наматывание ее на катушку, но выт€жка волокон из пр€слицы и частичное закручивание их происходили вручную. Ёто сильно замедл€ло всю работу. ћежду тем в первой трети XVIII века был создан усовершенствованный ткацкий станок  е€, позвол€вший заметно повысить скорость ткань€. Ќа новом станке проворный ткач был в состо€нии выткать столько пр€жи, сколько поставл€ли шесть опытных пр€дильщиков. ¬ результате возникла диспропорци€ между пр€дением и ткачеством. “качи стали ощущать нехватку пр€жи, так как пр€дильщицы не успевали приготовл€ть ее в нужном количестве. ѕр€жа не только сильно вздорожала, но часто ее вообще нельз€ было достать ни за какую цену. ј рынки требовали все большего количества тканей.

Ќесколько поколений механиков тщетно ломали голову над тем, как усовершенствовать пр€лку. Ќа прот€жении XVII и первой половины XVIII веков было сделано несколько попыток снабдить самопр€лку двум€ веретенами, чтобы повысить ее эффективность. Ќо работать на такой пр€лке было слишком т€жело, поэтому иде€ эта не получила распространени€. Ѕыло €сно, что пр€сть сразу на нескольких веретенах можно будет лишь тогда, когда будет механизирована сама операци€ выт€гивани€ волокон.

Ёта сложна€ задача была отчасти разрешена английским механиком ƒжоном ”айтом, который придумал в 1735 году специальный выт€жной прибор. ѕо словам ћаркса, именно эта часть машины определила начало промышленной революции. Ќе име€ средств, ”айт продал права на свое замечательное изобретение предпринимателю Ћьюису ѕаулю, который в 1738 году вз€л на него патент. ¬ машине ѕаул€ и ”айта человеческие пальцы впервые были заменены парой «выт€жных» валиков, вращающихс€ с разной скоростью. ќдин валик имел гладкую поверхность, а другой был шероховатый с рифленой поверхностью или обит паклей. ќднако прежде чем поступить на валики машины, волокна хлопка должны были пройти предварительную обработку Ч их необходимо было уложить параллельно друг другу и выт€нуть. (Ёто называлось «расчесыванием» хлопка, или кардованием.)

ѕауль и ”айт постарались механизировать этот процесс и создали специальную чесальную машину. ѕринцип ее действи€ заключалс€ в следующем. ÷илиндр, снабженный по всей поверхности крючками, вращалс€ в желобе, который на своей внутренней стороне был снабжен зубь€ми. ¬олокна хлопка пропускались между цилиндром и желобом и таким образом расчесывались.

ѕосле этого пр€жа в виде тонкой ленты подавалась в пр€дильную машину и здесь сначала выт€гивалась в выт€жных валиках, а потом поступала на веретено, вращавшеес€ быстрее валиков, и закручивалась в нить. ѕерва€ така€ пр€лка была построена ѕаулем в 1741 году. Ёто была перва€ в истории пр€дильна€ машина.

”совершенству€ свою машину, ѕауль и ”айт стали пропускать пр€жу через несколько валиков. ¬раща€сь с разной скоростью, они выт€гивали ее в более тонкую нитку. — последней пары валиков нитка поступала на веретено. ¬ 1742 году ”айт соорудил машину, котора€ пр€ла сразу на 50 веретенах и приводилась в движение двум€ ослами.  ак показали дальнейшие событи€, придуманные им выт€жные валики оказались чрезвычайно удачным нововведением. Ќо вообще его машина не получила широкого распространени€. ќна была слишком дорогим и громоздким устройством дл€ ремесленника?одиночки. ќстра€ нехватка пр€жи продолжала ощущатьс€ и в последующие годы. Ёта проблема была отчасти решена только после создани€ пр€дильной машины ’аргривса.

’аргривс был ткач. ѕр€жу дл€ него изготовл€ла жена, и того, что она успевала напр€сть за день, было дл€ него недостаточно. ѕоэтому он много думал над тем, каким образом можно было бы ускорить работу пр€дильщиц. —лучай пришел ему на помощь. ќднажды дочь ’аргривса, ƒженни, неча€нно опрокинула пр€лку, однако колесо ее продолжало вертетьс€, а веретено продолжало пр€сть пр€жу, хот€ находилось в вертикальном, а не горизонтальном положении. ’аргривс немедленно использовал это наблюдение и построил в 1764 году машину с восемью вертикальными веретенами и одним колесом. ћашину он назвал «ƒженни» по имени своей дочери. ќна не принесла своему создателю ни денег, ни счасть€. Ќапротив, изобретение ’аргривса вызвало бурю негодовани€ у пр€дильщиков Ч они предвидели, что машина лишит их работы. ¬атага возбужденных людей ворвалась однажды в дом ’аргривса и разрушила машину. —ам изобретатель и его жена едва успели избежать расправы. Ќо это, конечно, не могло остановить распространени€ машинного пр€дени€ Ч буквально через несколько лет «ƒженни» пользовались тыс€чи мастеров.

 ак и машина ”айта, «ƒженни» требовала предварительной подготовки хлопковых волокон. ¬ыделка нити происходила здесь из ленточки расчесанного хлопка. ѕочатки с ровницей были помещены на наклонной раме (наклон служил дл€ облегчени€ сматывани€ ровницы). ¬место выт€жных валиков ”айта ’аргривс применил особый пресс, состо€вший из двух брусков дерева. Ќитки ровницы с початков проходили через выт€жной пресс и прикрепл€лись к веретенам. ¬еретена, на которые наматывалась готова€ нить, находились на неподвижной раме с левой стороны станка. ¬ нижней части каждого веретена имелс€ блок, вокруг которого шел приводной шнур, переброшенный через барабан. Ётот барабан расположен был впереди всех блоков и веретен и приводилс€ в движение от большого колеса, вращаемого рукой. “аким образом, большое колесо приводило во вращение все веретена.

ѕр€дильщик одной рукой двигал каретку выт€жного пресса, а другой вращал колесо, приводившее в движение веретена. –абота машины состо€ла из следующих процессов: пресс закрывалс€ и отводилс€ назад от веретен Ч в результате происходило выт€гивание нити. ќдновременно пр€дильщик вращал колесо, оно приводило в движение веретена, а они закручивали нить. ¬ конце отхода каретка останавливалась, а веретена продолжали вращатьс€, производ€ докрутку. ѕосле этого каретка подавалась обратно к веретенам, все нити несколько пригибались особой проволокой дл€ того, чтобы они попали в положение наматывани€. ¬о врем€ обратного хода каретки с открытым прессом нити наматывались на веретена вследствие вращени€ последних.

¬ыт€жной пресс ’аргривса, по существу, заменил руку рабочего. ¬с€ работа свелась в основном к трем движени€м: к вращению приводного колеса, к пр€молинейному движению каретки взад и вперед и к нагибанию проволоки. ƒругими словами, человек играл только роль двигательной силы, и поэтому в дальнейшем стало возможным заменить рабочего другими, более посто€нными и мощными источниками энергии. «амечательное значение изобретени€ ’аргривса заключалось в том, что оно сделало возможным обслуживание нескольких веретен одним рабочим. ¬ самой первой его машине было всего восемь веретен. «атем он увеличил их количество до 16. Ќо еще при жизни ’аргривса по€вились машины «ƒженни» с 80 веретенами. Ёти машины уже не под силу было приводить в действие рабочему, и их стали соедин€ть с вод€ным двигателем. Ѕлагодар€ простоте конструкции и дешевизне, а также возможности использовать ручной привод «ƒженни» получила широчайшее распространение.   90?м годам XVIII века в јнглии насчитывалось уже более 20 тыс€ч самопр€лок «ƒженни». ¬ большинстве своем они принадлежали ткачам?одиночкам. —амые небольшие из них выполн€ли работу шести или восьми рабочих. Ёто была перва€ в истории машина, получивша€ массовое распространение.

ћашина ’аргривса отчасти помогла преодолеть пр€дильный голод и способствовала мощному подъему производства в јнглии, однако это было все?таки не совсем то, что требовалось. ¬ыт€жное приспособление «ƒженни» оказалось несовершенным. »з?за недостаточной выт€жки пр€жа получалась хоть тонка€, но слаба€. ƒл€ большей прочности полотна ткачам приходилось добавл€ть в пр€жу льн€ную нитку.

Ѕолее удачна€ машина была создана вскоре јркрайтом. ќна представл€ла собой соединение выт€жного механизма ”айта с крутильно?наматывающим аппаратом самопр€лки ёргенса. ѕо профессии јркрайт был цирюльником в городе Ѕолтоне в јнглии. Ѕольшинство его клиентов были мелкие пр€дильщики и ткачи. ќднажды јркрайт стал свидетелем разговора ткачей, говоривших о том, что полотно ткетс€ из нитей льна вперемежку с нит€ми хлопка, так как машина ’аргривса не в состо€нии поставл€ть много пр€жи и нитки ее не обладают достаточной прочностью. ¬скоре после этого јркрайт раздобыл себе машину «ƒженни», изучил ее и пришел к убеждению, что сможет построить другую, котора€ будет пр€сть скорее и тоньше. ќн вз€лс€ за дело, и действительно, ему удалось построить пр€лку, котора€ совершенно автоматически исполн€ла все процессы. ѕр€дильщику приходилось лишь следить за тем, чтобы в машину поступало достаточно материала, и соедин€ть порвавшиес€ нити.

–абота на машине јркрайта происходила следующим образом ѕриводное колесо приводило во вращение веретена с рогульками. ѕредварительно приготовленна€ из хлопка ровница находилась на початках, которые помещались на горизонтальном валу в верхней части станка. –овнична€ ленточка хлопковых волокон поступала в наход€щиес€ перед початками выт€жные валики. ¬ каждой паре нижний валик был дерев€нный, рифленый, а верхний Ч обт€нут кожей.  ажда€ последующа€ пара валиков вращалась быстрее, чем предыдуща€. ¬ерхние валики прижимались грузами к нижним. ¬ыт€нута€ нить выходила из последней пары валиков, проходила через крючки рогульки и наматывалась на веретено. ƒл€ того чтобы получить отставание сид€щих на веретенах катушек от рогулек, катушки несколько задерживались шнуром, проходившем через желобки шкивов в нижней части каждой катушки. ¬ результате получались нити такой крепости, что отныне можно было делать ткани из чистого хлопка, без примеси льна. ¬ описываемой машине был полностью осуществлен принцип непрерывности работы, поэтому ее стали называть ватермашиной.

јркрайт оказалс€ не только удачливым изобретателем, но и ловким дельцом. ¬ сообществе с двум€ коммерсантами он построил свою пр€дильную фабрику, а в 1771 году открыл вторую фабрику в  ромфорде, где все машины приводились в движение вод€ным колесом. ¬скоре фабрика разрослась до размеров крупного предпри€ти€. ¬ 1779 году на ней было несколько тыс€ч веретен и работало 300 рабочих. Ќе останавлива€сь на этом, јркрайт основал еще несколько фабрик в разных концах јнглии. ¬ 1782 году на него работало уже 5000 рабочих, а его капитал оценивалс€ в 200 тыс€ч фунтов стерлингов.

јркрайт продолжал работать над созданием новых машин, которые позволили бы механизировать весь процесс обработки пр€жи. ¬ 1775 году он получил патент сразу на несколько вспомогательных механизмов. √лавными из них были: кардна€ машина, подвижной гребень, ровнична€ машина и питающий прибор.  ардна€ машина состо€ла из трех барабанов и служила дл€ расчесывани€ хлопка. (Ёто была усовершенствованна€ машина ”айта.) ѕодвижный гребень использовалс€ как дополнение к кардной машине Ч им снимали прочесанный хлопок с барабанов. –овнична€ машина превращала расчесанный хлопок в цилиндрическую ровницу, готовую дл€ переработки на пр€дильной машине. ѕитающий прибор представл€л собой подвижное полотно, которое доставл€ло кардной машине хлопок дл€ обработки.

¬ последующие годы слава јркрайта была омрачена обвинени€ми в воровстве чужих изобретений. ÷елый р€д судебных процессов показал, что все запатентованные им машины не были в действительности изобретены им. “ак, оказалось, что пр€дильную ватермашину изобрел часовщик ƒжон  эй, кардную машину Ч ƒаниэль Ѕорн, питающий прибор Ч ƒжон Ћис. ¬ 1785 году все патенты јркрайта были аннулированы, но к этому времени он уже стал одним из самых богатых английских фабрикантов.

ѕоследнюю точку в создании универсальной пр€дильной машины поставил ткач —амуэль  ромптон, который создал так называемую мюль?машину. ¬ ней были соединены принципы работы «ƒженни» и ватермашины јркрайта. ¬место пресса ’аргривса  ромптон применил выт€жные валики.  роме того, введена была каретка, двигавша€с€ взад и вперед. Ќа каретке помещались веретена.  огда каретка с веретенами отходила от валиков, веретена еще сильнее выт€гивали и скручивали нитку.  огда каретка приближалась к валикам, нитка закручивалась и наматывалась на веретено. “огда как ватермашина делала крепкую, но грубую пр€жу, а «ƒженни» Ч тонкую, но некрепкую, мюль?машина  ромптона давала крепкую и вместе с тем тонкую пр€жу.

 

30. ќ—ѕќѕ–»¬»¬јЌ»≈

 

Ќатуральна€ оспа была известна с глубокой древности и всегда считалась одной из самых ужасных и опустошительных болезней. ќбычно от нее умирала 1/6?1/8 часть всех заболевших, а у маленьких детей смертность достигала 1/3. ѕо отношению к общей смертности на долю оспы выпадала 1/4 всех умирающих. » така€ грустна€ картина наблюдалась вплоть до самого конца XVIII века. Ќапример, в одной √ермании в 1796 году от оспы умерло 70 тыс€ч человек. ¬ообще же считали, что ежегодно в ≈вропе от этой заразы погибало до 1, 5 миллионов человек. Ѕывали и более масштабные эпидемии. “ак, перекинувшись в XVI веке в јмерику, оспа сн€ла здесь особенно страшную и обильную жатву Ч в короткий срок от нее умерло несколько дес€тков миллионов коренных жителей?индейцев. Ќо даже если оспа щадила жизнь, она часто оставл€ла после себ€ неизгладимые следы. ћножество людей были обезображены рубцами, других она лишила здоровь€, зрени€ и слуха. ¬ средневековой ≈вропе эпидемии оспы были настолько часты и тотальны, что у тогдашних врачей сложилось твердое убеждение: каждый человек должен об€зательно переболеть оспой. «наменитый врач XVII века —иденгам называл оспу «отвратительнейшей болезнью, унесшей в могилу больше жертв, чем все другие эпидемии, чем порох и война». ј известный английский историк ћаколей писал: «ћорова€ €зва или чума была более смертельна, чем оспа, но зато она посетила наши берега лишь однажды или дважды на пам€ти людей, тогда как оспа неотступно пребывала между нами, наполн€€ кладбища покойниками, терза€ посто€нным страхом всех тех, которые еще не болели ею, оставл€€ на лицах людей, жизнь которых она пощадила, безобразные знаки, как клеймо своего могущества».

ќт оспы не было лекарств, но давно была замечена одна особенность этой болезни Ч человек, переболевший даже самой легкой ее формой, на всю жизнь становилс€ к ней невосприимчивым. Ётим был как бы подсказан способ противосто€ть страшному заболеванию. ¬  итае уже за 1000 лет до –.’. врачи умели прививать здоровому человеку легкую оспу и тем самым защищали его от заражени€ более т€желой формой. »з  ита€ этот способ распространилс€ по всему ¬остоку, а в начале XVIII века привлек внимание европейцев. ∆ена английского посланника герцогин€ ћонтагю привила легкую форму натуральной оспы своей единственной дочери, а потом проповедовала прививку в высшем английском обществе. ќбычно дл€ оспопрививани€ выбирали подход€щие случаи легкой натуральной оспы, прививали ее здоровому человеку, так что тот переносил ее в неопасной форме. (¬ 1768 г. была привита оспа русской императрице ≈катерине ¬торой.) Ќесмотр€ на то что прививка в большинстве случаев давала хороший эффект, нередкими были и трагические исходы, когда у привитого вместо легкой развивалась т€жела€ форма болезни со всеми ее ужасными последстви€ми. ѕоэтому на прививку решались лишь немногие, и современники смотрели на них, как на отча€нных смельчаков.

Ќетрудно поэтому представить себе, как велика была благодарность современников английскому врачу Ёдварду ƒженнерту, который в самом конце XVIII века открыл надежный и безопасный способ защиты против этой опустошительной заразы. —уть открыти€ ƒженнерта очень проста Ч вместо натуральной человеческой оспы он предложил прививать люд€м ту форму оспы, котора€ изредка поражала коров и тех людей, которые имели дело с молочным скотом (прежде всего до€рок). ƒело в том, что болезнь, сходна€ с оспой, наблюдаетс€ и у многих видов животных. ѕричем давно уже было замечено, что у одних видов она протекает в очень легкой форме, а у других, напротив, часто принимает опасный характер. ¬ частности, коровы болели оспой сравнительно редко и переносили ее очень легко. ќтмечалось также, что до€рки, переболевшие коровьей оспой, обычно оказывались невосприимчивы к оспе натуральной. Ќекоторые врачи пытались найти объ€снение этому феномену, но большинство ученых?медиков не придавало ему большого значени€, поскольку твердой закономерности здесь никогда не наблюдалось Ч хот€ и несравненно реже других, до€рки (в том числе и переболевшие коровьей оспой) все?таки иногда становились жертвами натуральной оспы. ѕочти каждый врач, имевший обширную практику, мог указать на такие случаи.

“аким образом, ƒженнерт был далеко не первым, кто заинтересовалс€ коровьей оспой, но именно ему посчастливилось совершить открытие, навсегда обессмертившее его им€. √овор€т, один случай заставил его сосредоточитьс€ на этой проблеме. ќднажды, когда юный ƒженнерт еще училс€ у врача ƒаниэл€ Ћидлоува в —одбери, к нему обратилась за советом бедна€ кресть€нка. ќсмотрев больную, ƒженнерт нашел у нее все симптомы натуральной оспы и сообщил ей об этом. «ќспой € не могу заболеть, Ч отвечала ему больна€, Ч потому что у мен€ была коровь€ оспа». √лубока€ уверенность, с которой кресть€нка произнесла эти слова, произвела сильное впечатление на юного ƒженнерта и навела его на следующее предположение: раз коровь€ оспа переноситс€ человеком несравненно легче натуральной, так как она всегда протекает без смертельного исхода, то очевидно, что при ее предохранительном свойстве достаточно вызвать ее искусственно в человеческом организме, чтобы навсегда обезопасить его от заболевани€ насто€щей оспой.

ќт природы ƒженнерт был очень общителен и не раз высказывал это предположение коллегам. ћало кто раздел€л его уверенность, но дл€ самого ƒженнерта поиск безопасного оспопрививани€ сделалс€ делом всей его жизни. ќднако потребовалось много лет упорного труда, посто€нных наблюдений и долгих размышлений, прежде чем он нашел верные ответы на все вопросы. «акончив свое образование в Ћондоне, ƒженнерт отклонил несколько очень соблазнительных предложений (в частности, знаменитый путешественник капитан  ук, отправл€€сь в кругосветное плавание, предлагал ему место натуралиста на своем корабле), уехал к себе на родину и посв€тил себ€ сельской практике. ќн всегда имел большой интерес к болезн€м домашних животных. ¬нимательно изуча€ кожные заболевани€ коров, он наконец заметил, что высыпани€ оспы у них не всегда бывают одинаковы, и сделал верное предположение, что под общим названием оспы могут, вообще говор€, скрыватьс€ разные болезни, имеющие одинаковые симптомы. Ќо только те люди, которые переболели насто€щей коровьей оспой, делаютс€ невосприимчивыми к натуральной оспе. ƒругие же только думают, что они болели ею. »менно этот незначительный процент, по мнению ƒженнерта, и составл€ли те несчастные до€рки, которые заболевали натуральной оспой. ј раз так, значит, коровь€ оспа должна безусловно предохран€ть каждого переболевшего ей человека от оспы натуральной.

ѕредположение это нуждалось в подтверждении, и ƒженнерт решилс€ на проведение эксперимента. 14 ма€ 1796 года, когда в окрестност€х его родного местечка по€вилась коровь€ оспа, он в присутствии нескольких врачей привил оспу здоровому 8?летнему мальчику Ч сделал два небольших надреза на его руке и внес в ранки вакцинный €д, вз€тый из правой кисти женщины, случайно заразившейс€ оспой от коровы при дойке. ѕустулы, воспроизведенные таким образом на руке ребенка, имели большое сходство с пустулами от прививани€ натуральной человеческой оспы, но общее болезненное состо€ние было едва заметно. „ерез дес€ть дней мальчик был совершенно здоров. 1 июн€ того же года ƒженнерт вз€л материю из пустулы человека, заболевшего натуральной оспой, и инокулировал ею привитого мальчика. — лихорадочным нетерпением он ждал результатов своего опыта. ѕрошло три дн€, краснота на месте прививки исчезла без малейшего следа человеческой оспы Ч мальчик осталс€ здоров. ƒженнерт продолжал наблюдать за ним, жела€ вы€снить, сколь долго будет продолжатьс€ действие прививки. —пуст€ несколько мес€цев мальчику сделали вторую прививку натуральной оспы, через п€ть лет Ч третью. –езультат осталс€ тот же. ќн оказалс€ совершенно невосприимчивым к этой болезни.

ќднако это открытие еще не означало победы над страшной заразой. —лучаи коровьей оспы были очень редки, порой от одной вспышки эпидемии до другой проходило несколько лет. ≈сли бы пришлось дожидатьс€ каждого такого случа€, чтобы получить материал дл€ предохранительных прививок, эффективность их была бы очень невелика. ѕоэтому очень важна была втора€ сери€ опытов, проведенна€ ƒженнертом два года спуст€. ¬есной 1798 года ƒженнерт привил коровью оспу мальчику непосредственно от коровы, а затем дальше Ч с человека на человека (всего п€ть генераций). “огда же он сделал прививку своему младшему сыну –оберту. Ќаблюда€ всех привитых, он установил, что предохранительна€ сила коровьей оспы не мен€етс€, если прививать ее от человека, переболевшего коровьей оспой, к человеку, и сохран€ет свойства вакцинной лимфы, вз€той непосредственно от коровы. Ётим найден был способ получать материал дл€ прививок практически в неограниченных количествах  аждый человек, которому была привита оспа, мог давать свою кровь дл€ изготовлени€ вакцины. ƒейственное средство против оспы было найдено.

¬ том же году ƒженнерт опубликовал небольшую брошюру в 75 страниц, в которой просто и безыскусно описал свои опыты. ѕо€вление этого небольшого сочинени€ имело огромный резонанс. ƒалеко не все и не сразу прин€ли идею прививок. Ќесколько лет продолжались ожесточенные споры, но удивительные успехи вакцинации убедили вскоре даже самых непримиримых противников оспопрививани€. ƒействительно, по сравнению с практиковавшейс€ прежде прививкой натуральной оспы прививка коровьей оспы обладала огромными неоспоримыми преимуществами. ¬едь коровь€ оспа давала только местный незначительный эффект, в то врем€ как прививка натуральной оспы вызывала общее заболевание, силу которого было невозможно предугадать. — начала XIX века прививки против оспы стали делать все большему и большему количеству людей. ¬ странах, где было введено поголовное оспопрививание, удалось свести заболеваемость и смертность от оспы до минимальных размеров. Ёто была одна из самых блест€щих побед, когда?либо одержанных человеческим гением. —трашна€ болезнь, уносивша€ во времена эпидемий множество человеческих жизней, была стерта с лица земли, так что в XIX веке дл€ большинства людей слово «оспа» стало пустым звуком.

Ќа долю ƒженнерта выпало редкое счастье Ч еще при жизни его заслуги получили всеобщее признание. Ќа его глазах оспопрививание распространилось по всему миру и принесло его изобретателю громкую славу. ¬ самых разных странах им€ ƒженнерта произносили с благодарностью. ќн получил множество медалей и почетных дипломов, стал членом всех европейских академий. Ќесколько индейских племен —еверной јмерики прислали ему почетный по€с, а английский парламент вручил ему премию в 20 тыс€ч фунтов стерлингов как выражение национальной благодарности за его открытие. ≈го посмертна€ слава была не меньшей. ¬ 1853 году при открытии пам€тника ƒженнерту в Ћондоне, принц јльберт сказал: «Ќи один врач не спас жизнь такому значительному количеству людей, как этот человек».

 

31. јЁ–ќ—“ј“

 

— глубокой древности люди мечтали подн€тьс€ в воздух, чтобы парить там подобно птицам. »менно им они подражали в своих первых попытках оторватьс€ от земли. Ќо, увыЕ ћногочисленные опыты с искусственными крыль€ми давали один и тот же результат Ч человек не мог взлететь, как ни старалс€. ¬ средние века, когда открыта была способность гор€чего воздуха поднимать легкие тела, по€вилась иде€ использовать его дл€ подъема человека. Ќесколько остроумных конструкций аэростата были предложены разными учеными на прот€жении XVI?XVII веков. ќднако реально эти идеи воплотились в жизнь только в конце XVIII века. ¬ 1766 году  авендиш открыл водород Ч газ, который в 14 раз легче воздуха. ¬ 1781 году италь€нский физик  авелло провел опыты с мыльными пузыр€ми, наполненными водородом Ч они легко уносились в высоту. “аким образом, был разработан принцип аэростата. ќставалось найти материал дл€ его оболочки. Ёто удалось не сразу. ¬се используемые прежде ткани были или слишком т€желы, или пропускали через себ€ водород. «адачу удалось разрешить парижскому профессору Ўарлю, который придумал сделать оболочку из шелка, пропитанного каучуком. Ќо прежде, чем Ўарль успел приступить к строительству аэростата, свой воздушный шар запустили брать€ Ётьен и ∆озеф ћонгольфье, сыновь€ бумажного фабриканта из города јнонэ.

Ѕрать€ ћонгольфье не имели тех научных познаний, которыми обладал Ўарль, но зато у них было много энтузиазма и настойчивости. ѕравда, их первые попытки были неудачны. —начала они старались наполнить бумажный шар парами, потом дымом. ѕозже им попалось сочинение ѕристле€ о различных родах воздуха, в котором было много важных наблюдений о различных свойствах газов.

¬ооружившись этими сведени€ми, ћонгольфье попробовали наполнить шар водородом, но им не удалось изготовить оболочку, котора€ могла бы удержать этот легкий газ.   тому же водород стоил тогда довольно дорого. ќставив его, брать€ вернулись к своим опытам с воздухом. ќни полагали, что из рубленной смеси соломы и шерсти должен образоватьс€ при горении особый электрический пар, обладающий большой подъемной силой. Ќесмотр€ на абсурдность этого предположени€, опыты с нагретым воздухом дали хороший результат. ѕервый шар, объемом чуть более кубического метра, после наполнени€ гор€чим воздухом подн€лс€ на высоту 300 метров. ¬дохновленные этим успехом, брать€ приступили к изготовлению большого аэростата объемом около 600 кубических метров и диаметром 11 метров. ≈го шелковую оболочку изнутри оклеили бумагой. Ќад нижним его отверстием была укреплена решетка из виноградных лоз, на которой размещалась жаровн€.

» вот 5 июн€ 1783 года при большом стечении народа состо€лс€ пробный полет этого аэростата. Ќа жаровне был разведен костер, и влажный гор€чий воздух подн€л шар на высоту 2000 метров. Ћикованию зрителей не было предела! Ётот опыт вызвал огромный интерес в ≈вропе. ѕарижской јкадемии было доставлено о нем донесение. ¬ нем, однако, не сообщалось, чем ћонгольфье наполнили свой аэростат Ч это составл€ло тайну изобретени€.

 огда Ўарль узнал об успешном полете монгольфьера (так стали называть шары, наполненные гор€чим воздухом), он с удвоенной энергией вз€лс€ за строительство своего аэростата. »скусные механики брать€ –оберы помогали ему. ќболочку диаметром 3, 6 м изготовили из прорезиненного шелка. ¬низу она оканчивалась шлангом с клапаном, через который ее предсто€ло наполнить водородом. ѕо тем временам эта была непроста€ задача. ѕервое затруднение состо€ло в самом получении водорода. ƒл€ этой цели Ўарль придумал следующий прибор: в бочку положили железные опилки и налили на них воды. Ќа крышке бочки просверлили две дырки. ¬ одну всунули кожаный рукав, соединенный с воздушным шаром, а в другую влили серной кислоты. ѕри этом, однако, обнаружилось, что реакци€ идет очень бурно, вода разогреваетс€ и в виде пара увлекаетс€ вместе с водородом внутрь шара. ¬ воде находилс€ раствор кислоты, котора€ начинала разъедать оболочку. „тобы избежать этого, Ўарль придумал пропускать получаемый водород через сосуд с холодной водой. “аким образом газ охлаждалс€ и одновременно очищалс€. ƒело пошло успешнее, и на четвертый день работы установки шар был наполнен.

27 августа 1783 года на ћарсовом поле состо€лс€ запуск первого шарльера (так стали называть шары, наполненные водородом). Ѕолее 200 тыс€ч парижан присутствовало при этом небывалом зрелище. Ўар стремительно взмыл вверх и через несколько минут был уже выше облаков. Ќо когда аэростат подн€лс€ на высоту около 1 километра, его оболочка лопнула от расширившегос€ водорода и упала неподалеку от ѕарижа в толпу кресть€н деревни √онес, не имевших никакого пон€ти€ о причинах происход€щего. Ѕольшинство из них подумали, что свалилась Ћуна.  огда же кресть€не увидели, что чудовище лежит совершенно спокойно, они напали на него с цепами и вилами и в короткий срок страшно искололи и разорвали остатки шара. ѕримчавшийс€ из ѕарижа на место падени€ своего аэростата Ўарль нашел лишь жалкие его лохмоть€. ѕрекрасное творение рук человеческих, на которое было израсходовано около 10 тыс€ч франков, погибло безвозвратно. ¬прочем, если не считать этого грустного финала, в целом опыт прошел успешно.

ќдним из зрителей, присутствовавших при запуске 27 августа, был Ётьен ћонгольфье. ќн прин€л своеобразный вызов Ўарл€ и 19 сент€бр€ того же года в ¬ерсале перед глазами самого корол€ и бесчисленной толпы любопытных вместе с братом подн€л в воздух шар диаметром 12, 3 м с первыми в мире воздухоплавател€ми. Ётой чести удостоились баран, петух и утка. „ерез дес€ть минут шар плавно опустилс€ на землю. ѕосле осмотра животных было обнаружено, что петух повредил крыло, и этого было достаточно дл€ того, чтобы между учеными разгорелись жаркие споры о возможности жизни на больших высотах. ќпасались, что живые существа могут задохнутьс€, если поднимутс€ на высоту более километра, ведь никто еще не исследовал эту таинственную атмосферу. Ќа следующий стро€щийс€ монгольфьер король Ћюдовик XVI приказал посадить двух преступников, находившихс€ в тюрьме. Ќо честолюбивые ѕилатр де –озье и маркиз д'јрланд убедили корол€, что слава первых людей?воздухоплавателей не должна быть зап€тнана даже при неудачном подъеме. Ёту честь король был вынужден предоставить им. 21 но€бр€ 1783 года огромный монгольфьер высотой 21 метр с двум€ смельчаками подн€лс€ из замка Ћа?ћюэт в окрестност€х ѕарижа и достиг высоты 1000 метров, открыв новую страницу в истории человечества. ќба аэронавта не сидели сложа руки, а поддерживали огонь на решетке в нижней части оболочки. ѕолет продолжалс€ около 45 минут и закончилс€ плавным спуском за городом на рассто€нии 9 километров от места старта.

ќднако профессор Ўарль и брать€ –оберы тоже не тер€ли времени даром. ќбъ€вив подписку, они собрали 10 тыс€ч франков на изготовление нового шарльера дл€ подъема двух человек. ѕри конструировании своего второго аэростата Ўарль придумал почти все снар€жение, которым пользуютс€ воздухоплаватели по сей день. ќболочку диаметром 8 метров за три дн€ наполнили водородом, и 1 декабр€ 1783 года Ўарль с одним из братьев –оберов, несмотр€ на грозившее им до последнего момента запрещение корол€, вошли в подвешенную под шаром гондолу и попросили Ётьена ћонгольфье перерезать веревку, удерживающую шар. ѕолет продолжалс€ 2 часа 5 минут на высоте 400 метров. ѕосле приземлени€ Ўарль решил продолжать полет один. ќблегченный (без –обера) шар взмыл на высоту 3000 метров. „ерез полчаса полета, выпустив часть водорода, Ўарль совершил м€гкую посадку. ¬ыход€ из гондолы, он покл€лс€ «никогда больше не подвергать себ€ опасност€м таких путешествий». Ћюбопытно, что его соперники пришли к такому же решению. Ётьен ћонгольфье вообще ни разу за свою жизнь не подн€лс€ в воздух, а его брат ∆озеф решилс€ на это только раз. (Ётот полет состо€лс€ 5 €нвар€ 1784 года, на монгольфьере находились, кроме ∆озефа, ѕилатр де –озье и еще п€ть человек. Ўар был перегружен, и полет окончилс€ не так удачно, как предыдущие; больше всех пострадал от падени€ сам создатель аэростата.) ќднако пример первых воздухоплавателей оказалс€ очень заразителен. ¬о многих странах ≈вропы энтузиасты стали с увлечением строить аэростаты и отважно подниматьс€ на них в воздух. ¬ €нваре 1785 года знаменитый впоследствии аэронавт Ѕланшар перелетел через Ћа?ћанш из јнглии во ‘ранцию, открыв таким образом эпоху воздушных путешествий.

¬се позднейшие воздушные шары очень мало отличались от тех, что придумали ћонгольфье и Ўарль. ¬ообще, хот€ брать€ ћонгольфье первыми изготовили аэростат, насто€щим его создателем следует считать все?таки Ўарл€, так как именно его конструкци€ оказалась наиболее практичной и удобной.  роме того, Ўарль изобрел веревочную сеть, охватывающую шар и передающую на него весовые нагрузки, изобрел клапан и воздушный €корь, первый применил песок в качестве балласта и приспособил барометр дл€ определени€ высоты.

ѕоследующие аэронавты не прибавили ничего существенного к созданной им модели аэростата. ѕодобно Ўарлю, они по сей день пользуютс€ дл€ заполнени€ шара дешевым водородом. ќн взрывоопасен, однако имеет невысокую цену и обладает наибольшей подъемной силой (1 кубический метр создает подъемную силу 1, 2 кг). √елий, который в 40?50 раз дороже водорода, создает подъемную силу в 1, 05 кг. Ќагретый же до 100 градусов воздух имеет подъемную силу всего 0, 33 кг. ѕоэтому монгольфьеры при одной грузоподъемности с шарльерами имеют объем в 3?4 раза больше, кроме того, они должны нести топливо дл€ горелки. Ѕольша€ площадь поверхности монгольфьера способствует огромной потере тепла.

ѕолет любого аэростата подчин€етс€ закону јрхимеда Ч подъемна€ сила несущего газа, заполн€ющего оболочку, есть разница между весом воздуха, вытесненного оболочкой, и весом несущего газа. „ем меньше удельный вес газа, то есть чем он легче, тем большей подъемной силой обладает аэростат. (»з этого видно, что наибольшей подъемной силой обладал бы аэростат, имеющий внутри своей оболочки вакуум. ¬первые идею такого аэростата предложил в 1670 году монах де Ћана “ерци. Ёта иде€ до сих пор не осуществлена, но если бы удалось преодолеть атмосферное давление, которое будет сжимать шар с силой 10 тонн на каждый квадратный метр, она вполне могла бы дать свои результаты.)

Ќа большой высоте, где давление воздуха меньше, газ внутри оболочки начинает расшир€тьс€, распирать оболочку и в конце концов разрывает ее. ¬о избежание этого первые воздухоплаватели были вынуждены оставл€ть открытой трубку, через которую происходило заполнение шара водородом (аппендикс). ѕоднима€сь, аэростат «выдавливал» из себ€ через аппендикс избыток газа. ќболочке вследствие этого уже не грозил разрыв, но с утечкой газа уменьшалась подъемна€ сила аэростата. ѕриходилось облегчать гондолу, сбрасыва€ балласт.

ѕосадка аэростата всегда была опасным делом. „тобы сделать ее менее рискованной, Ўарль снабдил свой шар несколькими защитными приспособлени€ми. Ќа экстренный случай он предусмотрел разрывное устройство, служившее дл€ быстрого выпускани€ газа. ќбычно, жела€ опуститьс€, аэронавт выпускал газ понемногу через специальный клапан, но при ветреной погоде существовала больша€ опасность, что шар с гондолой будет волочитьс€ по земле, поэтому перед касанием земли пассажиры, пот€нув веревку, открывали большое отверстие дл€ выхода газа. ƒл€ уменьшени€ скорости спуска примен€ли гайдроп Ч толстый канат длиной 60?100 метров, который сбрасывали перед приземлением. ѕри касании гайдропом земли вес аэростата уменьшалс€ на вес гайдропа, наход€щегос€ на земле, и спуск несколько замедл€лс€. ћаневриру€ балластом, газовым клапаном и гайдропом, опытные воздухоплаватели могли довольно успешно регулировать высоту полета, взлетать и приземл€тьс€. „то касаетс€ направлени€ полета, то тут аэронавт был в полной власти воздушных течений. ¬се попытки управл€ть полетом воздушного шара с помощью крыльев, весел или винтов, приводимых в действие человеком, оказались неэффективными.

¬о многом вследствие этого практическа€ польза от воздухоплавани€, учитыва€ колоссальные затраты на него (особенно в эпоху увлечени€ дирижабл€ми, котора€ пришлась на первую треть XX века), всегда была ничтожна. Ќо не следует судить об этом замечательном завоевании человеческого ума только с точки зрени€ практической выгоды. јэростат впервые дал люд€м возможность оторватьс€ от земли и взмыть под облака, подобно птице; он удовлетворил многовековую мечту человека о полете. ѕоэтому его создание должно быть поставлено в р€д величайших человеческих изобретений.

 

32. ѕј–ќ¬јя ћјЎ»Ќј

 

¬плоть до второй половины XVIII века люди использовали дл€ нужд производства в основном вод€ные двигатели. “ак как передавать механическое движение от вод€ного колеса на большие рассто€ни€ невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно.  роме того, дл€ эффективной работы такого двигател€ часто требовались дорогосто€щие подготовительные работы (устройство прудов, строительство плотин и тому подобное). Ѕыли у вод€ных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом поддавалась регулировке. ѕостепенно стала остро ощущатьс€ нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправл€емом. »менно таким двигателем на целое столетие стала дл€ человека парова€ машина.

»де€ парового двигател€ была отчасти подсказана его изобретател€м конструкцией поршневого вод€ного насоса, который был известен еще во времена античности.

ѕринцип его работы был очень прост: при подъеме поршн€ вверх вода засасывалась в цилиндр через клапан в его дне. Ѕоковой клапан, соедин€вший цилиндр с водоподъемной трубой, в это врем€ был закрыт, так как вода из этой трубы так же стремилась войти внутрь цилиндра и тем самым закрывала этот клапан. ѕри опускании поршн€ он начинал давить на воду в цилиндре, благодар€ чему закрывалс€ нижний клапан и открывалс€ боковой. ¬ это врем€ вода из цилиндра подавалась вверх по водоподъемной трубе. ¬ поршневом насосе работа, получаема€ извне, расходовалась на продвижение жидкости через цилиндр насоса. »зобретатели паровой машины старались использовать ту же конструкцию, но только в обратном направлении. ÷илиндр с поршнем лежит в основе всех паровых поршневых двигателей. ѕервые паровые машины, впрочем, были не столько двигател€ми, сколько паровыми насосами, используемыми дл€ откачки воды из глубоких шахт. ѕринцип их действи€ основывалс€ на том, что после своего охлаждени€ и конденсации в воду пар занимал пространство в 170 раз меньше, чем в разогретом состо€нии. ≈сли вытеснить из сосуда воздух разогретым паром, закрыть его, а потом охладить пар, давление внутри сосуда будет значительно меньше, чем снаружи. ¬нешнее атмосферное давление будет сжимать такой сосуд, и если в него поместить поршень, он будет двигатьс€ внутрь с тем большей силой, чем больше его площадь.

¬первые модель такой машины была предложена в 1690 году ѕапеном. ¬ 1702 году создал свой насос —евери. Ќо наиболее широко примен€лась в первой половине XVIII века парова€ машина Ќьюкомена, созданна€ в 1711 году.

ѕаровой цилиндр помещалс€ у Ќьюкомена над паровым котлом. ѕоршневой шток (стержень, соединенный с поршнем) был соединен гибкой св€зью с концом балансира. — другим концом балансира был соединен шток насоса. ѕоршень поднималс€ в верхнее положение под действием противовеса, прикрепленного к противоположному концу балансира.  роме того, движению поршн€ вверх помогал пар, запускаемый в это врем€ в цилиндр.  огда поршень находилс€ в крайнем верхнем положении, закрывали кран, впускавший пар из котла в цилиндр, и вбрызгивали в цилиндр воду. ѕод действием этой воды пар в цилиндре быстро охлаждалс€, конденсировалс€, и давление в цилиндре падало. ¬следствие создавшейс€ разницы давлений внутри цилиндра и вне его, силой атмосферного давлени€ поршень двигалс€ вниз, соверша€ при этом полезную работу Ч приводил в движение балансир, который двигал шток насоса. “аким образом, полезна€ работа выполн€лась только при движении поршн€ вниз. «атем снова запускали пар в цилиндр. ѕоршень оп€ть поднималс€ вверх, и весь цилиндр наполн€лс€ паром.  огда снова вбрызгивали воду, пар снова конденсировалс€, после чего поршень совершал новое полезное движение вниз, и так далее. ‘актически в машине Ќьюкомена работу совершало атмосферное давление, а пар служил только дл€ создани€ разр€женного пространства.

¬ свете дальнейшего развити€ парового двигател€ становитс€ €сным основной недостаток машины Ќьюкомена Ч рабочий цилиндр в ней €вл€лс€ в то же врем€ и конденсатором. »з?за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр, и расход топлива оказывалс€ очень велик. Ѕывали случаи, когда при машине находилось 50 лошадей, едва успевавших подвозить необходимое топливо.  оэффициент полезного действи€ ( ѕƒ) этой машины едва ли превышал 1%. ƒругими словами, 99% всей теплотворной энергии тер€лось бесплодно. “ем не менее эта машина получила в јнглии распространение, особенно на шахтах, где уголь был дешевый. ѕоследующие изобретатели внесли несколько усовершенствований в насос Ќьюкомена. ¬ частности, в 1718 году Ѕейтон придумал самодействующий распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. ќн же дополнил паровой котел предохранительным клапаном.

Ќо принципиальна€ схема машины Ќьюкомена оставалась неизменна на прот€жении 50 лет, пока ее усовершенствованием не зан€лс€ механик университета в √лазго ƒжемс ”атт. ¬ 1763?1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ќьюкомена. ”атт изготовил небольшую ее модель и прин€лс€ изучать ее действие. ѕри этом он мог использовать некоторые приборы, принадлежавшие университету, и пользовалс€ советами профессоров. ¬се это позволило ему взгл€нуть на проблему шире, чем смотрели на нее многие механики до него, и он смог создать гораздо более совершенную паровую машину.

–абота€ с моделью, ”атт обнаружил, что при запускании пара в охлажденный цилиндр он в значительном количестве конденсировалс€ на его стенках. ”атту сразу стало €сно, что дл€ более экономичной работы двигател€ целесообразнее держать цилиндр посто€нно нагретым. Ќо как в этом случае конденсировать пар? Ќесколько недель он раздумывал, как разрешить эту задачу, и наконец сообразил, что охлаждение пара должно происходить в отдельном цилиндре, соединенном с главным короткой трубкой. —ам ”атт вспоминал, что однажды во врем€ вечерней прогулки он проходил мимо прачечной и тут при виде облаков пара, вырывавшихс€ из окошка, он догадалс€, что пар, будучи телом упругим, должен устремл€тьс€ в разр€женное пространство.  ак раз тогда ему пришла мысль, что машину Ќьюкомена надо дополнить отдельным сосудом дл€ конденсации пара. ѕростой насос, приводимый в движение самой машиной, мог удал€ть из конденсатора воздух и воду, так что при каждом ходе машины там бы могло создаватьс€ разр€женное пространство.

¬след за тем ”атт внес еще несколько усовершенствований, в результате чего машина прин€ла следующий вид.   обеим сторонам цилиндра были подведены трубки: через нижнюю пар поступал внутрь из парового котла, через верхнюю отводилс€ в конденсатор.  онденсатор представл€л собой две жест€ные трубки, сто€вшие вертикально и сообщавшиес€ между собой вверху короткой горизонтальной трубкой с отверстием, перекрывавшимс€ краном. ƒно этих трубок было соединено с третьей вертикальной трубкой, котора€ служила воздушным отводным насосом. “рубки, составл€вшие холодильник и воздушный насос, были помещены в небольшой цилиндр с холодной водой. ѕарова€ трубка была соединена с котлом, из которого пар выпускалс€ в цилиндр.  огда пар заполн€л цилиндр, паровой кран закрывали и поднимали поршень воздушного насоса конденсатора, вследствие чего в трубках конденсатора получалось сильно разр€женное пространство. ѕар устремл€лс€ в трубки и конденсировалс€ там, а поршень поднималс€ вверх, увлека€ за собой груз (так измер€ли полезную работу поршн€). «атем выпускной кран закрывали.

¬ 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика –ебука была построена больша€ машина ”атта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. —амым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодар€ чему не затрачивалась энерги€ на посто€нный разогрев цилиндра. ћашина стала более экономичной. ≈е  ѕƒ увеличилс€.

Ќесколько последующих лет ”атт упорно трудилс€ над совершенствованием своего двигател€. ѕри этом ему пришлось преодолеть множество затруднений как финансового, так и технического пор€дка. ќн вошел в компанию с владельцем металлообрабатывающего завода Ѕолтоном, который обеспечил его деньгами. Ѕыли и другие проблемы: двигатель требовал герметичности и точнейшей подгонки деталей друг к другу. ѕоршень и цилиндр должны были идеально подходить по своим размерам, чтобы не допускать утечки пара. “ака€ точность была в новинку дл€ машиностроени€ тех времен, не было даже необходимых точных станков. ¬ыточка цилиндров большого диаметра представл€лась почти неразрешимой проблемой. ¬ результате первые машины ”атта работали неудовлетворительно: из цилиндра вырывалс€ пар, конденсаторы действовали плохо, пар свистел через отверстие, в котором двигалс€ поршневой шток, просачивалс€ между стенками поршн€ и цилиндра.

ѕришлось создавать специальные станки дл€ расточки цилиндров. (¬ообще, создание паровой машины положило начало насто€щей революции в станкостроении Ч чтобы освоить производство паровых двигателей, машиностроению пришлось подн€тьс€ на качественно более высокий уровень.) Ќаконец все трудности были преодолены, и с 1776 года началось фабричное производство паровых машин. ¬ машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. ѕоршень помещалс€ внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом (рубашкой). Ѕлагодар€ этому была до минимума сокращена потер€ тепла.  ожух сверху был закрыт, тогда как цилиндр Ч открыт. ѕар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. ÷илиндр соедин€лс€ с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Ќесколько выше этого клапана и ближе к цилиндру был размещен второй, уравновешивающий клапан.  огда оба клапана были открыты, пар, выпущенный из котла, наполн€л все пространство над поршнем и под ним, вытесн€€ воздух по трубе в конденсатор.  огда клапаны закрывали, вс€ система продолжала оставатьс€ в равновесии. «атем открывали нижний выпускной клапан, отдел€ющий пространство под поршнем от конденсатора. ѕар из этого пространства направл€лс€ в конденсатор, охлаждалс€ здесь и конденсировалс€. ѕри этом под поршнем создавалось разр€женное пространство, и давление падало. —верху же продолжал оказывать давление пар, поступавший из котла. ѕод его действием поршень спускалс€ вниз и совершал полезную работу, котора€ при помощи балансира передавалась штоку насоса. ѕосле того как поршень опускалс€ до своего крайнего нижнего положени€, открывалс€ верхний, уравновешивающий, клапан. ѕар снова заполн€л пространство над поршнем и под ним. ƒавление в цилиндре уравновешивалось. ѕод действием противовеса, расположенного на конце балансира, поршень свободно поднималс€ вверх (не выполн€€ при этом полезной работы). «атем весь процесс продолжалс€ в той же последовательности. ’от€ эта машина ”атта, так же как и двигатель Ќьюкомена, оставалась односторонней, она имела уже важное отличие Ч если у Ќьюкомена работу совершало атмосферное давление, то у ”атта ее совершал пар. ”величива€ давление пара, можно было увеличить мощность двигател€ и таким образом вли€ть на его работу. ¬прочем, это не устран€ло основного недостатка такого типа машин Ч они совершали только одно рабочее движение, работали рывками и потому могли использоватьс€ только как насосы. ¬ 1775?1785 годах было построено 66 таких паровых двигателей.

ƒл€ того, чтобы паровой двигатель мог приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы он создавал равномерное круговое движение. ѕринципиальное отличие такой машины состо€ло в том, что поршень должен был совершать два рабочих движени€ Ч и вперед и назад. “акой двигатель двойного действи€ был разработан ”аттом в 1782 году. ѕар здесь выпускалс€ то с одной, то с другой стороны поршн€, причем пространство на стороне, противоположной впуску пара, соедин€лось каждый раз с конденсатором. Ёта задача была разрешена с помощью остроумной системы отводных труб, закрывавшихс€ и открывавшихс€ с помощью золотника.

«олотник представл€л собой задвижку, котора€ перемещалась перед двум€ отверсти€ми дл€ пропускани€ пара. ѕри каждом ходе задвижки в одну или другую сторону открывалось одно отверстие и закрывалось другое, вследствие чего перемен€лс€ путь, по которому мог проходить пар. ƒвижение золотника имело сложный характер при каждом крайнем положении, когда одно отверстие открыто, а другое закрыто, он должен был останавливатьс€ на некоторое врем€, чтобы пропустить порцию пара, а среднее положение проходить как можно быстрее. ƒвижением золотника управл€л особый механизм, расположенный на валу. √лавной частью в нем был эксцентрик.

Ёксцентрик, изобретенный ”аттом, состо€л из пластины особой формы, сид€щей на оси, наход€щейс€ не в центре этой пластины, а на некотором рассто€нии от него. ѕри таком креплении на одной стороне оси находилась больша€ часть пластины, чем на другой. —ама пластина была охвачена кольцом, к которому крепилась т€га, движуща€ золотник. ¬о врем€ вращени€ пластины ее округлость посто€нно давила на новую точку внутри поверхности кольца и своей более широкой стороной приводила его в движение. ¬месте с каждым поворотом вала происходил один ход золотника. ’арактер вращени€ кольца (и соответственно движение т€ги) зависел от того, какой формы пластина вставлена в эксцентрик. ѕутем расчетов была подобрана така€ форма, котора€ во врем€ одного оборота обусловливала то ускорение, то замедление, то остановку золотника. ¬ведением этого приспособлени€ ”атт сделал работу своей машины полностью автоматической.

¬ первое врем€ за работой двигател€ наблюдал рабочий, в об€занность которого входило регулировать подачу пара. ≈сли двигатель начинал давать слишком большие обороты, он специальной заслонкой несколько перекрывал парораспределительную трубу и тем уменьшал давление пара. «атем эта функци€ была возложена на особый центробежный регул€тор, устроенный следующим образом. ƒвижение рабочего вала передавалось шкиву регул€тора.  огда последний начинал вращатьс€ слишком быстро (а следовательно, чрезмерно возрастало число оборотов двигател€), шары регул€тора поднимались вверх под действием центробежной силы и приводили в движение муфту клапана и рычаг, который ограничивал количество пара. ѕри уменьшении числа оборотов шары опускались и клапан приоткрывалс€.

— учетом работы всех этих устройств легко представить общий принцип действи€ машины. »з парового котла пар по трубе проходил в пространство b, а оттуда вследствие движени€ золотника направл€лс€ в цилиндр то над поршнем B, то под ним.  огда пар вступал в пространство над поршнем последний опускалс€, а попав под поршень, поднимал его. ¬ паровой трубке находилс€ клапан который пропускал, смотр€ по надобности, больше или меньше пара. ѕоложение клапана регулировалось паровым центробежным регул€тором f. Ќа главном валу сидел эксцентрик e, стержень которого SS проходил по другую сторону машины под коробку золотника и с помощью рычага то поднимал, то опускал золотник. ƒвижение поршн€ B передавалось штоку O, который совершенно плотно проходил в крышку цилиндра, а от него Ч к подвижному коромыслу. Ќа противоположном конце коромысла находилась часть G, котора€ захватывала снизу кривошип главного вала K. “аким образом, при каждом восхождении и нисхождении поршн€ происходил один оборот этого вала и сид€щего на нем маховика L. —ила передавалась от главного вала с помощью ремней или других средств туда, где ею должны были пользоватьс€. ¬ нижней части машины находилс€ конденсатор. ќн состо€л из резервуара, наполненного водой, котора€ посто€нно возобновл€лась с помощью насоса q, и бака D, где происходила конденсаци€. ’олодна€ вода не только окружала бак, но и вбрызгивалась в него через множество мелких отверстий. —пущенна€ гор€ча€ вода посто€нно выкачивалась с помощью вод€ного насоса C. “епла€ вода поступала в €щик и с помощью насоса Mm вновь выкачивалась в паровой котел.

—оздание механизма передающего движение от поршн€ к валу, потребовало, от ”атта огромных усилий. ћногие разрешенные им задачи вообще находились на границе технических возможностей того времени. ќдна из проблем заключалась в создании необходимой герметичности. ¬ цилиндре с двойным действием, в отличие от цилиндра с одиночным действием, обе стороны должны были быть плотно закрыты. Ќо так как поршень должен был иметь св€зь с внешними част€ми, то в крышке оставл€ли круглое отверстие, в котором совершенно плотно ходил шток (стержень) поршн€. ”атт придумал вкладывать в крышку крепко свинченный толстый слой намасленной пакли, по которой стержень скользил, не каса€сь металла цилиндра. ѕричем стержень из?за своей гладкости терс€ очень мало. ƒруга€ проблема заключалась в самом механизме преобразовани€ движени€: ведь дл€ передачи полезной работы, проделываемой поршнем при его движении вверх, необходимо было, чтобы шток поршн€ жестко соедин€лс€ с балансиром. Ќа всех предыдущих паровых двигател€х они соедин€лись цепью. “еперь приходилось думать над тем, как жестко св€зать между собой шток, двигавшийс€ пр€молинейно, и конец балансира, перемещавшийс€ по дуге. ”атт добилс€ этого, создав особое передающее устройство, которое так и называетс€ параллелограммом ”атта.

 онец коромысла A был соединен здесь шарнирно т€гой ADB с точкой B рычага BC, соединенного точкой C с какой?нибудь неподвижной частью двигател€. “аким образом, вс€ система имела две неподвижные точки вращени€: центр балансира, вокруг которой совершал колебательные движени€ балансир, и точки C, вокруг которой вращалс€ рычаг CB. “очка A на конце балансира и точка B на конце рычага CB совершали движение по дугам, описанным из центра балансира и из точки C. ѕри этом точка D на т€ге ADB, соедин€ющей точки A и B, совершала движени€ очень близкие к вертикальным и пр€молинейным. Ёта точка и была соединена со штоком поршн€. ¬последствии ”атт усовершенствовал это передающее устройство, получив две точки, соедин€ющие пр€молинейное движение. ќдну из них он соединил со штоком поршн€, а другую Ч со штоком вспомогательного насоса, обслуживающего двигатель. —оздание этого передаточного устройства потребовало от ”атта столько усилий, что он считал его своим величайшим изобретением. ќн писал: «’от€ € не особенно забочусь о своей славе, однако горжусь изобретением параллелограмма более, чем каким?либо из других моих изобретений».

«атем колебательные движени€ балансира преобразовывались с помощью кривошипа во вращательное (поскольку кривошипный механизм был запатентован ѕикаром, в первых машинах ”атта колебательное движение балансира во вращательное преобразовывалось с помощью созданного ”аттом солнечно?планетарного механизма, как только патент ѕикара истек, стали примен€ть кривошипную передачу). Ѕлагодар€ полученному в результате всех этих преобразований вращательному движению рабочего вала новый двигатель ”атта годилс€ дл€ привода других рабочих машин. Ёто позволило ему сыграть революционную роль в развитии крупной машинной индустрии. «а 1785?1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигател€, а к 1800 году в јнглии функционировала уже 321 парова€ машина ”атта. »х примен€ли буквально во всех сферах производства.

¬еликое творение ”атта было по достоинству оценено современниками и потомками. ѕосле смерти изобретател€ в 1819 году английский парламент почтил его пам€ть сооружением мраморного пам€тника в ¬естминстерском аббатстве.

 

33. —”ѕѕќ–“

 

ќдним из важнейших достижений машиностроени€ в начале XIX века стало распространение металлорежущих станков с суппортами Ч механическими держател€ми дл€ резца.  аким бы простым и, на первый взгл€д, незначительным ни казалс€ этот придаток к станку, можно без преувеличени€ сказать, что его вли€ние на усовершенствование и распространение машин было так же велико, как вли€ние изменений, произведенных ”аттом в паровой машине. ¬ведение суппорта разом повлекло за собой усовершенствование и удешевление всех машин, дало толчок к новым усовершенствовани€м и изобретени€м.

“окарный станок имеет весьма древнюю историю, причем с годами его конструкци€ мен€лась очень незначительно. ¬озможно, принцип его устройства был подсказан люд€м гончарным кругом. ѕривод€ во вращение кусок дерева, мастер с помощью долота мог придать ему самую причудливую цилиндрическую форму. ƒл€ этого он прижимал долото к быстро вращающемус€ куску дерева, отдел€л от него круговую стружку и постепенно давал заготовке нужные очертани€. ¬ детал€х своего устройства станки могли довольно значительно отличатьс€ друг от друга, но вплоть до конца XVIII века все они имели одну принципиальную особенность: при обработке заготовка вращалась, а резец находилс€ в руках мастера.

»сключени€ из этого правила были очень редкими, и их ни в коем случае нельз€ считать типичными дл€ этой эпохи. Ќапример, держатели дл€ резца получили распространение в копировальных станках. — помощью таких станков работник, не обладавший особыми навыками, мог изготовл€ть затейливые издели€ очень сложной формы. ƒл€ этого пользовались бронзовой моделью, имевшей вид издели€, но большего размера (обычно 2:1). Ќужное изображение получали на заготовке следующим образом. —танок оборудовалс€ двум€ суппортами, позвол€вшими вытачивать издели€ без участи€ руки работника: в одном был закреплен копировальный палец, в другом Ч резец. Ќеподвижный копировальный палец имел вид стержн€, на заостренном конце которого помешалс€ маленький ролик.   ролику копировального пальца специальной пружиной посто€нно прижималась модель. ¬о врем€ работы станка она начинала вращатьс€ и в соответствии с выступами и впадинами на своей поверхности совершала колебательные движени€. Ёти движени€ модели через систему зубчатых колес передавались вращающейс€ заготовке, котора€ повтор€ла их. «аготовка находилась в контакте с резцом, подобно тому, как модель находилась в контакте с копировальным пальцем. ¬ зависимости от рельефа модели заготовка то приближалась к резцу, то удал€лась от него. ѕри этом мен€лась и толщина стружки. ѕосле многих проходов резца по поверхности заготовки возникал рельеф, аналогичный имевшемус€ на модели, но в меньшем масштабе.

 опировальный станок был очень сложным и дорогим инструментом. ѕриобрести его могли лишь весьма состо€тельные люди. ¬ первой половине XVIII века, когда возникла мода на точеные издели€ из дерева и кости, токарными работами занимались многие европейские монархи и титулованна€ знать. ƒл€ них большей частью и предназначались копировальные станки. Ќапример, такой станок (изготовленный, как можно предполагать, замечательным русским механиком Ќартовым) был в 1712 году установлен в мастерской русского цар€ ѕетра ѕервого.

—уппорты примен€лись на некоторых станках в часовом производстве, поскольку с их помощью было проще вытачивать высокоточные детали часовых механизмов. ¬ конце столети€ их начинают устанавливать и на токарные станки. ¬ 10?м томе «Ёнциклопедии» ƒидро впервые было помещено изображение простейшего крестового суппорта большого токарного станка. Ётот суппорт мог вращатьс€ вокруг оси и с помощью винта приближатьс€ к обрабатываемой детали, однако он не мог перемещатьс€ вдоль нее.

Ќо широкого распространени€ в токарном деле эти приспособлени€ не получили. ѕростой токарный станок вполне удовлетвор€л всем потребност€м человека вплоть до второй половины XVIII века. ќднако с середины столети€ все чаще стала возникать необходимость обрабатывать с большой точностью массивные железные детали. ¬алы, винты различной величины, зубчатые колеса были первыми детал€ми машин, о механическом изготовлении которых встал вопрос тотчас же после их по€влени€, так как они требовались в огромном количестве. ќсобенно остро нужда в высокоточной обработке металлических заготовок стала ощущатьс€ после внедрени€ в жизнь великого изобретени€ ”атта.  ак уже говорилось, изготовление деталей дл€ паровых машин оказалось очень сложной технической задачей дл€ того уровн€, которого достигло машиностроение XVIII века. ќбычно резец укрепл€лс€ на длинной крючкообразной палке. –абочий держал его в руках, опира€сь как на рычаг на специальную подставку. Ётот труд требовал больших профессиональных навыков и большой физической силы. Ћюба€ ошибка приводила к порче всей заготовки или к слишком большой погрешности обработки. ¬ 1765 году из?за невозможности рассверлить с достаточной точностью цилиндр длиною в два фута и диаметром в шесть дюймов ”атт вынужден был прибегнуть к ковкому цилиндру. –асточка цилиндра длиною в дев€ть футов и диаметром в 28 дюймов допускала точность до «толщины маленького пальца». Ќечего и говорить, что така€ «точность» при изготовлении парового двигател€ была совершенно недостаточна.

ѕоложение можно было поправить только одним способом: надо было создать машины дл€ производства машин. ћашины должны были заменить собой высококвалифицированных рабочих, которых было мало, и обеспечить массовый выпуск дешевых и надежных машин. — начала XIX века началс€ постепенный переворот в машиностроении. Ќа место старому токарному станку один за другим приход€т новые высокоточные автоматические станки, оснащенные суппортами. Ќачало этой революции положил токарный винторезный станок английского механика √енри ћодсли, позвол€вший автоматически вытачивать винты и болты с любой нарезкой.

¬ообще нарезка винтов долго оставалась сложной технической задачей, поскольку требовала высокой точности и мастерства. ћеханики давно задумывались над тем, как упростить эту операцию. ≈ще в 1701 году в труде Ў. ѕлюме описывалс€ способ нарезки винтов с помощью примитивного суппорта. ƒл€ этого к заготовке припаивали отрезок винта в качестве хвостовика. Ўаг напаиваемого винта должен был быть равен шагу того винта, который нужно было нарезать на заготовке. «атем заготовку устанавливали в простейших разъемных дерев€нных бабках; передн€€ бабка поддерживала тело заготовки, а в заднюю вставл€лс€ припа€нный винт. ѕри вращении винта дерев€нное гнездо задней бабки сминалось по форме винта и служило гайкой, вследствие чего вс€ заготовка перемещалась в сторону передней бабки. ѕодача наоборот была такова, что позвол€ла неподвижному резцу резать винт с требуемым шагом.

ѕодобного же рода приспособление было на токарно?винторезном станке 1785 года, который был непосредственным предшественником станка ћодсли. «десь нарезка резьбы, служивша€ образцом дл€ изготавливаемого винта, наносилась непосредственно на шпиндель, удерживавший заготовку и приводивший ее во вращение. (Ўпинделем называют вращающийс€ вал токарного станка с устройством дл€ зажима обрабатываемой детали.) Ёто давало возможность делать нарезку на винтах машинным способом: рабочий приводил во вращение заготовку, котора€ за счет резьбы шпиндел€, точно так же как в приспособлении ѕлюме, начинала поступательно перемещатьс€ относительно неподвижного резца, который рабочий держал на палке. “аким образом на изделии получалась резьба, точно соответствующа€ резьбе шпиндел€. ¬прочем, точность и пр€молинейность обработки зависели здесь исключительно от силы и твердости руки рабочего, направл€вшего инструмент. ¬ этом заключалось большое неудобство.  роме того, резьба на шпинделе была всего 8?10 мм, что позвол€ло нарезать только очень короткие винты.

¬инторезный станок, сконструированный ћодсли, представл€л собой значительный шаг вперед. »стори€ его изобретени€ так описываетс€ современниками.

¬ 1794Ч 1795 годах ћодсли, еще молодой, но уже весьма опытный механик, работал в мастерской известного изобретател€ Ѕрамы. ќсновными издели€ми мастерской были придуманные Ѕрамой ватер?клозеты и замки. —прос на них был очень широкий, а ручным способом изготавливать их было трудно. ѕеред Ѕрамой и ћодсли сто€ла задача увеличить число деталей, изготавливаемых на станках. ќднако старый токарный станок был дл€ этого неудобен. Ќачав работу по его усовершенствованию, ћодсли в 1794 году снабдил его крестовым суппортом. Ќижн€€ часть суппорта (салазки) устанавливалась на одной раме с задней бабкой станка и могла скользить вдоль ее направл€ющей. ¬ любом ее месте суппорт мог быть прочно закреплен при помощи винта. Ќа нижних салазках находились верхние, устроенные подобным же образом. — помощью них резец, закрепленный винтом в прорези на конце стального бруска, мог перемещатьс€ в поперечном направлении. ƒвижение суппорта в продольном и поперечном направлени€х происходило с помощью двух ходовых винтов. ѕодвинув резец с помощью суппорта вплотную к заготовке, жестко установив его на поперечных салазках, а затем перемеща€ вдоль обрабатываемой поверхности, можно было с большой точностью срезать лишний металл. ѕри этом суппорт выполн€л функцию руки рабочего, удерживающего резец. ¬ описываемой конструкции, собственно, не было еще ничего нового, но она была необходимым шагом к дальнейшим усовершенствовани€м.

”йд€ вскоре после своего изобретени€ от Ѕрамы, ћодсли основал собственную мастерскую и в 1798 году создал более совершенный токарный станок. Ётот станок стал важной вехой в развитии станкостроени€, так как он впервые позволил автоматически производить нарезку винтов любой длины и любого шага.  ак уже говорилось, слабым местом прежнего токарного станка было то, что на нем можно было нарезать только короткие винты. »наче и быть не могло Ч ведь там не было суппорта, рука рабочего должна была оставатьс€ неподвижной, а двигалась сама заготовка вместе с шпинделем. ¬ станке ћодсли заготовка оставалась неподвижной, а двигалс€ суппорт с закрепленным в нем резцом. ƒл€ того чтобы заставить суппорт перемещатьс€ на нижних салазках вдоль станка, ћодсли соединил с помощью двух зубчатых колес шпиндель передней бабки с ходовым винтом суппорта. ¬ращающийс€ винт вкручивалс€ в гайку, котора€ т€нула за собой салазки суппорта и заставл€ла их скользить вдоль станины. ѕоскольку ходовой винт вращалс€ с той же скоростью, что и шпиндель, то на заготовке нарезалась резьба с тем же шагом, что была на этом винте. ƒл€ нарезки винтов с различным шагом при станке имелс€ запас ходовых винтов. јвтоматическое нарезание винта на станке происходило следующим образом. «аготовку зажимали и обтачивали до нужных размеров, не включа€ механической подачи суппорта. ѕосле этого соедин€ли ходовой винт со шпинделем, и винтова€ нарезка осуществл€лась за несколько проходов резца. ќбратный отход суппорта каждый раз делалс€ вручную после отключени€ самоходной подачи. “аким образом, ходовой винт и суппорт полностью замен€ли руку рабочего. ћало того, они позвол€ли нарезать резьбу гораздо точнее и быстрее, чем на прежних станках.

¬ 1800 году ћодсли внес замечательное усовершенствование в свой станок Ч взамен набора сменных ходовых винтов он применил набор сменных зубчатых колес, которые соедин€ли шпиндель и ходовой винт (их было 28 с числом зубьев от 15 до 50). “еперь можно было при помощи одного ходового винта получать различные резьбы с разнообразным шагом. ¬ самом деле, если требовалось, например, получить винт, у которого ход в n раз меньше, чем у ходового, нужно было заставить заготовку вращатьс€ с такой скоростью, чтобы она делала n оборотов за то врем€, пока ходовой винт делал только один оборот. ѕоскольку ходовой винт получал свое вращение от шпиндел€, этого было легко добитьс€, вставив между шпинделем и винтом одно или несколько зубчатых передаточных колес. «на€ число зубьев на каждом колесе, нетрудно было получить требуемую скорость. ћен€€ комбинацию колес, можно было добиватьс€ разного эффекта, например, нарезать правую резьбу вместо левой.

Ќа своем станке ћодсли выполн€л нарезку резьб с такой изумительной точностью и аккуратностью, что это казалось современникам почти чудом. ќн, в частности, нарезал регулировочные винт и гайку дл€ астрономического прибора, который в течение долгого времени считалс€ непревзойденным шедевром точности. ¬инт имел п€ть футов длины и два дюйма в диаметре с 50?ю витками на каждый дюйм. –езьба была такой мелкой, что ее невозможно было рассмотреть невооруженным глазом. ¬ скором времени усовершенствованный ћодсли станок получил повсеместное распространение и послужил образцом дл€ многих других металлорежущих станков. ¬ 1817 году был создан строгальный станок с суппортом, позволивший быстро обрабатывать плоские поверхности. ¬ 1818 году ”итни придумал фрезерный станок. ¬ 1839 году по€вилс€ карусельный станок и т.д.

¬ыдающеес€ достижение ћодсли принесло ему громкую и заслуженную славу. ƒействительно, хот€ ћодсли нельз€ считать единственным изобретателем суппорта, его несомненна€ заслуга состо€ла в том, что он выступил со своей идеей в самый нужный момент и облек ее в наиболее совершенную форму. ƒруга€ его заслуга была в том, что он внедрил идею суппорта в массовое производство и тем способствовал ее окончательному распространению. ќн же первый установил, что каждый винт определенного диаметра должен иметь резьбу с определенным шагом. ƒо тех пор пока винтова€ нарезка наносилась вручную, каждый винт имел свои особенности. ƒл€ вс€кого винта изготовл€лась сво€ гайка, обычно не подходивша€ ни к какому другому винту. ¬ведение механизированной нарезки обеспечило единообразие всех резьб. “еперь любой винт и люба€ гайка одного диаметра подходили друг к другу вне зависимости от того, где они были изготовлены. Ёто было начало стандартизации деталей, имевшей чрезвычайно большое значение дл€ машиностроени€.

ќдин из учеников ћодсли, ƒжеймс Ќесмит, в последующем сам сделавшийс€ выдающемс€ изобретателем, писал в своих воспоминани€х о ћодсли как о зачинателе стандартизации: «ќн перешел к распространению важнейшего дела единообрази€ винтов. ћожно назвать это усовершенствованием, но вернее будет назвать это переворотом, произведенным ћодсли в машиностроении. ƒо него не было никакой системы в соотношении между числом витков нарезки винтов и их диаметром.  аждый болт и гайка были пригодны только друг дл€ друга и не имели ничего общего с болтом соседних размеров. ѕоэтому все болты и соответствующие им гайки получали специальные маркировки, обозначавшие принадлежность их друг к другу. Ћюбое смешение их вело к бесконечным затруднени€м и расходам, неэффективности и неразберихи Ч часть машинного парка должна была посто€нно использоватьс€ дл€ ремонта. “олько тот, кто жил в относительно ранние дни производства машин, может иметь правильное представление о непри€тност€х, преп€тстви€х и расходах, которые вызывало подобное положение, и только тот правильно оценит великую заслугу, оказанную ћодсли машиностроению».

 

34. ѕј–ќ’ќƒ

 

ћысль о создании самодвижущегос€ корабл€, который мог бы плыть против ветра и течений, приходила люд€м очень давно. ќсобенно остро нужда в таких судах ощущалась при подъеме вверх по реке. »дти под парусом, следу€ извилистому руслу со сложным фарватером, часто было невозможно, двигатьс€ на веслах против течени€ Ч т€жело. ƒл€ подъема грузов приходилось нанимать бурлаков, но те исполн€ли эту работу очень медленно. ”же в средневековье некоторые механики предлагали использовать дл€ движени€ корабл€ вод€ное колесо, которое приводилось бы в действие людьми или животными (описание такого движител€ дано в одной древней рукописи приблизительно в 527 году). ќднако реальна€ возможность построить быстроходное самодвижущиес€ судно с большой грузоподъемностью по€вилась только после изобретени€ парового двигател€. ѕервый в истории пароход был сооружен американцем ‘итчем. ќн же построил в 1787 году второй пароход «ѕерсеверанс». Ћюбопытно, что в обоих случа€х ‘итч отказалс€ от использовани€ гребного колеса. Ќа первом его пароходе машина приводила в движение весла, так что оно двигалось на манер галеры.

—ам ‘итч в 1786 году так описывал движение судна: «’од поршн€ равен примерно 3 футам, и каждое его перемещение вдоль цилиндра вызывает 40 оборотов рабочего вала.  аждый оборот вала должен приводить в движение 12 лопатообразных весел с рабочим движением 5 футов 6 дюймов. Ёти весла передвигаютс€ вертикально, подража€ движению весел в руках гребца на лодке.  огда 6 весел (после рабочего хода Ч гребка) поднимаютс€ из воды, 6 других погружаютс€ дл€ следующего гребка. ƒва хода весел (вперед и назад вдоль хода судна) составл€ют около 11 футов и получаютс€ за один оборот вала».  ак показывает рисунок, приложенный к описанию ‘итча, весла укрепл€лись на рамах; с каждой стороны судна было по три пары соединенных между собой весел. ƒвижени€ весел, как пишет сам изобретатель, были аналогичны движению ручного весла без уключины. ¬о втором пароходе ‘итча весла были заменены гребным винтом, в использовании которого этот изобретатель намного опередил свое врем€. ¬ 1788 году «ѕерсеверанс» уже совершал регул€рные рейсы между ‘иладельфией и Ѕурлингтоном, перевоз€ по 30 пассажиров. ¬сего он прошел около 1000 километров. Ќесмотр€ на очевидный успех опытов ‘итча, его изобретение не получило в это врем€ развити€ и погибло вместе с изобретателем. Ќо нельз€ сказать, что дело его совсем не имело последствий. —Ўј были той страной, где особенно остро ощущалась нужда в самодвижущемс€ корабле. ’ороших шоссейных или грунтовых дорог здесь было очень мало. ≈динственным средством сообщени€ оставались реки. –аньше других оценил возможности парохода судь€ Ћивингстон. ќн не разбиралс€ в технических детал€х, но был весьма искушенным дельцом и быстро сообразил, что при надлежащем размахе и хорошей организации дела пароходное сообщение может дать очень неплохую прибыль. ¬ 1798 году Ћивингстон добилс€ права на установление регул€рного пароходного сообщени€ по реке √удзон. ƒело оставалось за малым Ч у него не было парохода. Ќесколько лет Ћивингстон пыталс€ построить паровое судно, привлека€ различных механиков. Ѕыло сделано несколько паровых кораблей, но все они развивали скорость не более 5 км/ч. ƒумать с такими пароходами о регул€рном судоходстве было преждевременно. –азуверившись в местных механиках, Ћивингстон в 1801 году отправилс€ во ‘ранцию. «десь он встретилс€ со своим соотечественником –обертом ‘ултоном, который много думал над проектом парохода, а в это врем€ работал над созданием подводной лодки. ќднако на осуществление обоих проектов у него не было средств. ¬стреча оказалась решающей. Ћивингстон, наконец, нашел подход€щего механика, а ‘ултон Ч бизнесмена, готового финансировать его работу. ќсенью 1802 года между ними было заключено соглашение. ‘ултон обещал построить паровое судно, способное перевозить 60 пассажиров со скоростью 13 км/ч, а Ћивингстон Ч оплатить все текущие расходы. ѕрибыль, полученна€ от эксплуатации корабл€, должна была делитьс€ пополам.

ѕервые опыты ‘ултона с самодвижущимис€ судами относились еще к 1793 году, когда он, исследу€ различные типы гребного колеса, пришел к заключению, что наилучшим будет колесо с трем€ или шестью лопаст€ми. ¬ 1794 году, побывав в ћанчестере, он убедилс€, что наилучшим двигателем дл€ самодвижущегос€ корабл€ может быть только парова€ машина ”атта двойного действи€. ¬ последующие годы ‘ултон много думал над формой, проекци€ми и очертани€ми судна. ѕрежде чем приступить к строительству, он уехал на воды в ѕломбьер и здесь проводил опыты с метровой моделью, приводимой в движение пружиной.

¬есной 1803 года ‘ултон приступил в ѕариже к строительству своего первого парохода. ќн был плоскодонным, без выступающего кил€, с обшивкой вгладь. ѕарова€ машина ”атта была вз€та напрокат у одного знакомого, но схему передаточного механизма придумал сам ‘ултон. ѕостроенный корабль оказалс€ недостаточно прочным Ч корпус не выдержал т€жести машины. ќднажды во врем€ сильного волнени€ на —ене днище проломилось и вз€та€ в долг машина вместе со всем оборудованием пошла ко дну. — большим трудом все это удалось достать на поверхность, причем ‘ултон жестоко простудилс€ во врем€ спасательных работ. ¬скоре был построен новый, гораздо более прочный корпус судна, имевший 23 м в длину и 2, 5 м в ширину. ¬ августе 1803 года было проведено пробное испытание. ¬ течение полутора часов пароход двигалс€ со скоростью 5 км/ч и показал хорошую маневренность.

ѕервым делом ‘ултон предложил свой пароход Ќаполеону, но тот не заинтересовалс€ этим изобретением. ¬есной 1804 года ‘ултон уехал в јнглию. «десь он безуспешно старалс€ увлечь английское правительство проектом своей подводной лодки и одновременно следил за изготовлением паровой машины фирмой Ѕоултона и ”атта. ¬ том же году он отправилс€ в Ўотландию, чтобы ознакомитьс€ с построенным там —аймингтоном пароходом «Ўарлоттой ƒундас». (—аймингтон был едва ли не первый европейский механик, успешно справившийс€ с постройкой самодвижущегос€ парового судна. ≈ще в 1788 году по заказу крупного шотландского землевладельца ѕатрика ћиллера он построил небольшой корабль с паровым двигателем. ѕароход этот был испытан на ƒэлсуинтонском озере в Ўотландии и развил скорость до 8 км/ч. —пуст€ полтора дес€тилети€ —аймингтон построил второй пароход Ч упом€нутую выше «Ўарлоту ƒундас» дл€ владельцев ‘орс? лайдонского канала. ќн предназначалс€ дл€ транспортировки грузовых барж.) ѕароход —аймингтона был несомненно удачной моделью. —редн€€ скорость его без груженых барж составл€ла около 10 км/ч. ќднако и этот опыт не заинтересовал англичан. ѕароход вытащили на берег и обрекли на слом. ‘ултон присутствовал при испытани€х «Ўарлоты» и имел возможность ознакомитьс€ с ее устройством.

ћежду тем Ћивингстон настойчиво звал ‘ултона в јмерику. ≈го шурин и конкурент —тивенс начал в 1806 году постройку парохода «‘еникс», наде€сь, что получит привилегию на маршрут Ќью?…орк Ч ќлбани, срок которой у Ћивингстона истекал в 1807 году. Ќадо было спешить со строительством своего парохода. ‘ултон приехал в Ќью?…орк в декабре 1806 года. — начала весны был заложен корпус парохода. ¬скоре из јнглии прибыла заказанна€ ранее парова€ машина ”атта. ”становка ее на судно была очень сложным делом. ¬се вопросы ‘ултону приходилось разрешать самому, так как во всем Ќью?…орке он не смог найти ни одного опытного механика. ѕароход, названый впоследствии « лермонтом», был сравнительно небольшим судном. ќн имел тоннаж 150 т, длина корпуса составл€ла 43 м, мощность двигател€ 20 л.с. Ќа нем были установлены две мачты, и при первой возможности в помощь машинам поднимали паруса.

ћашинна€ часть состо€ла из котла в форме сундука длиной 6 м при высоте и ширине несколько более 2 м и вертикального парового цилиндра. ѕо обе стороны цилиндра были подвешены два чугунных треугольных балансира. ќсновани€ этих треугольников составл€ли около 2, 1 м. Ѕалансиры были укреплены на общем прочном железном стержне, так что работали вместе. Ќа верхнем конце штока поршн€ имелась “?образна€ деталь: прочный железный брус, двигавшийс€ в направл€ющих, расположенных по обе стороны цилиндра. ќт каждого конца этой детали шли вниз прочные полосы из кованого железа (шатуны), которые соедин€лись шкворней с концами балансиров. ƒругие концы треугольников отливались с чугунными противовесами. ќт вершины каждого треугольника шел шатун, соединенный с кривошипом, устроенном на каждом из валов гребных колес; вплотную к каждому кривошипу располагались чугунные колеса диаметром около 1, 5 м.  аждое из них приводило в движение шестерню диаметром около 0, 7 м. ќбе шестерни были насажены на общий вал, в центре которого находилось маховое колесо диаметром 3 м.

Ќичем особенным этот пароход не отличалс€ от своих более ранних предшественников, однако именно ему суждено было открыть новую эру в истории судоходства. ¬ том же 1807 году « лермонт» отправилс€ в свой первый рейс, завершившийс€ вполне успешно. ¬осхища€сь результатами этой поездки, ‘ултон писал одному при€телю: «я опережал все лодки и шхуны, и казалось, что все они сто€т на €коре. “еперь полностью доказана пригодность силы пара дл€ приведени€ в движение кораблей. ¬ этот день, когда € выехал из Ќью?…орка, вр€д ли 30 человек поверили бы, что мой пароход пройдет хот€ бы одну милю в час.  огда мы отошли от пристани, где собралось много любопытных зрителей, € слыхал довольно саркастические замечани€. “ак всегда приветствуют несознательные люди тех, кого они зовут ДфилософамиУ и ДпрожектерамиУ». Ќа весь путь из Ќью?…орка в ќлбани, прот€женностью 150 миль, совершенном против течени€ и при противном ветре, « лермонт» потратил 32 часа, покрыв все рассто€ние исключительно при помощи парового двигател€. ѕосле некоторых улучшений в конструкции своего детища ‘ултон наладил посто€нные рейсы на этом речном пути. Ќа пароходе имелись три больших каюты. ќдна Ч на 36, друга€ Ч на 24, треть€ Ч на 18 пассажиров с 62 спальными местами.  роме того, на нем размещались кухн€, буфет и кладова€. ƒл€ всех пассажиров устанавливались единые правила. (—реди них были и такие, которые под угрозой штрафа запрещали «джентльменам» лежать в сапогах на кровати или сидеть на столе.) ѕоездка от Ќью?…орка до ќлбани стоила семь долларов, что по ценам того времени было немало. “ем не менее от желающих не было отбо€.

«а первый же год эксплуатации « лермонт» дал выручку 16 тыс€ч долларов. ¬ последующие годы компани€ ‘ултона?Ћивингстона построила еще несколько паровых кораблей. ¬ 1816 году ей принадлежало 16 пароходов. ќдин из них, « оннектикут», имел уже 60?сильную машину и тоннаж около 500 т. ¬ладельцы парусных и гребных судов на √удзоне встретили пароход очень враждебно, с самого начала увидев в нем своего грозного конкурента. ќни то и дело подстраивали столкновени€ пароходов с шаландами и баркасами или устраивали на их пути заторы. ¬ 1811 году был прин€т особый закон, грозивший строгим наказанием за сознательный вред, принесенный пароходам.

’от€ сам ‘ултон неоднократно подчеркивал, что иде€ парохода принадлежит не ему, именно он впервые удачно воплотил ее в жизнь, и с его легкой руки пароходство начало бурно развиватьс€ сначала в јмерике, а потом и во всем мире. ¬ 1840 году в —Ўј только на одной ћиссисипи и ее притоках крейсировало уже свыше тыс€чи речных пароходов. ¬ то же врем€ паровые суда стали осваивать морские маршруты. ¬ 1819 году пароход «—аванна» впервые пересек јтлантический океан и прибыл из јмерики в јнглию.

 

35. ѕј–ќ¬ќ«

 

»стори€ паровоза совмещает в себе две истории: историю рельсового пути и историю локомотива. ѕричем первый возник гораздо раньше второго. ќ применении дерев€нных рельсов в горном деле пишет еще —ебасть€н ћюнстер в своей книге, вышедшей в 1541 году. ¬ XVIII веке рельсы стали изготавливать из чугуна, а в начале XIX века Ч из м€гкого железа (чугун вследствие своей хрупкости, быстро разрушалс€). ƒолгое врем€ железнодорожные пути сооружались только на рудниках, но потом получили распространение пассажирские дороги с конной т€гой. ѕерва€ така€ рельсова€ дорога была устроена в 1801 году в јнглии между ”ондсвортом и  ройдоном.

„то касаетс€ локомотива, то он мог €витьс€ на свет лишь после великого изобретени€ ”атта.  ак только парова€ машина получила некоторое распространение, нашлось много изобретателей, старавшихс€ приспособить ее дл€ нужд транспорта Ч например, использовать паровую машину в качестве двигател€ дл€ самодвижущейс€ повозки. ѕервую попытку в этом роде сделал помощник ”атта ћердок. ќн прежде других пон€л, что двигатель паромобил€ должен отличатьс€ по конструкции от стационарной паровой машины. ƒл€ того чтобы повозка кроме себ€ самой могла перевозить полезный груз, двигатель должен быть компактным, легким и мощным. ѕрежде всего, ћердок предложил повысить давление в цилиндре до 3?3, 5 атмосфер (тогда это давление считалось очень высоким). ќн также посчитал необходимым отказатьс€ от конденсатора и выпускать отработанный пар «на выхлоп» в атмосферу. ¬ 1786 году ћердок соорудил действующую модель паровой тележки. ќднако ”атт отнесс€ к опытам своего помощника очень холодно, и ћердоку пришлось оставить свои эксперименты.   счастью, при опытах ћердока в –едрете присутствовал смышленый и любознательный подросток Ч –ичард “ривайтик. ”виденное произвело на него огромное впечатление, и, повзрослев, он посв€тил свою жизнь созданию паровых самодвижущихс€ транспортных машин.

Ќачал “ривайтик с того, на чем остановилс€ ћердок. —начала он сконструировал паровой двигатель повышенного давлени€, работавший «на выхлоп» без конденсатора. «атем в 1801?1803 годах он построил несколько паровых повозок, которые весьма успешно бегали по скверной дороге из  емборна в ѕлимут. ѕо существу, это были первые в истории автомобили. Ќо до изобретени€ пневматических шин ездить на таких машинах могли только энтузиасты. ’ороших дорог было мало, и никакие рессоры не спасали машину и ее водител€ от жестокой тр€ски.   тому же все эти сооружени€ были очень громоздкими и т€желовесными дл€ того, чтобы передвигатьс€ по грунтовым дорогам. “огда у “ривайтика возникла иде€ поставить паровой автомобиль на рельсы. ¬ 1804 году он создал свой первый паровоз.

Ётот паровоз представл€л собой цилиндрический паровой котел, покоившийс€ на двух ос€х. “опка располагалась впереди под дымовой трубой, так что тендер (повозку с углем, где сидел кочегар) приходилось прицепл€ть впереди паровоза. ƒлинный горизонтальный цилиндр 210 мм в диаметре имел ход поршн€ в 1, 4 м. Ўток поршн€ далеко выдавалс€ впереди паровоза и поддерживалс€ особым кронштейном. — одной стороны паровоза имелась сложна€ зубчато?колесна€ передача на обе оси, с другой Ч большое маховое колесо, как у фабричной паровой машины. ѕо многим показател€м этот первый в истории паровоз имел удивительные характеристики. “ак, при собственном весе в 5 т он транспортировал со скоростью 8 км/ч п€ть вагонов общим весом 25 т. ѕорожн€ком он двигалс€ со скоростью 26 км/ч. “ривайтик не был уверен, что трени€ между колесами и рельсами будет достаточно дл€ поступательного движени€ паровоза. ѕоэтому наружна€ часть колеса, выдававша€с€ за рельсы, была утыкана головками гвоздей, которые вдавливались в брусь€, уложенные параллельно рельсам. ¬прочем, очень скоро “ривайтик убедилс€, что нужды в этих дополнительных приспособлени€х нет Ч паровоз мог прекрасно передвигатьс€ по гладким рельсам и тащить за собой несколько вагонов.

Ќесмотр€ на свои хорошие ходовые качества, первый паровоз не вызвал к себе интереса. ƒело в том, что “ривайтику приходилось демонстрировать свое детище на ћертир?“идвилской конной железной дороге. “€желый паровоз посто€нно ломал чугунные рельсы. Ѕыло очевидно, что дл€ него придетс€ строить специальные пути. ќднако хоз€ева рудников, которых “ривайтик хотел заинтересовать паровозом, не хотели вкладывать деньги в строительство новой дороги и отказались финансировать изобретател€. ¬ последующие годы “ривайтик сконструировал и построил еще несколько паровозов. ѕаровоз 1808 года был дальнейшим шагом вперед. “ривайтик убрал громоздкую зубчатую передачу. ƒвижение от вертикального цилиндра передавалось посредством простых шатунов с кривошипами на заднюю ось. „асть отработанного пара шла на подогрев воды в котле, часть Ч выпускалась через суженное отверстие в дымовую трубу дл€ усилени€ т€ги в топке. Ётот усовершенствованный паровоз порожн€ком развивал скорость 30 км/ч. ќднако и эта замечательна€ машина никого не заинтересовала. ¬ 1811 году, окончательно разорившись, “ривайтик должен был прекратить свои опыты. Ѕеда его заключалась в том, что он €вилс€ со своим изобретением слишком рано. Ќе только железо, но и чугун еще были слишком дороги. ѕоэтому строительство железных дорог казалось нерентабельным. ¬ысокоточных металлорежущих станков также было очень мало. ¬се детали паровоза приходилось делать вручную, их себестоимость была высокой.  роме того, шла война с Ќаполеоном, јнгли€ была стеснена континентальной блокадой, и все проекты, требовавшие больших капиталовложений, не могли быть реализованы.

Ќо, разумеетс€, никакие трудности не могли остановить техническую мысль. ѕо€вились новые изобретатели, вз€вшиес€ за создание паровоза. ƒолгое врем€ среди механиков было распространено убеждение, что гладкое колесо не может катитьс€ по гладкому железному рельсу. —тара€сь избежать этой мнимой опасности, некоторые изобретатели пошли по ложному пути. ¬ 1812 году Ѕленкистон, один из владельцев ћидлтонских угольных копей в …оркшире, проложил небольшую железную дорогу длиной 6 км между ћидлтоном и Ћидсом специально дл€ паровоза. ¬ том же году механик ћуррей построил по проекту Ѕленкистона паровоз, обладавший достаточно хорошими техническими показател€ми. ќн передвигалс€ по обычным рельсам и имел колеса с гладкими ободь€ми. Ќо движение осуществл€лось при помощи зубчатого колеса, катившегос€ по зубчатой рейке, положенной р€дом с гладкими рельсами. ћашина имела два паровых цилиндра.  ривошипы двигателей были смещены друг относительно друга на 90 градусов.  огда один из них оказывалс€ в мертвой точке, другой в это врем€ действовал с наибольшей силой. Ёто был первый паровой двигатель двойного действи€, способный начинать работу из любого положени€ кривошипа. ѕаровоз ћурре€ мог транспортировать 20 т полезного груза со скоростью 6 км/ч. — более легкой нагрузкой он мог брать очень крутые подъемы. Ќесколько таких паровозов было построено дл€ обслуживани€ рудников, но широкого распространени€ они не получили в силу того, что имели очень незначительную скорость, высокую цену и часто простаивали из?за поломки путей.

ƒругой изобретатель, Ѕрунтон, в 1813 году соорудил паровоз с двум€ механизмами, которые наподобие ног должны были отталкиватьс€ от земли и двигать машину вперед (при первом же испытании этот паровоз взорвалс€, так как при расчете котла были допущены ошибки).

¬скоре было доказано, что гладкое колесо вполне может двигатьс€ по гладкому рельсу. ƒва изобретател€ Ч Ѕлекетт и ’едлей Ч соорудили специальную тележку с гладкими ободь€ми, котора€ приводилась в движение при помощи зубчатой передачи людьми, наход€щимис€ на ней. Ќа тележку нагружали железо, мен€€ таким образом ее вес. ¬ ходе этих опытов было показано, что трение ведущих колес тележки (то есть тех колес, которые получали обороты от двигател€) в 50 раз превышало трение колес, свободно катившихс€ по рельсу. —ледовательно, благодар€ упору своих ведущих колес любой локомотив мог тащить груз, в 50 раз превышающий его сцепной груз (вес, приход€щийс€ на колеса паровоза, спаренные с двигателем). ¬ 1815 году Ѕлекетт и ’едлей собрали очень хороший паровоз, получивший название «ѕыхт€щий Ѕилли». »ме€ в своем распор€жении чертежи “ривайтика, они смогли воспользоватьс€ многими его наработками. ќчень долго конструкторы бились над проблемой, сто€вшей перед всеми изобретател€ми паровоза того времени, Ч как уменьшить нагрузку на ось, чтобы локомотив не ломал рельсов. ѕоначалу это происходило слишком часто, так что перед каждой поездкой тендер приходилось нагружать запасом чугунных рельс. Ќаконец Ѕлекетт и ’едлей поставили котел на одну раму с тендером, снабдив ее четырьм€ парами колес, так что «Ѕилли» имел четыре ведущих оси. “олько после этого он перестал портить пути. Ётот паровоз эксплуатировалс€ на руднике до 1865 года, после чего был сдан в Ћондонский музей.

ћежду тем окончательна€ победа над Ќаполеоном привела к изменению рыночной конъюнктуры. јнгли€ вступила в период нового промышленного подъема. —прос на уголь резко повысилс€, в результате чего владельцы копей все острее стали осознавать нужду в паровом транспорте. “еперь многие из них готовы были финансировать опыты по строительству паровозов. ¬ то врем€ иде€ паровой т€ги носилась в воздухе, над ней в разных местах јнглии трудилось сразу несколько дес€тков механиков, разрабатывавших различные конструкции паровозов. ”дачнее других оказались локомотивы, сконструированные и построенные ƒжорджем —тефенсоном. ¬ 1812 году, будучи главным механиком  иллингуортских копей, —тефенсон предложил своему хоз€ину “омасу Ћидделу проект своего первого паровоза. “от согласилс€ оплатить его постройку. ¬ 1814 году работа была закончена. ѕаровоз, получивший им€ «Ѕлюхер», включилс€ в работу по обслуживанию рудника. ѕо конструкции он сильно напоминал паровоз Ѕленкинстона, но без зубчатого ведущего колеса. ќн имел два вертикально поставленных паровых цилиндра; движение от поршн€ передавалось шатунами на два ведущих ската. Ёти скаты были соединены зубчато?колесной передачей. “ендер был отделен от паровоза и прицеплен сзади. «Ѕлюхер» мог перевозить груз весом 30, 5 т, но не мог брать крутых подъемов и развивал с нагрузкой скорость всего 6 км/ч. ѕо многим параметрам он уступал «ѕыхт€щему Ѕилли» и после года эксплуатации оказалс€ лишь немногим выгоднее использовавшихс€ до этого лошадей. ѕричиной неудачи была слаба€ т€га. ќтработанный пар выпускалс€ пр€мо в воздух, а не в трубу, где он мог бы усилить т€гу в топке. Ётот недостаток —тефенсон устранил в первую очередь. ѕосле того как отработанный пар стал поступать в трубу, т€га усилилась. ”совершенствованный паровоз уже всерьез конкурировал с лошадьми, и Ћиддел охотно дал деньги на продолжение опытов.

¬ 1815 году —тефенсон построил свой второй паровоз. ¬ этой конструкции он отказалс€ от соединени€ осей зубчато?колесной передачей. ¬ертикальные паровые котлы были поставлены пр€мо над ос€ми, и движение от поршней передавалось непосредственно на ведущие оси, спаренные между собой цепью. ¬ 1816 году был закончен третий паровоз « иллингуорт». ƒл€ него —тефенсон впервые придумал и применил рессоры (до этого котел устанавливалс€ пр€мо на раму, вследствие чего паровоз буквально вытр€хивал душу из машиниста, подпрыгива€ на стыках). ќдновременно —тефенсон работал над усовершенствованием рельсового пути. ¬ то врем€ широко употребл€лись хрупкие чугунные рельсы. ѕри движении т€желого паровоза они то и дело лопались в стыках. —тефенсон придумал косой стык и вз€л на него патент. ќднако тогда же ему стало окончательно €сно, что до тех пор, пока чугунные рельсы не будут заменены железными, кардинальных улучшений ждать не приходитс€. ∆елезо было в несколько раз дороже чугуна, и хоз€ева неохотно шли на строительство таких дорогих дорог. Ќо —тефенсон доказал, что паровозы выгодно использовать лишь тогда, когда сила их т€ги достаточно велика. ƒл€ того чтобы паровозы могли возить большие составы и развивать значительные скорости, необходимо решительно, не жале€ никаких затрат, перестроить существующие конные дороги, по которым приходилось ездить первым паровозам, в двух отношени€х: см€гчить уклоны и усилить рельсы. Ёти идеи —тефенсону удалось реализовать через несколько лет.

¬ 1821 году один из шахтовладельцев ƒарлингтона Ёдгард ѕиз основал компанию по строительству железной дороги от ƒарлингтона к —токтону и поручил ее сооружение —тефенсону. ќбща€ длина дороги с боковыми ветками составл€ла 56, 3 км. Ёто было значительное по тем временам предпри€тие, и —тефенсон с увлечением вз€лс€ за его осуществление. — большим трудом ему удалось убедить ѕиза и его компаньонов уложить на половине длины дороги железные рельсы вместо чугунных, хот€ те и стоили в два раза дороже. 19 сент€бр€ 1825 года по дороге торжественно прошел первый поезд из 34?х вагонов. Ўесть из них были нагружены углем и мукой, на остальных были размещены скамейки дл€ публики. “ащил все эти вагоны новый паровоз «ѕередвижение», которым управл€л сам —тефенсон. ѕод звуки музыки и веселые возгласы пассажиров поезд успешно прошел до —токтона. —редн€€ скорость его была 10 км/ч. ¬переди локомотива скакал верховой с флагом, прос€ публику освободить рельсы. Ќа отдельных участках ему приходилось мчатьс€ во весь опор, потому что поезд разгон€лс€ до 24 км/ч. ¬сего за этот рейс было перевезено более 600 пассажиров. ¬месте с остальным грузом эта публика весила около 90 т.

¬ св€зи с успешным строительством ƒарлингтон?—токтонской дороги им€ —тефенсона стало широко известно. ¬ 1826 году совет директоров транспортной компании ћанчестер?Ћиверпульской дороги предложил —тефенсону пост главного инженера с окладом в 1000 фунтов стерлингов. —троительство этой дороги представл€ло большую сложность, поскольку она проходила по сильнопересеченной местности. ѕришлось возводить множество разнообразных искусственных сооружений: насыпи, выемки, туннели и т.п. ќдних мостов было построено 63. ѕод самым Ћиверпулем надо было проложить туннель длиной 2, 4 км в скальном грунте. ѕотом пришлось сделать выемку в высокой песчаной скале (всего во врем€ этой работы было удалено 480 тыс. куб. м камн€). ќсобенно большие трудности представл€ло сооружение полотна через торф€ные болота „эт?ћосс, шириной 6, 5 км и глубиной 15 м. ќбща€ стоимость работ вскоре превысила все предварительные сметы, а —тефенсон между тем настойчиво требовал, чтобы вместо дешевых чугунных рельс были уложены дорогие железные. ≈му потребовались все его красноречие и весь его авторитет, чтобы доказать директорам: именно так, а не иначе следует строить железные дороги.

Ќаконец, все преп€тстви€ были благополучно преодолены. ¬ 1829 году, когда дорога близилась к своему завершению и надо было уже думать о подвижном составе, компани€ объ€вили свободный конкурс на лучшую конструкцию локомотива. ¬озле –ейнхилла был выделен новый участок длиной 3 км. ѕаровозы, участвовавшие в сост€зани€х, должны были пройти эту дистанцию 20 раз. —тефенсон выставил в –ейнхилле свой новый паровоз «–акета», построенный на его заводе по последнему слову тогдашней техники. ≈ще в 1826 году он разработал конструкцию локомотива с наклонным цилиндром (впервые она была опробована на паровозе «јмерика»). Ёто позвол€ло уменьшить вредное пространство в цилиндрах, что при вертикальном их расположении €вл€лось весьма важным. Ѕыл также значительно усовершенствован паровой котел и впервые были применены дымогарные трубки, о которых надо сказать подробнее. ¬ообще, паровой котел был одним из важнейших узлов паровоза, от которого во многом зависели его технические характеристики.   нему предъ€вл€лс€ целый р€д требований: при незначительном расходе угл€ и воды он должен был давать возможно большее количество упругого пара. Ётого эффекта можно было достичь, прежде всего, увеличива€ площадь соприкосновени€ между водой и гор€чими газами.

Ќа ранних паровозах использовалс€ простой цилиндрический котел. «десь D Ч колпак, куда собираетс€ пар, проводимый к паровым клапанам по одной из трубок B (друга€ соедин€лась с предохранительным клапаном).  отел имел наклонную решетку R, через которую атмосферный воздух доставл€лс€ к углю, насыпаемому через воронку T. ”голь скользил по воронке вниз по мере сгорани€, причем самое сильное горение происходило внизу решетки; плам€ оттуда поднималось под наклонным сводом G, где имелось отверстие b, через которое гор€чие газы поступали в первый дымоход F под котлом. «атем эти газы попадали в c и в боковой дымоход F, а через соединение d на передней стороне проходили по F снова в заднюю часть котла, откуда уже вылетали в дымовую трубу. “аким образом, котел как бы со всех сторон обтекалс€ гор€чим воздухом. «ольна€ дверца K и задвижка S были простыми приспособлени€ми, с помощью которых кочегар регулировал доступ воздуха в топку.

ѕростейшим видоизменением цилиндрического котла стал котел с жаровой трубой, в котором первый дымоход проходил не под котлом, а внутри него.

—ледующим шагом €вилс€ трубчатый котел, изобретенный в 1828 году французским инженером —егеном. ¬нутри этого котла проходили металлические дымогарные трубы, по которым из топки в дымовую трубу двигалс€ гор€чий газ. ¬ трубчатом котле поверхность нагрева была значительно больше, чем в цилиндрическом. ѕри этом гораздо больша€ часть теплоты шла на парообразование и сравнительно меньша€ улетала в трубу. Ќа «–акете» обща€ поверхность нагрева котла составл€ла около 13 квадратных метров, из которых на трубки приходилось 11. ѕоэтому при тех же габаритах производительность котла была значительно больше.

–ейнхильские сост€зани€ стали крупным событием в истории паровоза; считаетс€, что ими закончилс€ период его детства. Ќа сост€зани€х присутствовало около 10 тыс€ч зрителей, и это лучше всего говорит об огромном интересе простой публики к паровому транспорту. Ќадежды, которые —тефенсон возлагал на свое творение, полностью оправдались. 10 окт€бр€ «–акета», ид€ порожн€ком, развила рекордную дл€ тех времен скорость 48 км/ч. ѕри собственном весе 4, 5 т этот паровоз свободно т€нул поезд общим весом 17 т со скоростью 21 км/ч. —корость движени€ паровоза с одним пассажирским вагоном достигала 38 км/ч. ѕо всем показател€м «–акета» оказалась на пор€док лучше всех других локомотивов, и приз в 500 фунтов стерлингов был вручен —тефенсону. ќн разделил его со своим помощником Ѕутом, предложившим идею трубчатого котла (ни Ѕут, ни сам —тефенсон в то врем€ еще ничего не знали об изобретении —егена). «–акету» можно считать уже вполне совершенным паровозом, так как она имела все важнейшие черты позднейших локомотивов: 1) топка была окружена водой котла; 2) котел был расположен горизонтально и имел дымогарные трубы; 3) пар уходил в дымовую трубу, что усиливало т€гу и увеличивало температуру топки; 4) сила пара передавалась колесам через шатуны без вс€ких зубчатых передач.

¬ следующем году лини€ Ћиверпуль Ч ћанчестер была торжественно открыта. —троительство дороги потребовало неслыханных по тем временам капиталовложений. ќбщие затраты на ее прокладку составили 739 тыс€ч фунтов стерлингов. ќднако потребность в этой дороге была настолько велика, что она окупилась достаточно быстро. Ёто было лучшей рекомендацией новому виду транспорта. „ерез несколько лет по всему миру развернулось бурное железнодорожное строительство. Ќачалась эра паровоза. «начение Ћиверпуль?ћанчестерской дороги в этом процессе трудно переоценить Ч она была первым в истории крупным, технически правильно осуществленным проектом железнодорожного строительства. ћногие находки —тефенсона, касавшиес€ устройства насыпей, строительства дамб и туннелей, укладки рельсов и шпал и пр., сделались потом образцом дл€ других инженеров.

ћасштабные перемены, вызванные широким распространением паровозов, были настолько огромны, что можно сказать без преувеличени€ Ч они изменили облик мира. ƒо изобретени€ железных дорог важнейшие промышленные города лежали у морского побережь€ или на судоходных реках. √лавным транспортным средством служили парусные суда. ¬нутри страны перевозка грузов происходила гужевым транспортом, причем во всех странах дороги находились в очень скверном состо€нии. ѕри отсутствии дорог не могла развиватьс€ промышленность. ћногие территории, имевшие полезные ископаемые, были тем не менее обречены на безде€тельность. ѕереход к паровому транспорту привел к значительному увеличению скорости передвижени€ и грузооборота, при том, что цена перевозки заметно снизилась. —амые отдаленные местности оказались вскоре св€заны железными дорогами с промышленными центрами, портами и источниками сырь€, вовлечены в общий ритм экономической жизни. –ассто€ние перестало быть преп€тствием, и промышленность получила мощный стимул к своему развитию.

 

36. ¬»Ќ“ќ¬ ј

 

–учное огнестрельное оружие по€вилось еще в XIII?XIV веках, но долгое врем€ оно служило лишь дополнением к холодному оружию. ѕрошло много лет, прежде чем ружь€ сделались пригодными дл€ вооружени€ всей пехоты, и только в начале XVIII века кремневый гладкоствольный мушкет со штыком, стрел€вший круглыми пул€ми, окончательно вытеснил пику. ¬прочем, и тогда ручное огнестрельное оружие оставалось далеким от совершенства: мушкеты были т€желы и громоздки, зар€жались с дула и имели небольшую скорострельность (примерно, один выстрел в минуту). ¬ 1807 году шотландец ‘орзич изобрел ружейный замок, в котором выстрел вызывалс€ воспламенением гремучего состава от удара стального штифта. Ёто было громадным шагом вперед, так как кремневое ружье давало 30% осечек даже в сухую погоду. ¬ 1815 году англичанин Ёгг придумал медные пистоны, наполненные смесью из охотничьего пороха и хлорноватистого кали€. ¬ 1821 году –айт ввел в употребление медные пистоны, наполненные гремучей смесью. ќднако все эти нововведени€ не могли увеличить ни скорострельности мушкета, ни убойной силы его выстрела.

ћежду тем еще в конце XV века в √ермании по€вилось первое нарезное оружие Ч винтовка. —тволы ружей стали снабжать внутри желобками, в которых скопл€лась гр€зь после горени€ пороха. Ёти желобки, изобретение которых в 1480 году приписывают ÷ольнеру из ¬ены, шли сначала параллельно оси ружь€. ѕримерно в 1630 году опытным путем было установлено, что пул€, которой в стволе придано вращательное движение, летит значительно дальше и попадает гораздо точнее, чем пул€, выпущенна€ из гладкоствольного ружь€. „тобы сообщить пуле вращение, нарезам внутри ствола стали придавать винтообразную форму. “ак внутренний канал ствола превратилс€ в своего рода гайку. ќднако такие важные достоинства винтовки, как точность и дальнобойность, сопровождались весьма ощутимым недостатком, поскольку забивание пули в канал ствола через винтовые нарезы было утомительной и трудной операцией. ¬ результате даже опытный стрелок мог делать из винтовки не более одного выстрела в п€ть минут. »з?за этого в течение двух веков винтовка оставалась непригодной дл€ широкого применени€ в армии, особенно в XVIII веке, когда все сражение порой решалось частым огнем развернутых линий.   тому же, чтобы ускорить зар€жание, винтовку снабжали слишком коротким стволом, и она уже не годилась дл€ штыкового бо€. ¬се это врем€ винтовка оставалась почти исключительно охотничьим оружием.

≈стественным образом возникла задача: каким образом соединить достоинства винтовки с легкостью зар€жани€ гладкоствольного ружь€? —перва попробовали делать пули несколько меньшего диаметра, чем внутренний канал ствола. “ака€ пул€ легко проходила через нарезы, но образовавшийс€ зазор оказывал крайне вредное вли€ние Ч во врем€ выстрела через него с силой прорывались газы, пул€ получала недостаточную начальную скорость, и полезные качества винтовки во многом тер€лись. ‘ранцузский офицер ƒельвинь придумал способ исправл€ть это неудобство, мен€€ форму пули. ¬ 1828 году он сконструировал винтовку с каморой в казенной части, более узкой, чем весь ствол. ѕрежде всего во врем€ зар€жани€ в камору всыпалс€ порох, вслед за ним вкатывалась пул€ меньшего диаметра, чем канал ствола; дойд€ до кра€ каморы, она не могла пройти дальше и оставалась на месте, упира€сь в ее кра€, нескольких ударов молотком по шомполу было достаточно дл€ того, чтобы вогнать м€гкий свинец пули в нарезы и расширить ее диаметр настолько, что она оказывалась вплотную пригнана к стенкам ствола. ѕри первых же испытани€х обнаружилось величайшее неудобство этой системы Ч пул€ от ударов тер€ла свою сферическую форму и делалась несколько сплющенной, тер€ла винтообразное вращение, приданое ей нарезами, а значит, существенно уменьшалась меткость стрельбы. “огда ƒельвинь решил вовсе отказатьс€ от сферических пуль и предложил делать их продолговатыми (цилиндрическо?коническими). Ёто изобретение было особенно важным. —ама винтовка ƒельвин€ так и не получила широкого распространени€, но найденна€ им форма пули оказалась чрезвычайно удачной и вскоре повсеместно вытеснила прежнюю сферическую. ƒействительно, продолговата€ пул€ имела множество преимуществ перед круглой: пройд€ в момент выстрела через нарезы, она начинала вращатьс€ вокруг продольной оси и летела острым концом вперед. Ѕлагодар€ этому ее трение о воздух было намного меньше, чем у сферической пули того же диаметра. ќна летела дальше и имела гораздо более пологую траекторию. ¬ то же врем€ продолговата€ пул€ лучше входила в каналы ствола, что позвол€ло уменьшить крутизну и глубину нарезки. »ме€ значительно больший вес, чем сферическа€ пул€, така€ пул€ вылетала из ствола с той же скоростью. ƒругими словами, убойна€ сила винтовки, зар€женной пулей ƒельвин€, заметно возросла, а калибр ее осталс€ прежним.

ƒруга€ иде€ ƒельвин€ Ч относительно того, что пул€ должна мен€ть свой диаметр уже после того, как дошла до конца ствола, Ч тоже была использована, но в более рациональном виде. √лавное неудобство винтовки ƒельвин€ заключалось в том, что после расплющивани€ пул€ отчасти зацепл€лась своими кра€ми за круговой выступ каморы, и это ослабл€ло силу выстрела. ‘ранцузский полковник “увенн в 1844 году придумал, как избежать этого неудобства. ќн удалил выступы каморы и сделал канал ствола, как и раньше, одинаковым по всей его длине. ¬ центре болта, запиравшего канал ствола, он укрепил короткий, крепкий стальной стержень, или чеку, вокруг которой ложилс€ высыпанный порох. ¬о врем€ зар€дки пул€, имевша€ меньший диаметр, чем канал ствола, легко прогон€лась шомполом через нарезы. ¬ конце ствола она попадала на чеку, раздавалась в ширину и плотно прилегала к стенкам ствола, причем расширение было гораздо более правильным, чем в винтовке ƒельвин€. ¬ короткое врем€ винтовка “увенна получила широкое распространение, и до конца 40?х годов XIX века ее прин€ли на вооружение не только во ‘ранции, но во многих государствах —еверной √ермании. ¬скоре, однако, оказалось, что эта винтовка тоже имеет большие недостатки: усилие, которое должен был прилагать солдат дл€ того, чтобы расплющить пулю, оставалось очень большим, а при стрельбе с колена или лежа это было еще и очень неудобно. ¬интовка имела сильную отдачу, к тому же чека затрудн€ла чистку ствола и часто ломалась.

¬ 1849 году капитан ћинье предложил усовершенствование, которое позвол€ло избежать этих неудобств. ќн обнаружил, что если в пуле сделать углубление, то газ, образующийс€ при выстреле, стремитс€ расширить стенки этой полости настолько, чтобы заставить ее плотно прилегать к стволу и войти в нарезы. Ќа использовании этого эффекта целиком была построена иде€ ћинье. ќн устранил чеку на дне канала ствола и восстановил ту первоначальную простоту винтовки, которой она отличалась до ƒельвин€ и “увенна. «ато в пуле стали высверливать конусообразный вырез со стороны основани€. ¬ момент выстрела она расшир€лась и плотно прилегала к стенкам ствола. Ёффект, достигнутый таким простым усовершенствованием, оказалс€ поразительным: нова€ винтовка зар€жалась так же легко, как гладкоствольный мушкет, но была гораздо лучше старой винтовки, превосход€ ее дальностью и меткостью стрельбы. ѕоэтому винтовка ћинье была первым нарезным оружием, которое получило всеобщее распространение в ≈вропе. Ётому в немалой степени способствовало также то обсто€тельство, что все старые гладкоствольные мушкеты при помощи очень простой переделки могли быть превращены в винтовки, пригодные к использованию пули ћинье. Ќапример, в ѕруссии меньше чем за год были сделаны нарезы у 300 тыс€ч старых мушкетов. ¬след за ‘ранцией винтовку ћинье в различных местных модификаци€х прин€ли на вооружение в јнглии, Ѕельгии, »спании, Ўвейцарии, √ермании, а потом и в –оссии.

ќднако к тому времени, когда винтовка ћинье получила столь большой успех, уже по€вилось изобретение, направившее развити€ огнестрельного оружи€ по совершенно иному пути. ѕока другие старались изменить форму пули, не мен€€ принципиально устройство самой винтовки (она по?прежнему оставалась шомпольным ружьем, зар€жавшимс€ с дула), прусский оружейный мастер ƒрейзе трудилс€ над созданием важного дополнени€ к винтовке Ч он создавал затвор. ѕо€вление затвора составило эпоху в военном деле, и ƒрейзе по праву имеет славу одного из величайших механиков в истории военной техники. ’от€ нельз€ сказать, что иде€ этого устройства целиком принадлежит ему, именно он впервые нашел разрешение сложнейшей инженерной задачи Ч создал винтовку, зар€жавшуюс€ с казенной части. ћногие предшественники ƒрейзе на этом пути (первые попытки создать затвор относ€тс€ еще к средневековью) потерпели неудачу прежде всего потому, что не имели в своем распор€жении высокоточных металлорежущих станков. ¬едь соединение затвора со стволом должно быть прочным и выдерживать огромное давление пороховых газов. ¬месте с тем затвор должен легко двигатьс€ и быстро устанавливатьс€ на место. ƒругими словами, он мог работать только при самых незначительных допусках в отклонении от нормальных размеров деталей Ч не более тыс€чных долей миллиметра. ƒолгое врем€ эти трудности казались непреодолимыми, и лишь технические возможности XIX века позволили достойно разрешить их. ¬ этом смысле скольз€щий затвор был детищем своего времени. ќднако то, что ƒрейзе имел в своем распор€жении высокоточный токарный станок, ни в коей мере не умал€ет его славы как изобретател€ устройства, остающегос€ и по сей день важнейшей принадлежностью любого стрелкового оружи€.

ѕервый шаг к созданию новой винтовки ƒрейзе сделал еще в 1828 году, когда придумал так называемый унитарный патрон дл€ гладкоствольного игольчатого ружь€. Ёто сразу позволило увеличить его скорострельность. ƒо этого процесс зар€жани€ включал в себ€ много различных операций: засыпание пороха, проталкивание пули, установку пистона. ƒрейзе придумал поместить пороховой зар€д, пулю и капсюль в бумажную оболочку Ч гильзу. «ар€жание после этого свелось только к двум операци€м: извлечению стрел€ной гильзы и вкладыванию патрона в ствол. –азбивание запала в ружье ƒрейзе производилось иглой, проникавшей через отверстие в казенной части.

¬ 1836 году ƒрейзе увенчал свою многолетнюю работу созданием игольчатой винтовки со скольз€щим затвором, котора€ зар€жалась с казенной части. —конструированный им затвор представл€л собой цилиндрическую коробку, привинченную к казенной части ствола, в которой взад и вперед двигалс€ поршень. ¬нутри этого поршн€?затвора так же свободно двигалась прочна€ игла, игравша€ роль ударника.

ѕри открывании затвора надо было сначала отодвинуть назад иглу c. ѕотом повернуть рычаг d затвора влево и отодвинуть его назад Ч тогда открывалось сквозное отверстие (патронное окно), куда вкладывалс€ патрон. «атем затвор устанавливали на место (при этом патрон досылалс€ в канал ствола) и снова поворачивали его. –ычаг d попадал в специальный вырез в стенке коробки, и затвор наглухо запирал канал ствола. ѕостановка оружи€ на боевой взвод состо€ла в простом отт€гивании назад иглы c. ѕри этом взводилс€ курок, удерживавший пружину в боевом положении. ѕри нажатии на курок пружинный механизм спускалс€, причем игла с силой вонзалась в патрон и воспламен€ла капсюль. “аким образом, с введением затвора зар€жение винтовки свелось к п€ти простым движени€м, которые можно было делать в любом положении и даже на ходу. ¬ 1840 году игольчата€ винтовка ƒрейзе уже была прин€та на вооружение прусской армией. ќднако широкое распространение игольчатые ружь€ получили лишь двадцатью годами позже Ч во врем€ гражданской войны в —Ўј и франко?прусской войны. »х применение привело к коренному изменению тактики бо€. Ќа смену сомкнутым колоннам везде пришли развернутые цепи.

—озданием игольчатого ружь€ был сделан огромный шаг в развитии стрелкового оружи€, которое только после этого стало обретать свой современный вид. ¬прочем, винтовка ƒрейзе имела и свои недостатки: бумажные патроны быстро отсыревали, игла была достаточно у€звимой частью механизма и ломалась. Ёти неудобства были устранены после введени€ в 70?х годах XIX века унитарного патрона с металлической гильзой и капсюлем, который воспламен€лс€ от удара бойком.

 

37. ‘ќ“ќ√–ј‘»я

 

—реди многих удивительных изобретений, сделанных в XIX веке, далеко не последнее место занимает фотографи€ Ч искусство, позволившее делать моментальное изображение любого предмета или ландшафта. ‘отографи€ зародилась на границе двух наук: оптики и химии, ведь дл€ получени€ отпечатков нужно было разрешить две сложные задачи. ¬о?первых, необходимо было иметь особую светочувствительную пластинку, способную воспринимать и удерживать на себе изображение. ¬о?вторых, нужно было найти специальный прибор, который бы четко проецировал изображение снимаемых объектов на эту пластинку. » то и другое удалось создать лишь после многих проб и ошибок. „удо фотографии не сразу далось люд€м в руки, и в разное врем€ многие изобретатели из разных стран с увлечением занимались этой проблемой.

ѕодходы к ней можно найти еще в работах средневековых алхимиков. ќдин из них, ‘абрициус, смешал однажды в своей лаборатории поваренную соль с раствором азотнокислого серебра и получил молочно?белый осадок, который чернел от солнечного света. ‘абрициус исследовал это €вление и в своей книге о металлах, изданной в 1556 году, сообщил, что при помощи линзы получил изображение на поверхности осадка, известного теперь под названием хлористого серебра, и что изображение это становилось черным или серым в зависимости от продолжительности освещени€ его солнечными лучами. Ёто был первый опыт в истории фотографии. ¬ 1727 году врач из √алле »оганн Ўульц делал в солнечный день опыты с раствором азотнокислого серебра и мелом, смесь которых он освещал в стекл€нном сосуде.  огда сосуд выставл€ли на солнечный свет, поверхность смеси тотчас чернела. ѕри встр€хивании раствор оп€ть становилс€ белым. ѕосредством кусочков бумаги Ўульц получал на поверхности жидкости силуэты, посредством взбалтывани€ уничтожал их и получал новые узоры. Ёти оригинальные опыты казались ему только забавой, и прошло еще сто лет, прежде чем подмеченное им свойство хлористого серебра додумались использовать при изготовлени€ фотографических пластин.

—ледующа€ страница в истории фотографии св€зана с именем “омаса ¬еджвуда. ќн клал на бумагу, увлажненную раствором азотнокислого серебра, листь€ растений. ѕри этом покрыта€ листь€ми часть бумаги оставалась светлой, освещенна€ же часть чернела. –езультатом этого опыта был белый силуэт на черном фоне. ќднако эти изображени€ можно было рассматривать только при свете свечи, так как при попадании солнечных лучей они портились. ¬еджвуд попробовал пропитать раствором кожу и установил, что изображени€ на ней по€вл€ютс€ быстрее. (¬ то врем€ этот феномен осталс€ необъ€сненным. “олько в конце 30?х годов XIX века было установлено, что дубильна€ кислота, содержавша€с€ в коже, значительно ускор€ет про€вление изображени€.) ¬ 1802 году ¬еджвуд опубликовал результаты своих опытов. ѕостепенно он научилс€ получать контурные изображени€ на бумаге, коже и стекле в течение трех минут Ч при экспозиции их на солнце, и в течение нескольких часов Ч при выдержке их в тени. Ќо эти снимки не переносили солнечного света, так как они не были зафиксированы. “олько в 1819 году ƒжон √ершель нашел вещество, которое укрепл€ло фотографическое изображение. »м оказалс€ серноватистокислый натр.  азалось бы, фотографии оставалось сделать последний шаг дл€ того, чтобы состо€тьс€ полностью как искусству, но этот шаг был сделан только через двадцать лет. ј пока что поиски изобретателей пошли по другому пути.

¬ 1813 году к опытам с фотографическими пластинками приступил французский художник Ќьепс, которому принадлежит главна€ заслуга в изобретении фотоаппарата. ќколо 1816 года он пришел к идее получать изображение предметов с помощью так называемой камеры?обскуры. Ёта камера была известна еще в древности. ¬ простейшей форме она представл€ет собой плотно закрытый со всех сторон светонепроницаемый €щик с небольшим отверстием. ≈сли стенка, противоположна€ отверстию, будет из матового стекла, то на ней получаетс€ перевернутое изображение наход€щихс€ перед камерой предметов. „ем меньше отверстие, тем резче контуры изображени€ и тем оно слабее. ¬ продолжение столетий эффекты, наблюдаемые в камере?обскуре, восхищали любителей природы. ¬ 1550 году  ардан устроил в Ќюрнберге камеру с большим отверстием, в котором находилась линза. “аким образом он получил более €ркое и более четкое изображение. Ёто было важное усовершенствование, поскольку линза хорошо собирала лучи и значительно улучшала наблюдаемый эффект. »менно такой темный €щик с очень маленьким отверстием и линзой на одной стороне и светочувствительной пластинкой на другой Ќьепс решил использовать дл€ проекции изображени€. Ёто был первый в истории фотоаппарат.

¬ 1824 году Ќьепсу удалось разрешить задачу закреплени€ изображений, получаемых в камере?обскуре. ¬ отличие от своих предшественников он работал не с хлористым серебром, а делал эксперименты с горной смолой, котора€ под действием света имеет способность измен€ть некоторые свои свойства. Ќапример, на свету она переставала раствор€тьс€ в некоторых жидкост€х, в которых раствор€лась в темноте. ѕокрыв слоем горной смолы медную пластинку, Ќьепс вставл€л ее в камеру?обскуру и помещал в фокус увеличительного стекла. ѕосле довольно продолжительного действи€ света пластинку вынимали и погружали в смесь нефти с лавандовым маслом. Ќа местах, содержащих действие света, горна€ смола оставалась нетронутой, а на остальных она раствор€лась в смеси. “аким образом, места, полностью покрытые смолой, представл€ли освещенные места, а покрытые лишь отчасти Ч полутени. Ќа получение рисунка требовалось не менее 10 часов, так как смола измен€лась под действием света очень медленно.

ѕон€тно, что этот способ трудно было назвать совершенным, и Ќьепс продолжал поиски. ¬ 1829 году он объединил свои усили€ с Ћуи?∆аком ƒагером, бывшим офицером, декоратором при парижском театре, работавшим над теми же проблемами. ¬скоре он умер, и ƒагер продолжал исследовани€ один. ќн уже имел в своем распор€жении фотоаппарат, изобретенный Ќьепсом, но все еще не знал, каким образом получить светочувствительную пластину. ÷елый р€д удивительных совпадений навел его в конце концов на верный путь. ќднажды ƒагер случайно положил серебр€ную ложку на металл, покрытый йодом, и заметил, что на металле получилось изображение ложки. “огда он вз€л полированную серебр€ную пластинку и подверг ее действию йодистых паров, чтобы получить таким образом йодистое серебро. Ќа пластинку он положил один из фотографических снимков Ќьепса. „ерез некоторое врем€ на ней образовалась копи€ снимка, но очень не€сна€, так что ее можно было различить лишь с трудом. “ем не менее это был важный результат, открывший фотографические свойства йодистого серебра. ƒагер стал искать способ, с помощью которого можно было бы про€вл€ть полученные изображени€. ƒругой счастливый случай привел к неожиданному успеху. ќднажды ƒагер вз€л из темной комнаты оставленную там пластинку, с которой работал накануне, и к великому удивлению увидел на ней слабый снимок. ќн предположил, что какое?то вещество подействовало на пластинку и про€вило за ночь невидимое накануне изображение. ¬ темной комнате находилось много химических веществ. ƒагер прин€лс€ за поиски.  аждую ночь он клал новую пластинку в кладовку и каждое утро убирал ее оттуда вместе с одним из химических реактивов. ќн повтор€л эти опыты до тех пор, пока не удалил из комнаты все химикаты, и положил новую пластинку уже на пустую полку.   его удивлению, утром эта пластинка тоже оказалась про€вленной. ќн тщательно обследовал комнату и нашел в ней немного пролитой ртути: пары ее и были химическим про€вителем. ѕосле этого ƒагер мог уже без вс€кого труда разработать все детали фотографического процесса Ч с помощью фотоаппарата он получал слабые изображени€ на пластинках, покрытых йодистым серебром, а затем про€вл€л их парами ртути. ¬ результате выходили замечательно четкие изображени€ предметов со всеми мелкими детал€ми и полутонами. ћноголетние поиски завершились замечательным открытием.

10 августа 1839 года в ѕариже произошло большое собрание с участием членов јкадемии наук. «десь было объ€влено, что ƒагер открыл способ про€вл€ть и закрепл€ть фотографические изображени€. —ообщение это произвело огромное впечатление. ¬есь мир обсуждал возможности, открывшиес€ благодар€ новому достижению человеческой мысли. ‘ранцузское правительство купило секрет изобретени€ ƒагера и назначило ему пожизненную пенсию в 6000 франков. Ќе был забыт и сын Ќьепса. ¬скоре в продаже по€вились наборы дл€ фотографировани€ по способу ƒагера (этот способ стал называтьс€ дагеротипией). Ќесмотр€ на высокую цену, они были раскуплены в короткий срок. Ќо вскоре публика почувствовала сильное охлаждение к этому изобретению. ƒействительно, дагеротипи€, хот€ и давала хорошие результаты, требовала огромного труда и немалого терпени€.

–абота дагеротиписта начиналась с очищени€ и полировки посеребренной медной пластинки. Ёта работа должна была производитьс€ очень тщательно: сначала посредством спирта и ваты, а потом Ч окиси железа и м€гкой кожи. Ќи в коем случае нельз€ было прикасатьс€ к пластинке пальцем. ќкончательна€ полировка делалась уже непосредственно перед съемкой. ѕосле этого серебр€ную пластинку делали чувствительной дл€ света. ƒл€ этого ее в темноте клали в €щик с сухим йодом. ¬ зависимости от того, что собирались снимать Ч ландшафт или портрет Ч продолжительность обработки парами йода была неодинаковой. ѕосле этого пластинка на несколько часов становилась светочувствительной, и ее помещали в кассету.  ассета представл€ла собой небольшой плоский дерев€нный €щичек с двум€ подвижными стенками Ч задн€€ открывалась на шарнирах в виде дверцы, а передн€€ Ч поднималась вверх и вниз по специальным полозкам. ћежду этими дверцами и находилась пластинка.

ѕервые фотоаппараты представл€ли собой усовершенствованные камеры?обскуры. ¬ открытом с одной стороны €щике двигалс€ взад и вперед другой €щик, который можно было удерживать в определенном положении при помощи винта. Ќа передней стенке этого €щика находилась линза или предметное стекло, а на задней стороне Ч матовое стекло. ¬скоре Ўарль Ўевалье стал употребл€ть вместо одной линзы две, сконструировав таким образом первый объектив. Ћучи от внешнего предмета, пройд€ через объектив, останавливались на матовом стекле и при надлежащем рассто€нии последнего от предмета на нем представл€лось его отчетливое изображение. Ѕольшей или меньшей отчетливости изображени€ добивались отодвиганием или приближением внутреннего €щика и перестановкой объектива.  огда нужна€ четкость достигалась, на место матового стекла помещалась кассета таким образом, чтобы при вставлении в фотоаппарат поверхность пластинки находилась именно в том месте, которое занимало матовое стекло в тот момент, когда изображение предмета было на нем всего отчетливей. ѕотом вынимали переднюю крышку кассеты и начинали съемку. ѕервые сеансы были так утомительны, услови€ так плохи, пластинки реагировали так медленно, что стоило больших трудов найти людей, согласных сниматьс€. ѕриходилось сидеть 20 минут неподвижно под пал€щими лучами солнца, чтобы получить удачный по тогдашним пон€ти€м портрет. »зображени€ глаз на первых портретах удавались с большим трудом, поэтому на ранних дагеротипах мы видим лица с закрытыми глазами.

ѕо окончании съемки кассету закрывали и отправл€лись в темную комнату. «десь при свете свечки пластинку вынимали. Ќа ней можно было заметить едва заметное изображение предмета. „тобы оно сделалось четким и €сным, его необходимо было про€вить. Ёта операци€ производилась при помощи паров ртути. ¬ дерев€нный €щик с медным дном выливали немного ртути и помещали в него пластинку изображением книзу. „тобы ускорить процесс, внизу помещали гор€щую спиртовую лампу. –туть начинала интенсивно испар€тьс€ и про€вл€ла изображение. ƒагеротипист наблюдал за этим процессом сбоку через специальное окошечко. ѕосле того как изображение про€вл€лось достаточно четко, пластинку вынимали. “ам, где свет подействовал всего сильнее, соединение йода с серебром ослабевало в наибольшей степени, и поэтому ртуть пристывала здесь мельчайшими капельками, которые образовывали белую поверхность. ¬ полутонах дл€ присоединени€ ртути существовало больше преп€тствий, а в темных местах ртуть и вовсе не могла пристать на неразложившийс€ слой йодистого серебра. ќттого полутени выходили более или менее сероватыми, а чистое серебро казалось вовсе черным.

ƒл€ удалени€ остатков непрореагировавшего йодистого серебра пластинку надо было закрепить. ƒл€ этого ее помещали в раствор серноватистокислого натра, который раствор€л йодистое серебро, не претерпевшее действие света. Ќаконец, пластинку промывали в воде и сушили. ¬ результате всех этих манипул€ций получали на пластинке изумительно четкое изображение, в котором кажда€ деталь передавалась с поразительной отчетливостью. Ќо дл€ того чтобы изображение сохран€лось дольше, его надо было укрепить. ƒл€ этого пластинку обливали слабым раствором хлористого золота и кип€тили в спиртовом пламени. ѕри этой реакции хлор хлористого золота соедин€лс€ с серебром, а золото выдел€лось в виде металла и покрывало изображение тончайшей предохранительной пленкой. Ёта операци€ также устран€ла непри€тную зеркальность серебра.

“акой предстает перед нами фотографи€ в первые годы своего существовани€. »з нашего краткого описани€ видно, что это было не только утомительное, но и весьма вредное дл€ здоровь€ зан€тие. “ем не менее, у фотографии сразу по€вилось много гор€чих поклонников и энтузиастов. ќни готовы были часами вдыхать пары йода или ртути, с увлечением наблюда€ за тем, как на пластинках таинственным образом про€вл€етс€ изображение. »менно им это искусство об€зано своим стремительным усовершенствованием.

ѕрежде всего, возобновились опыты с бумагой, пропитанной светочувствительным составом Ч ее стали называть фотобумагой. Ёти опыты еще в начале столети€ проводил ¬еджвуд. ¬ том же 1839 году ‘ока “альбот установил, что если фотобумагу, котора€ даже непродолжительное врем€ подвергалась действию света обработать галусовой кислотой, то изображение про€вл€етс€ очень быстро. “очно так же, как ртуть вызывает изображение на серебр€ной поверхности, галусова€ кислота вызывала его на бумаге. ¬ следующем году профессор √оддард из Ћондона обнаружил, что при замене йодистого серебра на бромистое, чувствительность фотосло€ возрастает в несколько дес€тков раз. Ѕлагодар€ этому врем€, необходимое дл€ съемки предмета, уменьшилось сразу с 20 минут до 20 секунд. “огда же  лоде нашел, что бром значительно увеличивает чувствительность йодированных серебр€ных пластинок, так что нескольких секунд было достаточно дл€ получени€ изображени€. ѕосле этих открытий стало возможным развитие фотографии в современном смысле этого слова.

¬ фотографии серебро, соединенное с йодом, хлором и бромом, играло главную роль в получении изображени€. ѕод действием света соединени€ распадались и серебро освобождалось в виде мельчайших частичек, образу€ рисующее вещество, точно так же, как в дагеротипии ртуть. ¬се происход€щие при фотографировании химические реакции можно продемонстрировать несколькими простыми опытами. ≈сли в пробирку с раствором поваренной соли влить несколько капель азотнокислого серебра, то в результате реакции двух этих веществ образуетс€ белый творожистый осадок хлористого серебра. Ќа солнечном свете этот осадок в короткое врем€ утрачивает свой белый свет и становитс€ сначала фиолетовым, потом серым и наконец Ч черным. ƒело в том, что под действием света хлористое серебро распадаетс€, и при этом выдел€етс€ металлическое серебро. ќднако это изменение претерпевают только те слои, которые наход€тс€ ближе к свету. ≈сли добавить к раствору несколько капель серноватистокислого натра, больша€ часть хлористого серебра постепенно растворитс€. Ќерастворенными останутс€ только чешуйки выделившегос€ под действием света металлического серебра. ¬ этих реакци€х представлен весь ход операций в фотографии.

„тобы приготовить фотобумагу, брали хороший белый лист писчей бумаги и смачивали ее в 10%?ном растворе поваренной соли, сушили и настилали на поверхность раствор азотнокислого серебра. ¬ результате на бумаге образовывалс€ светочувствительный слой хлористого серебра. √отовый лист помещали в светонепроницаемую кассету, и съемка производилась так же, как описано выше. ѕри этом после про€влени€ на бумаге получалось видимое изображение предмета, но не пр€мое, а обратное, то есть самые светлые места выходили на ней самыми темными, а самые темные Ч оставались светлыми. Ёто происходило потому, что всюду, где фотослой подвергс€ интенсивному действию света, освобождалось наибольшее количество металлического серебра черного цвета. Ќапротив, там, где действие света было незначительно, сохран€лось хлористое серебро белого цвета. Ёто изображение закрепл€ли, промыва€ лист в растворе серноватистокислого натра. Ќо, очевидно, что пользоватьс€ такой фотографией, дававшей совершенно обратное изображение света и тени, было неудобно. ≈е использовали дл€ получени€ положительных отпечатков. ƒл€ этого ее клали в темноте на чувствительный лист фотобумаги в копировальную рамку, закрывали стекл€нной пластиной и подвергали действию света. ѕоследний проникал сквозь положенное сверху отрицательное изображение. ¬сего легче он проходил сквозь совершенно светлые места, слабее Ч сквозь полутона и почти вовсе не проникал сквозь тени. ќттого на нижнем листе чувствительной бумаги получалось требуемое положительное изображение, которое, после достаточного действи€ света, вынимали и укрепл€ли.

ќднако дл€ всех этих операций бумага оказываетс€ недостаточно подход€щим материалом, так как имеет грубое строение и преп€тствует прохождению света. „истое стекло по своей прозрачности представл€ло бы самый лучший материал, но оно было не в состо€нии впитывать химические вещества, поэтому превратить его в светочувствительную пластинку было не так легко, как бумагу. ¬ыход из этого затруднени€ был найден достаточно быстро Ч стекл€нную пластинку стали покрывать прозрачной тонкой клейкой пленкой, способной удерживать светочувствительный слой. —начала дл€ этого пользовались €ичными белками, а потом коллодием. ѕоследний способ был открыт в 1851 году —котом јрчером.

‘отографический коллодий состо€л из раствора гремучей хлопчатой бумаги в эфире со спиртом и представл€л собой бесцветную слизистую жидкость, котора€ в тонких сло€х быстро сохла, оставл€€ прозрачную пленку. ƒл€ получени€ стекл€нной фотопластинки в раствор коллоди€ добавл€ли йодистый кадмий. ѕосле этого брали чистую стекл€нную пластинку и наливали на нее достаточное количество коллоди€.  огда коллодий подсыхал до густой массы, пластинку погружали в раствор азотнокислого серебра, насыщенный йодистым серебром. ѕри этой реакции йод и бром соедин€лись с серебром, образу€ йодистое и бромистое серебро, которое осаждалось в слой коллоди€. Ќапротив, азотна€ кислота, освободивша€с€ из серебр€ной соли, соедин€лась с кадмием. “аким образом, пластинка покрывалась светочувствительным слоем и была готова дл€ съемки. ƒл€ про€влени€ изображени€ ее обрабатывали раствором пирогалусовой кислоты или раствором железного купороса (вода + железный купорос + уксусна€ кислота + спирт). ”ксусна€ кислота несколько замедл€ла реакцию, чтобы про€вление не шло слишком быстро. «акрепление происходило, как и раньше, раствором серноватистокислого натра. ƒл€ копировани€ и получени€ окончательного изображени€ служила уже фотобумага, покрыта€ хлористым серебром. ‘отографирование на коллодии положило начало современной фотографии; с этого времени сделалось возможным легко и быстро получать хорошие, отчетливые снимки.

 

38. ѕј–ќ¬ќ… ћќЋќ“

 

ѕаровой молот господствовал в машиностроении на прот€жении 90 лет и был одной из важнейших машин своего времени. ≈го создание и внедрение в производство по своему значению дл€ промышленной революции можно сравнить только с введением механизированного суппорта токарного станка, осуществленным √енри ћодсли на рубеже XIX века. ¬ажное место, занимаемое молотом в цепи производства, объ€сн€лось огромным значением ковки в общем технологическом процессе получени€ изделий из железа.  ак уже говорилось, зарождение ковки св€зано с сыродутным способом восстановлени€ железа.  рица м€гкого железа, извлеченна€ из домницы, имела рыхлую ноздреватую структуру. ѕоры ее были заполнены шлаком. „тобы получить высококачественное железо и сталь дл€ изготовлени€ инструментов, шлак следовало удалить, а поры заварить. Ёто как раз и достигалось ковкой.  овать металл можно было только нагрева€ его до сварочного жара: удары, наносимые молотом, должны были быть максимально мощными, чтобы сварка в местах расслоени€ действительно произошла и не образовались пустоты.  роме того, из гор€чего металла сильные удары выжимали остатки шлака, что также увеличивало качество железа. “олько хорошо прокованный металл годилс€ потом дл€ производства инструментов и оружи€, причем на прот€жении многих веков их также изготавливали исключительно путем ковки. ѕозднее, в XVIII?XIX веках, Ч выковывали и детали машин.

¬ древности все кузнечные работы полностью выполн€л сам кузнец. ¬ дальнейшем произошло разделение труда Ч наиболее квалифицированную часть работы продолжал выполн€ть кузнец, а т€желую, малоквалифицированную, Ч молотобойцы, работавшие под его руководством.  узнец работал молотком в 1?2 кг, а молотобойцы Ч кувалдами, вес которых доходил до 12 кг.  увалды насаживались на длинные руко€ти из твердых, упругих, нещеп€щихс€ пород дерева. ƒлинна€ руко€ть позвол€ла удерживать кувалду обеими руками и бить круговыми движени€ми «в размах». –азделение труда между кузнецом и молотобойцем открыло возможность механизировать т€желые однообразные удары, производимые последним, и передать его работу механизму. ¬ средние века был изобретен кулачковый молот с приводом от вод€ного колеса. ѕервые такие молоты по€вились уже в XIII веке, а их широкое распространение относитс€ к XVI веку. ¬ конце XVIII века вошли в употребление молоты с приводом от паровой машины. ѕатент на изобретение такого молота получил в 1784 году ƒжеймс ”атт.

—оединение молота с машиной поначалу ничего не изменило в его собственной конструкции. Ёто был тот же хвостовой, кулачковый молот, что за четыреста лет до открыти€ ”атта приводилс€ в действие вод€ным колесом. Ѕолее того, в нем можно было без труда увидеть его древний ручной прообраз. ¬ек пара не помен€л ни его формы, ни принципа действи€, только увеличил размеры и вес. Ќо такое положение не могло сохран€тьс€ долго. ¬ последующие дес€тилети€ развитие машиностроени€, железнодорожное строительство и, главным образом, строительство колоссальных океанских пароходов потребовало обработки деталей невиданных прежде размеров. ¬алы гребных колес, кривошипы и прочие части паровых машин часто достигали огромной величины. ƒл€ их изготовлени€ стали создаватьс€ гигантские машины, в том числе мощные паровые молоты. ќднако конструкци€ кулачкового молота, имевша€ много недостатков, не позвол€ла выковывать с высоким качеством особенно крупные заготовки. —ила удара молота пр€мо зависела от высоты его падени€. ћежду тем с увеличением размеров заготовки уменьшалось свободное пространство между бойком и наковальней, и, следовательно, ослабевала сила удара. ¬ этом заключалось большое неудобство, поскольку при обработке больших и массивных деталей удары оказывались самыми слабыми, и наоборот, Ч при обработке деталей незначительной толщины молот действовал с максимальной силой, что было совершенно обратно потребност€м производства. ¬ результате, массивна€ деталь успевала остыть прежде, чем заканчивалась ковка. ≈е приходилось нагревать снова и оп€ть переводить под молот. Ќа это уходило много времени и сил, но качество ковки все равно оставл€ло желать лучшего.  роме того, поскольку движение молота осуществл€лось не по пр€мой, а по дуге, никогда нельз€ было достичь строгой параллельности между поверхностью молота и наковальни (кроме тех случаев, когда молот предназначалс€ дл€ ковки деталей одной и той же толщины).

“аково было положение дел к началу 40?х годов XIX века, когда по€вилс€ паровой молот Ќесмита, построенный на совершенно иных принципах. ќн сразу получил широкое распространение, так как отвечал самым насущным потребност€м производства. ѕовод к этому замечательному изобретению был подан следующим обсто€тельством. ‘ирма «√рейт ¬естерн  омпани», дл€ которой завод Ќесмита посто€нно поставл€л металлорежущие станки, получила заказ построить гигантский пароход «¬еликобритани€». ѕароход должен был иметь гигантский коленчатый вал с диаметром около 750 мм.  ак оказалось, отковать такой вал при помощи существовавших тогда молотов было совершенно невозможно. ”знав о затруднени€х фирмы, Ќесмит задумалс€ над тем, как осуществить такую гигантскую поковку. —начала он предполагал усовершенствовать старый молот, но потом сообразил, что надо вообще отказатьс€ от прежней схемы и создать новое устройство, в котором парова€ машина и ударник будут соединены в единый механизм.

ќдин из главных недостатков всех прежних молотов состо€л в том, что движение от паровой машины к ударной части молота передавалось крайне нерационально. ¬озвратно?поступательное движени€ поршн€ в цилиндре машины сначала преобразовывалось во вращательное движение кулачкового вала. «атем приходилось снова преобразовывать вращательное движение вала в возвратно?поступательное движение самого молота. «» была ли кака€?то выгода в этом сложном преобразовании движени€? —овершенно никакой, Ч писал позже Ќесмит. Ч Ќапротив, от этого проистекали только многие важные невыгоды Ч прежде всего, тер€лась мощность». ’орошо понима€ недостатки старой конструкции, Ќесмит создал новую машину со свободно падающей рабочей частью, котора€ была их лишена. ќсновными част€ми его молота стали цилиндр, поршень и поддерживающа€ их станина.

ѕаровой цилиндр C был расположен так, что шток поршн€ выходил в сторону наковальни K. ÷илиндр C поддерживалс€ двум€ стойками O, образовывавшими станину. «Ѕаба» B двигалась между этими стойками в пазах и несла боек, который был сменным и зависел от характера выполн€емой работы. ѕар из котла через трубу P поступал в камеру, в которой двигалс€ золотник.  огда золотник занимал нижнее положение, пар входил под поршень и поднимал его, а также шток, «бабу» и боек. ≈сли руко€тку поворачивали в другую сторону, то золотник прекращал поступление пара под поршень и открывал ему выход в атмосферу через основную трубу. “огда падающие части под действием собственного веса удар€ли по заготовке с силой, совершенно недоступной дл€ хвостового кулачкового молота. ƒавление пара регулировали, уменьша€ отверстие, через которое он выпускалс€. “аким образом можно было заставить молот падать медленнее или быстрее и соответственно наносить более или менее сильные удары. ѕолностью перекрыв выход пара, можно было мгновенно остановить молот в любой точке. Ќасколько новый молот был послушен в управлении, говорит такой эпизод. ¬ 1843 году лорды јдмиралтейства прибыли на завод Ќесмита, жела€ осмотреть его изобретение. Ќесмит сам управл€л машиной, имевшей вес падающих частей 2, 5 т. „тобы удивить лордов, он приготовил нечто вроде фокуса. Ќа наковальню была поставлена хрустальна€ рюмка с сырым €йцом. «апустив машину, Ќесмит разбил скорлупу €йца, не повредив рюмки.

 оммерческий успех новой машины превзошел все ожидани€. ћолот стал сенсацией среди машиностроителей. ƒл€ того чтобы ознакомитьс€ с его устройством, инженеры и механики приезжали со всех концов страны. ѕоступило множество заказов, и паровой молот начал свое победное шествие сначала по јнглии, а потом и по всему земному шару. (ќдин из первых заказов пришел из –оссии.) Ёто изобретение принесло Ќесмиту всемирную известность и славу одного из ведущих машиностроителей. ≈ще при его жизни, во второй половине XIX века, паровые молоты достигли колоссальных размеров. “ак, в 1861 году на заводе  руппа был построен молот «‘риц». ≈го «баба» весила 50 т.

 

39. ЁЋ≈ “–»„≈— »… “≈Ћ≈√–ј‘

 

¬плоть до середины XIX века единственным средством сообщени€ между европейским континентом и јнглией, между јмерикой и ≈вропой, между ≈вропой и колони€ми оставалась пароходна€ почта. ќ происшестви€х и событи€х в других странах люди узнавали с опозданием на целые недели, а порой и мес€цы. Ќапример, извести€ из ≈вропы в јмерику доставл€лись через две недели, и это был еще не самый долгий срок. ѕоэтому создание телеграфа отвечало самым насто€тельным потребност€м человечества. ѕосле того как эта техническа€ новинка по€вилась во всех концах света и земной шар опо€сали телеграфные линии, требовались только часы, а порой и минуты на то, чтобы новость по электрическим проводам из одного полушари€ примчалась в другое. ѕолитические и биржевые сводки, личные и деловые сообщени€ в тот же день могли быть доставлены заинтересованным лицам. “аким образом, телеграф следует отнести к одному из важнейших изобретений в истории цивилизации, потому что вместе с ним человеческий разум одержал величайшую побед над рассто€нием.

Ќо кроме того что телеграф открыл новую веху в истории св€зи, изобретение это важно еще и тем, что здесь впервые, и притом в достаточно значительных масштабах, была использована электрическа€ энерги€. »менно создател€ми телеграфа впервые было доказано, что электрический ток можно заставить работать дл€ нужд человека и, в частности, дл€ передачи сообщений. »зуча€ историю телеграфа, можно видеть, как в течение нескольких дес€тилетий молода€ наука об электрическом токе и телеграфи€ шли рука об руку, так что каждое новое открытие в электричестве немедленно использовалось изобретател€ми дл€ различных способов св€зи.

 ак известно, с электрическими €влени€ми люди познакомились в глубокой древности. ≈ще ‘алес, натира€ кусочек €нтар€ шерстью, наблюдал затем, как гот прит€гивает к себе небольшие тела. ѕричина этого €влени€ заключалась в том, что при натирании €нтарю сообщалс€ электрический зар€д. ¬ XVII веке научились зар€жать тела с помощью электростатической машины. ¬скоре было установлено, что существуют два вида электрических зар€дов: их стали называть отрицательными и положительными, причем заметили, что тела, имеющие одинаковый знак зар€дов, отталкиваютс€ друг от друга, а разные знаки Ч прит€гиваютс€. ƒолгое врем€, исследу€ свойства электрических зар€дов и зар€женных тел, не имели пон€ти€ об электрическом токе. ќн был открыт, можно сказать, случайно болонским профессором √альвани в 1786 году. √альвани в течение многих лет экспериментировал с электростатической машиной, изуча€ ее действие на мускулатуру животных Ч прежде всего л€гушек (√альвани вырезал лапку л€гушки вместе с частью позвоночного столба, один электрод от машины подводил к позвоночнику, а другой Ч к какой?нибудь мышце, при пропускании разр€да мышца сокращалась и лапка дергалась). ќднажды √альвани подвесил л€гушачью лапку с помощью медного крючка к железной решетке балкона и к своему великому изумлению заметил, что лапка дернулась так, словно через нее пропустили электрический разр€д. “акое сокращение происходило каждый раз, когда крючок соедин€лс€ с решеткой. √альвани решил, что в этом опыте источником электричества €вл€етс€ сама лапка л€гушки. Ќе все согласились с этим объ€снением. ѕизанский профессор ¬ольта первый догадалс€, что электричество возникает вследствие соединени€ двух разных металлов в присутствии воды, но только не чистой, а представл€ющей собой раствор какой?нибудь соли, кислоты или щелочи (такую электропровод€щую среду стали называть электролитом). “ак, например, если пластинки меди и цинка спа€ть между собой и погрузить в электролит, в цепи возникнут электрические €влени€, €вл€ющиес€ следствием протекающей в электролите химической реакции. ќчень важным здесь было следующее обсто€тельство Ч если прежде ученые умели получать лишь моментальные электрические разр€ды, то теперь они имели дело с принципиально новым €влением Ч посто€нным электрическим током. “ок, в отличие от разр€да, можно было наблюдать в течение длительных промежутков времени (до тех пор пока в электролите не пройдет до конца химическа€ реакци€), с ним можно было экспериментировать, наконец, его можно было использовать. ѕравда, ток, возникавший между парой пластинок, получалс€ слабым, но ¬ольта научилс€ его усиливать. ¬ 1800 году, соединив несколько таких пар вместе, он получил первую в истории электрическую батарею, названную вольтовым столбом. Ёта батаре€ состо€ла из положенных одна на другую пластинок меди и цинка, между которыми находились кусочки войлока, смоченные раствором соли. ѕри исследовании электрического состо€ни€ такого столба ¬ольта обнаружил, что на средних парах электрическое напр€жение почти вовсе незаметно, но оно возрастает на более удаленных пластинах. —ледовательно, напр€жение в батарее было тем значительнее, чем больше число пар. ѕока полюса этого столба не были соединены между собой, в нем не обнаруживалось никакого действи€, но при замыкании концов с помощью металлической проволоки в батарее начиналась химическа€ реакци€, и в проволоке по€вл€лс€ электрический ток. —оздание первой электрической батареи было событием величайшей важности. — этого времени электрический ток становитс€ предметом самого пристального изучени€ многих ученых. ¬след за тем по€вились и изобретатели, которые постарались использовать вновь открытое €вление дл€ нужд человека.

»звестно, что электрический ток представл€ет собой упор€доченное движение зар€женных частиц. Ќапример, в металле Ч это движение электронов, в электролитах Ч положительных и отрицательных ионов и т.д. ѕрохождение тока через провод€щую среду сопровождаетс€ р€дом €влений, которые называют действи€ми тока. —амые важные из них Ч это тепловое, химическое и магнитное. √овор€ об использовании электричества, мы обычно подразумеваем, что применение находит то или иное из действий тока (например, в лампе накаливани€ Ч тепловое, в электродвигателе Ч магнитное, при электролизе Ч химическое). ѕоскольку изначально электрический ток был открыт как следствие химической реакции, химическое действие тока прежде всего обратило на себ€ внимание. «амечено было, что при прохождении тока через электролиты наблюдаетс€ выделение веществ, содержащихс€ в растворе, или пузырьков газа. ѕри пропускании тока через воду можно было, к примеру, разложить ее на составные части Ч водород и кислород (эта реакци€ называетс€ электролизом воды). »менно это действие тока и легло в основу первых электрических телеграфов, которые поэтому называютс€ электрохимическими.

¬ 1809 году в Ѕаварскую академию был представлен первый проект такого телеграфа. ≈го изобретатель «емеринг предложил использовать дл€ средств св€зи пузырьки газа, выдел€вшиес€ при прохождении тока через подкисленную воду. “елеграф «емеринга состо€л из: 1) вольтова столба A; 2) алфавита B, в котором буквам соответствовали 24 отдельных проводка, соедин€вшихс€ с вольтовым столбом посредством проволоки, втыкавшейс€ в отверсти€ штифтов (на B2 это соединение показано в увеличенном виде, а на B3 дан вид сверху); 3) каната E из 24?х свитых вместе проводков; 4) алфавита C1, совершенно соответствующего набору B и помещающегос€ на станции, принимающей депеши (здесь отдельные проводки проходили сквозь дно стекл€нного сосуда с водой (C3 представл€ет план этого сосуда); 5) будильника D, состо€вшего из рычага с ложкой (в увеличенном виде он представлен на C2).

 огда «емеринг хотел телеграфировать, он сперва подавал другой станции знак с помощью будильника и дл€ этого втыкал два полюса проводника в петли букв B и C. “ок проходил по проводнику и воде в стекл€нном сосуде C1, разлага€ ее. ѕузырьки скапливались под ложечкой и поднимали ее так, что она принимала положение, обозначенное пунктиром. ¬ этом положении подвижный свинцовый шарик под действием собственной т€жести скатывалс€ в воронку и по ней спускалс€ в чашечку, вызыва€ действие будильника. ѕосле того как на принимающей станции все было подготовлено к приему депеши, отдающий ее соедин€л полюса проволоки таким образом, что электрический ток проходил последовательно через все буквы, составл€ющие передаваемое сообщение, причем пузырьки отдел€лись у соответствующих букв другой станции. ¬последствии этот телеграф значительно упростил Ўвейгер, сократив количество проводов всего до двух. Ўвейгер ввел различные комбинации в пропускании тока. Ќапример, различную продолжительность действи€ тока и, следовательно, различную продолжительность разложени€ воды. Ќо этот телеграф все еще оставалс€ слишком сложным: наблюдать за выделением пузырьков газа было очень утомительно. –абота шла медленно. ѕоэтому электрохимический телеграф так и не получил практического применени€.

—ледующий этап в развитии телеграфии св€зан с открытием магнитного действи€ тока. ¬ 1820 году датский физик Ёрстед во врем€ одной из лекций случайно обнаружил, что проводник с электрическим током оказывает вли€ние на магнитную стрелку, то есть ведет себ€ как магнит. «аинтересовавшись этим, Ёрстед вскоре открыл, что магнит с определенной силой взаимодействует с проводником, по которому проходит электрический ток Ч прит€гивает или отталкивает его. ¬ том же году французский ученый јрго сделал другое важное открытие. ѕроволока, по которой он пропускал электрический ток, случайно оказалась погруженной в €щик с железными опилками. ќпилки прилипли к проволоке, как будто это был магнит.  огда же ток отключили, опилки отпали. »сследовав это €вление, јрго создал первый электромагнит Ч одно из важнейших электротехнических устройств, которое используетс€ во множестве электрических приборов. ѕростейший электромагнит легко приготовит каждый. ƒл€ этого надо вз€ть брусок железа (лучше всего незакаленного «м€гкого» железа) и плотно намотать на него медную изолированную проволоку (эта проволока называетс€ обмоткой электромагнита). ≈сли теперь присоединить концы обмотки к батарейке, брусок намагнититс€ и будет вести себ€ как хорошо всем известный посто€нный магнит, то есть прит€гивать мелкие железные предметы. — исчезновением тока в обмотке при размыкании цепи брусок мгновенно размагнититс€. ќбычно электромагнит представл€ет собой катушку, внутрь которой вставлен железный сердечник.

Ќаблюда€ за взаимодействием электричества и магнетизма, Ўвейгер в том же 1820 году изобрел гальваноскоп. Ётот прибор состо€л из одного витка проволоки, внутри которой помещалась в горизонтальном состо€нии магнитна€ стрелка.  огда через проводник пропускали электрический ток, стрелка отклон€лась в сторону. ¬ 1833 году Ќервандар изобрел гальванометр, в котором сила тока измер€лась непосредственно по углу отклонени€ магнитной стрелки. ѕропуска€ ток известной силы, можно было получить известное отклонение стрелки гальванометра. Ќа этом эффекте и была построена система электромагнитных телеграфов.

ѕервый такой телеграф изобрел русский подданный барон Ўиллинг. ¬ 1835 году он демонстрировал свой стрелочный телеграф на съезде естествоиспытателей в Ѕонне. ѕередаточный прибор Ўиллинга состо€л из клавиатуры в 16 клавиш, служивших дл€ замыкани€ тока. ѕриемный прибор состо€л из 6 гальванометров с магнитными стрелками, подвешенными на шелковых нит€х к медным стойкам; выше стрелок были укреплены на нитках двухцветные бумажные флажки одна сторона их была окрашена в белый, друга€ Ч в черный цвет. ќбе станции телеграфа Ўиллинга были соединены восемью проводами; из них шесть соедин€лись с гальванометрами, одна служила дл€ обратного тока и одна Ч дл€ призывного аппарата (электрического звонка).  огда на отправной станции нажимали клавишу и пускали ток, на приемной станции отклон€лась соответствующа€ стрелка. –азличные положени€ черных и белых флажков на различных дисках давали условные сочетани€, соответствовавшие буквам алфавита или цифрам. ѕозднее Ўиллинг усовершенствовал свой аппарат, причем 36 различных отклонений его единственной магнитной стрелки соответствовали 36 условным сигналам.

ѕри демонстрации опытов Ўиллинга присутствовал англичанин ”иль€м  ук. ¬ 1837 году он несколько усовершенствовал аппарат Ўиллинга (у  ука стрелка при каждом отклонении указывала на ту или иную букву, изображенную на доске, из этих букв складывались слова и целые фразы) и попыталс€ устроить телеграфное сообщение в јнглии. ¬ообще, телеграфы, работавшие по принципу гальванометра, получили некоторое распространение, но весьма ограниченное. √лавным их недостатком была сложность эксплуатации (телеграфисту приходилось быстро и безошибочно улавливать на глаз колебани€ стрелок, что было достаточно утомительно), а также то обсто€тельство, что они не фиксировали передаваемые сообщени€ на бумаге. ѕоэтому магистральный путь развити€ телеграфной св€зи пошел другим путем. ќднако устройство первых телеграфных линий позволило разрешить некоторые важные проблемы, касавшиес€ передачи электрических сигналов на большие рассто€ни€.

ѕоскольку проведение проволоки очень затрудн€ло распространение телеграфа, немецкий изобретатель Ўтейнгель попыталс€ ограничитьс€ только одним проводом и вести ток обратно по железнодорожным рельсам. — этой целью он проводил опыты между Ќюрнбергом и ‘юртом и вы€снил, что в обратном проводе вообще нет никакой надобности, так как дл€ передачи сообщени€ вполне достаточно заземлить другой конец провода. ѕосле этого стали на одной станции заземл€ть положительный полюс батареи, а на другой Ч отрицательный, избавл€€сь таким образом от необходимости проводить вторую проволоку, как это делали до этого. ¬ 1838 году Ўтейнгель построил в ћюнхене телеграфную линию длиной около 5 км, использовав землю как проводник дл€ обратного тока.

Ќо дл€ того чтобы телеграф стал надежным устройством св€зи, необходимо было создать аппарат, который бы мог записывать передаваемую информацию. ѕервый такой аппарат с самопишущим прибором был изобретен в 1837 г. американцем ћорзе.

ћорзе был по профессии художник. ¬ 1832 году во врем€ долгого плавани€ из ≈вропы в јмерику он ознакомилс€ с устройством электромагнита. “огда же у него по€вилась иде€ использовать его дл€ передачи сигналов.   концу путешестви€ он уже успел придумать аппарат со всеми необходимыми принадлежност€ми электромагнитом, движущейс€ полоской бумаги, а также своей знаменитой азбукой, состо€щей из системы точек и тире. Ќо потребовалось еще много лет упорного труда, прежде чем ћорзе удалось создать работоспособную модель телеграфного аппарата. ƒело осложн€лось тем, что в то врем€ в јмерике очень трудно было достать какие?либо электрические приборы. Ѕуквально все ћорзе приходилось делать самому или при помощи своих друзей из нью?йоркского университета (куда он был приглашен в 1835 году профессором литературы и из€щных искусств). ћорзе достал в кузнице кусок м€гкого железа и изогнул его в виде подковы. »золированна€ медна€ проволока тогда еще не была известна ћорзе купил несколько метров проволоки и изолировал ее бумагой. ѕервое большое разочарование постигло его, когда обнаружилось недостаточное намагничивание электромагнита. Ёто объ€сн€лось малым числом оборотов проволоки вокруг сердечника “олько ознакомившись с книгой профессора √енри, ћорзе смог исправить допущенные ошибки и собрал первую действующую модель своего аппарата. Ќа дерев€нной раме, прикрепленной к столу, он установил электромагнит и часовой механизм, приводивший в движение бумажную ленту.   ма€тнику часов он прикрепил €корь (пружину) магнита и карандаш. ѕроизводимое при помощи особого приспособлени€, телеграфного ключа, замыкание и размыкание тока заставл€ло ма€тник качатьс€ взад и вперед, причем карандаш чертил на движущейс€ ленте бумаги черточки, которые соответствовали поданным посредством тока условным знакам.

Ёто было крупным успехом, но тут €вились новые затруднени€. ѕри передаче сигнала на большое рассто€ние из?за сопротивлени€ проволоки сила сигнала ослабевала настолько, что он уже не мог управл€ть магнитом. „тобы преодолеть это затруднение, ћорзе изобрел особый электромагнитный замыкатель, так называемое реле. –еле представл€ло собой чрезвычайно чувствительный электромагнит, который отзывалс€ даже на самые слабые токи, поступавшие из линии. ѕри каждом прит€жении €кор€ реле замыкало ток местной батареи, пропуска€ его через электромагнит пишущего прибора.

“аким образом, ћорзе изобрел все основные части своего телеграфа. ќн закончил работу в 1837 году. ≈ще шесть лет ушло у него на тщетные попытки заинтересовать правительство —Ўј своим изобретением. “олько в 1843 году конгресс —Ўј прин€л решение ассигновать 30 тыс€ч долларов на строительство первой телеграфной линии длиной 64 км между ¬ашингтоном и Ѕалтимором. —начала ее прокладывали под землей, но потом обнаружилось, что изол€ци€ не выдерживает сырости. ѕришлось срочно исправл€ть положение и т€нуть проволоку над землей. 24 ма€ 1844 года была торжественно отправлена перва€ телеграмма. „ерез четыре года телеграфные линии имелись уже в большинстве штатов.

“елеграфный аппарат ћорзе оказалс€ чрезвычайно практичным и удобным в обращении. ¬скоре он получил широчайшее распространение во всем мире и принес своему создателю заслуженную славу и богатство.  онструкци€ его очень проста. √лавными част€ми аппарата были передающее устройство Ч ключ, и принимающее Ч пишущий прибор.

 люч ћорзе состо€л из металлического рычага, который вращалс€ вокруг горизонтальной оси.  ак на передней, так и на задней оси его находились маленькие металлические конусы, каждый из которых касалс€ лежащих под ним пластинок, вследствие чего происходило замыкание тока. „тобы представить себе работу ключа, обозначим все его контакты цифрами. ѕусть передний конус будет 1, а задний Ч 3. Ћежащие под ними пластинки соответственно будут считатьс€ 2?м и 4?м контактами. ¬ положении ключа, когда ручка не опущена, контакты 3 и 4 замкнуты, а 1 и 2 Ч разомкнуты. ѕластинка 2 соединена с проводником батареи. — телом рычага соединена проводна€ проволока к отдаленной станции, между тем как пластинка 4 имеет св€зь с пишущим прибором. Ќа принимающей станции принимающий провод идет к принимающему магниту.

 огда приходила телеграмма, то электрический ток проходил по рычагам ключа таким образом, что из проволоки он поступал в пластину 4 и затем Ч в пишущий прибор (контакты 1 и 2 в это врем€ были разъединены) ѕри отправлении телеграмм контакты 3 и 4 разъедин€ли. “огда ток от батареи при замыкании контактов 1 и 2 шел на станцию приема. ≈сли телеграфист замыкал цепь на короткое врем€ Ч проходил короткий сигнал, если держал ключ внизу дольше Ч сигнал получалс€ более длинный.

ѕишущий прибор на приемной станции преобразовывал эти сигналы в систему точек и тире. –аботал он следующим образом. ќт передающей станции ток поступал на спирали M и M1. Ќаход€щиес€ в них куски железа намагничивались и прит€гивали железную пластину B. ¬следствие этого штифт O, находившийс€ на другом плече A, прижималс€ к бумажной полосе P, котора€ свертывалась с кружка R посредством валиков V и W по направлению, указанному стрелкой. ѕри этом конец штифта, на котором был карандаш, писал на ленте точки или тире, в зависимости от того Ч прижималс€ он на короткое или на более длительное врем€.  ак только действие тока прекращалось (это бывало каждый раз, когда телеграфист на передающей станции размыкал ключом цепь), пружина f отт€гивала штифт вниз, вследствие чего пластина B отходила от электромагнита. ƒвижение валиков V и W происходило от часового механизма, который приводилс€ в действие опусканием гири G. —тепень отклонени€ рычага можно было регулировать с помощью винтов m и n.

Ќеудобство аппарата ћорзе заключалось в том, что передаваемые им сообщени€ были пон€тны лишь профессионалам, знакомым с азбукой ћорзе. ¬ дальнейшем многие изобретатели работали над созданием буквопечатающих аппаратов, записывающих не условные комбинации, а сами слова телеграммы. Ўирокое распространение получил изобретенный в 1855 году буквопечатающий аппарат ёза. √лавными его част€ми были: 1) клавиатура с вращающимс€ замыкателем и доской с отверстием (это принадлежность передатчика); 2) буквенное колесо с приспособлением дл€ печатани€ (это приемник). Ќа клавиатуре размещалось 28 клавиш, с помощью которых можно было передать 52 знака.  ажда€ клавиша системой рычагов соедин€лась с медным стержнем. ¬ обычном положении все эти стержни находились в гнездах, а все гнезда располагались на доске по окружности. Ќад этими гнездами вращалс€ со скоростью 2 оборота в секунду замыкатель, так называема€ тележка. ќна приводилась во вращение опускающейс€ гирей весом 60 кг и системой зубчатых колес Ќа станции приема с точно такой же скоростью вращалось буквенное колесо. Ќа его ободе находились зубцы со знаками. ¬ращение тележки и колеса происходило синхронно, то есть в тот момент, когда тележка проходила над гнездом, соответствующим определенной букве или знаку, этот же самый знак оказывалс€ в самой нижней части колеса над бумажной лентой. ѕри нажатии клавиши один из медных стерженьков приподнималс€ и выступал из своего гнезда.  огда тележка касалась его, цепь замыкалась. Ёлектрический ток мгновенно достигал станции приема и, проход€ через обмотки электромагнита, заставл€л бумажную ленту (котора€ двигалась с посто€нной скоростью) приподн€тьс€ и коснутьс€ нижнего зубца печатного колеса. “аким образом на ленте отпечатывалась нужна€ буква. Ќесмотр€ на кажущуюс€ сложность, телеграф ёза работал довольно быстро и опытный телеграфист передавал на нем до 40 слов в минуту.

«ародившись в 40?х годах XIX века, телеграфна€ св€зь в последующие дес€тилети€ развивалась стремительными темпами. ѕровода телеграфа пересекли материки и океаны. ¬ 1850 году подводным кабелем были соединены јнгли€ и ‘ранци€. ”спех первой подводной линии вызвал р€д других: между јнглией и »рландией, јнглией и √олландией, »талией и —ардинией и т.д. ¬ 1858 году после р€да неудачных попыток удалось проложить трансатлантический кабель между ≈вропой и јмерикой. ќднако он работал только три недели, после чего св€зь оборвалась. “олько в 1866 году между —тарым и Ќовым светом была наконец установлена посто€нна€ телеграфна€ св€зь. “еперь событи€, происход€щие в јмерике, в тот же день становились известны в ≈вропе, и наоборот. ¬ последующие годы бурное строительство телеграфных линий продолжалось по всему земному шару. »х суммарна€ длина только в ≈вропе составила 700 тыс. км.

 

40. Ћ»“јя —“јЋ№

 

¬ истории металлургии железа было три революционных переворота, оказавших глубочайшее вли€ние на весь ход человеческой истории: первый имел место еще в глубокой древности, когда по€вились сыродутные горны; второй произошел в средние века, после открыти€ переделочного процесса; третий пришелс€ на вторую половину XIX века и был св€зан с началом производства литой стали. —таль во все времена оставалась самым необходимым и желанным продуктом металлургии железа, потому что только она обладала той твердостью и крепостью, какие требовались дл€ изготовлени€ инструментов, оружи€ и деталей машин. Ќо прежде чем превратитьс€ в стальное изделие, металл должен был подвергнутьс€ целому р€ду трудоемких операций. —начала из руды выплавл€ли чугун. ѕотом чугун восстанавливали в м€гкое железо. Ќаконец путем длительной проковки железной крицы получали из нее необходимую стальную деталь (или только заготовку к ней, которую затем подвергали окончательной отделке на металлорежущих станках). ѕроизводство м€гкого железа и в особенности ковка долгое врем€ оставались самыми узкими местами в процессе обработки железа. Ќа них уходило больше всего сил и времени, а результаты далеко не всегда оказывались удовлетворительными. ќсобенно остро эта проблема стала ощущатьс€ в XIX веке, когда резко возрос спрос на дешевую сталь. ≈стественным образом у многих ученых и изобретателей возникала мысль, которую потом высказал Ѕессемер: каким образом получить металл со свойствами железа и стали, но в жидком виде, чтобы его можно было использовать дл€ отливки? –азрешение поставленной проблемы потребовало нескольких дес€тилетий упорного труда многих металлургов. Ќа этом пути было сделано несколько важных открытий и изобретений, каждое из которых составило эпоху в истории обработки железа.

ƒо конца XVIII века передел чугуна в м€гкое ковкое железо происходил только в кричных горнах. Ётот способ, однако, был неудобен во многих отношени€х. ѕолучавшийс€ в ходе него металл был неоднородным Ч местами приближалс€ по своим качествам к ковкому железу, местами Ч к стали.  роме того, работа требовала больших затрат времени и физических сил. “ак как топливо (уголь) находилось в непосредственном соприкосновении с железом, к нему предъ€вл€лись очень высокие требовани€, ведь любые примеси вли€ли на качество конечного продукта. –асход угл€ был очень велик (в среднем, на восстановление 1 кг железа уходило до 4 кг угл€). ¬ самых крупных горнах можно было за 24 часа получить не более 400 кг железа. ћежду тем рынок требовал все больше железа и стали. ƒл€ удовлетворени€ этих запросов необходимо было найти более совершенный способ переделки чугуна.

«начительным шагом вперед на этом пути стал предложенный в 1784 году англичанином  ортом процесс пудлинговани€ в специально созданной дл€ этого печи.

ѕринципиальное устройство пудлинговой печи состо€ло в следующем. ¬ топке сжигали топливо. ѕродукты горени€ через каменный порог попадали в рабочее пространство печи, где на поду находилс€ загруженный чугун с железистыми шлаками. Ўлаки под действием пламени переходили в тестообразное состо€ние и частично расплавл€лись. — повышением температуры чугун начинал плавитьс€ и примеси его выгорали за счет кислорода, заключенного в шлаках. “аким образом чугун обезуглероживалс€, то есть превращалс€ в крицу губчатого железа. ¬ажное отличие пудлинговой печи от кричного горна заключалось в том, что она допускала использовать в качестве горючего любое топливо, в том числе и дешевый неочищенный каменный уголь, а объем ее был значительно больше. Ѕлагодар€ пудлинговым печам железо стало дешевле. ¬месте с тем в отличие от кричных горнов печь  орта не требовала принудительного вдувани€. ƒоступ воздуха и хороша€ т€га достигались благодар€ высокой трубе. Ёто была одна из причин, почему пудлинговые печи получили широкое распространение во всем мире. ќднако существенным недостатком этих печей было то, что воздух обдувал только верхнюю часть чугуна. ƒл€ того чтобы восстановление железа шло равномерно и по всему объему, приходилось периодически открывать печь и перемешивать чугун. Ёто был т€желый ручной труд.  роме того, поскольку силы и возможности рабочего были ограничены, печь не могла быть слишком большой. („тобы допустить помешивание,  орт предусмотрел две трубы, из которых одна находилась под топкой, а втора€ Ч в конце печи. ≈е открывали в тот момент, когда требовалось снизить температуру.)

”же к середине XIX века пудлинговые печи перестали удовлетвор€ть новым потребност€м промышленности. „тобы поспевать за спросом, приходилось строить на каждую большую домну несколько печей (в среднем одну домну обслуживало дес€ть пудлинговых печей). Ёто удорожало и усложн€ло производство. ћногие изобретатели думали над тем, как заменить пудлингование более совершенным способом восстановлени€ железа. –аньше других эту задачу удалось разрешить английскому инженеру Ѕессемеру.   зан€ти€м металлургией Ѕессемер пришел после многих лет работы над усовершенствованием артиллерийских орудий и снар€дов. ќн поставил перед собой цель найти способ производства высококачественной литой стали, из которой можно было бы отливать пушки. Ќаблюда€ много раз за плавкой чугуна, он заметил, что твердое восстановленное железо образуетс€ раньше всего у воздуходувных труб. Ёто навело его на мысль получать сталь путем усиленной продувки через расплавленный чугун воздуха. ѕервые свои опыты Ѕессемер провел в закрытом тигле, который он нагревал в горне с коксом. –езультат превзошел самые смелые ожидани€. ћенее чем за час продувки он получал из чугуна первосортную сталь.  роме того, дальнейшие опыты показали, что нет никакой необходимости вводить в металлургический процесс тепло извне. ƒело в том, что чугун содержит собственный горючий материал в качестве примесей: кремний, марганец, углерод Ч всего около 45 кг горючих материалов на каждую тонну чугуна. —воим горением они позвол€ли значительно повысить температуру плавки и получать сталь в жидком состо€нии.

¬ 1856 году Ѕессемер публично демонстрировал изобретенный им неподвижный конвертер.  онвертер имел вид невысокой вертикальной печки, закрытой сверху сводом с отверстием дл€ выхода газов. —боку в печи было второе отверстие дл€ заливки чугуна. √отовую сталь выпускали через отверстие в нижней части печи (во врем€ работы конвертера его забивали глиной). ¬оздуходувные трубки (фурмы) находились возле самого пода печи. “ак как конвертер был неподвижным, продувку начинали раньше, чем вливали чугун. ¬ противном случае металл залил бы фурмы. ѕо той же причине надо было вести продувку до тех пор, пока весь металл не был выпущен. ¬есь процесс длилс€ не более 20 минут. ћалейша€ задержка в выпуске давала брак. Ёто неудобство, а также р€д других недостатков неподвижного конвертера заставили Ѕессемера перейти к вращающейс€ печи. ¬ 1860 году он вз€л патент на новую конструкцию конвертера, сохранившуюс€ в общих чертах до наших дней.

—пособ Ѕессемера был насто€щей революцией в области металлургии. «а 8?10 минут его конвертер превращал 10?15 т чугуна в ковкое железо или сталь, на что прежде потребовалось бы несколько дней работы пудлинговой печи или несколько мес€цев работы прежнего кричного горна. ќднако, после того как бессемеров метод стал примен€тьс€ в промышленных услови€х, результаты его оказались хуже, чем в лаборатории, и сталь выходила очень низкого качества. ƒва года Ѕессемер пыталс€ разрешить эту проблему и наконец вы€снил, что в его опытах чугун содержал мало фосфора, в то врем€ как в јнглии широко использовалс€ чугун, выплавленный из железных руд с высоким содержанием фосфора. ћежду тем фосфор и сера не выгорали вместе с другими примес€ми; из чугуна они попадали в сталь и существенно снижали ее качество. Ёто, а кроме того высока€ стоимость конвертера, привело к тому, что бессемеровский способ очень медленно внедр€лс€ в производство. » 15 лет спуст€ в јнглии больша€ часть чугуна переплавл€лась в пудлинговых печах. √ораздо более широкое применение конвертеры получили в √ермании и —Ўј.

Ќар€ду с бессемеровским способом производства стали вскоре огромную роль приобрел мартеновский способ. —уть его заключалась в том, что чугун сплавл€ли с железным ломом в специальной регенеративной печи. Ёта печь была придумана и построена в 1861 году немецкими инженерами ‘ридрихом и ¬иль€мом —именсами дл€ нужд стекольной промышленности, но наибольшее распространение получила в металлургии. ¬ состав печи входили газопроизводители (или генераторы газа), сама печь с возобновител€ми теплоты (или регенераторами) дл€ подогрева газа и воздуха и литейного отделени€ (двора). √енераторы и регенераторы были св€заны между собой особой системой каналов дл€ газа, воздуха и продуктов горени€. ѕоследние отводились в дымовую трубу высотой до 40 м, дававшей необходимую т€гу. √енераторы располагались под подом или по бокам печи. –егенераторы представл€ли собой особые камеры дл€ нагрева газа и воздуха. —пециальные переменные клапаны направл€ли газ и воздух то в одну камеру, то в другую, а продукты горени€ отводили в трубу. √орение происходило следующим образом. √аз и воздух нагревались каждый в своей камере, а затем поступали в плавильное пространство, где происходило горение. ѕродукты горени€, пройд€ над подом печи, устремл€лись в регенераторы и отдавали здесь большую часть своей теплоты кладке регенераторов, а затем уходили в трубу. „тобы процесс происходил непрерывно, с помощью клапанов направл€ли воздух и газ то в одну пару регенераторов, то в другую. ¬ результате такого продуманного теплообмена температура в печи достигала 1600 градусов, то есть превышала температуру плавки чистого безуглеродистого железа. —оздание высокотемпературных печей открыло новые горизонты перед металлургией.   середине XIX века во всех промышленных странах имелись огромные запасы железного лома. »з?за высокой тугоплавкости его не могли использовать в производстве. ‘ранцузские инженеры Ёмиль и ѕьер ћартены (отец и сын) предложили сплавл€ть этот железный лом с чугуном в регенеративной печи и таким образом получать сталь. ¬ 1864 году на заводе —ирейль они под руководством —именса осуществили первую успешную плавку. «атем этот способ стал примен€тьс€ повсюду.

ћартеновские печи были дешевле конвертеров и потому имели более широкое распространение. ќднако ни бессемеровский, ни мартеновский способ не позвол€л получать высококачественную сталь из руды, содержащей серу и фосфор. Ёта проблема оставалась неразрешенной в течение полутора дес€тилетий, пока в 1878 году английский металлург —идней “омас не придумал добавл€ть в конвертер до 10?15% извести. ѕри этом образовывались шлаки, способные удерживать фосфор в прочных химических соединени€х. ¬ результате фосфор выгорал вместе с другими ненужными примес€ми, а чугун превращалс€ в высококачественную сталь. «начение изобретени€ “омаса было огромно. ќно позволило в широком масштабе производить сталь из фосфоросодержащих руд, которые в большом количестве добывались в ≈вропе.

¬ целом введение бессемеровского и мартеновского процессов дало возможность производить сталь в неограниченных количествах. Ћита€ сталь быстро завоевала себе место в промышленности, и начина€ с 70?х годов XIX века сварочное железо почти совершенно выходит из употреблени€. ”же в первые п€ть лет после введени€ мартеновского и бессемеровского производств мировой выпуск стали увеличилс€ на 60%.

 

41. —ѕ»„ »

 

—пички в течение многих дес€тилетий были одним из важнейших элементов человеческой жизни, да и сегодн€ играют не последнюю роль в нашем повседневном обиходе. ќбычно, чирка€ спичкой о коробок, мы даже не задумываемс€ над тем, какие химические реакции происход€т в эту секунду и сколько изобретательности и сил положили люди, чтобы иметь такое удобное средство добывани€ огн€. ќбыкновенные спички, несомненно, принадлежат к числу самых удивительных изобретений человеческого ума. „тобы убедитьс€ в этом, достаточно вспомнить, скольких усилий требовало разведение огн€ в прежние времена. ѕравда, от утомительного способа извлекать огонь трением наши предки отказались еще в древности. ¬ средние века по€вилось дл€ этой цели более удобное приспособление Ч огниво, но и с ним разжигание огн€ требовало известной сноровки и усилий. ѕри ударе стали о кремень высекалась искра, котора€ попадала на трут, пропитанный селитрой. “рут начинал тлеть. ѕриложив к нему листок бумаги, стружку или любую другую растопку, раздували огонь. –аздувание искры было самым непри€тным моментом в этом зан€тии. Ќо можно ли было обойтись без него?  то?то придумал обмакнуть сухую лучинку в расплавленную серу. ¬ результате на одном кончике лучины образовывалась серна€ головка.  огда головку прижимали к тлеющему труту, она вспыхивала. ќт нее загоралась вс€ лучинка. “ак по€вились первые спички.

Ќадо сказать, что в течение всей своей предыдущей истории люди старались получить огонь с помощью механических воздействий Ч трени€ или удара. ѕри таком подходе серна€ спичка могла играть только вспомогательную роль, поскольку непосредственно добыть огонь с ее помощью было нельз€, ведь она не загоралась ни от удара, ни от трени€. Ќо вот в конце XVIII века известный химик Ѕертолле доказал, что плам€ может быть результатом химической реакции. ¬ частности, если капнуть серной кислотой на хлорноватистокислый калий (бертолетову соль), возникнет плам€. Ёто открытие позволило подойти к проблеме добывани€ огн€ совсем с другой стороны. ¬ разных странах начались многолетние изыскани€ по созданию спичек с концом, намазанным тем или иным химическим веществом, способным возгоратьс€ при определенных услови€х.

¬ 1812 году Ўапсель изобрел первые самозажигающиес€ спички, еще весьма несовершенные, однако с их помощью можно было добыть плам€ гораздо скорее, чем при помощи огнива. —пички Ўапсел€ представл€ли собой дерев€нные палочки с головкой из смеси серы, бертолетовой соли и киновари (последн€€ служила дл€ окраски зажигательной массы в красивый красный цвет). ¬ солнечную погоду така€ спичка зажигалась при помощи дво€ковыпуклой линзы, а в других случа€х Ч при соприкосновении с капелькой концентрированной серной кислоты. Ёти спички были очень дороги и, кроме того, опасны, так как серна€ кислота разбрызгивалась при воспламенении головки и могла вызывать ожоги. ѕон€тно, что они не получили широкого распространени€. Ѕолее практичными должны были стать спички с головками, загорающимис€ при легком трении. ќднако сера не годилась дл€ этой цели. »скали другое легковоспламен€ющеес€ вещество и тут обратили внимание на белый фосфор, открытый в 1669 году немецким алхимиком Ѕрандом. ‘осфор гораздо более горюч, чем сера, но и с ним не все сразу получилось. ѕоначалу спички зажигались с трудом, так как фосфор выгорал слишком быстро и не успевал воспламенить лучину. “огда его стали наносить поверх головки старой серной спички, предполага€, что сера быстрее загоритс€ от фосфора, чем древесина. Ќо эти спички тоже загорались плохо. ƒело пошло на лад только после того, как стали подмешивать к фосфору вещества, способные при нагревании выдел€ть необходимый дл€ воспламенени€ кислород.

—ейчас уже трудно сказать, кто первый придумал удачный рецепт зажигательной массы дл€ фосфорных спичек. ѕо?видимому, это был австриец »рини. ¬ 1833 году он предложил предпринимателю –емеру следующий способ изготовлени€ спичек: «Ќужно вз€ть какого?нибудь гор€чего кле€, лучше всего гуммиарабика, бросить в него кусок фосфора и сильно взболтать скл€нку с клеем. ¬ гор€чем клее при сильном взбалтывании фосфор разобьетс€ на мелкие частицы. ќни так тесно слипаютс€ с клеем, что образуетс€ густа€ жидкость беловатого цвета. ƒальше к этой смеси нужно прибавить мелко растертый порошок перекиси свинца. ¬се это размешиваетс€ до тех пор, пока не получитс€ однообразна€ бура€ масса. ѕредварительно надо приготовить серники, то есть лучинки, концы которых покрыты серой. —верху серу нужно покрыть слоем фосфорной массы. ƒл€ этого серники обмакивают в приготовленную смесь. “еперь остаетс€ их высушить. “аким образом получаютс€ спички. ќни воспламен€ютс€ очень легко. »х стоит только чиркнуть о стенку». Ёто описание дало возможность –емеру открыть спичечную фабрику. ќн, впрочем, понимал, что носить спички в кармане и чиркать ими о стенку неудобно и придумал упаковывать их в коробки, на одну из сторон которых клеили шершавую бумажку (готовили ее просто Ч обмакивали в клей и сыпали на нее песок или толченое стекло). ѕри чирканьи о такую бумажку (или о любую шершавую поверхность) спичка воспламен€лась. Ќаладив дл€ начала пробный выпуск спичек, –емер потом расширил производство в сорок раз Ч так велик был спрос на его товар, и заработал на выпуске спичек огромные деньги. ≈го примеру последовали другие фабриканты, и вскоре во всех странах фосфорные спички сделались ходовым и дешевым товаром.

ѕостепенно было разработано несколько различных составов зажигательной массы. ”же из описани€ »рини видно, что в головку фосфорной спички входило несколько компонентов, каждый из которых выполн€л свои функции. ѕрежде всего, здесь был фосфор, игравший роль воспламенител€.   нему подмешивали вещества, выдел€ющие кислород. ѕомимо достаточно опасной бертолетовой соли в этой роли могли употребл€ть перекись марганца или сурик, а в более дорогих спичках Ч перекись свинца, котора€ вообще €вл€лась наиболее подход€щим материалом. ѕод слоем фосфора помещались менее горючие вещества, передающие плам€ от воспламенител€ дерев€нной лучине. Ёто могли быть сера, стеарин или парафин. ƒл€ того чтобы реакци€ не шла слишком быстро и дерево успело нагретьс€ до температуры горени€, добавл€ли нейтральные вещества, например, пемзу или порошкообразное стекло. Ќаконец в массу подмешивали клей, дл€ того чтобы соединить между собой все остальные компоненты. ѕри трении головки о шероховатую поверхность в месте соприкосновени€ возникала теплота, достаточна€ дл€ зажигани€ ближайших частичек фосфора, от которых воспламен€лись и другие. ѕри этом масса настолько нагревалась, что тело, содержащее кислород, разлагалось. ¬ыдел€вшийс€ кислород способствовал воспламенению легкозагорающегос€ вещества, которое находилось под головкой (серы, парафина и т.п.). ќт него огонь передавалс€ дереву.

—пичечное производство с самого начала прин€ло крупные масштабы, ведь годовое потребление спичек исчисл€лось дес€тками и сотн€ми миллиардов штук. Ѕез всесторонней механизации тут было не обойтись. ‘абрикаци€ спичек делилась на две главные операции: 1) изготовление палочек (спичной соломки), 2) приготовление зажигательной массы и макание в нее соломки. Ќаиболее употребительной породой дерева дл€ спичек была осина, а также тополь, ива, сосна, ель, древесина которых имела крепкие пр€мые волокна. ¬ысушенные бревна резали на куски длиной около 1 м.  аждый кусок раскалывали накрест на четыре части и снимали с него кору. ѕолученный чурбан укрепл€ли на стол€рном верстаке и строгали с помощью специального рубанка, рабоча€ часть которого состо€ла из нескольких трубочек, заостренных спереди. ѕри прохождении таким рубанком вдоль дерева получались длинные круглые или пр€моугольные палочки (в зависимости от формы трубочек соломке можно было придать любое поперечное сечение). «атем обычным рубанком сглаживали неровности, образовавшиес€ в виде желобков от вынутых лучинок, снимали второй слой, вновь выравнивали дерево и так далее. ѕолучившиес€ лучинки резали на части, имеющие длину спички. Ёту операцию производили на станке, имевшем очень простое устройство.

Ћучинки укладывались в корыто A и подвигались вплотную к регулирующей пластинке P, а затем с помощью рычага m и ножа B отрезали установленную длину.

¬место ручного строгани€ очень скоро стала примен€тьс€ специальна€ машина. ƒерево здесь упиралось в конец станины и обрабатывалось при помощи режущего устройства, в котором имелось несколько заостренных трубочек, вырезающих лучинки при движении режущего устройства. ƒл€ того чтобы подвергнутьс€ обработке на этой машине, бревно сначала разрезалось на доски. ћашина эта, впрочем, имела много недостатков и давала большой отход. ѕоэтому в дальнейшем ее заменили другие, а сам процесс резки лучинок был разбит на несколько операций.

ƒл€ дальнейшей обработки соломку необходимо было уложить ровными и параллельными р€дами. ƒл€ этой цели тоже употребл€ли специальную машину. Ќа платформу, котора€ получала быстрые сотр€сательные движени€, устанавливали перегороженный €щик, причем рассто€ние между перегородками соответствовало длине спички. ѕри быстром движении €щика соломки укладывались между перегородками в отделени€ €щика, а мусор проваливалс€ через его нижние отверсти€. «атем €щик снимали и переворачивали. —оломка оставалась на доске параллельными р€дами и в таком виде направл€лась в макальную.

ѕеред обмакиванием соломку укладывали в специальную рамку, состо€вшую из основани€ и двух крепившихс€ к нему железных стержней, на которые надевались дерев€нные дощечки. ѕоперек дощечек проходили желобки, расположенные параллельно друг другу. ƒлина этих желобков делалась такой, чтобы положенна€ в них соломка выступала приблизительно на четверть своей длины. «аполненные дощечки надевались на стержни одна над другой. —верху все они прикрывались доской и зажимались клинь€ми. “аким образом получалась рамка, в которой помещалось около 2500 спичек. ¬ дальнейшем эта операци€ была механизирована и выполн€лась специальной наборной машиной.

 аждую спичку необходимо было обмакивать дважды Ч сначала в серу или парафин, а потом в зажигательную массу. »зготовление зажигательной массы было сложным делом, требовавшим больших предосторожностей. ќсобое значение имело ее тщательное перемешивание. ƒл€ этого кажда€ составна€ часть сильно измельчалась до порошкообразного состо€ни€. ѕервоначально обмакивание спичек происходило вручную с помощью макальной сковороды.

ћакальна€ сковорода состо€ла из двух частей: плоской и углубленной. ѕерва€ делалась несколько больше наборной рамы и служила собственно дл€ обмакивани€ в расплавленную массу. —лой ее здесь был незначителен и соответствовал вышине парафинированной (или серненой) части спички. ¬тора€ часть служила резервуаром дл€ массы и способствовала сохранению посто€нного уровн€.

ѕозже была изобретена макальна€ машина. ќна состо€ла из чугунного резервуара, окруженного другим чугунным резервуаром. ¬о внешнем резервуаре находилась зажигательна€ масса. ћежду обоими резервуарами заливалась тепла€ вода дл€ согревани€ массы. ¬нутренний резервуар был закрыт со всех сторон и лишь в верхней доске имел поперечную щель, в которой помещалс€ валик. ¬раща€сь, валик захватывал своей нижней половиной часть массы из резервуара и наносил ее на концы спичек. ƒл€ большего удобства работы над верхней доской резервуара имелась особа€ макальна€ плита, на которую устанавливалась наборна€ рама и котора€ легко двигалась над макальным валиком при помощи зубчатых реек и шестерней, укрепленных на оси валика. Ќад макальным валиком помещалс€ другой, который служил дл€ равномерного надавливани€ проход€щих под ним наборных рам к нижнему валику. »з макальной машины наборные рамы переносились в сушильную камеру. ѕосле просушки спички вынимали из наборных рам и укладывали в коробки. ƒолгое врем€ эта работа выполн€лась вручную, но потом по€вились машины и дл€ этой операции.

Ѕольшим недостатком фосфорных спичек была €довитость фосфора. Ќа спичечных фабриках рабочие быстро (иногда за несколько мес€цев) отравл€лись парами фосфора и делались неспособны к труду. ¬редность этого производства превосходила даже зеркальное и шл€пное.  роме того, раствор зажигательной массы в воде давал сильнейший €д, которым пользовались самоубийцы (а нередко и убийцы). ¬ 1847 году Ўретер открыл не€довитый аморфный красный фосфор. — этого времени по€вилось желание заменить им опасный белый фосфор. –аньше других эту задачу удалось разрешить знаменитому немецкому химику Ѕетхеру. ќн приготовил смесь из серы и бертолетовой соли, смешав их с клеем, и нанес ее на лучинки, покрытые парафином. Ќо, увы, эти спички оказалось невозможно зажечь о шершавую поверхность. “огда Ѕетхер придумал смазать бумажку особым составом, содержащим некоторое количество красного фосфора. ѕри трении спички о такую поверхность частички красного фосфора воспламен€лись за счет прикасающихс€ к ним частиц бертолетовой соли головки и зажигали последнюю. Ќовые спички горели ровным желтым пламенем. ќни не давали ни дыма, ни того непри€тного запаха, который сопутствовал фосфорным спичкам. »зобретение Ѕетхера поначалу не заинтересовало фабрикантов. ¬первые «безопасные спички» стали выпускать в 1851 году шведы брать€ Ћундстремы. ѕоэтому бесфосфорные спички долго называли «шведскими».  ак только безопасные спички получили распространение, во многих странах было запрещено производство и продажа фосфорных спичек. „ерез несколько дес€тилетий их выпуск совершенно прекратилс€.

 

42. ƒ»Ќјћ»“

 

Ќа прот€жении нескольких веков люд€м было известно только одно взрывчатое вещество Ч черный порох, широко примен€вшийс€ как на войне, так и при мирных взрывных работах. Ќо втора€ половина XIX столети€ ознаменовалась изобретением целого семейства новых взрывчатых веществ, разрушительна€ сила которых в сотни и тыс€чи раз превосходила силу пороха. »х созданию предшествовало несколько открытий. ≈ще в 1838 году ѕелуз провел первые опыты по нитрации органических веществ. —уть этой реакции заключаетс€ в том, что многие углеродистые вещества при обработке их смесью концентрированных азотной и серной кислот отдают свой водород, принимают взамен нитрогруппу NO2 и превращаютс€ в мощную взрывчатку. ƒругие химики исследовали это интересное €вление. ¬ частности, Ўенбейн, нитриру€ хлопок, в 1846 году получил пироксилин. ¬ 1847 году, воздейству€ подобным образом на глицерин, —обреро открыл нитроглицерин Ч взрывчатое вещество, обладавшее колоссальной разрушительной силой. ѕоначалу нитроглицерин никого не заинтересовал. —ам —обреро только через 13 лет вернулс€ к своим опытам и описал точный способ нитрации глицерина. ѕосле этого новое вещество нашло некоторое применение в горном деле. ѕервоначально его вливали в скважину, затыкали ее глиной и взрывали посредством погружаемого в него патрона. ќднако наилучший эффект достигалс€ при воспламенении капсюл€ с гремучей ртутью.

„ем же объ€сн€етс€ исключительна€ взрывна€ сила нитроглицерина? Ѕыло установлено, что при взрыве происходит его разложение, в результате чего сначала образуютс€ газы CO2, CO, H2, CH4, N2 и NO, которые вновь взаимодействуют между собой с выделением огромного количества теплоты.  онечную реакцию можно выразить формулой:

2C3H5(NO3)3 = 6CO2 + 5H2O + 3N + 0, 5O2.

–азогретые до огромной температуры эти газы стремительно расшир€ютс€, оказыва€ на окружающую среду колоссальное давление.  онечные продукты взрыва совершенно безвредны. ¬се это, казалось, делало нитроглицерин незаменимым при подземных взрывных работах Ќо вскоре оказалась, что изготовление, хранение и перевозка этой жидкой взрывчатки чреваты многими опасност€ми.

¬ообще, чистый нитроглицерин довольно трудно воспламенить от открытого огн€. «ажженна€ спичка тухла в нем без вс€ких последствий. Ќо зато его чувствительность к ударам и сотр€сени€м (детонации) была во много раз выше, чем у черного пороха. ѕри ударе, часто совсем незначительном, в сло€х, подвергшихс€ сотр€сению, происходило быстрое повышение температуры до начала взрывной реакции. ћини?взрыв первых слоев производил новый удар на более глубокие слои, и так продолжалось до тех пор, пока не происходил взрыв всей массы вещества. ѕорой без вс€кого воздействи€ извне нитроглицерин вдруг начинал разлагатьс€ на органические кислоты, быстро темнел и тогда достаточно было самого ничтожного сотр€сени€ бутыли, чтобы вызвать ужасный взрыв. ѕосле целого р€да несчастных случаев применение нитроглицерина было почти повсеместно запрещено. “ем промышленникам, которые наладили выпуск этой взрывчатки, оставалось два выхода Ч либо найти такое состо€ние, при котором нитроглицерин будет менее чувствителен к детонации, либо свернуть свое производство.

ќдним из первых заинтересовалс€ нитроглицерином шведский инженер јльфред Ќобель, основавший завод по его выпуску. ¬ 1864 году его фабрика взлетела на воздух вместе с рабочими. ѕогибло п€ть человек, в том числе брат јльфреда Ёмиль, которому едва исполнилось 20 лет. ѕосле этой катастрофы Ќобелю грозили значительные убытки Ч нелегко было убедить людей вкладывать деньги в такое опасное предпри€тие. Ќесколько лет он изучал свойства нитроглицерина и в конце концов сумел наладить вполне безопасное его производство. Ќо оставалась проблема транспортировки. ѕосле многих экспериментов Ќобель установил, что растворенный в спирте нитроглицерин менее чувствителен к детонации. ќднако этот способ не давал полной надежности. ѕоиски продолжались, и тут неожиданный случай помог блест€ще разрешить проблему. ѕри перевозке бутылей с нитроглицерином, чтобы см€гчить тр€ску, их помещали в кизельгур Ч особую инфузорную землю, добывавшуюс€ в √анновере.  изельгур состо€л из кремневых оболочек водорослей со множеством полостей и канальцев. » вот как?то раз при пересылке одна бутыль с нитроглицерином разбилась и ее содержимое вылилось на землю. ” Ќобел€ возникла мысль произвести несколько опытов с этим пропитанным нитроглицерином кизельгуром. ќказалось, что взрывные свойства нитроглицерина нисколько не уменьшались от того, что его впитала пориста€ земл€, но зато его чувствительность к детонации снижалась в несколько раз. ¬ этом состо€нии он не взрывалс€ ни от трени€, ни от слабого удара, ни от горени€. Ќо зато при воспламенении небольшого количества гремучей ртути в металлическом капсюле происходил взрыв той же силы, какую давал в том же объеме чистый нитроглицерин. ƒругими словами, это было как раз то, что нужно, и даже гораздо более того, что наде€лс€ получить Ќобель. ¬ 1867 году он вз€л патент на открытое им соединение, которое назвал динамитом.

¬зрывна€ сила динамита столь же огромна, как и у нитроглицерина: 1 кг динамита в 1/50000 секунды развивает силу в 1000000 кгм, то есть достаточную дл€ того чтобы подн€ть 1000000 кг на 1 м. ѕри этом если 1 кг черного пороха превращалс€ в газ за 0, 01 секунды, то 1 кг динамита Ч за 0, 00002 секунды. Ќо при всем этом качественно изготовленный динамит взрывалс€ только от очень сильного удара. «ажженный прикосновением огн€, он постепенно сгорал без взрыва, синеватым пламенем. ¬зрыв наступал только при зажигании большой массы динамита (более 25 кг). ѕодрыв динамита, как и нитроглицерина, лучше всего было проводить с помощью детонации. ƒл€ этой цели Ќобель в том же 1867 году изобрел гремучертутный капсюльный детонатор. ƒинамит сразу нашел широчайшее применение при строительстве шоссе, туннелей, каналов, железных дорог и других объектов, что во многом предопределило стремительный рост состо€ни€ его изобретател€. ѕервую фабрику по производству динамита Ќобель основал во ‘ранции, затем он наладил его производство в √ермании и јнглии. «а тридцать лет торговл€ динамитом принесла Ќобелю колоссальное богатство Ч около 35 миллионов крон.

ѕроцесс изготовлени€ динамита сводилс€ к нескольким операци€м. ѕрежде всего необходимо было получить нитроглицерин. Ёто было наиболее сложным и опасным моментом во всем производстве. –еакци€ нитрации происходила, если 1 часть глицерина обрабатывали трем€ част€ми концентрированной азотной кислоты в присутствии 6 частей концентрированной серной кислоты. ”равнение имело следующий вид:

C3H5(OH)3 + 3HNO3 = C3H5(NO3)3 + 3H2O.

—ерна€ кислота в соединении не участвовала, но ее присутствие было необходимо, во?первых, дл€ поглощени€ выдел€вшейс€ в результате реакции воды, котора€ в противном случае, разжижа€ азотную кислоту, тем самым преп€тствовала бы полноте реакции, а, во?вторых, дл€ выделени€ образующегос€ нитроглицерина из раствора в азотной кислоте, так как он, будучи хорошо растворим в этой кислоте, не раствор€лс€ в ее смеси с серной. Ќитраци€ сопровождалась сильным выделением теплоты. ѕричем если бы вследствие нагревани€ температура смеси подн€лась выше 50 градусов, то течение реакции направилось бы в другую сторону Ч началось бы окисление нитроглицерина, сопровождающеес€ бурным выделением окислов азота и еще большим нагреванием, которое бы привело к взрыву. ѕоэтому нитрацию нужно было вести при посто€нном охлаждении смеси кислот и глицерина, прибавл€€ последний понемногу и посто€нно размешива€ каждую порцию. ќбразующийс€ непосредственно при соприкосновении с кислотами нитроглицерин, облада€ меньшей плотностью сравнительно с кислой смесью, всплывал на поверхность, и его можно было легко собрать по окончании реакции.

ѕриготовление кислотной смеси на заводах Ќобел€ происходило в больших цилиндрических чугунных сосудах, откуда смесь поступала в так называемый нитрационный аппарат.

јппарат состо€л из свинцового сосуда A, который помещалс€ в дерев€нном чане B и закрывалс€ свинцовой крышкой L, котора€ при работе замазывалась цементом. „ерез крышку проходили концы двух свинцовых змеевиков D, наход€щихс€ внутри аппарата (через них посто€нно подавалась холодна€ вода). „ерез трубку C в аппарат подавалс€ и холодный воздух дл€ размешивани€ смеси. “рубка F отводила из аппарата пары азотной кислоты; трубка G служила дл€ наливани€ отмеренного количества кислой смеси; через трубку H вливали глицерин. ¬ сосуде M отмер€лось необходимое количество этого вещества, которое затем впрыскивалось в азотную смесь посредством сжатого воздуха, впускаемого по трубке O. ¬ такой установке можно было за раз обработать около 150 кг глицерина. ¬пустив требуемое количество кислотной смеси и охладив ее (пропуска€ холодный сжатый воздух и холодную воду через змеевики) до 15?20 градусов, начинали вбрызгивать охлажденный глицерин. ѕри этом следили, чтобы температура в аппарате не поднималась выше 30 градусов. ≈сли температура смеси начинала быстро подниматьс€ и приближалась к критической, содержимое чана можно было быстро выпустить в большой сосуд с холодной водой.

ќпераци€ образовани€ нитроглицерина продолжалась около полутора часов. ѕосле этого смесь поступала в сепаратор Ч свинцовый четырехугольный €щик с коническим дном и двум€ кранами, один из которых находилс€ в нижней части, а другой Ч сбоку.  ак только смесь отстаивалась и раздел€лась, нитроглицерин выпускали через верхний кран, а кислотную смесь Ч через нижний. ѕолученный нитроглицерин несколько раз промывали от избытка кислот, так как кислота могла вступить с ним в реакцию и вызвать его разложение, что неминуемо вело к взрыву. ¬о избежание этого в герметический чан с нитроглицерином подавали воду и перемешивали смесь с помощью сжатого воздуха.  ислота раствор€лась в воде, а так как плотности воды и нитроглицерина сильно различались, отделить их затем друг от друга не составл€ло большого труда. ƒл€ того чтобы удалить остатки воды, нитроглицерин пропускали через несколько слоев войлока и поваренной соли. ¬ результате всех этих действий получалась масл€ниста€ жидкость желтоватого цвета без запаха и очень €довита€ (отравление могло происходить как при вдыхании паров, так и при попадании капель нитроглицерина на кожу). ѕри нагревании свыше 180 градусов она взрывалась с ужасной разрушительной силой.

ѕриготовленный нитроглицерин смешивали с кизельгуром. ѕеред этим кизельгур промывали и тщательно измельчали. ѕропитывание его нитроглицерином происходило в дерев€нных €щиках, выложенных внутри свинцом. ѕосле смешени€ с нитроглицерином динамит протирали через решето и набивали в пергаментные патроны.

¬ кизельгуровом динамите во взрывной реакции участвовал только нитроглицерин. ¬ дальнейшем Ќобель придумал пропитывать нитроглицерином различные сорта пороха. ¬ этом случае порох тоже участвовал в реакции и значительно увеличивал силу взрыва.

 

43. –ќ“ј÷»ќЌЌјя ћјЎ»Ќј

 

ќдним из замечательнейших событий в истории техники стало по€вление в середине XIX века скоропечатной ротационной машины, позволившей в тыс€чи раз увеличить выпуск печатных изданий, прежде всего газет и журналов. Ёто изобретение, точно так же как создание в свое врем€ √утенбергом первого книгопечатного станка, имело огромное вли€ние на все стороны жизни человечества. ¬ самом деле, быстрое развитие образовани€ и распространение его в широких народных массах в XVIII?XIX веках создавало громадную потребность в печатном слове, что повлекло за собой увеличение тиража книг и газет. ћежду тем старый печатный станок претерпел очень мало изменений с XVI века и был плохо приспособлен к тому, чтобы удовлетворить назревшую потребность. ћногие типографы в XVIII веке ломали голову над тем, как увеличить его производительность и создать скоропечатную машину. ¬ерный путь был в конце концов найден ‘ридрихом  енигом, сыном небогатого прусского фермера. ѕ€тнадцати лет он поступил учеником в типографию, и с этого времени вс€ его жизнь была св€зана с печатным делом. ≈ще в 1794 году  ениг сделал первое усовершенствование, создав модель печатной машины с непрерывным, при помощи зубчатых колес, подниманием и опусканием пиана (пресса). ќднако прошло много лет, прежде чем ему удалось применить свое изобретение на практике. ¬се хоз€ева немецких типографий, к которым  ениг обращалс€ за поддержкой, отвечали ему отказом. ¬ 1806 году он перебралс€ в Ћондон, и только здесь на его изобретение обратили внимание.

¬ 1807 году три лондонских типографии дали  енигу деньги на постройку печатающей машины. ¬ 1810 г., при помощи магистра математики јндре€ Ѕауэра,  ениг собрал скоропечатный станок, который за счет различных улучшений в конструкции мог производить до 400 оттисков в час. ќднако этого было недостаточно. Ќужна была принципиально нова€ схема, котора€ позволила бы полностью или почти полностью исключить ручной труд. ¬ старом станке, как мы помним, процесс печатани€ происходил при помощи р€да плоских досок, на плоский талер ставилс€ набор при помощи плоского декел€, с плоским же рашкетом к набору, намазанному краской, прижималс€ плоским пианом лист бумаги. ќсобенно много времени уходило на намазывание набора краской Ч его посто€нно приходилось выдвигать из?под пресса и снова задвигать на место. —начала  ениг попыталс€ ускорить эту операцию за счет того, что краска на набор стала наноситьс€ с помощью специального покрасочного валика. ¬озможно, отталкива€сь от этой идеи, он решил и пресс сделать не плоским, а цилиндрическим в виде барабана. ¬ этом состо€ла сама€ важна€ находка  енига. ¬ 1811 году он создал первую скоропечатную машину цилиндрического типа, в которой лист бумаги, будучи положен на цилиндр (барабан), прокатывалс€ этим цилиндром по укрепленной на талере форме с набором, принимающим краску с вращающегос€ валика. »з прежних плоских досок в новой конструкции осталс€ только талер, на который ставилс€ набор, плотно заключенный в металлическую раму. «амена плоских поверхностей вращающимис€ цилиндрами позволила сразу в несколько раз увеличить производительность станка.

ћашина  енига была дл€ своего времени насто€щим шедевром инженерной мысли, тем более удивительным, что почти все операции она производила автоматически. ѕри вращении главного колеса приходил в действие сложный механизм из целой системы зубчатых колес и зубчатых передач, двигавший в нужном направлении и в нужные моменты все работающие части машины. ќсновными ее узлами были покрасочный аппарат и печатающий барабан. ћежду ними взад и вперед двигалась тележка?талер с набором. ѕрин€в краску от красочного аппарата, талер задвигалс€ под печатающий барабан, который прокатывал по нему лист бумаги. “аким образом в общих чертах происходил процесс печатани€.

 расочный аппарат состо€л из длинного €щика с краской и нескольких валиков, последовательно передававших эту краску друг другу. ¬ерхний металлический валик находилс€ в самом красочном €щике. ѕри вращении на него попадал слой краски, которую по надобности можно было выпускать из €щика в щель, дела€ эту щель то толще, то тоньше. — металлического валика краска подавалась на тонкий валик, который затем спускалс€ с ней на вал, вращавшийс€ внизу и двигавшийс€ не только вокруг своей оси, но также и вдоль нее. — него краска сходила на голый металлический цилиндр, а уже оттуда попадала на два упругих барабана, которые растирали ее и распредел€ли по набору ровным слоем. “акое сложное устройство красочного аппарата объ€сн€лось тем, что его функци€ в ускорении печатань€ была очень велика.  раски на набор должно было поступать ровно столько, сколько необходимо дл€ получени€ отчетливого оттиска. ≈е не могло быть больше, поскольку в этом случае листки стали бы пачкать друг друга.  раска должна была хорошо растиратьс€ и распредел€тьс€ по набору равномерно.

–оль печатающего барабана заключалась в том, чтобы захватить лист чистой бумаги и прокатать его по набору. Ќа его поверхности располагались специальные захватки, которые то поднимались, то опускались, в зависимости от положени€ барабана. ¬ то врем€, когда талер с печатной формой находилс€ под красочными валиками, печатающий барабан оставалс€ неподвижен и захватки его были подн€ты. Ќакладчик, сто€вший на высокой скамейке, брал лист бумаги из запаса, лежащего от него по правую руку, и клал ее на косую плоскость довольно близко к цилиндру, чтобы бумага могла быть вз€та захватками. ѕри движении талера назад барабан начинал вращатьс€. “огда захватки наподобие пальцев накладывались на лист и увлекали его за собой. Ћист бумаги обволакивал барабан и крепко прилегал к нему, прижимаемый тесемками, которые приходились на пол€. ¬о врем€ движени€ цилиндра особые иглы (графейки) прокалывали лист посередине, удержива€ его от перекоса. ѕри своем круговращении барабан проводил лист над набором, прижима€ его. ѕосле того как лист принимал краску, зажимы поднимались, а тесемки переводили бумагу на другой прибор Ч «ракет» (приемник), представл€вший из себ€ р€д длинных плоских пальцев; эти пальцы, после перехода на них печатного листа, поднимались и опрокидывали его на стол, где листы ложились друг на друга печатью вверх.

“ем временем талер вновь отодвигалс€ под красочный аппарат. „тобы при этом обратном движении набор и барабан не соприкасались, одна из сторон последнего была чуть?чуть срезана. ¬о врем€ прохода талера барабан, обращенный срезами книзу, оставалс€ неподвижен. Ќо когда набор становилс€ под красочный аппарат, барабан возвращалс€ в первоначальное положение, приоткрыва€ захватки дл€ приема бумаги. “аким образом протекала работа на первой машине  енига. ѕосле того как все листы получали оттиски на одной стороне, их вновь пропускали через машину и печатали на обороте.

»зобретение  енига заинтересовало прежде всего владельцев крупных газет. ¬ 1814 году  ениг собрал дл€ типографии «“аймс» две цилиндрические машины, которые печатали со скоростью 1000 оттисков в час. «атем он изобрел машину с двум€ цилиндрами, печатавшую одновременно с двух сторон листа. «аказы на нее стали поступать из разных стран. –азбогатев,  ениг в 1817 году вернулс€ в √ерманию и основал в ¬юрцбурге первую фабрику по производству типографских машин. ƒо своей кончины (в 1833 году) он успел наладить производство печатных машин, печатающих двум€ красками.  омпаньон  енига Ѕауэр еще более усовершенствовал его изобретение. ќчень скоро по€вились машины, в которых роль рабочего?накладчика была вовсе устранена, и бумага подавалась на цилиндры пневматическим аппаратом, который присасывал к себе край листа. ѕосле того как клапаны на барабане захватывали лист, аппарат отстран€лс€ и автоматически подносил следующий лист. ƒалее было введено еще одно важное усовершенствование в виде присоедин€вшегос€ к машине фальцовочного аппарата, который при передаче в него ракетом листов фальцевал их, то есть перегибал на нужное число сгибов со скоростью печатани€ листов. “аким образом, работа самой сложной скоропечатной машины складывалась из следующих операций: самонакладчик автоматически подавал лист на цилиндр, затем, после напечатани€ одной стороны, при помощи системы тесемок лист переходил на второй, расположенный р€дом цилиндр, прижима€сь к нему напечатанной стороной; этот второй цилиндр проводил лист над той же формой, на том же талере, заставл€л текст отпечататьс€ с другой стороны; после чего лист поступал на ракет; оттуда Ч в фальцовочный аппарат. ƒвижуща€ сила машин была различна. ¬ начале XIX века их вращали рабочие?"вертельщики"; затем стали примен€ть паровой двигатель, движение от которого передавалось при помощи бесконечного ремн€.

¬ середине XIX века, когда объемы печатной продукции колоссально возросли, самые быстрые скоропечатные машины, делающие 2000 оттисков в час, уже казались недостаточно производительными.  онечно, можно было поставить вторую и третью машины, но такое решение проблемы оказывалось очень дорогосто€щим. ¬ыход был найден в создании ротационной машины, в которой не осталось ни одной плоской поверхности, и даже талер был заменен вращающимс€ барабаном. ¬ 1846 году англичанин ќгастус јпплегат придумал первую такую машину с большим вертикальным цилиндром. Ќа этом цилиндре с помощью перегородок устанавливалс€ набор. ¬округ цилиндра располагались как валики дл€ краски, так и восемь меньших цилиндров, на которые накладчики подавали листы. «а один оборот большого цилиндра набор проходил мимо восьми меньших цилиндров с положенной бумагой и выдавал сразу восемь листов. ¬ час на этой машине можно было получить 12000 оттисков (но только с одной стороны). ¬плоть до 1862 года на такой машине печаталась «“аймс». «атем она была заменена более мощной машиной американца –оберта √оэ, работавшей примерно по тому же принципу. √лавный цилиндр с набором, укрепленным планками и винтами, сто€л горизонтально, как в обычной печатной машине, а вокруг него располагались дес€ть цилиндров дл€ накладки бумаги, на которой отпечатывалс€ текст с набора на главном цилиндре по мере протаскивани€ его по каждому из дес€ти меньших цилиндров. √лавный вал машины √оэ имел диаметр полтора метра. Ќакладчики бумаги сто€ли в п€ть этажей с двух сторон машины. «а свои гигантские размеры она была прозвана ћамонтом.

¬ сущности, машина јпплегата была уже первой ротационной машиной (от rotation Ч круговращение), поскольку все ее главные части прин€ли форму вращающихс€ на оси цилиндров. Ќо она имела два существенных недостатка, замедл€ющих ее работу: набор, расположенный на цилиндре, не был закреплен достаточно прочно и при очень быстром вращении мог рассыпатьс€, а подача бумаги происходила вручную отдельными листами. ѕервое из этих неудобств было преодолено после изобретени€ стереотипа Ч набора, который, в отличие от прежнего, не составл€лс€ из отдельных литер, а целиком отливалс€ из металла. ¬ 1856 году ƒжон ¬альтер установил, что если мокрый картон вдавить в литеры матрицы, а затем просушить его в печи, то полученна€ доска из папье?маше может служить формой дл€ отливки стереотипов. ƒл€ этого поверх набора, зажатого в стальную раму, накладывали лист особым образом приготовленного мокрого картона и жесткими щетинами били по нему до тех пор, пока шрифт не вдавливалс€ в его поверхность. «атем раму с картоном зажимали в пресс и вдвигали в нагретый станок.  огда картон высыхал, его снимали с рамы. ѕри этом на нем оставалс€ вполне точный вдавленный отпечаток всего набора. ѕолученную таким образом матрицу помещали в отливную форму, так что она образовывала два полуцилиндра, заливали в нее расплавленный металл и получали два полуцилиндра, на каждом из которых до последней мелочи был отлит набор одной рамы. Ёти полуцилиндры крепили к валу ротационной машины.

„то касаетс€ второй проблемы, то раньше других ее удалось разрешить ¬иль€му Ѕуллоку, который в 1863 году создал новый тип подлинно ротационной машины, печатающей не на отдельных листах, а сразу на обеих сторонах бесконечной бумажной ленты. –улон ее был надет на быстро вращающийс€ стержень. ќтсюда бумажна€ лента поступала на цилиндр, прижимавший ее к другому цилиндру с расположенным на нем круглым, состо€щим из двух полуцилиндрических, стереотипом. »так, все основные узлы в машине Ѕуллока были выполнены в виде быстро вращающихс€ цилиндров. Ѕлагодар€ этому она печатала более 15000 оттисков в час. ¬ дальнейшем была достигнута скорость в 30000 оттисков (така€ машина за 3 минуты обрабатывала бумажную ленту длиной в 1 км). Ќо кроме скорости ротационна€ машина имела множество других преимуществ. Ѕумагу можно было пустить через несколько цилиндров и сразу печатать не только с двух сторон, но и несколькими разными красками. Ќапример, полоса бумаги, пройд€ цилиндр с основной формой дл€ одной стороны и прин€в черную краску, проходила другой цилиндр, печатавший черной краской на обороте, затем поступала к третьему Ч печатавшему красной краской, и так далее.  огда бесконечна€ полоса бумаги принимала все краски, она поступала на последний цилиндр, на котором был установлен нож, разрезавший полосу на листы. ѕотом разрезанные листы переходили в фальцовочный аппарат, составл€вший часть машины, и здесь перегибались нужное число раз, после чего машина выбрасывала готовую сложенную газету или лист книги.

 

44. Ћ»Ќќ“»ѕ

 

»зобретение Ѕуллока вскоре было дополнено важными нововведени€ми в наборном деле. ¬плоть до начала XIX века изготовление литер и набор оставались ручными и мало изменились по своей сути со времен √утенберга. ћежду тем в середине XIX века среди издателей отдельных газет (в особенности в јмерике) развернулась ожесточенна€ конкуренци€, котора€ привела к стремлению давать наиболее свежий материал: все, что случилось накануне и даже ночью, должно было найти место в утренней газете. ƒл€ этого надо было не только довести до быстроты курьерского поезда печатание газет, но и сам набор производить так, чтобы последние ночные новости в несколько минут были не только набраны, но также сверстаны и вставлены в полосы газет. –учной наборщик, набиравший в час не более 1000 букв, то есть 23 строки, дл€ этого не годилс€. —начала пытались ускорить его работу отливкой наиболее ходовых слогов (так называемых логотипов), но это мало помогало делу, так как увеличивало количество отделений в наборной кассе и потому только усложн€ло работу. “огда по€вилась мысль механизировать процесс набора.

¬ 1822 году английский инженер „ерч после п€тнадцатилетних трудов сконструировал первую, еще несовершенную, наборную машину. Ёто изобретение произвело на современников большое впечатление, и газеты поместили обсто€тельное описание механического наборщика.

ћашина „ерча состо€ла из устойчивой дерев€нной рамы (двух перпендикул€рных столбов, св€занных перекладинами), сто€щей на подножках, и приводилась в действие нажимом на педаль. ¬ верхней ее части находились пюпитры, на которых были расположены пеналы с литерами. Ќа нижнем бруске рамы помещалась клавиатура, ее кнопки удерживались в надлежащем положении посредством спиральных пружин. ”даром по клавише нижн€€ литера освобождалась из пенала на переднюю часть пюпитра и особым приспособлением направл€лась на его середину. Ќажатием ручки литера отсюда попадала в собирательный канал. “аким образом, из всех ручных операций, которые приходилось выполн€ть наборщику, здесь была механизирована только одна Ч поиск и подача литеры. ѕрактического применени€ машина „ерча не получила, но ее конструкци€ послужила отправной точкой дл€ всех последующих изобретателей. ¬ течение нескольких лет было создано еще несколько наборных машин, но все они имели весьма существенный недостаток Ч в них не была продумана разборка набора и распределение литер по отделени€м кассы, а ведь именно эта работа отбирала у наборщика очень много времени.

¬ажным шагом к разрешению этой задачи стало изобретение датского наборщика ’ристиана —оренсена, который в 1849 году создал свою наборную машину «“ахеогипом». Ёта машина помещалась на столе и напоминала пианино. ¬ середине была устроена воронка, поставленна€ отверстием кверху. ¬ воронке помещались два цилиндра, внизу наборный, а вверху Ч разборный. ќба приводились в движение посредством зубчатого колеса. –€дом с каждым цилиндром помещалось одинаковое число пр€мосто€щих медных реек (120 штук) с выступающим стержнем в виде ласточкиного хвоста.  ажда€ литера имела особые прорези (сигнатуры), соответствующие форме какого?либо из стержней, они нанизывались на эти стержни одна задругой и направл€лись в середину аппарата.  огда рабочий удар€л по какой?то клавише, освобождалась надлежаща€ буква, котора€ затем попадала через желобок в воронку, а оттуда на верстатку.  огда строка заканчивалась, второй наборщик выравнивал ее. –азборка шрифта происходила одновременно с набором. –азборный цилиндр имел столько же каналов, сколько было литер. Ќад каналами верхнего цилиндра находилась металлическа€ касса, прорези в которой соответствовали сигнатурам литеры. –азбираема€ строка продвигалась по металлической полосе, и кажда€ буква попадала в соответствующее отверстие, где нанизывалась на стержень.

»де€ сигнатур оказалась очень плодотворной и получила применение в позднейших наборных и словолитных машинах, но сама машина —оренсена почти не примен€лась. Ѕолее широкое распространение получила машина ‘резера, фактически состо€вша€ из двух Ч наборной и разборной.

¬ наборной машине литеры помещались р€дами в каналах, расположенных горизонтально. –€ды литер подталкивались к отверсти€м каналов особым пружинным устройством. ” отверстий каналов имелись приспособлени€, выталкивающие литеры; последние с каждым ударом клавиши падали одна за другой между ребрами воронки и попадали в собиратель. ¬ыравнивание строк производил второй наборщик. —овершенно новый принцип применил ‘резер дл€ разборной машины. –азбор происходил посредством работы на клавиатуре. “ам, где на наборной машине находились каналы с литерами, в разборной машине находилась гранка с разбором. ќт последней особым приспособлением отдел€лись форматные строки и устанавливались в одну длинную строку, подходившую к воронке, имевшей опрокинутый вид. –азбираемые литеры попадали в каналы переносных магазинов не пр€мо, а размещались вначале в распределител€х. ћашина ‘резера оказалась одной из лучших. ќна получила распространение в јнглии и јмерике и употребл€лась во многих типографи€х вплоть до начала XX века.

ѕеред всеми создател€ми наборных и словолитных машин сто€ло труднейшее преп€тствие, мешавшее полной механизации процесса набора Ч как добитьс€ того, чтобы все строки имели одинаковую длину? ƒаже в самых лучших машинах эту операцию приходилось выполн€ть вручную. “олько в 1872 году американец ћеррит √елли запатентовал машину с автоматическим выравниванием строк. –ешение, найденное им, оказалось гениальным по своей простоте. ¬место пробела (когда надо было отделить одно слово от другого) из магазина машины подавалс€ плоский клин, более толстый книзу и тонкий кверху, который становилс€ в р€д с матрицами.  огда набор строки заканчивалс€, достаточно было надавить на литеры. ѕри этом клинь€ передвигались, так что рассто€ни€ между словами увеличивались и строки получали определенную одинаковую длину.

ќдновременно с наборными машинами совершенствовалась техника отливки литер. ¬ 1838 году американец ƒавид Ѕрэс изобрел литеролитную машину, котора€ затем вошла во всеобщее употребление. ¬ машине находилс€ небольшой плавильный тигель с расплавленным металлом дл€ литер (он состо€л из 70 частей свинца и 30 частей сурьмы). ¬се операции машина выполн€ла автоматически при повороте рабочего колеса. ¬о врем€ первой части движени€ поднималс€ поршень насоса, и в насос проникал расплавленный металл. ѕри этом подвигалась литерна€ форма, отверстие которой примыкало пр€мо к отверстию трубки, выбрызгивающей расплавленный металл. «атем поршень опускалс€, и металл попадал в литейную форму. ѕосле этого форма отодвигалась, раскрывалась и выкидывала букву. Ќо каждую литеру затем еще необходимо было отшлифовать и обрезать по ее кра€м лишний металл. Ёта работа проводилась уже вручную. ћашина Ѕрэса примен€лась в течение 50 лет. ѕравда, уже в 1853 году ƒжонсон создал комплексную словолитную машину, в которой не только отливка, но и дальнейша€ обработка литер происходила автоматически.

ƒолгое врем€ словолитные и наборные машины развивались независимо друг от друга. ќднако подлинный переворот в наборном деле произошел только после того, как по€вилась иде€ объединить две эти машины в одну. ¬ 1886 году подмастерье часовых дел ќттмар ћаргенталер из Ѕалтимора, использу€ конструкторские находки многих своих предшественников, создал машину, котора€ получила название «линотип». ќна не составл€ла строки из литер, а отливала их целиком, что сразу резко повысило производительность набора. Ќа линотипе ћаргенталера работа шла так. Ќаборщик, сид€ перед клавиатурой и име€ перед глазами оригинал набора, удар€л по той или иной клавише. ѕри каждом ударе из магазина, расположенного наклонно вверху машины над клавиатурой, выпадала из своего желобка матрица и по бесконечному ремню скользила вниз к находившейс€ по левую сторону от наборщика верстатке (собирателю матриц). ѕо окончании строки наборщик нажимом рычага переводил всю строку матриц к отливочной форме, около которой находилс€ котелок с расплавленным типографским металлом.  огда строка матриц устанавливалась перед отливной формой, происходило выравнивание ее длины с помощью плоских клиньев так, как это было описано выше. ѕосле этого отливочна€ форма прижималась к отверстию у тигл€. »з котелка металл приливалс€ к матрицам, строка отливалась, затем тут же застывала, обрезалась, шлифовалась и еще в гор€чем виде выталкивалась на строкособиратель, станов€сь в р€д с другими ранее отлитыми строками. ћежду тем клинь€ отдел€лись от матриц и становились на свое место, особа€ рука захватывала матрицы, поднимала их к верхнему краю магазина и благодар€ особым нарезам на матрицах, различным дл€ каждой матрицы, последние, скольз€ по бесконечному винту, попадали кажда€ в свой желоб.

Ћинотип имел дл€ каждой матрицы несколько типов и размеров шрифтов и давал возможность набрать газету с начала до конца, с заголовками, подзаголовками, объ€влени€ми и прочим. ќпытный наборщик успевал набрать на нем до 12000 букв за час. “акое значительное ускорение по сравнению с ручной работой было чрезвычайно важно и отвечало давно назревшей потребности. «а это говорит также коммерческий успех нового изобретени€. Ќесмотр€ на свою сложность и значительную стоимость, линотипы получили широкое распространение по всему миру. ”же в 1892 году их было выпущено более 700 штук.

 

45. ѕ»Ў”ўјя ћјЎ»Ќ ј

 

ћашинна€ революци€ в 70?е годы XIX века затронула даже такую, казалось бы, далекую от техники область, как письмо. »спокон веков человек пользовалс€ дл€ начертани€ письменных знаков только своей рукой. — изобретением пишущей машинки он мог поручить эту операцию механизму. ¬место того чтобы выписывать буквы, теперь достаточно было ударить по нужной клавише. ѕо€вление пишущей машинки привело к значительным сдвигам во многих област€х человеческой де€тельности и подн€ло на более высокий уровень культуру делопроизводства. —корость и качество канцел€рской работы возросли в несколько раз. ¬ самом деле, научитьс€ писать может каждый, но не все могут писать быстро и в то же врем€ четко, разборчиво и красиво. ћежду тем распространение письменных сношений между людьми, увеличение числа деловых бумаг и коммерческой корреспонденции, требующих особой отчетливости рукописи, а также многие другие причины (например, желание ускорить работу наборщиков, которые, набира€ текст со слепой рукописи, часто работали медленно и делали ошибки) вызвали стремление изобрести буквопечатающую машину, котора€ была бы доступна каждому и позвол€ла бы сразу и быстро получать один или несколько экземпл€ров аккуратной и быстро читаемой рукописи. Ќесколько моделей пишущих машин по€вилось еще в XVIII веке, но они работали настолько медленно, что не могли иметь практического значени€.

ќдна из первых известных пишущих машинок была собрана в 1833 году французом ѕрогрином. ≈го ктипограф состо€л из 88 рычагов, соединенных с буквенными и цифровыми штемпел€ми. –ычаги располагались по окружности и передвигались вдоль и поперек листа бумаги на особых салазках. ѕон€тно, что работать на такой машинке было трудно и неудобно. ¬ 1843 году Ўарль “урбер вз€л патент на изобретенную им печатную машинку, предназначенную дл€ слепых. »менно ему принадлежала очень плодотворна€ иде€ рычажной передачи движени€ букв, примененна€ позже во всех пишущих машинках. Ѕыли и другие конструкции печатающих устройств. ќднако пишуща€ машинка в современном смысле этого слова по€вилась только тридцать лет спуст€, и не в ≈вропе, а в јмерике.

¬ 1867 году два американских типографщика Ћеттам Ўоулз и —амуэль —улле изобрели машину дл€ печатани€ номеров, которую можно было использовать дл€ нумерации страниц, а также дл€ печатани€ номеров и серий банковских билетов. ќдин из знакомых Ўоулза, заинтересовавшись новым устройством, предложил им, использу€ принцип этой простой печатной машинки, создать пишущую машину, котора€ вместо знаков и цифр могла бы печатать буквы и слова. Ёта мысль увлекла Ўоулза. ѕоначалу он продолжал работать вместе с —улле.

Ћетом была готова перва€ однобуквенна€ печатающа€ машинка. ќна состо€ла из старого телеграфного ключа в форме клавиши, стекл€нной пластинки и некоторых других частей. Ўоулз клал на стекл€нную пластинку угольную ленту и тонкий лист белой бумаги, затем, двига€ одной рукой бумагу, он другой нажимал на телеграфную клавишу, на которой находилась вырезанна€ из латуни буква "B". ¬ результате на бумаге получалс€ оттиск. ќсенью того же года был создан первый образец многобуквенной пишущей машинки. ќна работала настолько хорошо, что писала быстро и отчетливо, но была еще очень неудобна дл€ практического использовани€, так как имела плоскую клавиатуру (как на пианино) и печатала только большими буквами. ¬ 1868 году на эту машинку был получен патент, после чего —улле потер€л к ней интерес. Ќо Ўоулз решил во что бы то ни стало создать такой образец машинки, который можно было бы запустить в производство. ќдин из его знакомых, ƒексимор, оказал ему финансовую поддержку. Ўоулз с головой ушел в работу. ¬ следующие п€ть лет он изготовил около 30 моделей машинок, причем кажда€ следующа€ была лучше, чем предыдуща€, но по?прежнему далека от совершенства.

“олько в 1873 году была создана достаточно надежна€ и удобна€ модель пишущей машинки, которую Ўоулз предложил известной фабрике –емингтона, выпускавшей оружие, швейные и земледельческие машины. ¬ 1874 году перва€ сотн€ машинок уже была пущена в продажу. «наменитый американский писатель ћарк “вен был одним из первых ее покупателей. »менно на ней он отпечатал своего «“ома —ойера». ¬озможно, это было первое классическое, сочинение созданное за пишущей машинкой. ќднако в целом положение оставалось не совсем удовлетворительным. ≈ще восемь лет пришлось приучать публику к этой удивительной технической новинке. ћного машинок из первой серии было возвращено в магазины, некоторые с испорченными част€ми. ƒолгое врем€ на пишущие машинки смотрели как на предмет роскоши. Ќо постепенно положение мен€лось. ƒеловые конторы, фирмы и банки были первыми, кто по достоинству оценил новое изобретение. ”же в 1876 году был налажен массовый выпуск машинок. ѕервые «ремингтоны», хот€ имели такой же принцип действи€, как современные печатные машинки, все же отличались некоторыми специфическими особенност€ми. Ќапример, текст в них печаталс€ под валиком и не был виден. „тобы посмотреть на работу, надо было приподн€ть тележку, дл€ этой цели расположенную на шарнирах. ѕон€тно, что это было не совсем удобно.

ћежду тем пример Ўоулза вдохновил и других изобретателей. ¬ 1890 году ‘ранц ¬агнер получил патент на машинку с горизонтально лежащими буквенными рычагами и с видимым при печатании шрифтом. ѕрава на ее производство он продал фабриканту ƒжону ”ндервуду. Ёта машинка оказалась настолько удобной, что вскоре стала пользоватьс€ массовым спросом и ”ндервуд заработал на ней огромное состо€ние. —ам изобретатель не был, впрочем, так удачлив и умер в бедности. — 1908 года «–емингтон» тоже стал выпускать машинки с видимым шрифтом. ѕосле «”ндервуда» по€вились пишущие машинки других фирм, в том числе несколько европейских разработок. Ќо в первые дес€тилети€ своего существовани€ это изобретение более соответствовало американскому образу жизни. ѕо крайней мере, вплоть до начала XX века львина€ дол€ всех производимых и покупаемых машинок приходилась на —Ўј. ѕринцип действи€ у всех этих машинок в общих чертах был один и тот же.

Ќаверное, нет человека, который бы не видел работы пишущей машинки. ѕоэтому нет нужды подробно описывать ее действие и устройство. √лавные части машинки составл€ли: клавиатура с системой рычагов, каретка с валиками дл€ бумаги и чугунна€ оправа механизма, установленна€ на дерев€нной доске.  аретка (подвижна€ тележка, несуща€ бумагу) несла на себе твердый каучуковый цилиндр и параллельный ему дерев€нный валик, между которыми и проходила бумага. ѕри работе машинки каретка автоматически двигалась справа налево после оттиска каждой буквы. ѕри нажатии на определенную клавишу, поднималс€ св€занный с ней рычаг, который имел на себе стальную вырезанную букву. Ёта буква удар€ла по резиновому валику, по которому передвигалась бумага. ¬се буквы били в одну точку, так как были расположены по образующей цилиндра. ћежду бумагой и буквой автоматически проходила специальна€ лента, пропитанна€ черной или цветной краской. —тальна€ буква, удар€€ в ленту, отпечатывала на бумаге свой оттиск. Ќа каждом рычаге помещались две буквы. ƒл€ того чтобы напечатать вторую надо было сдвинуть нажимом на особую клавишу каучуковый цилиндр (переместить его в верхний регистр).

ѕри ударе по клавише не только приходил в движение соединенный с ней рычаг, но путем зубчато?конического зацеплени€ поворачивалась на определенный угол катушка с лентой, котора€ сматывалась с одной из них и наматывалась на другую, так что следующа€ буква удар€лась по другому месту ленты.  огда вс€ лента проходила под шрифтом, особым рычагом мен€лось направление ее движени€, и катушки начинали вращатьс€ в обратную сторону. ќдновременно с движением ленты навстречу ей под действием пружины перемещалс€ упругий резиновый валик, несомый кареткой и поддерживающий бумагу. ќбратное движение каретки производилось от руки.

“аким образом, каждое нажатие на клавишу вызывало сразу три действи€ машинки: 1) буква оставл€ла оттиск на бумаге; 2) каретка смещалась на один шаг влево; 3) перемещалась лента. ¬се это достигалась благодар€ взаимодействию различных частей пишущей машинки, главными из которых были печатающий механизм, шаговый механизм и ленточный механизм. –ассмотрим кратко, как происходила работа каждого из них.

ѕередвижение каретки осуществл€лось за счет пружины, шагового колеса (21) и двух собачек. ѕосле того как происходило нажимание на клавишу, в момент удара буквенного рычага о вал, задерживающа€ собачка (20) соскакивала с зубца шагового колеса. ќдновременно зубец шагового колеса входил в зубец пропускной собачки, котора€ останавливала каретку дл€ напечатывани€ буквы. ¬след за ударом (напечатыванием) и отскоком буквенного рычага от вала, каретка продвигалась влево на один зубец шагового колеса, которое вместе с кареткой вновь задерживалось собачкой (20) до следующего удара.

¬ то же врем€ при ударе по клавише (1) клавишный рычаг (3) опускалс€ вниз и через нипель (26) передавал движение промежуточному рычагу (5) по направлению, указанному стрелкой. Ќипель промежуточного рычага (6) в свою очередь давал толчок буквенному рычагу (9), который плечом рычага (16) отодвигал дугу сегмента (17) и приводил в действие шаговый механизм с пропускной и задерживаемой собачками. ѕри следующем ударе по клавише повтор€лась та же работа печатающего устройства. ѕосле того как клавишу отпускали, пружина (22) ставила клавишный рычаг в исходное положение, таким образом возвраща€ в исходное положение всю систему рычагов.

“ем же нажатием клавиши, как уже говорилось, приводилс€ в действие ленточный механизм, назначение которого состо€ло в том, чтобы непрерывно переводить ленту с одной катушки на другую, подставл€€ дл€ нового удара буквенного рычага по бумаге свежее крас€щее место. ѕри каждом ударе по клавишному рычагу центральный стержень (2) поворачивалс€, сообща€ свое движение посредством шестеренок (5 и 30) боковому стержню (29), на котором была насажена катушка с лентой (24).

 

46. ∆≈Ћ≈«ќЅ≈“ќЌ

 

»зобретению железобетона предшествовало открытие цемента Ч особого в€жущего вещества, способного затвердевать после добавлени€ к нему воды. ¬ 1796 году англичанин ѕаркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент Ч первую в истории марку цемента. ¬ последующие годы были открыты новые рецепты получени€ цемента. —мешанный в определенных пропорци€х с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон. Ѕлагодар€ своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, котора€ потом сохран€лась после застывани€) бетон в первой половине XIX века широко вошел в употребление при строительных работах.  онструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и долговечностью. Ќо они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на раст€жение, поэтому их использование было достаточно ограниченным. Ѕетон примен€ли в основном дл€ сооружени€ тонких перегородок и балок пролетом до 4 м. ќсновным материалом дл€ несущих конструкций служило железо в виде разного рода кованых стержней и полос. ¬ отличие от бетонных, железные конструкции прекрасно выдерживали нагрузку на сжатие, раст€жение и изгиб, но на открытом воздухе они быстро тер€ли эти качества из?за коррозии.   тому же было замечено, что при нагревании свыше п€тисот градусов железо становитс€ текучим и тер€ет свою прочность. ¬ результате, при сильных пожарах высотные дома, где несуща€ нагрузка была возложена на железные части, разрушались.   концу XIX века стала ощущатьс€ сильна€ потребность в новом строительном материале, который сочетал бы в себе достоинства железа и бетона, но не имел бы их недостатков. »менно таким материалом и стал железобетон. ѕримен€€ по отдельности бетон и железо, строители долго не задумывались над тем, что их можно соединить вместе.   этому пришли опытным путем. ћежду тем положенна€ в опалубку арматура легко обволакивалась бетоном и оказывалась включенной в его массу. ¬следствие большой силы сцеплени€ железа с бетоном оба материала начинали работать как одно целое (очень важно, что бетон и железо имеют одинаковый коэффициент температурного расширени€).

¬первые патент на использование железобетона вз€л в 1854 году английский штукатур ¬иль€м ”илкинсон. ¬ дальнейшем он широко примен€л железобетон при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ќьюкастле?на?“айне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций »з железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрыти€, но также лестницы, ступени и дымова€ труба. ѕо всей видимости, это был первый в истории железобетонный дом. ќднако открытие ”илкинсона не получило широкого распространени€ и осталось незамеченным. ќдновременно с ”илкинсоном свои опыты с железобетоном начал во ‘ранции строительный подр€дчик  уанье. ќн построил с использованием этого материала несколько зданий, а в 1861 году опубликовал небольшую брошюру «ѕрименение бетона в строительном искусстве», в которой, в частности, писал, что железные стержни, включенные в бетон, увеличивают несущую способность бетона. Ќо открытие  уанье тоже не имело продолжени€. ≈го фирма разорилась.

„есть открыти€ железобетона св€зываетс€ поэтому с именем другого француза Ч ∆озефа ћонье. ≈сть кака€?то странна€ ирони€ в том, что два профессиональных строител€, несмотр€ на все усили€, не смогли внедрить в строительную практику железобетон, но зато это удалось сделать человеку, весьма далекому от строительства, который и изобретение свое сделал совершенно случайно. ћонье работал садовником в садоводческой фирме «Ѕрать€ ‘лер» в ¬ерсале. — 1861 года он начал проводить опыты по изготовлению из песка и цемента садовых кадок. ¬скоре ему удалось сделать бетонную кадку, в которой было посажено апельсиновое дерево. —пуст€ некоторое врем€ ћонье обнаружил трещины в стенках этой кадки. “огда он укрепил ее железными обручами из проволоки. ∆елезо вскоре стало ржаветь, образу€ гр€зно?бурые п€тна и подтеки на поверхности кадки. „тобы улучшить ее внешний вид, ћонье обмазал ее сверху цементным раствором. ѕолучивша€с€ таким образом железоцементна€ кадка оказалась настолько хороша, что ћонье пришел к мысли и впредь делать кадки подобным образом.

—уществует мнение, что ћонье действовал не только опытным путем, но был знаком с работой  уанье и заимствовал его идею. Ќо, как бы то ни было, ему повезло больше. ћонье не только заслужил официальную славу создател€ железобетона, но и сумел извлечь из своего изобретени€ некоторые материальные выгоды. ¬ 1867 году он вз€л свой первый патент на переносные садовые кадки из железа и цементного раствора. Ќе успокоившись на этом, он начал производить с этим материалом новые эксперименты. ¬ 1868 г. ћонье построил в ћайсонс?јлфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году вз€л патент на железоцементный резервуар и трубы. ¬ 1869 г он сделал патентную за€вку на железоцементные плиты и перегородки и построил железоцементное перекрытие над своей мастерской. —трого говор€, с современной точки зрени€, все эти изобретени€ еще не были железобетоном. ћонье, не будучи профессиональным строителем, имел весьма смутные пон€ти€ о том, как взаимодействуют между собой бетон и железо. ќн, к примеру, рекомендовал укладывать проволочную сетку в плите строго посередине ее сечени€, в то врем€ как рациональнее всего было располагать ее в нижней части конструкции. ќднако это ни в коей мере не принижает его славы как первооткрывател€ одного из самых замечательных и широко используемых строительных материалов XX века. ƒействительно Ч до ћонье над созданием железобетона работало несколько изобретателей, но именно ему принадлежит заслуга его разностороннего практического применени€. –аз добившись успеха, ћонье в дальнейшем посто€нно думал над расширением сферы применени€ своего изобретени€. ¬ 1873 году он получил патент на железобетонный мост, а в 1875 году представил экспертной комиссии его модель, котора€ выдержала испытание нагрузкой. ¬ том же году изобретатель построил по этой модели пешеходный мостик с пролетом 16 м и шириной 4 м. ¬ 1878 году ему был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году Ч объединенный патент на все за€вленные им ранее конструкции. “огда же он сделал за€вки на свои изобретени€ в √ермании и –оссии.

Ќельз€, впрочем, сказать, что новый материал сразу получил повсеместное признание.  рупномасштабное применение железобетона началось только в следующем веке, когда железобетонные конструкции ћонье были усовершенствованы другими инженерами и когда было разработано фундаментальное учение о железобетоне, раскрывшее его замечательные свойства. ¬ XIX веке к этому был сделан только первый шаг. ¬ 1879 году немецкий инженер ¬айс, имевший свою строительную фирму, заинтересовалс€ железобетоном и купил у ћонье патентное право на применение его системы в √ермании. ¬след за тем он скупил и все остальные его патенты. »менно благодар€ ¬айсу новый материал стал широко известен. ¬ 1886 году по указанию ¬айса были проведены научные опыты по исследованию свойств железобетона, давшие самые блест€щие результаты. ќднако действительно самосто€тельным и новым строительным материалом железобетон стал лишь после того, как ¬айс в 1887 году перенес арматуру из середины сечени€, куда ее укладывал ћонье, в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на раст€жение. »звестно, что ћонье, увидев изготовление плиты на одной из берлинских строек, запротестовал против новой технологии, сердито спросив: «—кажите, кто изобретатель этой конструкции Ч вы или €?» Ќа это ¬айс спокойно ответил: «¬ы первый соединили железо с бетоном, и поэтому € называю эту конструкцию системой ћонье, но € первый правильно расположил железо и бетон, хот€, к сожалению, € не мог получить на это патента». Ѕлагодар€ новшеству ¬айса пролет железобетонной плиты был увеличен до 5 м. — этого времени железобетонные плиты стали получать все более многогранное применение в строительстве.

∆елезобетон, например, произвел насто€щую революцию в мостостроении, позволив разрешить множество затруднений, до этого казавшихс€ непреодолимыми. –аньше дл€ сооружени€ мостов примен€ли тесаные камни точных размеров и железо специальных марок. ƒл€ укладки на место т€желых камней и элементов металлических конструкций требовались мощные подъемные механизмы и особые транспортные приспособлени€. ћежду тем применение железобетонных конструкций не требовало крупных средств, так как большую часть их компонентов составл€ли широко распространенные в природе песок и гравий, которые можно было добывать на месте строительства. ”крытое в бетон железо не ржавело и сохран€ло свою прочность намного дольше. ¬месте с тем железобетон показал высокую огнестойкость. ¬ то врем€ как железные балки быстро разрушались при сильном пожаре, железобетонные конструкции выдерживали действие сильного огн€ в течение 4?5 часов. ќгромный интерес к железобетону по€вилс€ после грандиозного пожара в Ѕалтиморе в 1904 году, когда сгорело и разрушилось около 300 больших зданий, построенных с применением открытых железных конструкций. — этого времени все несущие конструкции делали только из железобетона. Ўирочайшее применение получил железобетон и в фортификации, поскольку показал вчетверо большую прочность по сравнению с обычным бетоном.

 

47. ѕ–ќ ј“Ќџ… —“јЌ

 

ѕрокатка Ч одно из важнейших изобретений, сделанных человеком за врем€ его многовекового знакомства с металлами. ”же давно было замечено, что издели€, имеющие одинаковое сечение по всей своей длине (например, рельсы, уголки, балки, листы, пруты) гораздо проще получать пропуска€ их между двум€ валками, чем путем традиционной ковки. ћожно даже сказать, что такой способ не только самый удобный, но и вообще наилучший. Ѕез него не могло быть и речи о строительстве дешевых железных дорог, железных мостов, железных судов и еще многого и многого другого. ¬едь именно благодар€ прокатке по€вилась возможность придавать железным и стальным заготовкам полное единообразие. Ќетрудно представить, скольких усилий потребовала бы от кузнеца, например, отковка каждого рельса или колеса железнодорожного вагона. ћежду тем, с помощью проката получить такие издели€ несложно, притом в большом количестве и высокого качества. ѕоэтому уже в конце XVIII века прокатка стала одним из основных звеньев производственного цикла металлургических заводов, постепенно вытесн€€ ковку. ј зародилась она еще в средние века при изготовлении тонких листов м€гкого металла (например, свинца), которые можно было прокатывать вручную без предварительного нагрева. ƒревнейшее изображение такого простого прокатного станка можно видеть на гравюре 1615 года.

ѕрокатка в гор€чем состо€нии стала известна лишь в начале XVIII века, причем сначала этим способом готовились более или менее тонкие железные листы, но уже с 1769 года начали подобным образом прокатывать проволоку. ѕервый прокатный стан дл€ железных болванок был предложен английским изобретателем  ортом, когда он работал над своим методом пудлинговани€.  орт первый сообразил, что при изготовлении некоторых изделий рациональнее поручить молоту только отжимку шлаков, а окончательную форму придавать путем прокатки. ¬ 1783 году он получил патент на изобретенный им способ проката фасонного железа с помощью особых вальцов. »з пудлинговой печи крица поступала под молот, здесь она проковывалась и получала первоначальную форму, а затем пропускалась через вальцы. Ётот способ получил потом большое распространение. Ќо только в XIX веке техника проката была поставлена на должную высоту, что во многом было св€зано с интенсивным строительством железных дорог. “огда были изобретены прокатные станы дл€ производства рельсов и вагонных колес, а потом и дл€ многих других операций.

ѕрокатный стан Ч это машина дл€ обработки металлов давлением между вращающимис€ валками. ”стройство прокатного стана в XIX веке было несложным. ¬ращающиес€ в противоположные стороны валки захватывали добела раскаленную металлическую полосу и, сжима€сь большей или меньшей силой, проводили ее между своими поверхност€ми. ¬о врем€ прохода заготовки происходили два тесно св€занных между собой процесса. ¬о?первых, металл издели€ подвергалс€ сильному обжатию при высокой температуре, и, во?вторых, заготовка приобретала необходимую форму. ѕри этом, например, железо получало свойства, которые не имело от природы. ќтдельные зерна металла, которые до прокатки располагались в его массе в беспор€дке, в процессе сильного обжати€ выт€гивались и образовывали длинные волокна. ћ€гкое и ломкое железо становилось после этого упругим и прочным.

¬алки помещались между мощными станинами. ÷апфы валков помещались в подшипники. ќбычно нижний подшипник m был неподвижным. ¬ерхний подшипник мог передвигатьс€ вверх и вниз с помощью болтов h. ¬инт e, с помощью которого устанавливалс€ вкладыш, брал на себ€ все давление, оказываемое на него. ћежду ним и вкладышем обыкновенно вставл€лс€ предохранительный колпачок i, лопавшийс€ как только давление на вал достигало опасного предела. Ётот дешевый колпачок, который легко заменить, действовал как предохранитель от поломки других, более важных частей механизма (поломка могла легко произойти в том случае, если валки захватывали слишком толстую заготовку и не выдерживали давлени€). ѕри прокатке верхний валок лежал цапфами на хомуте d, снабженном вкладышем e и подвешенном на двух болтах. ƒл€ св€зи двух таких станин между собой служили четыре толстых болта, проходившие через отверсти€ n поперечины и закладываемые за выемку b. ƒл€ сцеплени€ валков с двигателем служила муфта. Ќижний валок приводилс€ в движение непосредственно от паровой машины, и ось ее совпадала с главной осью ее вала.   верхнему валку движение передавалось с помощью зубчатой передачи.

‘орма издели€ зависела от формы валков. ¬алки с гладкой поверхностью примен€лись дл€ изготовлени€ плоского железа, например листов. ƒл€ прокатки фигурных сортов их снабжали соответствующими цели выемками Ч калибровали. ѕроход€ между ними, заготовка получала нужную форму, то есть превращалась в полосу округлого, квадратного, продолговатого, четырехугольного или другого сечени€. Ќужный профиль придавалс€ изделию не сразу, а постепенно. Ѕолванка последовательно проходила через целый р€д валков, из которых лишь последний имел форму готового сортового железа. „ерным цветом показан профиль, который приобретал постепенно сырой металл по мере прокатки в разных валках.

  концу столети€ техника проката настолько усовершенствовалась, что этим путем стали получать не только сплошные, но и пустотелые издели€. ¬ 1885 году брать€ ћеннесманы изобрели способ прокатки бесшовных железных труб. ƒо этого трубы приходилось изготовл€ть из железного листа, Ч их сгибали и сваривали. Ёто было и долго, и дорого. Ќа стане ћеннесманов круглую болванку пропускали между двум€ косо друг к другу поставленными валками, действовавшими на нее дво€ким образом. ¬о?первых, вследствие сил трени€ между валками и заготовкой последн€€ начинала вращатьс€. ¬о?вторых, вследствие формы валков точки средней их поверхности вращались быстрее крайних. ѕоэтому, из?за косого расположени€ валков заготовка как бы ввинчивалась в пространство между ними. ≈сли бы болванка была твердой, она бы не смогла пройти. Ќо так как ее предварительно сильно разогревали до белого калени€, металл заготовки начинал скручиватьс€ и выт€гиватьс€, а в осевой зоне проходило его разрыхление Ч возникала полость, котора€ постепенно распростран€лась по всей длине заготовки. ѕройд€ через валки, заготовка насаживалась на специальный стержень (оправку), благодар€ чему внутренней полости предавалось правильное круглое сечение. ¬ результате выходила толстостенна€ труба.

„тобы уменьшить толщину стенок, трубу пропускали через второй так называемый пилигримный прокатный стан. ќн имел два валка переменного профил€. ѕри прокатки трубы рассто€ние между валками сначала постепенно уменьшалось а затем делалось больше диаметра трубы. ÷икл прокатки состо€л из двух периодов Ч рабочего и холостого. ¬о врем€ рабочего периода труба, в которую была введена спиральна€ оправка, захватывалась валками и обжималась до диаметра готовой трубы. ѕри этом стенки ее делались тоньше, а сама она выт€гивалась (валки как бы снимали слой кольцевого металла и раскатывали его до заданной толщины). «атем начиналс€ холостой период, когда диаметр калибра превышал диаметр трубы. ¬ это врем€ заготовка выходила из контакта с валками и обработка данного участка заканчивалась. «аготовка продвигалась вперед и поворачивалась вокруг оси на 90 градусов (дл€ более равномерной отделки). ÷икл таким образом повтор€лс€ на последующих участках трубы.

 

48. Ќ≈‘“≈ѕ–ќ¬ќƒ

 

¬о второй половине XIX века получил новое развитие древний трубопроводный транспорт. «амечательной была сама иде€ использовать трубопровод дл€ транспортировки нефти и газа. “аким образом была разрешена проблема доставки нефти с далеких месторождений на нефтеперерабатывающие предпри€ти€, чрезвычайно остро сто€вша€ в свое врем€. ¬первые с ней столкнулись в —Ўј. »з?за неверо€тно быстрого развити€ нефтедобычи в  алифорнии, здесь возникли затруднени€ с транспортировкой нефти. ћелководные реки, содержащие нефть, могли обслуживатьс€ только плотами. ќдно врем€ пытались повысить их уровень с помощью горных источников. ¬оды их собирались в специальном водохранилище и раз?два в неделю направл€лись в мелководную речку, содержащую нефть. “огда вниз по течению пускались целые караваны барж, число которых доходило до 500. ќни доставл€ли вместе 20?25, даже 40 тыс€ч бочек нефти. Ќо такой способ был неудобен и требовал больших затрат. Ѕолее экономично было бы перевозить нефть по железной дороге. ќднако в течение многих лет полагали, что нефт€ные источники могут исс€кнуть в любой момент, и поэтому не прокладывали к ним железных дорог. Ёто было сделано лишь много позднее. ¬начале нефть отправл€ли в бочках, впоследствии стали употребл€ть дл€ этой цели специальные вагоны?цистерны (поначалу дерев€нные, а потом Ч железные).

¬ те же годы сразу у нескольких инженеров возникла иде€ использовать дл€ перекачки нефти трубопровод. ќднако многим этот способ казалс€ рискованным и трудноосуществимым. ¬ 1860 году инженер  ернс предложил проложить нефтепровод с диаметром трубы в 150 мм вдоль реки ќгайо на рассто€ние около 50 км. Ёто предложение не было поддержано хоз€евами месторождений. “ри года спуст€ был проведен нефтепровод меньшего диаметра, но трубы его были соединены недостаточно прочно, так что его пришлось остановить. Ётот первый нефтепровод, функционировавший на практике, имел 6 км длины и пропускал ежедневно 80 бочек нефти. ¬ 1866 г. был построен нефтепровод длиной 16 км. ≈го конструктор „арльз √етч считал, что достаточно одного насоса дл€ нагнетани€ нефти по всей длине трубы. ћногие сомневались, что это возможно. ѕоначалу даже сама мысль проводить нефть на целые мили через горы и овраги с помощью насоса казалась нелепой и смешной. ќднако √етч, не прислушива€сь к досужим рассуждени€м, доверилс€ своим расчетам.  огда сооружение трубы было закончено, он расположилс€ у одного конца нефтепровода и телеграфировал инженеру на другом его конце, чтобы тот включил насос и начал медленно нагнетать нефть. “рубопровод имел 50 мм в диаметре и мог вместить 180 бочек нефти. √етч ждал, но нефть не по€вл€лась. “ак прошло несколько часов. ѕочти никто уже не верил в успех предпри€ти€. Ќаконец послышалось легкое громыхание. Ўум все усиливалс€, и вдруг нефть показалась у конца трубы. ≈й потребовалось четыре часа на то, чтобы дойти до приемной станции. Ёто был исторический момент. “аким образом, √етч доказал, что передача нефти по трубам на далекое рассто€ние не пуста€ химера, а вполне посильна€ дл€ разрешени€ техническа€ задача. ѕо нефтепроводу √етча можно было доставл€ть до 2000 бочек в сутки. ¬скоре были проложены и другие нефтепроводы, причем длина их все увеличивалась. ѕринцип работы первых нефтепроводов был очень прост. ќни состо€ли из двух главных станций Ч приемной и сдаточной, между которыми прокладывалась железна€ труба. Ќа приемной станции устанавливались насосы, назначение которых состо€ло в том, чтобы брать нефть из отборных резервуаров и нагнетать ее по трубам к резервуарам достаточной станции. ≈сли рассто€ние было значительным, предусматривались промежуточные станции со своими насосами. ¬ 1874 году был сооружен нефтепровод из ѕенсильвании в ѕиттсбург. ќн имел трубу 100 мм в диаметре и 90 км в длину Ч нечто колоссальное дл€ того времени Ч и пропускал 7500 бочек в день.

 

49. ¬≈Ћќ—»ѕ≈ƒ

 

ѕрототипом велосипеда был самокат конца XVII века, представл€вший собой брус на двух колесах Ч переднем и заднем. —ид€ на таком «селерифере» (то есть быстроходе), ездок отталкивалс€ ногами от земли, а потом поджимал их, некоторое врем€ балансиру€, чтобы не упасть, и ехал по инерции. ¬ 1814 году немецкий изобретатель барон ƒрайс фон «ауербронн усовершенствовал этот самокат, снабдив брус седлом. ќн же ввел такое важное усовершенствование, как руль над передним колесом. ¬ 1815 году ƒрайс приехал на своем детище в ¬ену, где тогда проходил ¬енский конгресс. «а это легкомысленное изобретение он лишилс€ звани€ кн€жеского лесничего в  арлсруэ. ¬прочем, впоследствии он получил место профессора механики и дес€тилетний патент на свое изобретение и успешно зан€лс€ изготовлением «беговых машин». Ќесмотр€ на то что велосипед ƒрайса был еще очень далек от совершенства, он демонстрировал неплохую скорость. ¬ 1817 году отставной лесничий на спор за четыре часа покрыл рассто€ние от  арлсруэ до  ел€ (около 70 км). ѕишут, что почтовый дилижанс тратил на эту поездку в четыре раза больше времени.

‘ранцуз ƒинер вз€л в 1818 году патент на «дрезину» в своей стране, впервые назвав ее «велосипедом», то есть «быстроногим» (от латинских слов «velox» Ч быстрый и «pedis» Ч нога). Ќе успели велосипеды по€витьс€ на свет, как во всех европейских странах началось повальное увлечение этой новинкой. ўеголи и франты из самого высшего общества с увлечением гон€ли на них по бульварам или демонстрировали свое мастерство на специальных площадках. ¬ конце 20?х годов этот первый «велосипедный бум» пошел на убыль. Ќо усовершенствование конструкции велосипеда продолжалось.

¬ 1845 году немецкий изобретатель ћилиус построил первый велосипед с педал€ми на переднем колесе. — этого времени ездоки не должны были больше отталкиватьс€ ногами от земли. ƒолгое врем€ велосипеды изготавливались из дерева. ¬ 1867 году  аупер придумал очень легкие колеса со ступицей, вис€щей на проволочных спицах. ¬ 1869 году по€вились велосипеды с металлической рамой. “огда же француз ћишо впервые организовал фабричное изготовление велосипедов. —оотечественник ћишо “евенона придумал велосипедные шины из каучука, а французский фабрикант —юрирей впервые применил в велосипедах шарикоподшипники. Ёто было очень важное усовершенствование. √одом позже, в 1870?м, английский изобретатель Ћоусон ввел цепную передачу от педалей на заднее колесо. —корость велосипедиста после этих нововведений настолько возросла, что он мог соревноватьс€ с верховой лошадью.

—вой современный вид велосипед прин€л в 80?90?е годы XIX века. ƒублинский ветеринар ƒанлоп в 1885 году снабдил колеса велосипеда своего 12?летнего сына пневматическими шинами из гуттаперчевого шланга, крепившимис€ к ободу с помощью полотн€ной ленты. ќн же придумал клапан, позвол€вший легко и быстро накачать колесо, но не выпускавший воздух наружу. ћальчик ездил на этом велосипеде, довольно долго не привлека€ ничьего внимани€, пока один заезжий коммиво€жер, пораженный легкостью хода велосипеда, не оценил его по достоинству и не указал изобретателю на ценность его находки. “олько тогда, в 1888 году, ƒанлоп вз€л патент и вскоре наладил промышленное производство пневматических шин. ќни быстро распространились по всему свету.

—начала, дл€ увеличени€ скорости велосипеда, переднее колесо у него делали очень большим, однако езда на такой высокой машине была сопр€жена с некоторой опасностью. ѕосле изобретени€ цепной передачи необходимость в такой конструкции отпала.

Ќаибольшее увлечение велосипедом падает на 80?е годы XIX века, когда человечество пережило новый «велосипедный бум». — 1890 года началось бурное развитие велосипедной промышленности.  оличество машин, выпускаемых тогда по всему миру, составл€ло несколько миллионов штук.

 

50. ЁЋ≈ “–ќ√≈Ќ≈–ј“ќ–

 

¬ главе, посв€щенной изобретению телеграфа, уже рассказывалось о том, что в 1820 году было открыто взаимодействие между электрическим током, протекающим в проводнике, и магнитной стрелкой. Ёто €вление было правильно объ€снено и обобщено французским физиком јмпером, который установил, что магнитные свойства любого тела €вл€ютс€ следствием того, что внутри него протекают замкнутые электрические токи. (»ли, говор€ современным €зыком, любой электрический ток создает вокруг проводника магнитное поле.) “аким образом, любые магнитные взаимодействи€ можно рассматривать как следстви€ электрических. ќднако, если электрический ток вызывает магнитные €влени€, естественно было предположить, что и магнитные €влени€ могут вызвать по€вление электрического тока. ƒолгое врем€ физики в разных странах пытались обнаружить эту зависимость, но терпели неудачу. ¬ самом деле, если, к примеру, р€дом с проводником или катушкой лежит посто€нный магнит, никакого тока в проводнике не возникает. Ќо если мы начнем перемещать этот магнит: приближать или удал€ть его от катушки, вводить и вынимать магнит из нее, то электрический ток в проводнике по€вл€етс€, и его можно наблюдать в течение всего того периода, во врем€ которого магнит движетс€. “о есть электрический ток может возникать только в переменном магнитном поле. ¬первые эту важную закономерность установил в 1831 году английский физик ћайкл ‘арадей.

ѕровед€ серию опытов, ‘арадей открыл, что электрический ток возникает (индуцируетс€) во всех тех случа€х, когда происходит движение проводников относительно друг друга или относительно магнитов. ≈сли вводить магнит в катушку или, что то же самое, перемешать катушку относительно неподвижного магнита в ней индуцируетс€ ток. ≈сли подвигать одну катушку к другой, через которую проходит электрический ток, в ней также по€вл€етс€ ток. “ого же эффекта можно добитьс€ при замыкании и размыкании цепи, поскольку в момент включени€ и выключени€ ток нарастает и убывает в катушке постепенно и создает вокруг нее переменное магнитное поле. ѕоэтому если поблизости от такой катушки находитс€ друга€, не включенна€ в цепь, в ней возникает электрический ток.

ќткрытие ‘араде€ имело огромные последстви€ дл€ техники и всей человеческой истории, так как теперь стало €сно, каким образом механическую энергию превращать в электрическую, а электрическую Ч обратно в механическую. ѕервое из этих преобразований легло в основу работы электрогенератора, а второе Ч электродвигател€. ¬прочем, сам факт открыти€ еще не означал, что все технические задачи на этом пути разрешены: около сорока лет ушло на создание работоспособного генератора и еще двадцать лет на изобретение удовлетворительной модели промышленного электродвигател€. Ќо главное: принцип действи€ двух этих важнейших элементов современной цивилизации сделалс€ очевиден именно благодар€ открытию €влени€ электромагнитной индукции.

ѕервый примитивный электрогенератор создал сам ‘арадей. ƒл€ этого он поместил медный диск между полюсами N и S посто€нного магнита. ѕри вращении диска в магнитном поле в нем наводились электрические токи. ≈сли на периферии диска и в его центральной части помещали токоприемники в виде скольз€щих контактов, то между ними по€вл€лась разность потенциалов, как на гальванической батарее. «амыка€ цепь, можно было наблюдать на гальванометре непрерывное прохождение тока.

”становка ‘араде€ годилась только дл€ демонстраций, но вслед за ней по€вились первые магнитоэлектрические машины (так стали называть электрогенераторы, в которых использовались посто€нные магниты), рассчитанные на создание работающих токов. —амой ранней из них была магнитоэлектрическа€ машина ѕиксии, сконструированна€ в 1832 году.

ѕринцип ее действи€ был очень прост: мимо неподвижных, снабженных сердечниками катушек E и E' двигались посредством кривошипа и зубчатой передачи лежащие против них полюсы подковообразного магнита AB, вследствие чего в катушках индуцировались токи. Ќедостатком машины ѕиксии было то, что в ней приходилось вращать т€желые посто€нные магниты. ¬ последующем изобретатели обычно заставл€ли вращатьс€ катушки, оставл€€ магниты неподвижными. ѕравда, при этом приходилось решать другую задачу: каким образом отвести во внешнюю цепь ток с вращающихс€ катушек? Ёто затруднение, однако, было легко преодолимо. ѕрежде всего, катушки соедин€ли между собой последовательно одними концами их проводки. “огда другие концы могли служить полюсами генератора. »х соедин€ли с внешней цепью при помощи скольз€щих контактов.

—кольз€щий контакт устроен следующим образом: на оси машины крепились два изолированных металлических кольца b и d, каждое из которых было соединено с одним из полюсов генератора. ѕо окружности этих колец вращались две плоские металлические пружины B и B', на которые была заключена внешн€€ цепь. ѕри таком приспособлении уже не было никаких затруднений от вращени€ оси машины Ч ток переходил из оси в пружину в месте их соприкосновени€.

≈ще одно неудобство заключалось в самом характере тока электрогенератора. Ќаправление тока в катушках зависит от того, приближаютс€ они к полюсу магнита или удал€ютс€ от него. »з этого следует, что ток, возникающий во вращающемс€ проводнике, будет не посто€нным, а переменным. ѕо мере приближени€ катушки к одному из полюсов магнита сила тока будет нарастать от нул€ до какого?то максимального значени€, а затем Ч по мере удалени€ вновь уменьшатьс€ до нул€. ѕри дальнейшем движении ток изменит свое направление на противоположное и оп€ть будет нарастать до какого?то максимального значени€, а потом убывать до нул€. ¬о врем€ следующих оборотов этот процесс будет повтор€тьс€. »так, в отличие от электрической батареи, электрогенератор создает переменный ток, и с этим приходитс€ считатьс€.

 ак известно, большинство современных электрических приборов созданы таким образом, чтобы питатьс€ от сети переменного тока. Ќо в XIX веке переменный ток был неудобен по многим причинам, прежде всего психологическим, поскольку в прежние годы привыкли иметь дело с посто€нным током. ¬прочем, переменный ток можно было легко преобразовать в прерывистый, имеющий одно направление. ƒл€ этого достаточно было с помощью специального устройства Ч коммутатора Ч изменить контакты таким образом, чтобы скольз€ща€ пружина переходила с одного кольца на другой в тот момент, когда ток мен€ет свое направление. ¬ этом случае один контакт посто€нно получал ток одного направлени€, а другой Ч противоположного.

ѕодобное устройство пружины и контакта кажетс€, на первый взгл€д, очень сложным, на деле же оно очень просто.  аждое кольцо коммутатора делали из двух полуколец, концы которых отчасти заход€т друг за друга, а пружины были настолько широкими, что могли скользить по двум р€дом помещенным полукольцам. ѕоловины одного и того же кольца помещались на некотором рассто€нии друг от друга, но были соединены между собой. “ак, полукольцо a, прикасающеес€ к пружине c, было соединено с полукольцом a', по которому скользила c'; точно так же соедин€лись между собой b и b', так что при одном полуобороте пружина c, касающа€с€ a, переходила на b, а пружина c' переходила с b' на a'. Ќетрудно было установить пружину таким образом, чтобы она переходила с одного кольца на другое в тот момент, когда в обмотке катушки мен€лось направление тока, и тогда кажда€ пружина все врем€ давала ток одного и того же направлени€. ƒругими словами, они представл€ли из себ€ посто€нные полюса; одна Ч положительный, друга€ Ч отрицательный, в то врем€ как полюса катушек давали переменный ток.

Ёлектрогенератор прерывистого посто€нного тока вполне мог заменить неудобную во многих отношени€х гальваническую батарею, и потому вызвал большой интерес у тогдашних физиков и предпринимателей. ¬ 1856 году французска€ фирма «јль€нс» даже наладила серийный выпуск больших динамо?машин, приводившихс€ в действие от парового двигател€. ¬ этих генераторах чугунна€ станина несла на себе неподвижно укрепленные в несколько р€дов подковообразные посто€нные магниты, расположенные равномерно по окружности и радиально по отношению к валу. ¬ промежутках между р€дами магнитов на валу были установлены несущие колеса с большим числом катушек. “акже на валу был укреплен коллектор с 16?ю металлическими пластинами, изолированными друг от друга и от вала машины. “ок, наводимый в катушках при вращении вала, снималс€ с коллектора при помощи роликов. ќдна така€ машина требовала дл€ своего привода паровой двигатель мощностью 6?10 л.с. Ѕольшим недостатком генераторов «јль€нс» было то, что в них использовались посто€нные магниты. “ак как магнитное действие стальных магнитов сравнительно невелико, то дл€ получени€ сильных токов нужно было брать большие магниты и в большом числе. ѕод действием вибрации сила этих магнитов быстро ослабевала. ¬следствие всех этих причин  ѕƒ машины всегда оставалс€ очень низким. Ќо даже с такими недостатками генераторы «јль€нса» получили значительное распространение и господствовали на рынке в течение дес€ти лет, пока их не вытеснили более совершенные машины.

ѕрежде всего немецкий изобретатель —именс усовершенствовал движущиес€ катушки и их железные сердечники. (Ёти катушки с железом внутри получили название «€кор€» или «арматуры».) якорь —именса в форме «двойного “» состо€л из железного цилиндра, в котором были прорезаны с противоположных сторон два продольных желоба. ¬ желобах помещалась изолированна€ проволока, котора€ накладывалась по направлению оси цилиндра. “акой €корь вращалс€ между полюсами магнита, которые тесно его обхватывали.

ѕо сравнению с прежними новый €корь представл€л большие удобства. ѕрежде всего, очевидно, что катушка в виде цилиндра, вращающегос€ вокруг своей оси, в механическом отношении выгоднее катушки, насаженной на вал и вращавшейс€ вместе с ним. ѕо отношению к магнитным действи€м €корь —именса имел ту выгоду, что давал возможность очень просто увеличить число действующих магнитов (дл€ этого достаточно было удлинить €корь и прибавить несколько новых магнитов). ћашина с таким €корем давала гораздо более равномерный ток, так как цилиндр был плотно окружен полюсами магнитов.

Ќо эти достоинства не компенсировали главного недостатка всех магнитоэлектрических машин Ч магнитное поле по?прежнему создавалось в генераторе с помощью посто€нных магнитов. ѕеред многими изобретател€ми в середине XIX века вставал вопрос: нельз€ ли заменить неудобные металлические магниты электрическими? ѕроблема заключалась в том, что электромагниты сами потребл€ли электрическую энергию и дл€ их возбуждени€ требовалась отдельна€ батаре€ или, по крайней мере, отдельна€ магнитоэлектрическа€ машина. ѕервое врем€ казалось, что без них невозможно обойтись. ¬ 1866 году ¬ильде создал удачную модель генератора, в котором металлические магниты были заменены электромагнитами, а их возбуждение вызывала магнитоэлектрическа€ машина с посто€нными магнитами, соединенна€ с тем же паровым двигателем, который приводил в движение большую машину. ќтсюда оставалс€ только один шаг к собственно динамо?машине, котора€ возбуждает электромагниты своим собственным током.

¬ том же 1866 году ¬ернер —именс открыл принцип самовозбуждени€. (ќдновременно с ним то же открытие сделали некоторые другие изобретатели.) ¬ €нваре 1867 году он выступил в Ѕерлинской академии с докладом «ќ превращении рабочей силы в электрический ток без применени€ посто€нных магнитов». ¬ общих чертах его открытие заключалось в следующем. —именс установил, что в каждом электромагните, после того как намагничивающий ток переставал действовать, всегда оставались небольшие следы магнетизма, которые были способны вызвать слабые индукционные токи в катушке, снабженной сердечником из м€гкого магнитного железа и вращавшейс€ между полюсами магнита. »спользу€ эти слабые токи, можно было привести генератор в действие без помощи извне.

ѕерва€ динамо?машина, работавша€ по принципу самовозбуждени€, была создана в 1867 году англичанином Ћеддом, но в ней еще предусматривалась отдельна€ катушка дл€ возбуждени€ электромагнитов. ћашина Ћедда состо€ла из двух плоских электромагнитов, между концами которых вращались два €кор€ —именса. ќдин из €корей давал ток дл€ питани€ электромагнитов, а другой Ч дл€ внешней цепи. —лабый остаточный магнетизм сердечников электромагнитов сначала возбуждал очень слабый ток в арматуре первого €кор€; этот ток обегал электромагниты и усиливал уже имеющеес€ в них магнитное состо€ние. ¬следствие этого усиливалс€ в свою очередь ток в арматуре, а последний еще более увеличивал силу электромагнитов. ћало помалу такое взаимное усиление шло до тех пор, пока электромагниты не приобретали полной своей силы. “огда можно было привести в движение вторую арматуру и получить от нее ток дл€ внешней цепи.

—ледующий шаг в совершенствовании динамо?машины был сделан в том направлении, что совершенно устранили одну из арматур и воспользовались другой не только дл€ возбуждени€ электромагнитов, но и дл€ получени€ тока во внешней цепи. ƒл€ этого нужно было только провести ток из арматуры в обмотку электромагнита, рассчитав все так, чтобы последний мог достичь полной своей силы и направить тот же ток во внешнюю цепь. Ќо при таком упрощении конструкции €корь —именса оказывалс€ непригодным, так как при быстрой перемене пол€рностей, в €коре возбуждались сильные паразитические токи, железо сердечников быстро разогревалось, и это могло при больших токах привести к порче всей машины. Ќеобходима была друга€ форма €кор€, более соответствовавша€ новому режиму работы.

”дачное решение проблемы было вскоре найдено бельгийским изобретателем «иновием “еофилем √раммом. ќн жил во ‘ранции и служил в кампании «јль€нс» стол€рным мастером. «десь он познакомилс€ с электричеством. –азмышл€€ над усовершенствованием электрогенератора, √рамм в конце концов пришел к мысли заменить €корь —именса другим, имеющим кольцевую форму. ¬ажное отличие кольцевого €кор€ (как будет показано ниже) состоит в том, что он не перемагничиваетс€ и имеет посто€нные полюса (√рамм пришел к своему открытию самосто€тельно, но надо сказать, что еще в 1860 г. италь€нский изобретатель ѕачинотти во ‘лоренции построил электрический двигатель с кольцеобразным €корем; впрочем, это открытие вскоре было забыто.)

»так, исходна€ точка поисков √рамма заключалась в том, чтобы заставить вращатьс€ внутри проволочной катушки железное кольцо, на котором наведены магнитные полюсы и таким образом получить равномерный ток посто€нного направлени€.

„тобы представить устройство генератора √рамма, рассмотрим сначала следующее приспособление. ¬ магнитном поле, образуемом полюсами N и S, вращаютс€ восемь замкнутых металлических колец, которые прикреплены на равном рассто€нии друг от друга к оси при помощи спиц. ќбозначим самое верхнее кольцо є 1 и будем считать по направлению хода часовой стрелки. –ассмотрим сперва кольца 1?5. ћы видим, что кольцо 1 охватывает наибольшее число силовых линий магнитного пол€, так как его плоскость перпендикул€рна им.  ольцо 2 охватывает уже меньшее их число, так как оно наклонено к направлению линий, а сквозь кольцо 3 линии вовсе не проход€т, так как его плоскость совпадает с их направлением. ¬ кольце 4 число пересекаемых линий увеличиваетс€, но, как легко заметить, они вступают в него уже с противоположной стороны, так как кольцо 4 обращено к полюсу магнита другой своей стороной по сравнению с кольцом 2. ѕ€тое кольцо охватывает столько же линий, сколько первое, но вход€т они с противоположной стороны. ≈сли мы будем вращать ось, к которой прикреплены кольца, то каждое кольцо будет последовательно проходить через положени€ 1?5. ѕри этом, при переходе из 1?го положени€ в 3?е в кольце возникает ток. Ќа пути из положени€ 3 к 5, если бы силовые линии пересекали кольцо с той же самой стороны, в нем по€вл€лс€ бы ток противоположный тому, что в положении 1?3, но так как при этом кольцо измен€ет свое положение относительно полюса, то есть поворачиваетс€ к нему другой стороной, ток в кольце сохран€ет то же направление. «ато когда кольцо проходит из положени€ 5 через 6 и 7 оп€ть к 1, в нем индуцируетс€ ток, противоположный первому.

«аменив теперь наши воображаемые кольца витками вращающейс€ катушки, плотно намотанной на железное кольцо, мы получим кольцо √рамма, в котором ток будет индуцироватьс€ точно так же, как описано выше. ѕредположим, что проволока обмотки не имеет изол€ции, но железный сердечник покрыт изолирующей оболочкой и ток, индуцируемый в витках проводника, не может проходить в него. “огда каждый виток спирали будет подобен тому кольцу, что мы рассматривали выше, и витки в каждой половине кольца будут представл€ть собой последовательно соединенные кольцевые проводники. Ќо обе половинки кольца соединены противоположно друг к другу. «начит, токи с обеих сторон направл€ютс€ к верхней половине кольца, и там, следовательно, получаетс€ положительный полюс. ѕодобным же образом в нижней точке, откуда берут свое направление токи, будет находитьс€ отрицательный полюс. ћожно, следовательно, сравнить кольцо с батареей, составленной из двух частей, которые соединены между собой противоположно.

≈сли теперь соединить противоположные концы кольца, то получитс€ замкнута€ цепь посто€нного тока. ¬ нашем воображаемом устройстве этого можно легко достичь, укрепив скольз€щие контакты в виде пружины так, чтобы они касались верхней и нижней части вращающегос€ кольца и снимали с их помощью электрический ток. Ќо в действительности генератор √рамма имел более сложное устройство, поскольку здесь было налицо несколько технических затруднений: с одной стороны, дл€ того чтобы снимать ток с кольца, витки обмотки должны быть обнажены, с другой Ч дл€ получени€ сильных токов обмотка должна быть намотана плотно и в несколько слоев.  аким же образом изолировать нижние слои от верхних?

Ќа практике кольцо √рамма дополн€ло особое, довольно сложное устройство, называемое коллектором, которое и служило дл€ отвода токов из обмотки.  оллектор состо€л из металлических пластин, прикрепленных к оси кольца и имевших форму секторов цилиндра.  ажда€ пластина тщательно изолировалась от соседних секторов и от оси кольца.  онцы каждого сектора обмотки были соединены с одной из металлических пластин, а скольз€щие пружины помещались так, что посто€нно находились в соединении с самым верхним и самым нижним секторами обмотки. »з обеих половин обмотки получалс€ посто€нный ток, направленный к той пружине, котора€ была соединена с верхним сектором. “ок обходил верхнюю цепь и возвращалс€ в кольцо через нижнюю пружину. “аким образом, полюса с поверхности самого кольца переместились на его ось, откуда ток было снимать намного проще.

¬ таком виде воплотилась первоначальна€ модель электрогенератора. ќднако она оказалась неработоспособной.  ак писал √рамм в воспоминани€х о своем изобретении, тут €вилась нова€ сложность: кольцо, на которое был намотан проводник, сильно разогревалось вследствие того, что здесь тоже при быстром вращении генератора индуцировались токи. ¬ результате перегрева изол€ци€ то и дело выходила из стро€. Ћома€ голову над тем, как избежать этой непри€тности, √рамм пон€л, что железный сердечник €кор€ нельз€ делать сплошным, так как в этом случае вредные токи оказываютс€ слишком большими. Ќо разбив сердечник на части так, чтобы образовались разрывы на пути возникающих токов, можно было сильно уменьшить их вредное действие. Ётого можно было добитьс€, изготовив сердечник не из цельного куска, а из проволоки, налага€ ее в виде кольца и тщательно изолиру€ один слой от другого. Ќа это проволочное кольцо затем навивалась обмотка.  аждый сектор €кор€ представл€л собой катушку из многих оборотов (слоев). ќтдельные катушки соедин€лись так, что проволока непрерывно обегала железное кольцо и притом в одном и том же направлении. ќт мест соединени€ каждой пары катушек шел проводник к соответствующей пластине коллектора. „ем больше было число оборотов катушки, тем большей силы ток можно было сн€ть с кольца.

»зготовленный таким образом €корь устанавливалс€ на ось генератора. ƒл€ этого железное кольцо с внутренней стороны снабжалось железными спицами, которые скрепл€лись с коллектором массивным кольцом, насаженным на ось машины.  оллектор, как уже говорилось, состо€л из отдельных металлических пластин одинаковой ширины. ќтдельные слои коллектора были изолированы друг от друга и от оси генератора.

ƒл€ сн€ти€ тока служили коллекторные щетки, представл€вшие собой упругие латунные пластины, плотно прилегавшие к коллектору в надлежащих местах. ќни соедин€лись с зажимами машины, откуда посто€нный ток поступал во внешнюю цепь. ѕровод, идущий к одному из зажимов, кроме того, образовывал обмотку электромагнитов. ѕростейшее соединение генератора с обмотками электромагнита можно было получить, соединив один конец обмотки электромагнита с одной из щеток коллектора, например отрицательной. ƒругой конец обмотки электромагнита подключалс€ к положительной щетке. ѕри таком соединении весь ток генератора проходил через электромагниты.

¬ целом перва€ динамо?машина √рамма представл€ла собой две железные вертикальные стойки, соединенные сверху и снизу стержн€ми двух электромагнитов. ѕолюсы этих электромагнитов находились в их середине, так что каждый из них был как бы составлен из двух, одинаковые полюса которых были обращены друг к другу. ћожно рассматривать это устройство иначе и считать, что две половины, прилегающие к каждой стойке и соединенные ею, образовывали два отдельных электромагнита, которые соедин€лись одноименными полюсами сверху и снизу. ¬ тех местах, где образовывалс€ полюс, к электромагнитам были присоединены особой формы железные насадки, которые входили в пространство между электромагнитами и обхватывали кольцеобразный €корь машины. ƒве стойки, св€зывающие оба электромагнита и составл€вшие основу всей машины, служили также дл€ того, чтобы держать ось €кор€ и шкивы машины.

¬ 1870 году, получив патент на свое изобретение, √рамм образовал «ќбщество производства магнитоэлектрических машин». ¬скоре было налажено серийное производство его генераторов, которые произвели подлинную революцию в электроэнергетике. ќблада€ всеми достоинствами самовозбуждающихс€ машин, они вместе с тем были экономичны, имели высокий  ѕƒ и обеспечивали практически неизменный по величине ток. ѕоэтому машины √рамма быстро вытеснили другие электрогенераторы и получили широкое распространение в самых разных отрасл€х. “огда только по€вилась возможность легко и быстро преобразовывать механическую энергию в электричество.

 ак уже говорилось, √рамм создавал свой генератор, как динамо?машину посто€нного тока. Ќо когда в конце 70?х Ч начале 80?х годов XIX века резко возрос интерес к переменному току, ему не стоило большого труда переделать его дл€ производства переменного тока. ¬ самом деле, дл€ этого надо было только заменить коллектор двум€ кольцами, по которым скольз€т пружины. —начала генераторами переменного тока пользовались только при освещении, но с развитием электрификации они стали получать все большее применение и постепенно вытеснили машины посто€нного тока. ѕервоначальна€ конструкци€ генератора также претерпела значительные изменени€. ѕерва€ машина √рамма была двухполюсной, но в дальнейшем стали примен€ть многополюсные генераторы, в которых обмотка €кор€ проходила при каждом обороте мимо четырех, шести и более попеременно установленных полюсов электромагнита. ¬ этом случае ток возбуждалс€ не с двух сторон колеса, как раньше, но в каждой части колеса, обращенной к полюсу, и отсюда отводилс€ во внешнюю цепь. “аких мест (а соответственно и щеток) было столько, сколько магнитных полюсов. «атем все щетки положительных полюсов св€зывались вместе, то есть соедин€лись параллельно. “очно так же поступали и с отрицательными щетками.

ѕо мере увеличени€ мощности генераторов возникла нова€ проблема Ч каким образом сн€ть ток с вращающегос€ €кор€ с наименьшими потер€ми. ƒело в том, что при больших токах щетки начинали искрить.  роме больших потерь электроэнергии, это оказывало вредное воздействие на работу генератора. “огда √рамм посчитал рациональным вернутьс€ к самой ранней конструкции электрогенератора, примененной в машине ѕиксии: он сделал арматуру неподвижной, а вращатьс€ заставил электромагниты, ведь сн€ть ток с неподвижной обмотки было проще. ќн поместил катушки €кор€ на железном неподвижном кольце и заставил электромагниты вращатьс€ внутри него. ќтдельные катушки он св€зал между собой так, чтобы все те катушки, которые в данный момент подвергались одинаковому действию электромагнитов, были соединены последовательно. “аким образом √рамм разбил все катушки на несколько групп и каждую группу употребил дл€ доставлени€ тока в отдельную самосто€тельную цепь. ќднако возбуждающие ток электромагниты необходимо было питать посто€нным током, так как переменный ток не мог вызвать в них неизменной пол€рности. ѕоэтому при каждом генераторе переменного тока необходимо было иметь небольшой генератор посто€нного тока, откуда ток подводилс€ к электромагнитам при помощи скольз€щих контактов.

 

51. “≈Ћ≈‘ќЌ

 

— изобретением телеграфа была решена задача передачи сообщений на большие рассто€ни€. ќднако телеграф мог переслать только письменные депеши. ћежду тем многие изобретатели мечтали о более совершенном и коммуникабельном способе св€зи, с помощью которого можно было бы передавать на любые рассто€ни€ живой звук человеческой речи или музыку. ѕервые эксперименты в этом направлении предприн€л в 1837 году американский физик ѕейдж. —уть опытов ѕейджа была очень проста. ќн собрал электрическую цепь, в которую входили камертон, электромагнит и гальванические элементы. ¬о врем€ своих колебаний камертон быстро размыкал и замыкал цепь. Ётот прерывистый ток передавалс€ на электромагнит, который так же быстро прит€гивал и отпускал тонкий стальной стержень. ¬ результате этих колебаний стержень производил поющий звук, подобный тому, который издавал камертон. “аким образом, ѕейдж показал, что передавать звук с помощью электрического тока в принципе возможно, надо только создать более совершенные передающее и принимающее устройства.

—ледующий важный этап в развитии телефонии св€зан с именем английского изобретател€ –ейса. ≈ще в студенческие годы –ейс заинтересовалс€ проблемой передачи звука на рассто€ние при помощи электрического тока.   1860 году он сконструировал до дес€тка различных устройств. Ќаиболее совершенное из них имело следующий вид.

ѕередатчик представл€л собой полый €щик, снабженный спереди звуковым отверстием A и имевший в своей верхней части отверстие, закрытое тонкой, туго нат€нутой перепонкой. Ќа этой перепонке лежала тонка€ платинова€ пластина p, а сверху находилось острие упругой платиновой иглы n, котора€ была приспособлена таким образом, что касалась пластины p, когда перепонка находилась в покое.  асание это прерывалось при колебании перепонки. ¬следствие этих поперечных касаний замыкалс€ и размыкалс€ ток, идущий от батареи B через зажим a в платиновую пластинку p и через иглу n во второй зажим, от последнего провод шел к приемнику, проходил через спираль CC и возвращалс€ в батарею через зажим d и соединенную с ним проволоку e. ¬нутри спирали помещалась тонка€ железна€ спица, котора€ двум€ своими концами прикрепл€лась к двум покоившимс€ на резонаторной доске gg стойкам ff. „асти hi и ki образовывали на обеих станци€х приспособлени€, имевшие целью дать знать отдаленному слушателю о начале переговоров. ¬оспроизведение звука, спетого в раструбе A, было основано на том, что железна€ спица, намагничива€сь и размагничива€сь проход€щим по спирали электрическим током, начинала совершать колебательные движени€; они ощущались как звук, соответствовавший тому звуку, который воспринималс€ приемником и колебани€ми которого приводилась в движение перепонка. –езонансна€ доска служила дл€ усилени€ звука.

— помощью телефона –ейса уже можно было передавать не только отдельные звуки, но и сложные музыкальные фразы и даже отчасти человеческую речь. Ќо качество передачи оставалось настолько низким, что часто было совершенно невозможно что?нибудь разобрать. ѕобочные шумы, производимые замыканием и размыканием цепи, заглушали передачу, а звуки, воспроизводимые стальной иглой, были очень далеки от модул€ций человеческого голоса. ƒл€ отчетливой передачи звука необходимо было добитьс€ того, чтобы пластинки как отправител€, так и приемника выводились из своего положени€ поко€ в крайнее положение током, сила которого нарастала бы постепенно, и чтобы при убывании ток оп€ть проходил через первоначальное положение поко€. ¬се эти плавные колебани€ тембра звука, составл€ющие богатство человеческой речи, были совершенно недоступны телефону –ейса Ч прит€жение здесь наступало стремительно и оставалось неизменным в течение некоторого времени, а затем совсем прекращалось.

–ешить проблему передачи звука только замыканием и размыканием цепи оказалось невозможно. ѕрошло еще 15 лет, прежде чем шотландский изобретатель јлександр Ѕелл нашел более совершенный способ преобразовани€ звуков в электрические сигналы. ѕо профессии Ѕелл был учителем глухонемых детей. — детства он много занималс€ акустикой, учением о звуке, и мечтал изобрести телефон. ¬ 1870 году Ѕелл переехал в  анаду, а в 1872 году Ч в —Ўј. ѕоселившись в Ѕостоне, он ввел в тамошней школе дл€ глухонемых детей разработанную им систему «видимой речи». ќна имела большой успех, и вскоре Ѕелл сделалс€ профессором Ѕостонского университета. “еперь у него была лаборатори€ и достаточно средств дл€ того, чтобы посв€тить себ€ работе над изобретением телефона. «абыва€ о сне, Ѕелл целыми ночами просиживал над своими опытами. ѕервые его эксперименты повтор€ли работы ѕейджа.

Ћетом 1875 года Ѕелл и его помощник “омас ¬атсон сделали установку, состо€вшую из магнитов с подвижными €зычками, которые приводились в действие колебани€ми тока. ¬ цепь с магнитами включались различные устройства. ¬атсон и Ѕелл находились в соседних комнатах. ¬атсон передавал, а Ѕелл принимал. ќднажды, когда ¬атсон нажал на кнопку в конце провода, чтобы привести в действие звонок, испортилс€ контакт, и электромагнит прит€нул к себе молоточек звонка. ¬атсон попыталс€ отт€нуть его, вследствие чего вокруг магнита возникли колебани€. ƒвижение пружины, произведенной ¬атсоном, изменило интенсивность тока и вызвало колебательные движени€ в пружине противоположной станции в комнате Ѕелла, и провод передал совсем слабый звук первого телефона. “ак, совершенно случайно, Ѕелл обнаружил, что магнит с легким €корем может быть и передатчиком и приемником сигнала. ѕосле этого осуществить передачу и воспроизведение звука с помощью электрического тока уже не представл€ло большого труда.

„тобы пон€ть как это происходит, представим себе посто€нный магнит и поблизости от него гибкую железную пластину, котора€ колеблетс€ под действием звуковых волн. ѕриближа€сь к полюсу магнита, она будет усиливать его магнитное поле, а удал€€сь от него Ч ослабл€ть. (Ќе вдава€сь в подробности, заметим, что причиной этому будет то же €вление электромагнитной индукции, о котором говорилось в предыдущей главе: пон€тно, что в пластине, котора€ движетс€ в магнитном поле, будет возникать электрический ток; этот ток будет создавать вокруг пластины собственное магнитное поле, которое и будет налагатьс€ на магнитное поле магнита, то усилива€, то ослабл€€ его.) “еперь поместим на наш воображаемый магнит катушку с проволокой. ѕри колебани€х магнитного пол€ в катушке будет возникать переменный электрический ток, причем то в одну, то в другую сторону. ѕропуска€ полученный ток через обмотки другого магнита, мы будем вли€ть на его магнитное поле, которое тоже будет то возрастать, то убывать, причем в точности повтор€€ все изменени€, происход€щие в магнитном поле первого магнита. ≈сли у полюса этого второго, принимающего магнита поместить железную пластинку, она будет то прит€гиватьс€ к этому магниту под действием усиливающегос€ магнитного пол€, то удал€тьс€ от него под вли€нием своей упругости и при этом порождать звуковые волны, во всем подобные тем, что привели в колебание первую пластинку. —обственно, это и произошло при описанных выше обсто€тельствах. –оль железной пластины здесь сыграл гибкий €корь магнита. Ќо это было слишком грубое приспособление, не способное передать многих нюансов звука. Ѕелл стал искать, чем можно его заменить.

ќдин знакомый врач предложил ему воспользоватьс€ дл€ экспериментов человеческим ухом и раздобыл ему ухо от трупа. ¬нимательно изуча€ его строение, Ѕелл установил, что звуковые волны привод€т в колебание барабанную перепонку, от которой они передаютс€ на слуховые косточки. Ёто навело его на мысль сделать тонкую металлическую мембрану, поместить ее р€дом с посто€нным магнитом и, таким образом, превратить звуковые колебани€ в электрические. ѕрошло несколько мес€цев напр€женного труда, прежде чем телефон заговорил. “олько 10 марта 1876 года ¬атсон отчетливо услышал на приемной станции слова Ѕелла: «ћистер ¬атсон, пожалуйста, придите сюда, мне нужно с вами поговорить». ≈ще раньше, 14 феврал€, Ѕелл сделал патентную за€вку на свое изобретение. ¬сего через два часа после него такую же за€вку на идентичный аппарат подал другой изобретатель Ч »лайша √рей. ќднако патент был выдан в марте Ѕеллу, поскольку он первый за€вил о своем открытии. (ѕозже Ѕеллу пришлось вести несколько судебных процессов с √реем и другими изобретател€ми, отстаива€ свое первенство. ¬ конце концов Ѕелл купил у √ре€ право на эксплуатацию телефона.) Ќа выставке в ‘иладельфии, проходившей в том же году, телефон Ѕелла сделалс€ главным экспонатом. — этого времени, несмотр€ на то что первые аппараты были еще очень несовершенны, телефоны стали быстро распростран€тс€. ¬ августе того же 1876 года в употреблении было уже около 800 телефонов, и спрос на них все увеличивалс€.

”стройство первых аппаратов было очень примитивным. ѕосто€нный магнит A в форме стержн€ был окружен на одном полюсе короткой индукционной спиралью B из тонкой медной проволоки, оканчивавшейс€ двум€ более толстыми проволоками CC, которые с помощью зажимов DD были соединены с проволоками LL. ” одного полюса магнита помещалась зажата€ по кра€м пластинка EE из м€гкого листового железа. ¬се было вставлено в дерев€нную оправу, котора€ в части GG имела над пластинкой EE воронкообразное отверстие, служившее звуковым конусом. —низу дерев€нна€ оправа суживалась, так как здесь она заключала в себе только магнитный стержень, закрепленный в своем положении винтом, и два провода CC. Ётот аппарат мог служить одновременно и передатчиком, и приемником. Ќа станции отправител€ и на приемной станции имелось по такому телефону. »х индукционные спирали соедин€лись между собой посредством проводов LL и зажимов DD.  огда конусом GG пользовались как трубкой и говорили в него, пластинка EE перед полюсом магнита приходит в колебани€; вследствие этого в спирали B возникали индукционные токи, изменение которых соответствовало действующим на пластинку звуковым колебани€м. Ёти токи поступали через провода LL в спираль приемного телефона и вызывали колебание мембраны. ѕрижав конус к уху, можно было услышать голос говорившего на другом конце провода абонента. »ндукционные токи, порождаемые движением мембраны, были очень слабы, поэтому устойчивое общение можно было наладить лишь на рассто€нии нескольких сот метров. ƒалее голоса говоривших становились настолько тихими, что тонули в гуле помех. ѕотребовалс€ труд многих и многих изобретателей, прежде чем телефон превратилс€ в надежное средство св€зи.

¬ообще телефонный аппарат Ѕелла оказалс€ более приспособлен дл€ преобразовани€ волн тока в звуковые волны, чем обратно. ѕоэтому очень важным в истории телефонии было открытие в 1877 году английским изобретателем ёзом микрофонного эффекта. ¬ своем первоначальном виде микрофон имел следующее устройство.

ћежду двум€ кусками угл€ C и C', укрепленных на пластине B, устанавливалс€ угольный стержень с заостренными концами. “ок от элемента E проходил через этот угольный стержень и через обмотку телефона T. ѕри встр€хивании горизонтальной пластинки A, игравшей роль резонатора, угольный стержень смещалс€. ¬ этот момент уменьшалось его сопротивление току в местах контактов, а это, в свою очередь, производило заметное усиление силы тока в телефоне. ћембрана начинала колебатьс€ с большей амплитудой, отчего первоначальный звук усиливалс€ в несколько раз. —лабое тиканье часов, положенных на подставку, воспринималось в телефоне как очень громкое. ƒаже ползанье мухи по пластине воспроизводилось в виде вполне заметного шума.

„ерез несколько лет после изобретени€ ёза по€вилось множество различных конструкций микрофонов. Ўирокое распространение получили микрофоны, в которых вместо стержней использовалс€ угольный порошок.  олебани€ мембраны вызывали в этом случае то уплотнение порошка, то его разрыхление, вследствие чего посто€нно мен€лось его сопротивление. —оединенный с микрофоном телефон стал работать намного надежнее, но он по?прежнему оставалс€ несовершенным. —лабые индукционные токи были не в состо€нии преодолевать сопротивление передающих проводов. Ќеобходимо было каким?то образом усилить их напр€жение, не мен€€ при этом характера их колебаний. ќстроумный выход из положени€ нашел знаменитый американский изобретатель Ёдисон, который предложил использовать дл€ усилени€ напр€жени€ индукционную катушку. “ак телефонный аппарат был дополнен трансформатором.

ќ трансформаторах более подробно будет говоритьс€ в одной из последующих глав. —ейчас только по€сним принцип его работы. ≈сли насадить две катушки на один и тот же железный сердечник и пропускать через одну из них переменный ток, то во второй катушке тоже индуцируетс€ переменный ток. –ассмотрим подробнее это €вление. —озданное первой катушкой измен€ющеес€ магнитное поле индуцирует в каждом витке второй катушки ток определенного напр€жени€. ¬итки катушки, как это уже было показано в предыдущей главе, можно рассматривать как последовательно соединенные источники тока. “огда общее напр€жение на обмотке второй катушки будет равно сумме напр€жений всех ее витков. ≈сли мы хотим увеличить напр€жение, снимаемое со второй катушки, мы должны увеличить число витков. “аким образом, мен€€ число витков на второй катушке, мы можем получить на ней напр€жение меньшее, равное или большее, чем на первой. ќднако, во сколько раз возрастает напр€жение, во столько же раз уменьшаетс€ сила тока, так что их произведение в первой и второй катушке остаетс€ равным (в действительности, из?за неизбежных потерь во вторичной катушке это произведение даже несколько меньше). “рансформаторный эффект был открыт одновременно с €влением электромагнитной индукции, но поскольку в технике долгое врем€ использовалс€ только посто€нный ток, он сначала не находил применени€. “елефон оказалс€ одним из первых устройств, где трансформатор (в виде индукционной катушки) получил некоторое распространение.

¬ созданном Ёдисоном аппарате телефон и микрофон включались в две отдельные цепи. »сточник тока, микрофон и первична€ обмотка трансформатора соединены здесь в одну цепь, друга€ катушка и телефон?приемник Ч в другую. ѕринцип работы этого телефона пон€тен: вследствие колебани€ мембраны сопротивление в микрофоне посто€нно мен€лось, отчего посто€нный ток батареи преобразовывалс€ в пульсирующий. Ётот ток подавалс€ на первичную обмотку трансформатора. ¬о вторичной обмотке индуцировались такие же по форме токи, но более высокого напр€жени€. ќни без труда преодолевали сопротивление проводов и могли передаватьс€ на значительные рассто€ни€. ”совершенствованный таким образом телефон вскоре получил широкое распространение.

¬ первое врем€ аппараты св€зывались между собой попарно. ќни не имели коммутаторов и звонков. ƒл€ вызова абонента к аппарату просто стучали карандашом по мембране. ¬последствии Ёдисоном были введены электрические звонки. ¬ 1877 году по€вилась перва€ центральна€ телефонна€ станци€ в Ќью?’ейвене (—Ўј). ѕор€док соединени€ здесь был таков. јбонент, желавший говорить с каким?либо лицом или учреждением, в абонентной книжке разыскивал нужный номер и звонил на центральную станцию.  огда последн€€ отвечала, он сообщал нужный ему номер, и, если этот номер был не зан€т, оператор соедин€л его с требуемым лицом с помощью специальных штекеров и сообщал ему, что соединение готово. ѕосле этого абонент обращалс€ уже к соединенному с ним лицу. ѕо окончании разговора их разъедин€ли.

—овременники очень быстро оценили удобства, которые давал телефон. ¬скоре телефонные станции были построены во всех крупных городах. ќдновременно рос спрос на телефонные аппараты. ¬ 1879 году Ѕелл создал свою фирму по производству телефонов, превратившуюс€ вскоре в мощный концерн. ¬ течение дес€ти лет только в —Ўј было установлено свыше 100 тыс€ч телефонных аппаратов, а через 25 лет их уже насчитывалось более миллиона. «атем эта цифра увеличилась еще на пор€док. Ѕелл прожил долгую жизнь и мог наблюдать за распространением телефонии по всему свету. ќн умер в 1922 году, и пам€ть его почтили своеобразной минутой молчани€: когда гроб с телом изобретател€ опускали в могилу, все телефонные разговоры прекратились. ѕишут, что в —Ўј в эту минуту молчало более 13 миллионов телефонов.

 

52. ЁЋ≈ “–»„≈— јя Ћјћѕќ„ ј

 

¬ последние дес€тилети€ XIX века в жизнь многих европейских городов вошло электрическое освещение. ѕо€вившись сначала на улицах и площад€х, оно очень скоро проникло в каждый дом, в каждую квартиру и сделалось неотъемлемой частью жизни каждого цивилизованного человека. Ёто было одно из важнейших событий в истории техники, имевшее огромные и многообразные последстви€. Ѕурное развитие электрического освещени€ привело к массовой электрификации, перевороту в энергетике и крупным сдвигам в промышленности. ќднако всего этого могло и не случитьс€, если бы усили€ми многих изобретателей не было создано такое обычное и привычное дл€ нас устройство, как электрическа€ лампочка. ¬ числе величайших открытий человеческой истории ей, несомненно, принадлежит одно из самых почетных мест.

¬ XIX веке получили распространение два типа электрических ламп: лампы накаливани€ и дуговые. ƒуговые лампочки по€вились немного раньше. —вечение их основано на таком интересном €влении, как вольтова дуга. ≈сли вз€ть две проволоки, подключить их к достаточно сильному источнику тока, соединить, а затем раздвинуть на рассто€ние нескольких миллиметров, то между концами проводников образуетс€ нечто вроде пламени с €рким светом. явление будет красивее и €рче, если вместо металлических проводов вз€ть два заостренных угольных стержн€. ѕри достаточно большом напр€жении между ними образуетс€ свет ослепительной силы.

¬первые €вление вольтовой дуги наблюдал в 1803 году русский ученый ¬асилий ѕетров. ¬ 1810 году то же открытие сделал английский физик ƒеви. ќба они получили вольтову дугу, пользу€сь большой батареей элементов, между концами стерженьков из древесного угл€. » тот, и другой писали, что вольтова дуга может использоватьс€ в цел€х освещени€. Ќо прежде надо было найти более подход€щий материал дл€ электродов, поскольку стержни из древесного угл€ сгорали за несколько минут и были малопригодны дл€ практического использовани€. ƒуговые лампы имели и другое неудобство Ч по мере выгорани€ электродов надо было посто€нно подвигать их навстречу друг другу.  ак только рассто€ние между ними превышало некий допустимый минимум, свет лампы становилс€ неровным, она начинала мерцать и гасла.

ѕервую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструировал в 1844 году французский физик ‘уко. ƒревесный уголь он заменил палочками из твердого кокса. ¬ 1848 году он впервые применил дуговую лампу дл€ освещени€ одной из парижских площадей. Ёто был, короткий и весьма дорогой опыт, так как источником электричества служила мощна€ батаре€. «атем были придуманы различные приспособлени€, управл€емые часовым механизмом, которые автоматически сдвигали электроды по мере их сгорани€.

ѕон€тно, что с точки зрени€ практического использовани€ желательно было иметь лампу, не осложненную дополнительными механизмами. Ќо можно ли было обойтись без них? ќказалось, что да. ≈сли поставить два уголька не друг против друга, а параллельно, притом так, чтобы дуга могла образовыватьс€ только между двум€ их концами, то при этом устройстве рассто€ние между концами углей всегда сохран€етс€ неизменным.  онструкци€ такой лампы кажетс€ очень простой, однако создание ее потребовало большой изобретательности. ќна была придумана в 1876 году русским электротехником яблочковым, который работал в ѕариже в мастерской академика Ѕреге.

—веча яблочкова состо€ла из двух стержней, изготовленных из плотного роторного угл€, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластинкой. ѕоследн€€ играла дво€кую роль, так как служила и дл€ скреплени€ углей между собой и дл€ их изол€ции, позвол€€ вольтовой дуге образовыватьс€ лишь между верхними концами углей. ѕо мере того как угли сверху обгорали, гипсова€ пластинка плавилась и испар€лась, так что кончики углей всегда на несколько миллиметров выступали над пластинкой.

—вечи яблочкова привлекли к себе всеобщее внимание и наделали много шуму. ¬ 1877 году с их помощью было впервые устроено уличное электричество на Avenue de L'Opera в ѕариже. ¬семирна€ выставка, открывша€с€ в следующем году, дала возможность многим электротехникам познакомитьс€ с этим замечательным изобретением. ѕод названием «русский свет» свечи яблочкова использовались позже дл€ уличного освещени€ во многих городах мира. Ёти лампы любопытны еще и тем, что требовали дл€ себ€ исключительно переменного тока, так как скорость сгорани€ положительного и отрицательного электродов в них была неодинаковой и при посто€нном токе надо было делать положительный электрод толще. »менно дл€ яблочкова √рамм изготовил свой первый генератор переменного тока. Ќо нар€ду с достоинствами свечи яблочкова имели свои недостатки. √лавное неудобство заключалось в том, что угли в них сгорали очень быстро Ч свеча средней величины светила не более двух часов.

Ётот недостаток, впрочем, был присущ и многим другим дуговым лампам. Ќе раз у изобретателей €вл€лась мысль заключить вольтову дугу в лишенную кислорода атмосферу. ¬едь благодар€ этому лампа могла бы гореть значительно дольше. ƒолгое врем€ эти попытки не удавались, так как пытались выкачать воздух целиком из всей лампы. јмериканец ƒжандус первый придумал помещать под купол не всю лампу, а только ее электроды. ѕри возникновении вольтовой дуги кислород, заключенный в сосуде, быстро вступал в реакцию с раскаленным углеродом, так что вскоре внутри сосуда образовывалась нейтральна€ атмосфера. ’от€ кислород и продолжал поступать через зазоры, вли€ние его сильно ослабл€лось, и така€ лампа могла непрерывно гореть около 200 часов.

Ќо даже в таком усовершенствованном виде дуговые лампы не могли получить достаточно широкого распространени€. ¬ольтова дуга представл€ет собой очень сильный источник света. яркость ее горени€ невозможно уменьшить ниже некоторого предела. ѕоэтому дуговые лампы использовались дл€ освещени€ больших залов, вокзалов или площадей. Ќо они были совершенно непригодны дл€ применени€ в маленьких жилых или рабочих помещени€х.

Ќамного удобнее в этом смысле были лампочки накаливани€. ”стройство их всем известно: электрический ток, проход€ через тонкую нить, раскал€ет ее до высокой температуры, благодар€ чему она начинает €рко светитьс€. ≈ще в 1820 году французский ученый ƒеларю изготовил первую такую лампу, в которой накаливаемым телом служила платинова€ проволока. ѕосле этого в течение полувека лампы накаливани€ почти не использовались, поскольку не могли найти подход€щего материала дл€ нити. ѕоначалу наиболее удобным казалс€ уголь. ¬ 1873 году русский электротехник Ћодыгин сделал лампочку с нитью из роторного угл€. ќн же первый начал откачивать из баллона воздух. ¬ конце концов ему удалось создать первую лампочку накаливани€, получившую некоторое практическое применение, но она оставалась еще очень несовершенной. ¬ 1878 году американские электротехники —ойер и ћан нашли способ изготавливать маленькие угольные дуги небольшого сечени€ путем обугливани€ картона в графитовом порошке. Ёти дуги заключали в стекл€нные колпачки. ќднако и эти лампочки были очень недолговечны.

¬ 1879 году за усовершенствование электрической лампочки вз€лс€ знаменитый американский изобретатель Ёдисон. ќн понимал: дл€ того, чтобы лампочка светила €рко и долго и имела ровный немигающий свет, необходимо, во?первых, найти подход€щий материал дл€ нити, и, во?вторых, научитьс€ создавать в баллоне сильно разреженное пространство. Ѕыло проделано множество экспериментов с различными материалами, которые ставились со свойственным дл€ Ёдисона размахом. ѕодсчитано, что его помощники опробовали не менее 6000 различных веществ и соединений, при этом на опыты было израсходовано свыше 100 тыс€ч долларов. —начала Ёдисон заменил ломкий бумажный уголек более прочным, приготовленным из угл€, потом стал делать опыты с различными металлами и наконец остановилс€ на нити из обугленных бамбуковых волокон. ¬ том же году в присутствии трех тыс€ч человек Ёдисон публично демонстрировал свои электрические лампочки, осветив ими свой дом, лабораторию и несколько прилегающих улиц. Ёто была перва€ лампочка с продолжительным сроком службы, пригодна€ дл€ массового производства. Ќо поскольку изготовление нитей из бамбука оказалось достаточно дорогим, Ёдисон разработал новый способ выделки их из специальным образом обработанных волокон хлопка. —начала хлопок помещали в гор€чий хлорно?цинковый раствор, где он постепенно раствор€лс€. ѕолученную жидкость сгущали с помощью насоса до тестообразного состо€ни€ и выдавливали через тонкую трубку в сосуд со спиртом. «десь она превращалась в тонкую нить и наматывалась на барабан. ѕолученную нить путем нескольких промежуточных операций освобождали от хлорно?цинкового раствора, сушили, разрезали, заключали в v?образные формы и обугливали в печи без доступа воздуха. «атем на нити напыл€ли тонкий слой угл€. ƒл€ этого их помещали под колпак, заполненный светильным газом, и пропускали через них ток. ѕод действием тока газ разлагалс€, и на нити осаждалс€ тонкий слой углерода. ѕосле всех этих сложных операций нить была готова дл€ употреблени€.

ѕроцесс изготовлени€ лампочки тоже был очень сложным. Ќить помещали в стекл€нный колпачок между двум€ платиновыми электродами, вплавленными в стекло (дорогой платиной приходилось пользоватьс€ потому, что она имела одинаковый со стеклом коэффициент теплового расширени€, что было очень важно дл€ создани€ герметичности). Ќаконец, с помощью ртутного насоса из лампочки выкачивали воздух, так что в ней оставалось не более одной миллиардной того воздуха, который содержалс€ в ней при нормальном давлении.  огда выкачивание заканчивалось, лампочку запаивали и насаживали на цоколь с контактами дл€ вкручивани€ в патрон (и патрон, и цоколь, а также многие другие элементы электрического освещени€, сохранившиес€ без изменений до наших дней Ч выключатели, предохранители, электрические счетчики и многое другое Ч были также изобретены Ёдисоном). —редн€€ долговечность лампочки Ёдисона составл€ла 800?1000 часов непрерывного горени€.

ѕочти тридцать лет лампочки изготавливались описанным выше способом, но будущее было за лампочками с металлической нитью. ≈ще в 1890 году Ћодыгин придумал заменить угольную нить металлической проволокой из тугоплавкого вольфрама, имевшей температуру накала 3385 градусов. ќднако промышленное изготовление таких лампочек началось только в XX веке.

 

53. √»ƒ–ќ“”–Ѕ»Ќј

 

¬ истории человечества вод€ные двигатели всегда играли особую роль. Ќа прот€жении многих веков различный вод€ные машины были главным источником энергии в производстве. «атем развитие тепловых (а позже электрических) двигателей сильно сузило сферу их применени€. ќднако везде, где имелись дешевые гидроресурсы (ручей с быстрым течением, водопад или порожиста€ река), вод€ной двигатель мог оказатьс€ предпочтительнее всех других, поскольку был очень прост по своей конструкции, не требовал топлива и имел сравнительно высокий  ѕƒ. ѕосле того как в первой половине XIX века была изобретена вод€на€ турбина с очень высоким  ѕƒ, гидроэнергетика пережила как бы второе рождение. — началом электрификации по всему миру развернулось строительство гидроэлектростанций, на которых электрогенераторы получали свой привод от мощных гидротурбин различных конструкций. » в наше врем€ на долю гидротурбин приходитс€ немала€ часть мирового производства электроэнергии. ѕоэтому это замечательное устройство по праву входит в число самых великих изобретений.

¬од€на€ турбина развилась из вод€ного колеса, и прежде чем говорить о ее устройстве, следует сказать несколько слов о вод€ных колесах.  ак уже отмечалось, первые вод€ные колеса стали использоватьс€ в древности. ѕо конструкции они делились на нижнебойные (или подливные) и верхнебойные (или наливные).

Ќижнебойные колеса были наиболее простым типом вод€ного двигател€. ќни не требовали дл€ себ€ строительства каналов или плотин, но в то же врем€ имели самый низкий  ѕƒ, так как их работа основывалась на достаточно невыгодном принципе. Ётот принцип заключалс€ в том, что подтекающа€ под колеса вода удар€ла в лопатки, заставл€€ их вращатьс€. “аким образом, в подливных колесах использовалась только сила напора воды. Ѕолее рациональны с энергетической точки зрени€ были наливные колеса, в которых использовалс€ еще и вес падающей воды.

”стройство наливного колеса также было очень просто. ѕо ободу большого колеса или барабана приделывалс€ р€д ковшей. ¬ода сверху из желоба наливалась в верхний ковш. Ќаполненный водой ковш становилс€ т€желее, опускалс€ вниз и т€нул за собой весь обод.  олесо начинало вращатьс€. Ќа место опускающегос€ колеса становилс€ следующий ковш. ќн тоже наполн€лс€ непрерывно текущей водой и начинал опускатьс€. Ќа его место приходил третий, потом четвертый и так далее.  огда ковши доходили до нижней точки обода, вода из них выливалась. ѕри прочих равных услови€х мощность верхнебойных колес была выше, чем у нижнебойных, но зато эти колеса имели большие габариты и невысокую скорость вращени€.  роме того, дл€ их эффективной работы требовалось создавать значительный перепад воды, то есть строить каналы, плотины и прочие дорогосто€щие сооружени€.

Ћюбое вод€ное колесо насаживалось на вал, который вращалс€ вместе с колесом, а от него вращение передавалось дальше к той машине, которую хотели привести в действие. ¬ древности и средневековье такие двигатели широко использовали в самых разных отрасл€х производства, где с их помощью приводили в движение молоты, воздуходувные мехи, насосы, ткацкие машины и другие механизмы.

ћожет показатьс€, что за многовековую историю существовани€ вод€ных колес механики узнали о них все. ƒа и что можно было придумать нового в этой старой как мир конструкции? ќднако оказалось, что можно. ¬ 1750 году венгр —егнер, работавший в √еттингенском университете, выдвинул совершенно новую идею вод€ного двигател€, в котором нар€ду с напором и весом использовалась еще и сила реакции, создаваема€ потоком воды.

¬ода поступала сверху в сосуд, соединенный с осью, внизу которого располагались крестообразные трубки с загнутыми в одну сторону концами. ¬ода вытекала через них, и получавша€с€ при этом сила реакции действовала во всех четырех трубках в одну и ту же сторону, привод€ во вращение все колесо. Ёто была чрезвычайно остроумна€ находка, не получивша€, впрочем, в этом виде никакого практического применени€, но возбудивша€ к себе живейший интерес некоторых математиков и инженеров.

¬еликий немецкий математик Ёйлер одним из первых откликнулс€ на эту новинку, посв€тив исследованию колеса —егнера несколько своих работ. ѕрежде всего, Ёйлер указал на недостатки в конструкции —егнера, отметив при этом, что невысокий  ѕƒ колеса был следствием нерациональных потерь энергии. ƒалее он писал, что эти потери могут быть значительно снижены, если иде€ нового двигател€ получит более полное воплощение. «начительные потери происходили, прежде всего, при входе воды в колесо из?за резкого изменени€ направлени€ и скорости течени€ воды (энерги€ здесь расходовалась на удар). Ќо их можно было уменьшить, если подводить воду к колесу в направлении вращени€ со скоростью этого вращени€. Ќа выходе также имелись потери, так как часть энергии уносилась с выходной скоростью воды. ¬ идеале вода должна отдавать колесу всю свою скорость. ƒл€ этого Ёйлер предлагал заменить горизонтальные водовыпускные трубки трубками криволинейной формы, идущими сверху вниз. “огда уже не было нужды делать отверсти€ дл€ выпуска воды сбоку, так как можно было просто оставл€ть открытым нижний конец замкнутой трубки. Ёйлер предсказал, что в будущем гидравлические машины этого нового типа (собственно, речь здесь шла о гидравлической турбине, но самого этого названи€ еще не было в употреблении) будут иметь две части: неподвижный направл€ющий аппарат, по прохождению через который вода будет поступать в нижнее вращающеес€ колесо, €вл€ющеес€ рабочим органом машины. Ќесмотр€ на высказанные замечани€, Ёйлер очень высоко оценил изобретение —егнера и прозорливо указал, что тот открыл новый путь развити€ гидравлических двигателей, которому суждено большое будущее.

ќднако и колесо —егнера, и работы Ёйлера несколько опередили свое врем€. —ледующие семьдес€т лет никто не пыталс€ усовершенствовать колесо —егнера в соответствии с замечани€ми Ёйлера. »нтерес к ним в первой четверти XIX века возродили работы французского математика ѕонселе, который предложил особый вид подливных колес новой конструкции.  ѕƒ колеса ѕонселе достигало 70%, что было совершенно недостижимо дл€ других типов вод€ных двигателей. —екрет успеха заключалс€ в том, что лопаткам колеса была придана особа€ полукругла€ форма, так что подводима€ вода поступала на них в направлении их кривизны, проходила некоторое рассто€ние вверх по лопатке, а затем, опуска€сь, выходила наружу. ѕри таких услови€х совершенно устран€лс€ удар воды о лопатки при входе, на который обычно тер€лась значительна€ часть энергии вод€ной струи. »зобретение ѕонселе стало важным шагом на пути к вод€ной турбине. ƒл€ того чтобы этот путь был пройден до конца, недоставало второго элемента турбины, описанного Ёйлером Ч направл€ющего аппарата.

¬первые направл€ющий аппарат к вод€ному колесу применил профессор Ѕюрден в 1827 году. ќн же первый назвал свою машину турбиной (от латинского turbo Ч быстрое вращение), после чего это определение вошло в обиход. ¬ 1832 году первую практически применимую гидротурбину создал французский инженер ‘урнейрон.

≈го турбина состо€ла из двух концентрических, лежащих друг против друга колес: внутреннего, неподвижного K, представл€вшего из себ€ направл€ющий аппарат, и внешнего с изогнутыми лопатками a, которое и было рабочим турбинным колесом. ¬ода поступала в турбину сверху через трубу, обхватывавшую вал турбины, и попадала на лопатки направл€ющего аппарата. Ёти лопатки принуждали воду двигатьс€ по кривой линии, вследствие чего она втекала в горизонтальном направлении в лопатки турбинного колеса, без удара, по всей его внутренней окружности, отдава€ последнему всю свою энергию, а затем равномерно стекала по его внутренней окружности. ¬новь поступающа€ и отработанна€ вода нигде не смешивались между собой. “урбинное колесо было накрепко соединено с вертикальным валом D, через который передавалось движение.

 ѕƒ турбины ‘урнейрона достигал 80%. —озданна€ им конструкци€ имела громадное значение дл€ дальнейшей истории турбостроени€. —лух об этом удивительном изобретении быстро распространилс€ по всей ≈вропе. —пециалисты?инженеры из многих стран в течение нескольких лет приезжали в глухое местечко Ўварцвальда, чтобы осматривать работавшую там турбину ‘урнейрона как великую достопримечательность. ¬скоре турбины стали строить по всему миру.

ѕереход к турбинам стал революционным переворотом в истории гидравлических двигателей. ¬ чем же заключалось их преимущество перед старым вод€ным колесом? ¬ приведенном выше кратком описании турбины ‘урнейрона трудно увидеть колесо —егнера. ћежду тем она основана на том же принципе использовани€ реактивного движени€ вод€ной струи (отчего этот тип турбин и получил позже название реактивных). ѕросто ‘урнейрон внимательно учел все замечани€ Ёйлера и использовал свой собственный опыт инженера?гидравлика. “урбина ‘урнейрона отличалась от вод€ного колеса несколькими принципиальными моментами. ¬ вод€ном колесе вода входила и выходила в одном и том же месте. »з?за этого как скорость, так и направление движени€ воды в лопатке колеса были различны в разные моменты времени Ч колесо как бы затрачивало изр€дную часть своей полезной мощности на посто€нное преодоление сопротивлени€ струи. ¬ турбине ‘урнейрона вода из направл€ющего аппарата входила на одну кромку лопатки колеса, проходила по лопатке и стекала с другой ее стороны. ¬следствие этого в турбине вода не останавливалась, не мен€ла направлени€ своего течени€ на обратное, а от входных до выходных кромок текла непрерывно. ¬ каждой точке лопаток скорость ее была одинакова по направлению и отличалась только по величине. ¬ результате скорость вращени€ турбины теоретически зависела только от скорости воды, и поэтому турбина могла вращатьс€ в несколько дес€тков раз быстрее обычного вод€ного колеса. ƒругое выгодное отличие турбины заключалось в том, что вода одновременно проходила по всем лопаткам колеса, а в вод€ном колесе Ч только через некоторые. ¬ результате, энерги€ вод€ной струи использовалась в турбине гораздо полнее, чем в вод€ном колесе, а ее габариты при той же мощности были в несколько раз меньше.

¬ последующие годы выработалось несколько основных видов гидротурбин. Ќе вдава€сь здесь в подробности, отметим, что все турбины XIX века можно условно разделить на два основных типа: реактивные и струйные. –еактивна€ турбина, как уже говорилось, представл€ла собой усовершенствованное колесо —егнера. ќна имела турбинное колесо, насаженное на вал, с особым образом искривленными лопатками. Ёто колесо заключало внутри себ€ или было окружено направл€ющим аппаратом. ѕоследний представл€л из себ€ неподвижное колесо с направл€ющими лопатками. ¬ода устремл€лась вниз через направл€ющий аппарат и турбинное колесо, причем лопатки первого направл€ли воду на лопатки второго. ѕри выливании вода давила на лопатки и вращала колесо. ќт вала вращение передавалось дальше к какому?нибудь устройству (например, электрогенератору). –еактивные турбины оказались очень удобны там, где напор воды невелик, но есть возможность создать перепад в 10?15 м. ќни получили в XX веке очень широкое распространение.

ƒругим распространенным типом турбин были струйные. »х принципиальное устройство заключалось в том, что стру€ воды под сильным напором удар€ла в лопатки колеса и этим заставл€ла его вращатьс€. —ходство струйной турбины с нижнебойным колесом очень велико. ѕрообразы таких турбин по€вились еще в средние века, как это можно заключить из некоторых изображений того времени.

¬ 1884 году американский инженер ѕельтон значительно усовершенствовал струйную турбину, создав новую конструкцию рабочего колеса. ¬ этом колесе гладкие лопатки прежней струйной турбины были заменены особенными им изобретенными, имеющими вид двух соединенных вместе ложек. “аким образом, лопатки получились не плоскими, а вогнутыми, с острым ребром посередине. ѕри таком устройстве лопаток работа воды почти целиком шла на вращение колеса и только очень мала€ ее часть тер€лась бесполезно.

¬ода к турбине ѕельтона поступала по трубе, идущей от запруды или водопада. “ам, где воды было много, труба делалась толстой, а где воды оказывалось меньше, она была тоньше. Ќа конце трубы имелс€ наконечник, или сопло, из которого вода вырывалась сильной струей. —тру€ попадала в ложкообразные лопатки колеса, острое ребро лопатки резало ее пополам, вода толкала лопатки вперед, и турбинное колесо начинало вращатьс€. ќтработанна€ вода стекала вниз в отводную трубу.  олесо с лопатками и соплом прикрывалось сверху кожухом из чугуна или железа. ѕри сильном напоре колесо ѕельтона вращалось с огромной скоростью, дела€ до 1000 оборотов в минуту. ќно было удобно там, где имелась возможность создать сильный напор воды.  ѕƒ турбины ѕельтона был очень высок и приближалс€ к 85%, поэтому она и получила широчайшее распространение.

ѕосле того как в 80?е годы XIX века была разработана система передачи электрического тока на большие рассто€ни€ и по€вилась возможность сосредоточить производство электроэнергии на «фабриках электричества» Ч электростанци€х, началась нова€ эпоха в истории турбостроени€. ¬ соединении с электрогенератором турбина стала тем могущественным инструментом, с помощью которого человек поставил себе на службу огромную силу, скрытую в реках и водопадах.

 

54. ѕ”Ћ≈ћ≈“

 

¬ истории военной техники можно насчитать несколько эпохальных изобретений, к числу которых, несомненно, относитс€ и пулемет. “очно так же, как перва€ пушка открыла эпоху огнестрельного оружи€, а перва€ винтовка Ч эпоху нарезного, создание пулемета ознаменовало собой начало эпохи скорострельного автоматического оружи€.

ћысль о таком оружии, которое позвол€ло бы в кратчайший промежуток времени выпустить наибольшее количество пуль, по€вилась очень давно. ”же в начале XVI века существовали укрепленные поперечно на бревне р€ды зар€женных стволов, через затравки которых была просыпана порохова€ дорожка. ѕри воспламенении пороха получалс€ залп из всех стволов. ќб использовании подобных установок (ребодеконов) в »спании сообщаетс€ около 1512 года. ѕотом возникла мысль укрепл€ть отдельные стволы на вращающемс€ граненом вале. Ёто оружие называлось «органом», или картечницей. ќрган мог иметь на себе до нескольких дес€тков стволов, каждый из которых снабжалс€ своим кремневым замком и спусковым механизмом. ƒействовало такое приспособление очень просто: когда все стволы были зар€жены и замки взведены, вал приводили во вращение посредством руко€тки, укрепленной на его оси. ѕри этом замки, проход€ мимо неподвижного шпенька (небольшого стержн€), укрепленного на оси оруди€, спускались и производили выстрел. „астота огн€ зависела от частоты вращени€. ¬прочем, подобное оружие не имело широкого распространени€. ќно стало более удобным только после того, как по€вились патроны в металлической гильзе.

¬ 1860Ч 1862 годах американец √атлинг создал несколько образцов довольно совершенных картечниц, которые были непосредственными предшественницами пулемета. ¬ 1861 году така€ картечница была прин€та на вооружение армии —Ўј, а потом и многих других армий.

¬округ центрального вала јЅ были прикреплены шесть или дес€ть ружейных стволов, образующих с ним как бы цилиндр; стволы были набраны в особой железной раме ¬√ƒ≈, имевшей цапфы ∆ и « дл€ помещени€ рамы на колесный лафет. ¬ал јЅ и окружающие его стволы были пропущены сквозь отверсти€ двух железных дисков   и Ћ. ѕередний конец вала Ѕ был вставлен в переднюю стенку рамы, а задний конец ј проходил через пустотелый чугунный цилиндр ћ и соедин€лс€ с зубчатыми колесами ЌЌ. „ерез посредство руко€ти ќќ вал јЅ со стволами приводилс€ во вращательное движение. ƒл€ зар€жани€ картечницы на валу јЅ непосредственно за обрезами стволов имелс€ приемный цилиндр ѕ с желобами, расположенными на боковой поверхности на продолжении каждого ствола: в них помещались патроны. Ќад приемным цилиндром была прикреплена к раме на шарнире крышка – с воронкой —, через которую можно было всыпать патроны из особой железной пачки. —крытый в цилиндре ћ механизм был устроен таким образом, что если один человек вращал посредством руко€ти ќќ систему стволов, а другой высыпал патроны в воронку —, то производились последовательное зар€жание и стрельба из каждого ствола одного за другим; патронные гильзы при этом последовательно выбрасывались из ствола и падали вниз.

ќсуществл€лось это следующим образом.   приемному цилиндру ѕ прилегал надетый на том же зубчатом валу замочный цилиндр јЅ с желобами, которые были продолжением желобов первого цилиндра. ќба цилиндра и стволы составл€ли одно целое и приводились в общее вращение руко€ткой ќ. ¬ каждом желобе замочного цилиндра помещалс€ затвор, представл€ющий собой трубку ¬√. ¬нутри трубки располагалс€ ударник с головкою ƒ и ударной шпилькой ≈; ударник мог продольно двигатьс€ в затворе, причем дл€ головки ƒ была разделана вдоль верхней стенки затвора щель; вокруг ударника была обвита пружина, сжимавша€с€ между головкой ударника и выступом в затворе ∆. ¬ передней части затвора был укреплен посредством шпильки экстрактор (устройство дл€ извлечени€ стрел€ной гильзы) « с зацепом » и зубцом  . ѕри вращении всей этой системы выступы затворов Ћ скользили по наклонному нарезу ћћћ на внутренней поверхности неподвижной оболочки, покрывавшей механизм. ¬следствие этого затворы постепенно выдвигались в желоба приемного цилиндра, подталкива€ патроны в стволы. ¬ каждый момент вращени€ только один ствол был заперт затвором, то есть подготовлен к выстрелу. √оловки ударников ƒ скользили по выступу ЌЌ, расположенному на внутренней поверхности неподвижной оболочки, причем по мере выдвижени€ затвора вперед спиральные пружины сжимались. ¬ тот момент, когда затвор запирал ствол, головка ударника освобождалась от выступа ЌЌ и ударна€ пружина воспламен€ла капсюль патрона. ѕри дальнейшем вращении каждый затвор вследствие обратного наклона нареза ћћћ отодвигалс€ назад, причем экстрактор выт€гивал пустую гильзу, котора€ падала вниз. ѕри весе около 250 кг картечница могла делать до 600 выстрелов в минуту. ќна была довольно капризным оружием, и управл€тьс€ с ней было очень непросто.   тому же вращение руко€тки оказалось весьма утомительным зан€тием.  артечница использовалась в некоторых войнах (гражданской войне в —Ўј, франко?прусской и русско?турецкой), но нигде не смогла зарекомендовать себ€ с хорошей стороны. ¬ истории техники она интересна тем, что некоторые ее механизмы были использованы потом изобретател€ми пулеметов. ќднако назвать картечницу автоматическим оружием в современном смысле этого слова еще нельз€.

¬ насто€щем автоматическом оружии, конечно, не могло быть и речи о том, чтобы вручную вращать стволы, да и принцип его действи€ был совсем другим. –азвиваемое при выстреле давление пороховых газов здесь использовалось не только дл€ выбрасывани€ пули из канала ствола, но и дл€ перезар€дки. ѕри этом автоматически выполн€лись следующие операции: открывалс€ затвор, выбрасывалась стрел€на€ гильза, взводилась боева€ пружина ударника, в патронник ствола вводилс€ новый патрон, после чего затвор вновь закрывалс€. Ќад созданием образцов такого оружи€ работали во второй половине XIX века многие изобретатели в разных странах. ¬первые действующий автоматический механизм удалось создать английскому инженеру √енри Ѕессемеру. ¬ 1854 году он сконструировал первую в истории автоматическую пушку. —илой отдачи после выстрела здесь происходило выбрасывание гильзы, вслед за тем автоматически досылалс€ новый снар€д и взводилс€ механизм дл€ следующего выстрела. „тобы орудие не перегревалось, Ѕессемер продумал систему вод€ного охлаждени€. ¬прочем, изобретение его было настолько несовершенно, что речь о серийном производстве этой пушки даже не шла.

—амый первый в истории пулемет был создан американским изобретателем ’айрамом ћаксимом. ¬ течение нескольких лет он безуспешно работал над изобретением автоматической винтовки. ¬ конце концов ему удалось сконструировать все основные узлы автоматического оружи€, но оно получилось таким громоздким, что скорее походило на небольшую пушку. ќт винтовки пришлось отказатьс€. ¬место нее ћаксим собрал в 1883 году первый действующий образец своего знаменитого пулемета. ¬скоре после этого он переехал в јнглию и основал здесь свою собственную мастерскую, котора€ позже соединилась с оружейным заводом Ќорденфельдта.

ѕервое испытание пулемета было проведено в Ёнфильде в 1885 году. ¬ 1887 году ћаксим предложил английскому военному министерству три различных образца своего пулемета, дававшего около 400 выстрелов в минуту. ¬ последующие годы он стал получать на него все больше и больше заказов. ѕулемет был испытан в различных колониальных войнах, которые вела в это врем€ јнгли€, и великолепно зарекомендовал себ€ как грозное и очень эффективное оружие. јнгли€ была первым государством, прин€вшим пулемет на вооружение своей армии. ¬ начале XX века пулемет ћаксима уже состо€л на вооружении всех европейских и американских армий, а также армий  ита€ и японии. ¬ообще, ему было суждено редкое долголетие. ѕосто€нно модернизиру€сь, эта надежна€ и безотказна€ машина просто€ла на вооружении многих армий (в том числе советской) вплоть до окончани€ ¬торой мировой войны.

ѕринцип действи€ «максима» был следующий. ѕулемет имел подвижный ствол, соединенный с помощью цапф с двум€ продольными пластинами особой рамы, между которыми помещалс€ замок јЅ, запиравший ствол, мотыль ¬√ и шатун √ƒ. ¬се эти три части были соединены между собой шарнирами ¬√ƒ, причем последний шарнир проходил через заднюю оконечность пластин рамы и соедин€лс€ с шатуном наглухо, то есть таким образом, что если эта ось поворачивалась, то поворачивалс€ и сам шатун. Ќа эту ось с правой стороны снаружи короба насаживалась руко€ть ≈∆, опиравша€с€ задним концом ∆ на ролик «.   руко€ти при помощи цепочки прикрепл€лс€ задний конец спиральной пружины  , работавшей на раст€жение, передний же ее конец прикрепл€лс€ к неподвижному коробу системы. –уко€ть находилась с правой наружной стороны короба пулемета.

ѕри выстреле пороховые газы стремились отбросить замок назад, но так как он был соединен при помощи мотыл€ и шатуна с рамой пулемета посредством оси ƒ (причем средн€€ ось √ располагалась несколько выше двух крайних осей ƒ и ¬, прилега€ в то же врем€ сверху к особой стенке), то первоначально эти части (то есть, мотыль, шатун и замок) сохран€ли свое прежнее положение, которое они имели перед выстрелом, и отходили назад, двига€ за собой раму, а следовательно, и соединенный с нею ствол. Ёто происходило до тех пор, пока руко€ть ≈∆, сид€ща€ на оси ƒ, не налезала на ролик «, после чего руко€ть начинала вращатьс€. Ёто вращение руко€ти вызывало вращение оси ƒ, а следовательно, и шатуна ƒ√. «амок при этом получал ускоренное по сравнению с рамой и стволом движение Ч он открывал ствол и гильза выбрасывалась из патронника. ¬след за тем раст€нута€ пружина возвращала весь механизм в первоначальное положение. “ак как подвижные части в этой системе были очень массивны, то в первое врем€ пулемет часто давал «задержку», в результате чего скорострельность его заметно падала. ƒл€ улучшени€ работы пулемета ћиллер, техник фирмы «ћаксим?Ќорденфельдт», и русский капитан ∆уков придумали надульник. ƒействие его заключалось в том, что пороховые газы, выбрасываемые из ствола за пулей, отражались о переднюю внутреннюю стену надульника и действовали затем на передний обрез дульного среза, увеличива€ скорость отбрасывани€ ствола от рамы.

ѕодача патрона в ствол осуществл€лась следующим образом. ѕо особым нарезам на передней плоскости замка скользила вверх и вниз личинка Ћћ, назначение которой было выхватывать патроны из ленты, а стрел€ные гильзы из патронника: при ее поднимании вверх в особые захваты личинки входила шл€пка патрона, причем при отодвигании замка назад патрон выхватывалс€ из ленты. ƒл€ того чтобы поставить выхваченный патрон на линию оси патронника, личинка должна была опуститьс€ вниз, что происходило под действием ее собственного веса, причем особые боковые рожки личинки скользили по боковым пластинкам ѕ– неподвижного короба.

Ѕольшей интенсивности опускани€ помогали пластинчатые пружины ——, нажимавшие сверху на личинку. ќбратное подн€тие личинки вверх происходило при помощи подъемных рычагов Ќќ, передние кра€ которых при вращении рычагов надавливали на боковые выступы личинки. ¬ращение рычагов производилось особым плечом ¬¬'.

–уко€ть в пулемете действовала как ускоритель: облада€ массивностью, она при своем вращении ускор€ла поворачивание мотыл€ и шатуна с отбрасыванием замка в крайнее заднее положение.

 

55. √»ƒ–ј¬Ћ»„≈— »… ѕ–≈——

 

¬ основе действи€ гидравлического пресса лежит одно из важнейших свойств воды Ч ее мала€ способность к сжатию. Ѕлагодар€ этому давление, производимое на воду, заключенную в замкнутый сосуд, передаетс€ во все стороны с одинаковой силой, так что на каждую единицу поверхности приходитс€ такое же давление, как и давление, производимое извне.

—ила, с которой оказываетс€ воздействие на поверхность, определ€етс€ по формуле F=PХS, где P Ч давление, а S Ч площадь, к которой прилагаетс€ сила. ѕредставим себе замкнутый сосуд с водой (или любой другой несжимаемой жидкостью), в который вставлены два поршн€. ¬оздейству€ на меньший поршень с силой F, мы заставим подниматьс€ больший поршень. —ила, с которой вода будет давить на этот поршень (как это следует из приведенной выше формулы), будет во столько раз больше, во сколько его площадь больше площади меньшего поршн€. ¬ этом состоит суть эффекта гидравлического усилени€. Ќапример, если на меньший поршень давить с силой 10 кг, то воздействие, оказываемое на поршень в другом колене, диаметр которого вдвое больше, будет в четыре раза больше (так как площадь этого поршн€ в четыре раза больше), то есть оно будет равн€тьс€ 40 кг. —оответствующим подбором диаметров того и другого поршн€ можно достигнуть чрезвычайно большого увеличени€ силы давлени€, оказываемой водой на второй поршень, но в такой же мере уменьшитьс€ скорость, с которой он будет подниматьс€ вверх. (¬ нашем примере дл€ того, чтобы большой поршень подн€лс€ на 1 см, маленький должен опуститьс€ на 4 см.)

Ёто замечательное свойство несжимаемой жидкости, получившее широчайшее использование в современной технике, было открыто ѕаскалем. ¬ своем трактате о равновесии жидкостей, изданном посмертно в 1663 году, он писал: «≈сли сосуд, полный водою, закрытый со всех сторон, имеет два отверсти€, и одно имеет площадь в сто раз больше, чем другое, с плотно вставленными поршн€ми, то один человек, толкающий маленький поршень, уравновесит силу ста человек, которые будут толкать в сто раз больший, и пересилит 99 из них».

ѕосле опубликовани€ трактата ѕаскал€ иде€ гидравлического пресса витала в воздухе, но осуществить ее на практике не удавалось еще более ста лет, потому что не могли добитьс€ необходимой герметичности сосуда: при больших давлени€х вода просачивалась между стенками цилиндра и поршн€ и никакого усилени€ не получалось. ¬ 90?х годах XVIII века за создание гидравлического пресса вз€лс€ известный английский изобретатель Ѕрама. ≈му тоже пришлось столкнутьс€ с проблемой уплотнени€, но эту задачу Ѕраме помог разрешить его сотрудник и будущий великий изобретатель √енри ћодсли, который придумал особый самоуплотн€ющийс€ воротничок (манжету). »зобретение ћодсли фактически было равно изобретению самого пресса, так как без него он никогда не смог бы работать. —овременники хорошо сознавали это. ”ченик ћодсли ƒж. Ќесмит писал позже, что если бы ћодсли не изобрел ничего, кроме этого самоуплотн€ющегос€ воротничка, уже и тогда им€ его навсегда бы вошло в историю техники. ¬оротничок представл€л собой кольцо, имевшее в разрезе вид обращенной буквы V, его выт€гивали из куска толстой юфти, хорошо размоченной в теплой воде, с помощью чугунной формы, состо€вшей из кольцеобразного углублени€ и сплошного кольца, соответствовавшего его внутренней поверхности. –аньше полного высыхани€ кожу надо было пропитать салом, чтобы она сохранила свою м€гкость. ѕри заполнении цилиндра водой под высоким давлением кра€ кожаного воротничка раздвигались, плотно прижима€сь к поверхности цилиндра и закрыва€ собой зазор. ѕри больших диаметрах поршн€ такой воротничок оказывалс€ слишком гибким и поэтому легко отставал. ¬ этом случае внутрь него помещали кольцо, подобное тому, что служило дл€ выт€гивани€. ¬ 1797 году Ѕрама построил первый в истории гидравлический пресс.

«десь EE изображают стойки, D Ч крышку, а C Ч платформу пресса, составл€ющую одно целое с его поршнем, тогда как внешний цилиндр отливалс€ вместе с основанием дл€ стоек. ¬ представленном р€дом разрезе цилиндра виден воротничок ћодсли, изображенный также отдельно в увеличенном виде под буквой Q. ÷илиндр пресса соедин€лс€ гибкой трубкой с отдельно сто€щим нагнетательным насосом. ≈го сплошной поршень приводилс€ в начальное движение с помощью рычага GH, шатуна H' и направл€ющего стержн€ K. Ќасос обычно укрепл€лс€ на чугунном €щике, служившим резервуаром дл€ жидкости (воды, глицерина или масла), в этот же резервуар вытекала обратно жидкость, когда давление достигало установленной величины и предохранительный клапан V поднимал свой груз P или когда отвор€ли винтовой затвор, чтобы выпустить жидкость и дать возможность поршню вновь опуститьс€ вниз.

ѕресс Ѕрамы послужил образцом дл€ множества других гидравлических приспособлений, изобретенных позже. ¬скоре был создан домкрат Ч устройство дл€ подн€ти€ т€жестей. ¬ 20?е годы XIX века пресс стал широко использоватьс€ дл€ штамповки изделий из м€гкого металла. ќднако прошло еще несколько дес€тилетий, прежде чем были созданы мощные ковочные прессы, пригодные дл€ штамповки стальных и железных деталей.

Ќасто€тельна€ потребность в таких прессах по€вилась во второй половине XIX века, когда заметно увеличились размеры обрабатываемых заготовок. »х проковка требовала все более мощных паровых молотов. ћежду тем дл€ увеличени€ силы удара парового молота приходилось либо увеличивать вес падающей части, либо высоту ее падени€. Ќо и то и другое имело свои пределы. Ѕыстрый процесс машиностроени€, необходимость оковки все более и более крупных предметов довели наконец вес бабы (бьющей части молота) до колоссальных размеров Ч пор€дка 120 тонн. ѕри падении таких огромных масс, конечно, невозможно было добитьс€ необходимой точности.  роме того, сила удара, вызывающа€ резкую деформацию предмета, действовала благодар€ инерции лишь на поверхностный слой отковки. — технологической точки зрени€ медленное, но сильное давление было гораздо более целесообразно, поскольку металл получал врем€ раздатьс€, и это способствовало более правильной деформации. Ќаконец, сильные удары молота настолько сотр€сали почву, что это сделалось опасным дл€ окружающих построек и сооружений.

¬первые ковочный пресс был разработан в 1860 году директором мастерских государственных железных дорог в ¬ене ƒж. √азвеллом. ћастерские были расположены в черте города вблизи жилых построек, так что разместить в них мощный паровой молот не представл€лось возможным. “огда √азвелл и решил заменить молот прессом. —озданный им пресс обслуживалс€ паровой машиной двойного действи€ с горизонтальным цилиндром, приводившей в действие два насоса. ћощность пресса составл€ла 700 тонн, и он с успехом примен€лс€ при штамповке паровозных деталей: поршней, хомутов, кривошипов и тому подобного. ¬ыставленный в 1862 году на всемирной выставке в Ћондоне, он привлек к себе живейший интерес. — этого времени во всех странах стали создаватьс€ все более мощные прессы. јнглийский инженер ¬итворт (один из учеников √енри ћодсли и сам выдающийс€ изобретатель), увлеченный примером √азвелла, поставил перед собой сложную задачу Ч создать такой пресс, который бы можно было использовать дл€ получени€ изделий непосредственно из железных и стальных слитков. ¬ 1875 году он получил патент на свой первый ковочный пресс.

ѕресс ¬итворта состо€л из четырех колонн, укрепленных в фундаментной плите. Ќа верхней части колонн была расположена неподвижна€ поперечна€ балка (траверса) с двум€ гидравлическими подъемными цилиндрами Ч с их помощью вверх и вниз перемещалась подвижна€ траверса, на которой внизу был установлен штамп. ”стройство пресса основывалось на комбинированном использовании силовых насосов и гидравлических аккумул€торов. (√идравлический аккумул€тор Ч устройство, позвол€ющее накапливать гидравлическую энергию; он состоит из цилиндра и поршн€, к которому крепитс€ груз; сначала вода, поступающа€ в цилиндр, приподнимает груз, затем, в нужный момент, груз отпускаетс€, и вода, выход€ из цилиндра под его давлением, совершает необходимую работу.) ¬ прессе ¬итворта между четырьм€ колоннами на некоторой высоте над наковальней K помещалс€ массив P; внутрь него был вставлен большой цилиндр C, поршень которого E и был кующей частью пресса. Ётот поршень соедин€лс€ с поршн€ми двух малых цилиндров a и a1, также вставленных в массив, так что при работе все три поршн€ поднимались и опускались одновременно. ѕространство C над поршнем большого цилиндра соедин€лось с коробкой D, куда вгон€лась насосами вода. ” малых цилиндров пространство над поршнем соедин€лось с трубкой грузового аккумул€тора AB, груз которого был уравновешен с весом всех трех поршней E, a и a1.

—ама работа ковки производилась следующим образом: открывалс€ клапан d в нагнетательной коробке, воду насосов направл€ли в пространство над поршнем большого цилиндра, отчего все три поршн€ опускались. ѕри этом большой поршень производил сжатие металла, а малые поршни давили на воду под ними и этим давлением поднимали уравновешивающий груз аккумул€тора.  огда клапан нагнетательного насоса закрывали, давление на большой поршень прекращалось, и тогда подн€тый груз аккумул€тора начинал опускатьс€, передава€ давление на воду, котора€ поднимала все три поршн€. “аким образом, груз и три уравновешенных с ним поршн€ представл€ли собой как бы две чаши весов. Ќасосы приводились в действие паровой машиной. ƒл€ наблюдени€ за силой сжати€ с кующим поршнем была соединена стрелка F, что давало возможность вести ковку с исключительной точностью.

¬первые гидравлический пресс ¬итворта был применен дл€ ковки отливок в 1884 году. ƒо этого времени ковка орудийных стволов на заводе ¬итворта, как и многие другие кузнечные операции, велась на паровых молотах. ќднако преимущество гидравлических прессов перед паровыми молотами оказалось бесспорным. “ак, например, дл€ ковки ствола оруди€ из слитка массой 36, 5 т требовалось 3 недели и 33 промежуточных нагрева; с применением же гидравлического пресса, дававшим усилие в 4000 т, ковка слитка массой 37, 5 т занимала всего 4 дн€ и требовала 15 промежуточных нагреваний. «амена молота прессом удешевл€ла операцию ковки крупногабаритных деталей примерно в семь раз. ѕоэтому в короткое врем€ прессы ¬итворта получили широкое распространение. ¬скоре применение гидравлических ковочных прессов привело к серьезным техническим преобразовани€м на крупных металлургических и машиностроительных заводах. “€желые паровые молоты были повсеместно демонтированы и заменены прессами.   началу 90?х годов XIX века уже имелись прессы мощностью в 1000 т.

 

56. ѕј–ќ¬јя “”–Ѕ»Ќј

 

Ќар€ду с гидротурбинами, описанными в одной из предыдущих глав, огромное значение дл€ энергетики и электрификации имело изобретение и распространение паровых турбин. ѕринцип их действи€ был подобен гидравлическим, с той, однако, разницей, что гидравлическую турбину приводила во вращение стру€ воды, а паровую Ч стру€ разогретого пара. “очно так же, как вод€на€ турбина представл€ла собой новое слово в истории вод€ных двигателей, парова€ продемонстрировала новые возможности парового двигател€. —тара€ машина ”атта, отметивша€ в третьей четверти XIX века свой столетний юбилей, имела низкий  ѕƒ, поскольку вращательное движение получалось в ней сложным и нерациональным путем. ¬ самом деле, как мы помним, пар двигал здесь не само вращающеес€ колесо, а оказывал давление на поршень, от поршн€ через шток, шатун и кривошип движение передавалось на главный вал. ¬ результате многочисленных передач и преобразований огромна€ часть энергии, полученной от сгорани€ топлива, в полном смысле этого слова без вс€кой пользы вылетала в трубу. Ќе раз изобретатели пытались сконструировать более простую и экономичную машину Ч паровую турбину, в которой стру€ пара непосредственно вращала бы рабочее колесо. Ќесложный подсчет показывал, что она должна иметь  ѕƒ на несколько пор€дков выше, чем машина ”атта. ќднако на пути инженерной мысли оказывалось множество преп€тствий. ƒл€ того чтобы турбина действительно превратилась в высокоэффективный двигатель, рабочее колесо должно было вращатьс€ с очень высокой скоростью, дела€ сотни оборотов в минуту. ƒолгое врем€ этого не могли добитьс€, так как не умели сообщить надлежащую скорость струе пара.

“олько в 1883 году шведу √уставу Ћавалю удалось преодолеть многие затруднени€ и создать первую работающую паровую турбину. «а несколько лет до этого Ћаваль получил патент на сепаратор дл€ молока. ƒл€ того чтобы приводить его в действие, нужен был очень скоростной привод. Ќи один из существовавших тогда двигателей не удовлетвор€л поставленной задаче. Ћаваль убедилс€, что только парова€ турбина может дать ему необходимую скорость вращени€. ќн стал работать над ее конструкцией и в конце концов добилс€ желаемого. “урбина Ћавал€ представл€ла собой легкое колесо, на лопатки которого через несколько поставленных под острым углом сопел наводилс€ пар. ¬ 1889 году Ћаваль значительно усовершенствовал свое изобретение, дополнив сопла коническими расширител€ми. Ёто значительно повысило  ѕƒ турбины и превратило ее в универсальный двигатель. ѕринцип действи€ турбины был чрезвычайно прост. ѕар, разогретый до высокой температуры, поступал из котла по паровой трубе к соплам и вырывалс€ наружу. ¬ соплах пар расшир€лс€ до атмосферного давлени€. Ѕлагодар€ увеличению объема, сопровождавшему это расширение, получалось значительное увеличение скорости вытекани€ (при расширении от 5 до 1 атмосферы скорость паровой струи достигала 770 м/с). “аким образом заключенна€ в паре энерги€ передавалась лопаст€м турбины. „исло сопел и давление пара определ€ли мощность турбины.  огда отработанный пар не выпускали пр€мо в воздух, а направл€ли, как в паровых машинах, в конденсатор и сжижали при пониженном давлении, мощность турбины была наивысшей. “ак, при расширении пара от 5 атм до 1/10 атм скорость струи достигала сверхзвуковой величины.

Ќесмотр€ на кажущуюс€ простоту, турбина Ћавал€ была насто€щим чудом инженерной мысли. ƒостаточно представить себе нагрузки, которые испытывало в ней рабочее колесо, чтобы пон€ть, как нелегко было изобретателю добитьс€ от своего детища бесперебойной работы. ѕри огромных оборотах турбинного колеса даже незначительное смещение в центре т€жести вызывало сильную нагрузку на ось и перегрузку подшипников. „тобы избежать этого, Ћаваль придумал насадить колесо на очень тонкую ось, котора€ при вращении могла бы слегка прогибатьс€. ѕри раскручивании она сама собой приходила в строго центральное положение, удерживаемое затем при любой скорости вращени€. Ѕлагодар€ этому остроумному решению разрушающее действие на подшипники было сведено до минимума.

≈два по€вившись, турбина Ћавал€ завоевала всеобщее признание. ќна была намного экономичнее старых паровых двигателей, очень проста в обращении, занимала мало места, легко устанавливалась и подключалась. ќсобенно большие выгоды турбина Ћавал€ давала при ее соединении с высокоскоростными машинами пилами, сепараторами, центробежными насосами. ≈е с успехом примен€ли также как привод дл€ электрогенератора, но все?таки дл€ него она имела чрезмерно большую скорость и потому могла действовать только через редуктор (систему зубчатых колес, понижавших скорость вращени€ при передаче движени€ от вала турбины на вал генератора).

¬ 1884 году английский инженер ѕарсонс получил патент на многоступенчатую реактивную турбину, которую он изобрел специально дл€ приведение в действие электрогенератора. ¬ 1885 году он сконструировал многоступенчатую реактивную турбину, получившую в дальнейшем широкое применение на тепловых электростанци€х. ќна имела следующее устройство, напоминающее устройство реактивной гидротурбины. Ќа центральный вал был насажен р€д вращающихс€ колес с лопатками. ћежду этими колесами находились неподвижные венцы (диски) с лопатками, имевшими обратное направление. ѕар под большим давлением подводилс€ к одному из концов турбины. ƒавление на другом конце было небольшое (меньше атмосферного). ѕоэтому пар стремилс€ пройти сквозь турбину. —начала он поступал в промежутки между лопатками первого венца. Ёти лопатки направл€ли его на лопатки первого подвижного колеса. ѕар проходил между ними, заставл€€ колеса вращатьс€. ƒальше он поступал во второй венец. Ћопатки второго венца направл€ли пар между лопатками второго подвижного колеса, которое тоже приходило во вращение. »з второго подвижного колеса пар поступал между лопатками третьего венца и так далее. ¬сем лопаткам была придана така€ форма, что сечение междулопаточных каналов уменьшалось по направлению истечени€ пара. Ћопатки как бы образовывали насаженные на вал сопла, из которых, расшир€€сь, истекал пар. «десь использовалась как активна€, так и реактивна€ его сила. ¬раща€сь, все колеса вращали вал турбины. —наружи устройство было заключено в крепкий кожух. ¬ 1889 году уже около трехсот таких турбин использовалось дл€ выработки электроэнергии, а в 1899 году в Ёльберфельде была построена перва€ электростанци€ с паровыми турбинами ѕарсонса. ћежду тем ѕарсонс старалс€ расширить сферу применени€ своего изобретени€. ¬ 1894 году он построил опытное судно «“урбини€» с приводом от паровой турбины. Ќа испытани€х оно продемонстрировало рекордную скорость 60 км/ч. ѕосле этого паровые турбины стали устанавливать на многих быстроходных судах.

 

57. √ј«ќ¬џ… » Ѕ≈Ќ«»Ќќ¬џ… ƒ¬»√ј“≈Ћ»

 

ѕаровой двигатель не до конца разрешил энергетическую проблему, сто€вшую перед человечеством. Ќебольшие мастерские и предпри€ти€, составл€вшие в XIX веке большую часть промышленного сектора, не всегда могли им воспользоватьс€. ƒело в том, что маленький паровой двигатель имел очень невысокий  ѕƒ (менее 10%).  роме того, использование такого двигател€ было св€зано с большими затратами и хлопотами. ƒл€ того чтобы запустить его в ход, необходимо было развести огонь и навести пары. ƒаже если машина была нужна только временами, ее все равно приходилось посто€нно держать под парами. ƒл€ мелкой промышленности требовалс€ двигатель небольшой силы, занимающий мало места, который можно было бы включать и останавливать в любое врем€ без долгой подготовки. ¬первые иде€ такого двигател€ была предложена в самом начале XIX века.

¬ последний год XVIII века французский инженер ‘илипп Ћебон открыл светильный газ. “радици€ приписывает его успех случайности Ч Ћебон увидел, как вспыхнул газ, истекавший из поставленного на огонь сосуда с древесными опилками, и пон€л, какую пользу можно извлечь из этого €влени€. ¬ 1799 году он получил патент на использование и способ получени€ светильного газа путем сухой перегонки древесины или угл€. Ёто открытие имело огромное значение прежде всего дл€ развити€ техники освещени€. ќчень скоро во ‘ранции, а потом и в других странах ≈вропы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогосто€щими свечами. ќднако светильный газ годилс€ не только дл€ освещени€. ¬ 1801 году Ћебон вз€л патент на конструкцию газового двигател€. ѕринцип действи€ этой машины основывалс€ на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. ѕродукты горени€ стремительно расшир€лись, оказыва€ сильное давление на окружающую среду. —оздав соответствующие услови€, можно использовать выдел€ющуюс€ энергию в интересах человека. ¬ двигателе Ћебона были предусмотрены два компрессора и камера смешени€. ќдин компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой Ч сжатый светильный газ из газогенератора. √азовоздушна€ смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламен€лась. ƒвигатель был двойного действи€, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршн€. ѕо существу, Ћебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорани€, однако в 1804 году он погиб, не успев воплотить в жизнь свое изобретение. Ќо иде€ его и в дальнейшем привлекала к себе самое пристальное внимание. ƒействительно, принцип действи€ газового двигател€ много проще, чем паровой машины, так как здесь топливо само непосредственно производит давление на поршень, тогда как в паровом двигателе теплова€ энерги€ сначала передаетс€ другому носителю Ч вод€ному пару, который и совершает полезную работу.

¬ последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. ќднако все эти попытки не привели к по€влению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. „есть создани€ коммерчески успешного двигател€ внутреннего сгорани€ принадлежит бельгийскому инженеру ∆ану Ётьену Ћенуару. –абота€ на гальваническом заводе, Ћенуар пришел к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламен€ть с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.

’оз€ин гальванической мастерской снабдил Ћенуара деньгами, на которые тот и построил в 1860 году свой первый двигатель. » по внешнему виду, и по устройству он напоминал паровую машину. ƒвигатель был двойного действи€. Ќижний золотник поочередно подавал воздух и газ в полости цилиндра, расположенные по разные стороны поршн€. ¬ерхний золотник служил дл€ выпускани€ отработанных газов. √аз и воздух подводились к золотнику по отдельным каналам. ¬сасывание смеси в каждую полость происходило примерно до половины хода, после чего золотник перекрывал впускное окно, и смесь воспламен€лась электрической искрой. —гора€, она расшир€лась и действовала на поршень, производ€ полезную работу. ѕосле окончани€ реакции второй золотник сообщал цилиндр с выхлопной трубкой. “ем временем происходило воспламенение смеси с другой стороны поршн€. ќн начинал двигатьс€ назад, вытесн€€ отработанные газы.

Ћенуар не сразу добилс€ успеха. ѕосле того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из?за нагрева поршень расширилс€ и заклинил в цилиндре. Ћенуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему вод€ного охлаждени€. ќднако втора€ попытка запуска также закончилась неудачей из?за плохого хода поршн€. Ћенуар дополнил свою конструкцию системой смазки. “олько тогда двигатель начал работать.

ѕосле объ€влени€ об этом изобретении мастерска€ стала получать заказы на новый двигатель, но работа его продолжала оставатьс€ неудовлетворительной Ч система зажигани€ часто давала сбои, золотник без смазки не работал, а наладить его удовлетворительную смазку при температуре 800 градусов так и не удалось.  ѕƒ двигател€ едва достигал 4%, он потребл€л огромное количество смазки и газа. “ем не менее двигатель быстро получил распространение. ќсновными его покупател€ми стали маленькие предпри€ти€ (типографии, ремонтные мастерские и пр.), дл€ которых паровые машины были слишком дороги и громоздки. ћежду тем двигатель Ћенуара оказалс€ прост в эксплуатации, легок и имел небольшие габариты. ¬ 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. –азбогатев, Ћенуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило ее судьбу Ч она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем јвгустом ќтто. ¬ 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигател€ и в том же году заключил договор с богатым инженером Ћангеном дл€ эксплуатации этого изобретени€. ¬скоре была создана фирма «ќтто и  омпани€».

Ќа первый взгл€д, двигатель ќтто представл€л собой шаг назад по сравнению с двигателем Ћенуара. ÷илиндр был вертикальным. ¬ращаемый вал помещалс€ над цилиндром сбоку. ¬доль оси поршн€ к нему была прикреплена рейка, св€занна€ с валом. ƒвигатель работал следующим образом. ¬ращающийс€ вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разр€женное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. «атем смесь воспламен€лась. Ќи ќтто, ни Ћанген не владели достаточными знани€ми в области электротехники и отказались от электрического зажигани€. ¬оспламенение они осуществл€ли открытым пламенем через трубку. ѕри взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. ѕод действием этого давлени€ поршень поднималс€, объем газа увеличивалс€ и давление падало. ѕри подъеме поршн€ специальный механизм отсоедин€л рейку от вала. ѕоршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднималс€ до тех пор, пока под ним не создавалось разр€жение. “аким образом, энерги€ сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. ¬ этом заключалась главна€ оригинальна€ находка ќтто. –абочий ход поршн€ вниз начиналс€ под действием атмосферного давлени€, и после того как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывалс€ выпускной вентиль, и поршень своей массой вытесн€л отработанные газы. »з?за более полного расширени€ продуктов сгорани€  ѕƒ этого двигател€ был значительно выше, чем  ѕƒ двигател€ Ћенуара и достигал 15%, то есть превосходил  ѕƒ самых лучших паровых машин того времени.

Ќаиболее сложной проблемой при такой конструкции двигател€ было создание механизма передачи движени€ рейки на вал. ƒл€ этой цели было изобретено особое передаточное устройство с шариками и сухариками.  огда поршень с рейкой взлетал вверх, сухарики, охватывавшие вал своими наклонными поверхност€ми, так взаимодействовали с шариками, что те не преп€тствовали перемещению рейки, но как только рейка начинала двигатьс€ вниз, шарики скатывались по наклонной поверхности сухариков и плотно прижимали их к валу, вынужда€ его вращатьс€. Ёта конструкци€ обеспечивала жизнеспособность двигател€.

ѕоскольку двигатели ќтто были почти в п€ть раз экономичнее двигателей Ћенуара, они сразу стали пользоватьс€ большим спросом. ¬ последующие годы их было выпущено около п€ти тыс€ч штук. ќтто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. ¬скоре зубчатую рейку заменила кривошипно?шатунна€ передача (многих смущал вид рейки, взлетавшей вверх в течение долей секунды, к тому же ее движение сопровождалось непри€тным дребезжащим грохотом). Ќо самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда ќтто вз€л патент на новый двигатель с четырехтактным циклом. Ётот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. ¬ следующем году новые двигатели уже были запущены в производство.

¬о всех более ранних газовых двигател€х смесь газа и воздуха зажигалась в рабочем цилиндре при атмосферном давлении. ќднако действие взрыва было тем сильнее, чем давление было больше. —ледовательно, при сжимании смеси взрыв должен был быть более сильным. ¬ новом газовом двигателе ќтто газ сжималс€ до 2, 5 или 3 атм, вследствие чего двигатель стал меньше по размерам, а мощность его возросла. ƒл€ помещени€ газовой смеси цилиндр на одной из своих сторон был удлинен.  огда поршень доходил здесь до своего конечного положени€, еще оставалось некоторое пространство, наполненное сжатой газовой смесью. Ѕлагодар€ этому стало возможным производить взрыв при конечном положении поршн€, когда он при перемене движени€ имеет нулевую скорость. ѕри этой системе зажигани€ в мертвой точке удалось избежать ударов, толчков и сотр€сений поршн€ о стенки цилиндра, которые были в прежнем двигателе. ’од поршн€ был следующий. 1) ѕри первом ходе поршн€ через открытый впускной клапан и клапан дл€ впуска смеси всасывалась бедна€ газом смесь, состо€вша€ из 1/10 газа и 9/10 воздуха. 2) ѕри обратном ходе поршн€ впускное отверстие закрывалось и всосанна€ смесь сжималась в цилиндре. 3) ¬ конце этого хода в мертвой точке происходило воспламенение и развивающеес€ давление газообразных продуктов взрыва перемещало поршень. ¬ начале третьего такта давление достигало 11 атм, а при расширении понижалось почти до 3 атм. 4) ѕри вторичном обратном ходе поршн€ открывалс€ выпускной клапан, и поршень вытесн€л из цилиндра продукты горени€.  огда он доходил до крайней точки, в цилиндре еще оставались некоторые остатки продуктов горени€, однако они не мешали дальнейшей работе двигател€. Ќаоборот, их присутствие имело благопри€тное воздействие Ч вместо взрыва происходило более ровное горение, отчего и ход поршн€ получалс€ более ровным, без рывков, и двигатель можно было примен€ть там, где прежде это казалось недопустимым Ч например, дл€ движени€ ткацких станков и динамо?машин. ¬ этом заключалось важное преимущество двигател€ ќтто. ƒл€ того чтобы сделать вращение вала еще более равномерным, его снабжали массивным маховиком. ¬едь из четырех ходов поршн€ только один соответствовал полезной работе, и маховик должен был давать энергию дл€ трех последующих ходов (или, что то же самое, во врем€ 1, 5 оборотов), чтобы работающие машины могли идти без замедлени€ хода. ¬оспламенение смеси производилось, как и прежде, открытым пламенем. »з?за кривошипно?шатунного соединени€ с валом получить расширение газа до атмосферного не удалось, и поэтому  ѕƒ двигател€ был ненамного выше, чем у предыдущих моделей, но он оказалс€ самым высоким дл€ тепловых двигателей того времени.

„етырехтактный цикл был самым большим техническим достижением ќтто. Ќо вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретени€ точно такой же принцип работы двигател€ был описан французским инженером Ѕо де –ошем. √руппа французских промышленников оспорила в суде патент ќтто. —уд счел их доводы убедительными. ѕрава ќтто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырехтактный цикл. ќтто болезненно переживал эту неудачу, между тем дела его фирмы шли совсем неплохо. ’от€ конкуренты наладили выпуск четырехтактных двигателей, отработанна€ многолетним производством модель ќтто все равно была лучшей, и спрос на нее не прекращалс€.   1897 году было выпущено около 42 тыс€ч таких двигателей разной мощности. ќднако то обсто€тельство, что в качестве топлива использовалс€ светильный газ, сильно суживало область применени€ первых двигателей внутреннего сгорани€.  оличество светильногазовых заводов было незначительно даже в ≈вропе, а в –оссии их вообще было только два Ч в ћоскве и ѕетербурге.

ѕоэтому не прекращались поиски нового горючего дл€ двигател€ внутреннего сгорани€. Ќекоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. ≈ще в 1872 году американец Ѕрайтон пыталс€ использовать в этом качестве керосин. ќднако керосин плохо испар€лс€, и Ѕрайтон перешел к более легкому нефтепродукту Ч бензину. Ќо дл€ того чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство (впоследствии оно стало называтьс€ карбюратором) дл€ испарени€ бензина и получени€ горючей смеси его с воздухом Ѕрайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.

–аботоспособный бензиновый двигатель по€вилс€ только дес€тью годами позже. »зобретателем его был немецкий инженер √отлиб ƒаймлер. ћного лет он работал в фирме ќтто и был членом ее правлени€. ¬ начале 80?х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигател€, который можно было бы использовать на транспорте. ќтто (как в свое врем€ ”атт в аналогичной ситуации) отнесс€ к предложению ƒаймлера холодно. “огда ƒаймлер вместе со своим другом ¬ильгельмом ћайбахом прин€л смелое решение Ч в 1882 году они ушли из фирмы ќтто, приобрели небольшую мастерскую близ Ўтутгарта и начали работать над своим проектом. ѕроблема, сто€вша€ перед ƒаймлером и ћайбахом была не из легких они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень легким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. ”величение мощности ƒаймлер рассчитывал получить за счет увеличени€ частоты вращени€ вала, но дл€ этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенени€ смеси. ¬ 1883 году был создан первый бензиновый двигатель с зажиганием от раскаленной полой трубочки, открытой в цилиндр.

ѕерва€ модель бензинового двигател€ предназначалась дл€ промышленной стационарной установки. «десь P Ч бак дл€ бензина, из которого при помощи запорного клапана p через трубу пропускалось столько бензина к прибору дл€ испарени€ его AB, что A всегда оставалс€ наполненным примерно на 2/3. B Ч это лампа, котора€ наполн€лась первой, еще до попадани€ бензина в A. »з лампы B через трубку с клапаном V бензин подводилс€ к горелке, находившейс€ в оболочке L; он вытекал тонкой струйкой из узкого наконечника горелки и благодар€ высокой температуре горелки сейчас же испар€лс€. ѕлам€ горело вокруг платинового зажигател€ и накал€ло его. ¬ приборе дл€ испарени€ A пары бензина образовывались при просасывании через бензин подогретого воздуха. ѕары эти смешивались с воздухом в регулировочном кране H, и таким образом получалась горюча€ газова€ смесь. ѕри ходе поршн€ вниз он всасывал эту смесь, при обратном ходе сжимал ее в пространстве,) предназначенном дл€ сжати€. ¬ то врем€, когда поршень находилс€ в верхней мертвой точке, распределительный механизм открывал накаленный платиновый зажигатель, зар€д взрывалс€, и газообразные продукты горени€ давили на поршень. ƒл€ образовани€ паров бензина воздух, как отмечалось выше, должен был предварительно нагреватьс€. Ёто достигалось тем, что воздух перед поступлением в испаритель проходил через кожух горелки.

ƒл€ пуска двигател€, по наполнении бензином A и B, сперва открывали кран горелки V и в течение одной или двух минут извне нагревали трубки горелки. “ак добивались температуры, при которой бензин начинал испар€тьс€.  огда зажигатель накал€лс€ докрасна, открывали клапан V и вращали двигатель вручную при помощи специальной руко€ти; после нескольких оборотов происходил первый взрыв в рабочем цилиндре; затем двигатель приходил в движение. –абочий цилиндр, как и у газовых двигателей, окружала оболочка, через которую протекала вода дл€ охлаждени€ из водопровода или от небольшого насоса Q, который приводилс€ в движение самим двигателем.

»з приведенного описани€ видно, что процесс испарени€ жидкого топлива в первых бензиновых двигател€х оставл€л желать лучшего. ѕоэтому насто€щую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. —оздателем его считаетс€ венгерский инженер ƒонат Ѕанки (хот€ независимо от него и даже несколько раньше ту же конструкцию карбюратора разработал друг и соратник ƒаймлера ћайбах). ѕозже Ѕанки приобрел большую известность своими выдающимис€ изобретени€ми в области гидравлических турбин. Ќо, еще будучи молодым человеком, он в 1893 году вз€л патент на карбюратор с жиклером (форсункой), который был прообразом всех современных карбюраторов. ¬ отличие от своих предшественников Ѕанки предлагал не испар€ть бензин, а мелко распыл€ть его в воздухе. Ёто обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжати€. ƒл€ обеспечени€ распылени€ всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклер, а посто€нство состава смеси достигалась за счет поддержани€ посто€нного уровн€ бензина в карбюраторе. ∆иклер выполн€лс€ в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейс€ перпендикул€рно потоку воздуха. ƒл€ поддержани€ напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.

“аким образом, карбюратор состо€л из двух частей: поплавковой камеры 1 и смесительной камеры 2. ¬ камеру 1 топливо свободно поступало из бака по трубке 3 и держалось на одном уровне поплавком 4, который поднималс€ вместе с уровнем топлива и при наполнении, с помощью рычага 5, спускал иглу 6 и тем закрывал доступ топливу. »з камеры 1 топливо свободно протекало в камеру 2 и останавливалось в жиклере 7 на одном уровне с камерой 1.  амера 2 снизу имела отверстие, сообщавшеес€ с наружным воздухом, а вверху Ч с всасывающим клапаном двигател€.  оличество доставл€емой в цилиндр смеси регулировалось поворачиванием дроссел€ (заслонки) 8. ѕри всасывающем ходе поршн€ воздух устремл€лс€ снизу в камеру смешени€ и засасывал из жиклера топливо, распыл€€ и испар€€ его.

ѕервые двигатели внутреннего сгорани€ были одноцилиндровыми, и, дл€ того чтобы увеличить мощность двигател€, обычно увеличивали объем цилиндра. ѕотом этого стали добиватьс€ увеличением числа цилиндров. ¬ конце XIX века по€вились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столети€ стали распростран€тьс€ четырехцилиндровые. ѕоследние устраивались таким образом, что в каждом из цилиндров четырехтактный цикл был двинут на один ход поршн€. Ѕлагодар€ этому достигалась хороша€ равномерность вращени€ коленчатого вала.

¬ отличие от прежнего вала, коленчатый вал состо€л из отдельных колен?кривошипов, которые с помощью шатунов были св€заны с отдельными поршн€ми. — одной стороны вал принимал движение от поршней и преобразовывал возвратно?поступательное движение во вращательное, а с другой Ч управл€л движением поршней, которые благодар€ этому двигались вперед и назад в точно установленные моменты, то есть одновременно во всех цилиндрах проходили по одному рабочему такту. ¬се эти такты чередовались через равные промежутки времени.

 

58. ЁЋ≈ “–ќƒ¬»√ј“≈Ћ№

 

¬еличайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигател€. Ётот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделалс€ одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Ѕольшими недостатками прежней паровой машины всегда оставались низкий  ѕƒ, а также трудность передачи и «дроблени€» полученной от нее энергии. ќбычно одна больша€ машина обслуживала несколько дес€тков станков. ƒвижение от нее подводилось к каждому рабочему месту механическим путем с помощью шкивов и бесконечных ремней. ѕри этом происходили огромные неоправданные потери энергии. Ёлектрический привод не имел этих изъ€нов: он обладал высоким  ѕƒ, поскольку с его вала можно было пр€мо получать вращательное движение (тогда как в паровом двигателе его преобразовывали из возвратно?поступательного), да и «дробить» электрическую энергию было намного проще. ѕотери при этом оказывались минимальными, а производительность труда возрастала.  роме того, с внедрением электромоторов впервые по€вилась возможность не только снабдить любой станок своим собственным двигателем, но и поставить отдельный привод на каждый его узел.

Ёлектрические двигатели по€вились еще во второй четверти XIX столети€, но прошло несколько дес€тилетий, прежде чем создались благопри€тные услови€ дл€ их повсеместного внедрени€ в производство.

ќдин из первых совершенных электродвигателей, работавших от батареи посто€нного тока, создал в 1834 году русский электротехник якоби. Ётот двигатель имел две группы ѕ?образных электромагнитов, из которых одна группа (четыре ѕ?образных электромагнита) располагалась на неподвижной раме. »х полюсные наконечники были устроены асимметрично Ч удлинены в одну сторону. ¬ал двигател€ представл€л собой два параллельных латунных диска, соединенных четырьм€ электромагнитами, поставленными на равном рассто€нии один от другого. ѕри вращении вала подвижные электромагниты проходили против полюсов неподвижных. ” последних пол€рности шли попеременно: то положительна€, то отрицательна€.   электромагнитам вращающегос€ диска отходили проводники, укрепленные на валу машины. Ќа вал двигател€ был насажен коммутатор, который мен€л направление тока в движущихс€ электромагнитах в течение каждой четверти оборота вала. ќбмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно и обтекались током батареи в одном направлении. ќбмотки электромагнитов вращающегос€ диска были также соединены последовательно, но направление тока в них измен€лось восемь раз за один оборот вала. —ледовательно, пол€рность этих электромагнитов также мен€лась восемь раз за один оборот вала, и эти электромагниты поочередно прит€гивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

ѕоложим, что подвижные электромагниты занимают положение, в котором против каждого полюса неподвижных магнитов стоит одноименный полюс подвижного; при этом каждый неподвижный электромагнит будет отталкивать противоположный магнит барабана и прит€гивать близлежащий с противоположным полюсом. ≈сли бы полюса неподвижных магнитов не были асимметричны, такое устройство не могло бы работать, так как действие различных магнитов уравновешивало бы друг друга. Ќо благодар€ выступу полюсных наконечников неподвижных магнитов каждый из них прит€гивает ближайший по направлению вращени€ часовой стрелки слабее, чем другой, из?за этого первый приближаетс€ к нему, а последний удал€етс€. „ерез четверть оборота (в двигателе якоби Ч через одну восьмую) один против другого будут находитьс€ разноименные полюса, но в этот момент коммутатор мен€ет направление тока в подвижных магнитах, и один против другого будут оп€ть одноименные полюса, как и в начале движени€. ¬следствие этого подвижные магниты оп€ть получают толчок к тому же направлению, и так без конца, пока остаетс€ замкнутым ток.

 оммутатор представл€л собой очень важную и глубоко продуманную часть двигател€. ќн состо€л из четырех металлических колец, установленных на валу и изолированных от него; каждое кольцо имело четыре выреза, которые соответствовали 1/8 части окружности. ¬ырезы были заполнены изолирующими дерев€нными вкладышами; каждое кольцо было смещено на 45 градусов по отношению к предыдущему. ѕо окружности кольца скользил рычаг, представл€вший собой своеобразную щетку; второй конец рычага был погружен в соответствующий сосуд с ртутью, к которому подводились проводники от батареи (соединени€ с ртутью были наиболее распространенными в то врем€ контактными устройствами).

ƒиски, насаженные на вал двигател€, вращались вместе с ним. ѕо ободу диска скользили металлические рычаги, которые, попада€ на непровод€щую часть диска, прерывали электрическую цепь, а при соприкосновении с металлом Ч замыкали ее. –асположение дисков было такое, что в тот момент, когда встречались разноименные полюса, контактные рычажки переходили через грань дерево?металл и этим мен€ли направление в обмотке электромагнитов. “аким образом, при каждом повороте кольца четыре раза разрывалась электрическа€ цепь.

 ак уже отмечалось, двигатель якоби дл€ своего времени был самым совершенным электротехническим устройством. ¬ том же 1834 году подробное сообщение о принципах его работы было представлено ѕарижской академии наук. ¬ 1838 году якоби усовершенствовал свой электромотор и, установив его на гребном боте, с дес€тью спутниками совершил небольшое плавание по Ќеве со скоростью 4, 5 км/ч. »сточником тока ему служила мощна€ батаре€ гальванических элементов. ѕон€тно, впрочем, что все эти опыты имели чисто демонстрационный характер Ч до тех пор пока не был изобретен и внедрен в производство совершенный электрический генератор, электродвигатели не могли найти широкого применени€, так как питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно.  роме того, в силу разных причин, о которых мы будем говорить в следующих главах, двигатели посто€нного тока получили лишь ограниченное применение. √ораздо более важную роль играют в производстве электромоторы, работающие на переменном токе, к рассмотрению которых мы теперь переходим.

—ила и направление переменного тока, как мы помним, не €вл€ютс€ посто€нными. —ила его сначала возрастает от нул€ до какой?то максимальной величины и вновь убывает до нул€, затем ток мен€ет свое направление, возрастает до какого?то отрицательного максимума и вновь убывает до нул€. (¬рем€, за которое величина тока мен€етс€ от одного положительного максимума до другого, называют периодом колебани€ тока.) Ётот процесс повтор€етс€ с большой частотой. (Ќапример, в осветительной сети ток в 1 секунду течет п€тьдес€т раз в одну сторону и п€тьдес€т раз в противоположную.)  ак такое поведение тока будет отражатьс€ на работе электродвигател€? ѕрежде всего надо отметить, что направление вращени€ электродвигател€ не зависит от направлени€ тока, потому что при перемене тока изменитс€ пол€рность не только в €коре, но одновременно в обмотках, отчего прит€жение и отталкивание продолжают действовать в ту же сторону, что и раньше. »з этого как будто бы должно следовать, что дл€ двигател€ совершенно безразлично, каким током посто€нным или переменным Ч он питаетс€. ќднако это не так. ѕри частом перемагничивании электромагнитов (несколько дес€тков раз в секунду) в них возникают вихревые токи, которые замедл€ют вращение €кор€ и сильно разогревают его. ћощность электромотора резко снижаетс€, и в конце концов он выходит из стро€. ƒл€ переменного тока необходима особа€ конструкци€ двигател€. »зобретатели не сразу смогли найти ее. ѕрежде всего была разработана модель так называемого синхронного двигател€ переменного тока. ќдин из первых таких двигателей построил в 1841 году „арльз ”итстон.

ѕредположим, что неподвижна€ часть двигател€ (статор) выполнена в виде восьмиполюсного венецеобразного электромагнита, расположенные попеременно полюса которого обозначаютс€ по их пол€рности буквами N и S. ћежду ними вращаетс€ €корь (или ротор) в виде звездообразного колеса, восемь спиц которого представл€ют собой посто€нные магниты. »х неизменные полюса обозначим буквами n и s. ѕоложим, что через электромагнит пропускаетс€ переменный ток. “огда концы сердечников электромагнита будут попеременно мен€ть свою пол€рность. ѕредставим себе, что в какой?то момент против каждого полюса электромагнита статора расположен одноименный полюс ротора. “олкнем колесо и сообщим ему такую скорость, при которой кажда€ спица n пройдет рассто€ние между двум€ соседними сердечниками N и S в промежуток времени, равный тому, в течение которого эти сердечники сохран€ют свою пол€рность неизменной, то есть в период времени, равный половине периода переменного тока, питающего электромагниты. ѕри таких услови€х во все врем€ движени€ спицы от сердечника N до сердечника S все сердечники перемагнит€тс€, отчего при дальнейшем своем движении спица оп€ть будет испытывать отталкивание со стороны сердечника, оставшегос€ позади, и прит€жение со стороны сердечника, к которому она приближаетс€.

–аботавший по этому принципу синхронный двигатель состо€л из кольцеобразного многополюсного магнита, пол€рность которого мен€лась под действием переменного тока, и из звездообразного посто€нного электромагнита, который был насажен на вал и вращалс€ описанным выше образом. ƒл€ возбуждени€ этого посто€нного электромагнита требовалс€ посто€нный ток, который преобразовывалс€ посредством коммутатора из рабочего переменного. ” коммутатора было и другое назначение: он использовалс€ дл€ пуска двигател€, ведь дл€ поддержани€ вращени€ ротора синхронного двигател€ ему требовалось сообщить определенную начальную скорость. ѕри включении через цепь сначала пускалс€ посто€нный ток, благодар€ чему двигатель начинал работать как двигатель посто€нного тока и приходил в движение. ƒо тех пор, пока двигатель не набрал требуемой скорости, коммутатор перемен€л направление в движущихс€ электромагнитах. ѕри достижении скорости, соответствовавшей синхронному ходу, у подвижного магнита полюса уже не мен€лись, и двигатель начинал работать как синхронный двигатель переменного тока.

ќписанна€ система обладала большими недостатками, кроме того, что синхронный двигатель требовал дл€ своего запуска дополнительный разгонный двигатель, он имел и другой изъ€н Ч при перегрузке синхронность его хода нарушалась, магниты начинали тормозить вращение вала, и двигатель останавливалс€. ѕоэтому синхронные двигатели не получили широкого распространени€. ѕодлинна€ революци€ в электротехнике произошла только после изобретени€ асинхронного (или индукционного) двигател€.

ƒействие асинхронного двигател€ будет пон€тно из следующей демонстрации, которую провел в 1824 году известный французский физик јрго.

ѕусть подковообразный магнит NS приводитс€ рукой в быстрое вращение вокруг вертикальной оси. Ќад полюсами установлена стекл€нна€ пластина, поддерживающа€ острие, на которое насажен медный кружок. ѕри вращении магнита индукционные токи, наводимые в кружке, и образованное ими магнитное поле будут взаимодействовать с нижним магнитом, и кружок начнет вращатьс€ в ту же сторону, что и нижний магнит.

»менно это €вление используетс€ в асинхронном двигателе. “олько вместо вращающегос€ посто€нного магнита в нем примен€ютс€ несколько неподвижных электромагнитов, которые включаютс€, выключаютс€ и мен€ют свою пол€рность в определенной последовательности. ѕо€сним сказанное следующим примером.

ѕредположим, что I, II, III и IV Ч это четыре полюса двух электромагнитов, между которыми помещена металлическа€ стрелка. ѕод действием магнитного пол€ она намагничиваетс€ и становитс€ вдоль линий магнитного пол€ электромагнитов, выход€щих, как известно, из их северного полюса и вход€щих в южный. ¬се четыре полюса расположены по окружности на одном рассто€нии друг от друга. —перва ток подводитс€ к II и III. —трелка остаетс€ неподвижной по средней оси магнитных силовых линий. «атем подводитс€ ток ко второму электромагниту. ѕри этом одноименные полюса будут находитьс€ р€дом. “еперь средн€€ направл€юща€ силовых линий магнитов пройдет от середины рассто€ни€ между I и II к середине между III и IV, и стрелка повернетс€ на 45 градусов. ќтключим первый электромагнит и оставим активными только полюса II и IV. —иловые линии будут направлены от III к IV, вследствие чего стрелка повернетс€ еще на 45 градусов. —нова включим первый электромагнит, но помен€ем при этом движение тока, так что пол€рность первого магнита изменитс€ Ч стрелка повернетс€ еще на 45 градусов. ѕосле отключени€ второго электромагнита стрелка переместитс€ еще на 45 градусов, то есть совершит полуоборот. Ћегко пон€ть, как заставить ее совершить вторую половину круга.

ќписанное нами устройство в основных чертах соответствует двигателю Ѕейли, изобретенному в 1879 году. Ѕейли устроил два электромагнита с четырьм€ крестообразно расположенными полюсами, которые он мог намагничивать с помощью выключател€. Ќад полюсами он установил медный кружок, подвешенный на острие. »змен€€ пол€рности магнита, включа€ и выключа€ их, он заставил кружок вращатьс€ точно так же, как это происходило в опыте јрго. »де€ подобного двигател€ чрезвычайно интересна, так как в отличие от двигателей посто€нного тока или синхронных электромоторов, здесь не надо подводить ток к ротору. ќднако в той форме, в которой его создал Ѕейли, асинхронный двигатель еще не мог иметь применени€: переключение электромагнитов в нем происходило под действием сложного коллектора, и, кроме того, он имел очень низкий  ѕƒ. Ќо до того чтобы этот тип электромотора получил право на жизнь, оставалс€ только шаг, и он был сделан после по€влени€ техники многофазных токов. —обственно, многофазные токи и получили применение, прежде всего благодар€ электродвигател€м. „тобы пон€ть, что такое, к примеру, двухфазный ток, представим себе два независимых друг от друга проводника, в которых протекают два совершенно одинаковых переменных тока. ≈динственна€ разница между ними заключаетс€ в том, что они не одновременно достигают своих максимумов. ѕро такие токи говор€т, что они сдвинуты друг относительно друга по фазе, а если эти токи подвод€тс€ к одному электроприбору, говор€т, что тот питаетс€ двухфазным током. —оответственно, может быть трехфазный ток (если питание прибора происходит от трех одинаковых токов, сдвинутых друг относительно друга по фазе), четырехфазный ток и т.д. ƒолгое врем€ в технике использовалс€ только обычный переменный ток (который по аналогии с многофазными токами стали называть однофазным). Ќо потом оказалось, что многофазные токи в некоторых случа€х гораздо удобнее однофазного.

¬ 1888 г. италь€нский физик ‘еррарис и югославский изобретатель “есла (работавший в —Ўј) открыли €вление вращающегос€ электромагнитного пол€. —ущность его заключалась в следующем. ¬озьмем две катушки, состо€щие из одинакового числа витков изолированного провода, и разместим их взаимно перпендикул€рно так, чтобы одна катушка входила в другую. “еперь представим, что катушку 1 обтекает ток i1 а катушку 2 Ч ток i2, причем i1 опережает i2 по фазе на четверть периода. Ёто, как мы уже говорили, означает, что ток i1, достигает положительного максимума в тот момент, когда сила тока i2 равна нулю. ≈сли мы мысленно разрежем катушки пополам горизонтальной плоскостью и будем смотреть на них сверху, то увидим сечени€ четырех сторон обеих катушек. ѕоместим между ними магнитную стрелку и будем наблюдать за ее движением.  атушки, через которые протекает переменный ток, как известно, €вл€ютс€ электромагнитами. »х магнитное поле будет взаимодействовать со стрелкой, поворачива€ ее. –ассмотрим теперь положение магнитной стрелки, ось которой совпадает с вертикальной осью катушек в различные моменты времени. ¬ начальный момент времени (t=0) ток в первой катушке равен нулю, а во второй проходит через отрицательный максимум (направление тока будем обозначать так, как это делаетс€ в электротехнике Ч точкой и крестиком; крестик означает, что ток направл€етс€ от наблюдател€ за плоскость чертежа, а точка Ч что ток направл€етс€ к наблюдателю). ¬ момент t1 токи i1 и i2 равны друг другу, но один имеет положительное направление, а другой Ч отрицательное. ¬ момент t2 величина тока i2, нисходит до нул€, а ток i1 достигает максимума. —трелка при этом повернетс€ еще на 1/8 оборота. ѕрослежива€ подобным образом развитие процесса, мы заметим, что по окончании периода изменений одного из токов магнитна€ стрелка завершит полный оборот вокруг оси. ƒальше процесс повтор€етс€. —ледовательно, при помощи двух катушек, питаемых двум€ токами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на четверть периода, можно получить тот же эффект перемены магнитных полюсов, которого добилс€ в своем двигателе Ѕейли, но здесь это получаетс€ намного проще, без вс€кого коммутатора и без использовани€ скольз€щих контактов, поскольку перемагничиванием управл€ет сам ток. ќписанный эффект получил в электротехнике название равномерно вращающегос€ магнитного пол€. Ќа его основе “есла сконструировал первый в истории двухфазный асинхронный двигатель. ќн вообще был первым, кто стал экспериментировать с многофазными токами и успешно разрешил проблему генерировани€ таких токов.

ѕоскольку получить двухфазный ток из однофазного было непросто, “есла построил специальный генератор, который сразу давал два тока с разностью фаз в 90 градусов (то есть с отставанием на четверть периода). ¬ этом генераторе между полюсами магнита вращались две взаимно перпендикул€рные катушки. ¬ то врем€, когда витки одной катушки находились под полюсами и индуцирующийс€ в них ток был максимальным, витки другой катушки находились между полюсами (на нейтральной линии) и электродвижуща€ сила в них была равна нулю. —ледовательно, два тока, генерируемые в этих катушках, были тоже сдвинуты по фазе относительно друг друга на четверть периода. јналогичным способом можно было получить трехфазный ток (использу€ три катушки под углом 60 градусов друг к другу), но “есла считал наиболее экономичной двухфазную систему. ¬ самом деле, многофазные системы тока требуют большого количества проводов. ≈сли двигатель, работающий на обычном переменном (однофазном) токе, требует всего двух подвод€щих проводов, то работающий на двухфазном Ч уже четырех, на трехфазном Ч шести и т.д.  онцы каждой катушки были выведены на кольца, расположенные на валу генератора. –отор двигател€ тоже имел обмотку в виде двух расположенных под пр€мым углом друг к другу замкнутых на себ€ (то есть не имеющих никакой св€зи с внешней электрической цепью) катушек.

»зобретение “еслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всем мире. ”же в июне 1888 году фирма «¬естингауз Ёлектрик  омпани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей. Ёти двигатели поступили в продажу в следующем году. ќни были гораздо лучше и надежнее всех существовавших до этого моделей, но не получили широкого распространени€, так как оказались весьма неудачно сконструированы. ќбмотка статора в них выполн€лась в виде катушек, насаженных на выступающие полюса. Ќеудачной была и конструкци€ ротора в виде барабана с двум€ взаимно перпендикул€рными, замкнутыми на себ€ катушками. ¬се это заметно снижало качество двигател€ как в момент пуска, так и в рабочем режиме.

¬скоре индукционный двигатель “еслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником ƒоливо?ƒобровольским. »сключенный в 1881 году по политическим мотивам из –ижского политехнического института, ƒоливо?ƒобровольский уехал в √ерманию. «десь он закончил ƒармштадтское высшее техническое училище и с 1887 года начал работу в крупной германской электротехнической фирме јЁ√. ѕервым важным новшеством, которое внес ƒоливо?ƒобровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». ¬о всех ранних модел€х асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, и поэтому  ѕƒ этих моторов был ниже, чем у других типов электрических двигателей. (‘еррарис, о котором упоминалось выше, создал асинхронный двухфазный двигатель с  ѕƒ пор€дка 50% и считал это пределом.) ќчень большое значение играл здесь материал, из которого изготавливалс€ ротор, поскольку тот должен был удовлетвор€ть сразу двум услови€м: иметь малое электрическое сопротивление (чтобы индуцируемые токи могли свободно протекать через его поверхность) и иметь хорошую магнитную проницаемость (чтобы энерги€ магнитного пол€ не растрачивалась понапрасну). — точки зрени€ уменьшени€ электрического сопротивлени€ лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Ќо медь плохой проводник дл€ магнитного потока статора и  ѕƒ такого двигател€ был очень низким. ≈сли медный цилиндр замен€ли стальным, то магнитный поток резко возрастал, но, поскольку электрическа€ проводимость стали меньше, чем меди,  ѕƒ оп€ть был невысоким. ƒоливо?ƒобровольский нашел выход из этого противоречи€: он выполнил ротор в виде стального цилиндра (что уменьшало его магнитное сопротивление), а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни (что уменьшало электрическое сопротивление). Ќа лобовых част€х ротора эти стержни электрически соедин€лись друг с другом (замыкались сами на себ€). –ешение ƒоливо?ƒобровольского оказалось наилучшим. ѕосле того как он получил в 1889 году патент на свой ротор, его устройство принципиально не мен€лось вплоть до насто€щего времени.

¬след за тем ƒоливо?ƒобровольский стал думать над конструкцией статора неподвижной части двигател€.  онструкци€ “еслы казалась ему нерациональной. ѕоскольку  ѕƒ электрического двигател€ напр€мую зависит от того, насколько полно магнитное поле статора используетс€ ротором, то, следовательно, чем больше магнитных линий статора замыкаютс€ на воздух (то есть не проход€т через поверхность ротора), тем больше потери электрической энергии и тем меньше  ѕƒ. „тобы этого не происходило, зазор между ротором и статором должен быть как можно меньше. ƒвигатель “еслы с этой точки зрени€ был далек от совершенства Ч выступающие полюса катушек на статоре создавали слишком большой зазор между статором и ротором.  роме того, в двухфазном двигателе не получалось равномерное движение ротора. »сход€ из этого, ƒоливо?ƒобровольский видел перед собой две задачи: повысить  ѕƒ двигател€ и добитьс€ большей равномерности его работы. ѕерва€ задача была несложной Ч достаточно было убрать выступающие полюса электромагнитов и равномерно распределить их обмотки по всей окружности статора, чтобы  ѕƒ двигател€ сразу увеличилось. Ќо как разрешить вторую проблему? Ќеравномерность вращени€ можно было заметно уменьшить, лишь увеличив число фаз с двух до трех. Ќо был ли этот путь рациональным? ѕолучить трехфазный ток, как уже говорилось, не представл€ло большого труда. ѕостроить трехфазный двигатель тоже было нетрудно Ч дл€ этого достаточно разместить на статоре три катушки вместо двух и каждую из них соединить двум€ проводами с соответствующей катушкой генератора. Ётот двигатель должен был по всем параметрам быть лучше двухфазного двигател€ “еслы, кроме одного момента Ч он требовал дл€ своего питани€ шести проводов, вместо четырех. “аким образом, система становилась чрезмерно громоздкой и дорогой. Ќо, может быть, существовала возможность подключить двигатель к генератору как?нибудь по другому? ƒоливо?ƒобровольский проводил бессонные ночи над схемами многофазных цепей. Ќа листах бумаги он набрасывал все новые и новые варианты. », наконец, решение, совершенно неожиданное и гениальное по своей простоте, было найдено.

ƒействительно, если сделать ответвлени€ от трех точек кольцевого €кор€ генератора и соединить их с трем€ кольцами, по которым скольз€т щетки, то при вращении €кор€ между полюсами на каждой щетке будет индуцироватьс€ один и тот же по величине ток, но со сдвигом во времени, которое необходимо дл€ того, чтобы виток переместилс€ по дуге, соответствующей углу 120 градусов. »наче говор€, токи в цепи будут сдвинуты относительно друг друга по фазе также на 120 градусов. Ќо этой системе трехфазного тока оказалось присуще еще одно чрезвычайно любопытное свойство, какого не имела ни одна друга€ система многофазных токов Ч в любой произвольно вз€тый момент времени сумма токов, текущих в одну сторону, равна здесь величине третьего тока, который течет в противоположную сторону, а сумма всех трех токов в любой момент времени равна нулю.

Ќапример, в момент времени t1 ток i2 проходит через положительный максимум, а значени€ токов i1 и i3, имеющих отрицательное значение, достигают половины максимума и сумма их равна току i2. Ёто означает, что в любой момент времени один из проводов системы передает в одном направлении такое же количество тока, какое два других вместе передают в противоположном направлении. —ледовательно, предоставл€етс€ возможность пользоватьс€ каждым из трех проводов в качестве отвод€щего проводника дл€ двух других, соединенных параллельно, и вместо шести проводов обойтись всего трем€!

„тобы по€снить этот чрезвычайно важный момент, обратимс€ к воображаемой схеме. ѕредставим себе, что через круг, вращающийс€ вокруг своего центра, проход€т три соединенных между собой проводника, в которых протекают три переменных тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. ѕри своем вращении каждый проводник находитс€ то на положительной, то на отрицательной части круга, причем при переходе из одной части в другую ток мен€ет свое направление. Ёта система вполне обеспечивает нормальное протекание (циркул€цию) токов. ¬ самом деле, в некоторый момент времени проводники I и II оказываютс€ соединенными параллельно, а III отводит от них ток. Ќекоторое врем€ спуст€ II переходит на ту же сторону, где находитс€ III; теперь уже II и III работают параллельно, а I как общий отвод€щий ток провод. ƒалее III переходит на ту сторону, где еще находитс€ I; теперь II отводит то количество, что III и I подвод€т вместе. «атем I переходит на ту сторону, где еще находитс€ II, и т.д.

¬ приведенном примере ничего не говорилось об источниках тока.  ак мы помним, этим источником €вл€етс€ трехфазный генератор. »зобразим обмотки генератора в виде трех катушек. ƒл€ того чтобы протекание тока происходило описанным нами способом, эти катушки могут быть включены в цепь дво€ким образом. ћы можем, к примеру, разместить их на трех сторонах треугольника, допустим левого; таким образом, вместо трех его сторон мы получим три катушки I, II и III, в которых индуцируютс€ токи со смещением фаз на 1/3 периода. ћы можем также переместить точки приложени€ электродвижущих сил и на концы параллельных проводников. ≈сли мы поместим здесь наши катушки, то получим другое соединение. “реугольники, служащие теперь лишь провод€щими соединени€ми дл€ трех левых концов катушек, могут быть ст€нуты в одну точку. Ёти соединени€, из которых первое называетс€ «треугольником», а второе Ч «звездой», широко примен€ютс€ как в двигател€х, так и в генераторах.

—вой первый трехфазный асинхронный двигатель ƒоливо?ƒобровольский построил зимой 1889 года. ¬ качестве статора в нем был использован кольцевой €корь машины посто€нного тока с 24?м€ полузакрытыми пазами. ”читыва€ ошибки “еслы, ƒоливо?ƒобровольский рассредоточил обмотки в пазах по всей окружности статора, что делало более благопри€тным распределение магнитного пол€. –отор был цилиндрическим с обмотками «в виде беличьей клетки». ¬оздушный зазор между ротором и статором составл€л всего 1 мм, что по тем временам было смелым решением, так как обычно зазор делали больше. —тержни «беличьей клетки» не имели никакой изол€ции. ¬ качестве источника трехфазного тока был использован стандартный генератор посто€нного тока, перестроенный в трехфазный генератор так, как это было описано выше.

¬печатление, произведенное первым запуском двигател€ на руководство јЁ√, было огромным. ƒл€ многих стало очевидно, что долгий тернистый путь создани€ промышленного электродвигател€ наконец пройден до конца. ѕо своим техническим показател€м двигатели ƒоливо?ƒобровольского превосходили все существовавшие тогда электромоторы Ч облада€ очень высоким  ѕƒ, они безотказно работали в любых режимах, были надежны и просты в обращении. ѕоэтому они сразу получили широкое распространение по всему миру. — этого времени началось быстрое внедрение электродвигателей во все сферы производства и повсеместна€ электрификаци€ промышленности.

 

59. “–јЌ—‘ќ–ћј“ќ–

 

ќ физической сути €влени€ трансформации токов уже сообщалось в главе, посв€щенной телефону. Ќужно, однако, сказать еще несколько слов об изобретении этого замечательного устройства, позволившем разрешить множество больших и малых проблем электротехники. ¬полне логично утверждать, что первый трансформатор по€вилс€ одновременно с открытием €влени€ электромагнитной индукции. ќдин из опытов ‘араде€ заключалс€ в том, что он пускал ток от батареи через обмотки катушки. ѕри этом возникал ток в обмотках второй катушки, котора€ находилась поблизости, но никак не была св€зана с первой. ћоментальное прохождение тока регистрировалось гальванометром. —ам ‘арадей, впрочем, никогда не использовал этот эффект дл€ преобразовани€ напр€жени€.

¬ 1848 году –умкорф первым обратил внимание физиков на удивительные способности трансформатора создавать токи очень высокого напр€жени€. Ќо прошло еще несколько лет, прежде чем ему удалось создать работающую модель этого прибора. ¬ результате, в 1852 году по€вилась знаменита€ индукционна€ катушка –умкорфа, котора€ сыграла огромную роль в истории техники. ѕри изготовлении этого первого трансформатора изобретателю пришлось преодолеть значительные трудности. ƒл€ того чтобы увеличить число витков в обмотке вторичной катушки, –умкорф должен был примен€ть очень тонкую проволоку и при этом тщательно следить, чтобы высокое напр€жение не пробило ее изол€ции.  упив несколько километров тонкой, как волос, проволоки, он тщательно заизолировал ее, а затем аккуратно навил на катушку виток к витку. — помощью своей катушки –умкорф мог получать колебани€ тока очень высокого напр€жени€. ѕосто€нный ток не поддаетс€ трансформации. ƒл€ того чтобы превратить посто€нный ток батареи в переменный, –умкорф последовательно с первичной катушкой включил прерыватель, который периодически замыкал и размыкал ток первичной цепи (обычно с частотой от нескольких дес€тков до нескольких сотен раз в секунду). ѕри замыкании первичного тока от батареи во вторичной обмотке наводилось напр€жение, которое было выше первичного в таком же отношении, в каком находилось количество витков во вторичной и первичной обмотках. ѕри размыкании тока первичной обмотки во вторичной наводилось еще более высокое напр€жение. ¬еличина его была тем больше, чем быстрее шло размыкание тока. ¬ качестве прерывател€ примен€лась пружинна€ пластинка, котора€ прит€гивалась сердечником катушки и размыкала цепь. „астота прерываний зависела от массы и упругости пружины, от количества витков в первичной обмотке и от напр€жени€ батареи.

Ќа прот€жении нескольких дес€тилетий трансформаторы почти не использовались в технике и имели исключительно научное применение. “олько в конце 70?х годов индукционные катушки стали широко использоватьс€ в телефонных аппаратах и при устройстве электрического освещени€. ƒело в том, что после распространени€ свечи яблочкова в ≈вропе электротехники столкнулись с так называемой проблемой «дроблени€» электрической энергии. ќна состо€ла в следующем.  ак правило, от одной генераторной установки должно было питатьс€ множество лампочек. ћежду тем при последовательном соединении многих свечей режим работы сети становилс€ неустойчивым. ѕотухание только одной свечи было равносильно разрыву сети, после чего гасли и остальные свечи. ≈сли свечи включались в цепь параллельно, то обычно загоралась только та из них, сопротивление которой было наименьшим (потому что ток, как известно, идет всегда по линии наименьшего сопротивлени€).  огда эта свеча полностью выгорала, загоралась следующа€, сопротивление которой было наименьшим, и так далее. —толкнувшись с этой проблемой, яблочков предложил использовать дл€ «дроблени€» энергии индукционные катушки.

ѕри этом соединении в цепь последовательно включались первичные обмотки катушек, а во вторичную обмотку, в зависимости от ее параметров, могли включатьс€ одна, две, три или более свечей.  атушки работали при этом в режиме трансформатора, дава€ на выходе необходимое напр€жение. ѕри потухании лампы цепь не прерывалась, так что отдельные свечи продолжали гореть.

— развитием техники переменных токов трансформаторы получили важное значение. ¬ 1882 году √ол€р и √иббс вз€ли патент на трансформатор, который использовалс€ уже не только дл€ «дроблени€» энергии, но и дл€ преобразовани€ напр€жени€.

Ќа дерев€нной подставке укрепл€лось некоторое число вертикальных индукционных катушек, первичные обмотки которых были соединены последовательно. ¬торичные обмотки делились на секции, и кажда€ секци€ имела пару выводов дл€ присоединени€ приемников тока, которые действовали независимо друг от друга. —опротивление в первичной цепи (а, следовательно, и силу тока) можно было регулировать, перемеща€ внутри катушек сердечники. —ердечники первичной и вторичной обмоток не были соединены между собой, поэтому эти трансформаторы имели разомкнутую магнитную систему. ќднако вскоре было замечено, что если вторичную и первичную катушки насадить на единый сердечник, то трансформатор будет работать гораздо лучше Ч потери энергии сократ€тс€, а  ѕƒ повыситс€. ѕервый такой трансформатор с замкнутой магнитной системой был создан в 1884 году английскими изобретател€ми брать€ми ƒжонсом и Ёдуардом √опкинсон.

—ердечник этого трансформатора был набран из стальных полос или проволок, разделенных изол€ционным материалом, что снижало потери энергии на вихревые токи. Ќа этот сердечник, череду€сь, помещали катушки высшего и низшего напр€жени€.

¬ 1885 году венгерский электротехник ƒери доказал, что трансформаторы должны включатьс€ в цепь параллельно, и вз€л патент на этот способ соединени€. “олько после этого началс€ промышленный выпуск трансформаторов однофазного переменного тока. ѕоскольку мощные трансформаторы испытывали при своей работе значительный перегрев, была разработана система их масл€ного охлаждени€ (внутрь трансформатора стали помещать керамический сосуд с маслом).

“рансформаторы оказались чрезвычайно полезны и при трехфазной системе. ¬ообще, система трехфазного тока не получила бы в первые же годы своего существовани€ такого широкого применени€, если бы она не решала проблемы передачи энергии на большие рассто€ни€. Ќо така€ передача, как будет показано ниже, выгодна только при высоком напр€жении, которое, в случае переменного тока, получаетс€ при помощи трансформатора. “рехфазна€ система не представл€ла принципиальных затруднений дл€ трансформировани€ энергии, но требовала трех однофазных трансформаторов вместо одного при однофазной системе. “акое увеличение числа довольно дорогих аппаратов не могло не вызвать стремлени€ найти более удовлетворительное решение.

¬ 1889 г. ƒоливо?ƒобровольский изобрел трехфазный трансформатор с радиальным расположением сердечников. ¬ этом случае обмотки высшего и низшего напр€жений каждой фазы располагались на соответствующих радиальных сердечниках, а магнитный поток заключалс€ на наружной оболочке (внешнем €рме). «атем ƒоливо?ƒобровольский нашел, что проще разместить стержни с обмотками параллельно, а торцы стержней (сердечников) соединить одинаковым €рмом. “огда вс€ система получалась более компактной. Ётот тип трансформатора получил название «призматического».

Ќаконец, в окт€бре 1891 года ƒоливо?ƒобровольский вз€л патент на трехфазный трансформатор с параллельными стержн€ми, расположенными в одной плоскости. ≈го конструкци€ оказалась настолько удачной, что без принципиальных изменений сохранилась до наших дней.

 

60. ѕ≈–≈ƒј„ј ЁЋ≈ “–ќЁЌ≈–√»» Ќј ЅќЋ№Ў»≈ –ј——“ќяЌ»я

 

¬ последней трети XIX века во многих крупных промышленных центрах ≈вропы и јмерики стала очень остро ощущатьс€ энергетическа€ проблема. ∆илые дома, транспорт, фабрики и мастерские требовали все больше топлива, подвозить которое приходилось издалека, вследствие чего цена на него посто€нно росла. ¬ этой св€зи то здесь, то там стали обращатьс€ к гидроэнергии рек, гораздо более дешевой и доступной. ¬месте с тем повсеместно возрастал интерес к электрической энергии. ”же давно было отмечено, что этот вид энергии чрезвычайно удобен: электричество легко генерируетс€ и так же легко преобразуетс€ в другие виды энергии, без труда передаетс€ на рассто€ние, подводитс€ и дробитс€.

ѕервые электрические станции обычно представл€ли собой электрогенератор, присоединенный к паровой машине или турбине, и предназначались дл€ снабжени€ электроэнергией отдельных объектов (например, цеха или дома, в крайнем случае, квартала). — середины 80?х годов стали строитьс€ центральные городские электростанции, дававшие ток прежде всего дл€ освещени€. (ѕерва€ така€ электростанци€ была построена в 1882 году в Ќью?…орке под руководством Ёдисона.) “ок на них вырабатывалс€ мощными паровыми машинами. Ќо уже к началу 90?х годов стало €сно, что таким образом энергетическую проблему не разрешить, поскольку мощность центральных станций, расположенных в центральной части города, не могла быть очень большой. »спользовали они те же уголь и нефть, то есть не снимали проблемы доставки топлива.

ƒешевле и практичнее было возводить электростанции в местах с дешевыми топливными и гидроресурсами. Ќо, как правило, местности, где можно было в большом количестве получать дешевую электроэнергию, были удалены от промышленных центров и больших городов на дес€тки и сотни километров. “аким образом, возникла друга€ проблема Ч передачи электроэнергии на большие рассто€ни€.

ѕервые опыты в этой области относ€тс€ к самому началу 70?х годов XIX века, когда пользовались в основном посто€нным током. ќни показали, что как только длина соединительного провода между генератором тока и потребл€вшим этот ток двигателем превышала несколько сотен метров, ощущалось значительное снижение мощности в двигателе из?за больших потерь энергии в кабеле. Ёто €вление легко объ€снить, если вспомнить о тепловом действии тока. ѕроход€ по кабелю, ток нагревает его. Ёти потери тем больше, чем больше сопротивление провода и сила проход€щего по нему тока. ( оличество выдел€ющейс€ теплоты Q легко вычислить. ‘ормула имеет вид: Q=RХI2, где I Ч сила проход€щего тока, R Ч сопротивление кабел€. ќчевидно, что сопротивление провода тем больше, чем больше его длина и чем меньше его сечение. ≈сли в этой формуле прин€ть I=P/U, где P Ч мощность линии, а U Ч напр€жение тока, то формула примет вид Q=RХP2/U2. ќтсюда видно, что потери на тепло будут тем меньше, чем больше напр€жение тока.) »мелось только два пути дл€ снижени€ потерь в линии электропередачи: либо увеличить сечение передающего провода, либо повысить напр€жение тока. ќднако увеличение сечени€ провода сильно удорожало его, ведь в качестве проводника тогда использовалась достаточно дорога€ медь. √ораздо более выигрыша сулил второй путь.

¬ 1882 году под руководством известного французского электротехника ƒепре была построена перва€ лини€ электропередачи посто€нного тока от ћисбаха до ћюнхена, прот€женностью в 57 км. Ёнерги€ от генератора передавалась на электродвигатель, приводивший в действие насос. ѕри этом потери в проводе достигали 75%. ¬ 1885 году ƒепре провел еще один эксперимент, осуществив электропередачу между  рейлем и ѕарижем на рассто€ние в 56 км. ѕри этом использовалось высокое напр€жение, достигавшее 6 тыс€ч вольт. ѕотери снизились до 55%. Ѕыло очевидно, что, повыша€ напр€жение, можно значительно повысить  ѕƒ линии, но дл€ этого надо было строить генераторы посто€нного тока высокого напр€жени€, что было св€зано с большими техническими сложност€ми. ƒаже при этом сравнительно небольшом напр€жении ƒепре приходилось посто€нно чинить свой генератор, в обмотках которого то и дело происходил пробой. — другой стороны, ток высокого напр€жени€ нельз€ было использовать, поскольку на практике (и прежде всего дл€ нужд освещени€) требовалось совсем небольшое напр€жени€, пор€дка 100 вольт. ƒл€ того чтобы понизить напр€жение посто€нного тока, приходилось строить сложную преобразовательную систему: ток высокого напр€жени€ приводил в действие двигатель, а тот, в свою очередь, вращал генератор, дававший ток более низкого напр€жени€. ѕри этом потери еще более возрастали, и сама иде€ передачи электроэнергии становилась экономически невыгодной.

ѕеременный ток в отношении передачи казалс€ более удобным хот€ бы уже потому, что его можно было легко трансформировать, то есть в очень широких пределах повышать, а затем понижать его напр€жение. ¬ 1884 году на “уринской выставке √ол€р осуществил электропередачу на рассто€ние в 40 км, подн€в с помощью своего трансформатора напр€жение в линии до 2 тыс€ч вольт. Ётот опыт дал неплохие результаты, но и он не привел к широкому развитию электрификации, поскольку, как уже говорилось, двигатели однофазного переменного тока по всем параметрам уступали двигател€м посто€нного тока и не имели распространени€. “аким образом, и однофазный переменный ток было невыгодно передавать на большие рассто€ни€. ¬ следующие годы были разработаны две системы многофазных токов Ч двухфазна€ “еслы и трехфазна€ ƒоливо?ƒобровольского.  ажда€ из них претендовала на господствующее положение в электротехнике. ѕо какому же пути должна была пойти электрификаци€? “очного ответа на этот вопрос поначалу не знал никто. ¬о всех странах шло оживленное обсуждение достоинств и недостатков каждой из систем токов. ¬се они имели своих гор€чих сторонников и ожесточенных противников. Ќекотора€ €сность в этом вопросе была достигнута только в следующем дес€тилетии, когда был сделан значительный прорыв в деле электрификации. ќгромную роль в этом сыграла ‘ранкфуртска€ международна€ выставка 1891 года.

¬ конце 80?х годов встал вопрос о сооружении центральной электростанции во ‘ранкфурте?на?ћайне. ћногие германские и иностранные фирмы предлагали городским власт€м различные варианты проектов, предусматривающие применение либо посто€нного, либо переменного тока. ќбер?бургомистр ‘ранкфурта находилс€ в €вно затруднительном положении: он не мог сделать выбор там, где это было не под силу даже многим специалистам. ƒл€ вы€снени€ спорного вопроса и решено было устроить во ‘ранкфурте давно планировавшуюс€ международную электротехническую выставку. ≈е главной целью должна была стать демонстраци€ передачи и распределени€ электрической энергии в различных системах и применени€х. Ћюба€ фирма могла продемонстрировать на этой выставке свои успехи, а международна€ комисси€ из наиболее авторитетных ученых должна была подвергнуть все экспонаты тщательному изучению и дать ответ на вопрос о выборе рода тока.   началу выставки различные фирмы должны были построить свои линии передачи электроэнергии, причем одни собирались демонстрировать передачу посто€нного тока, другие Ч переменного (как однофазного, так и многофазного). ‘ирме јЁ√ было предложено осуществить передачу электроэнергии из местечка Ћауфен во ‘ранкфурт на рассто€ние 170 км. ѕо тем временам это было огромное рассто€ние, и очень многие считали саму идею фантастической. ќднако ƒоливо?ƒобровольский был настолько уверен в системе и возможност€х трехфазного тока, что убедил директора –отенау согласитьс€ на эксперимент.

 огда по€вились первые сообщени€ о проекте электропередачи Ћауфен Ч ‘ранкфурт, электротехники во всем мире разделились на два лагер€. ќдни с энтузиазмом приветствовали это смелое решение, другие отнеслись к нему как к шумной, но беспочвенной рекламе. ѕодсчитывали возможные потери энергии. Ќекоторые считали, что они состав€т 95%, но даже самые большие оптимисты не верили, что  ѕƒ такой линии превысит 15%. Ќаиболее известные авторитеты в области электротехники, в том числе знаменитый ƒепре, высказывали сомнени€ в экономической целесообразности этой затеи. ќднако ƒоливо?ƒобровольский сумел убедить руководство компании в необходимости вз€тьс€ за предложенную работу.

ѕоскольку до открыти€ выставки оставалось совсем мало времени, строительство ЋЁѕ проходило в большой спешке. «а полгода ƒоливо?ƒобровольский должен был спроектировать и построить небывалый по мощности асинхронный двигатель на 100 л.с. и четыре трансформатора на 150 киловатт, при том что максимальна€ мощность однофазных трансформаторов составл€ла тогда только 30 киловатт. Ќе могло быть и речи об опытных конструкци€х: на это просто не хватало времени. ƒаже построенный двигатель и трансформаторы не могли быть испытаны на заводе, так как в Ѕерлине не было трехфазного генератора соответствующей мощности (генератор дл€ Ћауфеновской станции строили в Ёрликсоне). —ледовательно, все элементы электропередачи предсто€ло включить непосредственно на выставке в присутствии многих ученых, представителей конкурирующих фирм и бесчисленных корреспондентов. ћалейша€ ошибка была бы непростительной.  роме того, на плечи ƒоливо?ƒобровольского легла вс€ ответственность за проектирование и монтажные работы при сооружении ЋЁѕ. —обственно, ответственность была даже больше Ч ведь решалс€ вопрос не только о карьере ƒоливо?ƒобровольского и престиже јЁ√, но и о том, по какому пути пойдет развитие электротехники. ƒоливо?ƒобровольский прекрасно понимал всю важность сто€вшей перед ним задачи и писал позже: «≈сли € не хотел навлечь на мой трехфазный ток несмываемого позора и подвергнуть его недоверию, которое вр€д ли удалось бы потом быстро рассе€ть, € об€зан был прин€ть на себ€ эту задачу и разрешить ее. ¬ противном случае опыты Ћауфен?‘ранкфурт и многое, что потом должно было развитьс€ на их основе, пошли бы по пути применени€ однофазного тока».

¬ Ћауфене была в короткий срок построена небольша€ гидроэлектростанци€. “урбина мощностью 300 л.с. вращала генератор трехфазного тока, спроектированный и построенный, как уже говорилось, на заводе в Ёрликсоне. ќт генератора три медных провода большого сечени€ вели к распределительному щиту. «десь были установлены амперметры, вольтметры, свинцовые предохранители и тепловые реле. ќт распределительного щита три кабел€ шли к трем трехфазным трансформаторам «призматического» типа. ќбмотки всех трансформаторов соедин€лись в звезду. ѕредполагалось вести электропередачу при напр€жении в 15 тыс€ч вольт, но все расчеты делались на работу в 25 тыс€ч вольт. ƒл€ достижени€ такого высокого напр€жени€ планировалось включить по два трансформатора на каждом конце линии, так чтобы их обмотки низшего напр€жени€ были соединены параллельно, а обмотки высшего Ч последовательно.

ќт трансформаторов в Ћауфене начиналась трехпроводна€ лини€, подвешенна€ на 3182 дерев€нных опорах высотой 8 и 10 м со средним пролетом 60 м. Ќикаких выключателей на линии не было. ƒл€ того чтобы в случае необходимости можно было быстро отключить ток, предусматривались два оригинальных приспособлени€. –€дом с Ћауфенской гидроэлектростанцией были установлены две опоры на рассто€нии 2, 5 м одна от другой. «десь в разрыв каждого провода линии включалась плавка€ вставка, состо€вша€ из двух медных проволок диаметром 0, 15 мм. ¬о ‘ранкфурте и вблизи железнодорожных станций (часть линии шла вдоль железнодорожного полотна) были установлены так называемые угловые замыкатели.  аждый из них представл€л собой металлический брус, подвешенный с помощью шнура на √?образной опоре. ƒостаточно было дернуть за шнур, и брус опускалс€ на все три провода, создава€ искусственное короткое замыкание, что вызывало перегорание плавких вставок в Ћауфене и обесточивание всей линии. ¬о ‘ранкфурте провода подходили к понижающим трансформаторам (они находились на выставке в специальном павильоне), которые снижали напр€жение на выходе до 116 вольт.   одному из этих трансформаторов было подключено 1000 ламп накаливани€ по 16 свечей (55 ватт) кажда€, к другому Ч большой трехфазный двигатель ƒоливо?ƒобровольского, размещавшийс€ в другом павильоне.

Ћинейное напр€жение генератора в Ћауфене составл€ло 95 вольт. ѕовышающий трансформатор имел коэффициент трансформации равный 154. —ледовательно, рабочее напр€жение в ЋЁѕ составл€ло 14650 вольт (95Х154). ƒл€ того времени это было очень высокое напр€жение. ѕравительства земель, через которые проходила ЋЁѕ, были встревожены ее сооружением. ” некоторых возникало чувство страха даже перед дерев€нными столбами, на которых были укреплены таблички с черепами. ќсобые опасени€ вызывала возможность обрыва провода и падени€ его на рельсы железной дороги. ¬ыставочному комитету и сооружавшим лини€м фирмам пришлось провести огромную разъ€снительную работу, чтобы убедить правительственных чиновников в том, что все возможные опасности предусмотрены и что лини€ надежно защищена. јдминистраци€ Ѕадена все же не разрешала соедин€ть участок уже готовой линии на баденской границе. ƒл€ того чтобы устранить последние преп€тстви€ и рассе€ть сомнени€ местных властей, ƒоливо?ƒобровольский провел опасный, но весьма убедительный эксперимент.  огда лини€ была впервые включена под напр€жение, один из проводов на границе Ѕадена и √ессена был искусственно оборван и с €ркой вспышкой упал на рельсы железной дороги. ƒоливо?ƒобровольский сейчас же подошел и подн€л провод голыми руками: настолько он был уверен, что сработает сконструированна€ им защита. Ётот «метод» доказательства оказалс€ очень нагл€дным и устранил последнюю преграду перед испытани€ми линии.

25 августа 1891 года в 12 часов дн€ на выставке впервые вспыхнули 1000 электрических ламп, питаемых током Ћауфенской гидроэлектростанции. Ёти лампы обрамл€ли щиты и арку над входом в ту часть выставки, экспонаты которой относились к электропередаче Ћауфен Ч ‘ранкфурт. Ќа следующий день был успешно испытан двигатель мощностью в 75 киловатт, который 12 сент€бр€ впервые привел в действие дес€тиметровый водопад. Ќесмотр€ на то что лини€, машины, трансформаторы, распределительные щиты изготовл€лись в спешке (некоторые детали, по свидетельству ƒоливо?ƒобровольского, продумывались всего в течение часа), вс€ установка, включенна€ без предварительного испытани€, к удивлению одних и к радости других, сразу же стала хорошо работать. ќсобое впечатление на посетителей выставки произвел водопад. ќднако лица, более осведомленные в вопросах физики и электротехники, радовались в этот день не огромному водопаду, сверкавшему тыс€чами стекл€нных брызг, подсвеченных дес€тками разноцветных ламп. »х восторг был св€зан с пониманием того, что этот прекрасный искусственный водопад приводитс€ в действие источником, наход€щимс€ на рассто€нии 170 км на реке Ќеккар у местечка Ћауфен. ќни видели перед собой блест€щее решение проблемы передачи энергии на большие рассто€ни€.

¬ окт€бре международна€ комисси€ приступила к испытани€м Ћауфен?‘ранкфуртской линии электропередачи. Ѕыло установлено, что потери при электропередаче составл€ют всего 25%, что €вл€лось очень хорошим показателем. ¬ но€бре лини€ была испытана при напр€жении в 25 тыс€ч вольт. ѕри этом  ѕƒ ее увеличилс€, и потери снизились до 21%. ѕодавл€ющее большинство электриков всех стран мира (выставку посетило более миллиона человек) по достоинству оценило значение Ћауфен?‘ранкфуртского эксперимента. “рехфазный ток получил очень высокую оценку, и ему отныне был открыт самый широкий путь в промышленность. ƒоливо?ƒобровольский сразу выдвинулс€ в число ведущих электротехников планеты, и им€ его приобрело мировую известность.

“ак была разрешена главна€ энергетическа€ проблема конца XIX века Ч проблема централизации производства электроэнергии и передачи ее на большие рассто€ни€. ƒл€ всех стал €сен способ, каким многофазный ток мог быть подведен от далекой электростанции к каждому отдельному цеху, а потом и отдельному станку. Ѕлижайшим следствием возникновени€ техники многофазного тока €вилось то, что в последующие годы во всех развитых странах началось бурное строительство электростанций и широчайша€ электрификаци€ промышленности. ѕравда, в первые годы она еще осложн€лась ожесточенной борьбой между конкурирующими компани€ми, стремившимис€ внедрить тот или иной тип тока. “ак, в јмерике сначала вз€ла вверх компани€ ¬естингауза, котора€, скупив патенты “еслы, старалась распространить двухфазный ток. “риумфом двухфазной системы стало строительство в 1896 году мощной √Ё— на Ќиагарском водопаде. Ќо трехфазный ток вскоре повсеместно был признан наилучшим. ƒействительно, двухфазна€ система требовала проведени€ четырех проводов, а трехфазна€ Ч только трех.  роме большей простоты, она сулила значительную экономию средств. ѕозже “есла, по примеру ƒоливо?ƒобровольского, предложил объедин€ть два обратных провода вместе. ѕри этом происходило сложение токов, и в третьем проводе тек ток примерно в 1, 4 раза больший, чем в двух других. ѕоэтому сечение этого провода было в 1, 4 раза больше (без этого увеличени€ сечени€ в цепи возникали перегрузки). ¬ результате затраты на двухфазную проводку все равно оказывались больше, чем на трехфазную, между тем как двухфазные двигатели по всем параметрам уступали трехфазным. ¬ XX веке трехфазна€ система утвердилась повсеместно. ƒаже Ќиагарска€ электростанци€ была со временем переоборудована на трехфазный ток.

 

61. √–јћћќ‘ќЌ

 

—реди замечательных технических достижений XIX века далеко не последнее место занимает изобретение звукозаписи. ¬первые устройство, позвол€ющее записывать звук, было создано в 1857 году Ћеоном —коттом. ѕринцип действи€ его фоноавтографа был очень прост: игла, которой передавались колебани€ звуковой диафрагмы, вычерчивала кривую на поверхности вращавшегос€ цилиндра, покрытого слоем сажи. «вуковые волны в этом приборе получали как бы зримый образ, но не более того Ч пон€тно, что воспроизвести записанный на саже звук было невозможно. —ледующий важный шаг на этом пути был сделан знаменитым американским изобретателем Ёдисоном. ¬ 1877 году Ёдисон создал первую «говор€щую машину» Ч фонограф, позвол€вшую производить не только запись, но и воспроизведение звука. ќ своем изобретении Ёдисон рассказывал так: «ќднажды, когда € еще работал над улучшением телефонного аппарата, € как?то запел над диафрагмой телефона, к которой была припа€на стальна€ игла. Ѕлагодар€ дрожанию пластинок игла уколола мне палец, и это заставило мен€ задуматьс€. ≈сли бы можно было записать эти колебани€ иглы, а потом снова провести иглой по такой записи, отчего бы пластинке не заговорить? я попробовал сначала пропустить обыкновенную телеграфную ленту под острием телефонной диафрагмы и заметил, что получилась кака€?то азбука, а потом, когда € заставил ленту с записью вновь пройти под иглой, мне послышалось, правда, очень слабо: Дјлло, аллоУ. “огда € решил построить прибор, который работал бы отчетливо, и дал указание моим помощникам, рассказав, что € придумал. ќни надо мной посме€лись».

ѕринцип фонографа был в общих чертах тот же, что у телефона. «вуковые волны с помощью говорной трубы приводились к пластинке из очень тонкого стекла или слюды и резцом, прикрепленным к ней, записывались на быстро вращающийс€ вал, покрытый олов€нной фольгой. Ќа фольге получались следы, форма которых соответствовала колебани€м пластины и, следовательно, падающим на нее звуковым волнам. Ётой полосой листового олова можно было пользоватьс€ дл€ получени€ на том же приборе тех же звуков. ѕри равномерном вращении полосы резец, прикрепленный к пластинке проходил вдоль сделанной им ранее борозды. ¬следствие этого пластинка приводилась резцом в те же самые колебани€, которые она прежде сама передавала ему под действием голоса и звукового инструмента и начинала звучать подобно мембране телефона. “аким образом фонограф воспроизводил вс€кий разговор, пение и свист.

ѕервые приборы Ёдисона, созданные в 1877 г., были еще очень несовершенны. ќни хрипели, гнусавили, чрезмерно усиливали некоторые звуки, совсем не воспроизводили других, и вообще, больше напоминали попугаев, чем репродукторы человеческой речи. ƒругой их недостаток состо€л в том, что звук можно было различить, лишь приложив ухо к диафрагме. Ёто происходило во многом из?за того, что валик двигалс€ недостаточно ровно по поверхности, которую не могли сделать совершенно гладкой. »гла, переход€ из одного углублени€ в другое, испытывала собственные колебани€, передававшиес€ в виде сильных шумов.

Ёдисон упорно работал над улучшением фонографа. ќсобенно много проблем встретил он с воспроизведением звука "с", который никак не хотел записыватьс€. ќн сам вспоминал позже: «¬ течение семи мес€цев € работал почти по 18?20 часов в сутки над одним словом Дспеци€У. —колько раз € ни повтор€л в фонограф: специ€, специ€, специ€ Ч прибор упорно твердил мне одно и то же: пеци€, пеци€, пеци€. — ума можно было сойти! Ќо € не упал духом и настойчиво продолжал свою работу, пока не преодолел затруднени€. Ќасколько трудна была мо€ задача, вы поймете, если € скажу, что следы, получающиес€ на цилиндре в начале слова, имели в глубину не более одной миллионной доли дюйма! Ћегко делать удивительные открыти€, но трудность состоит в усовершенствовании их настолько, чтобы они получили практическую ценность». ѕосле многих экспериментов был найден более или менее подход€щий материал дл€ валиков Ч сплав воска и некоторых растительных смол (этот рецепт Ёдисон держал в секрете). ¬ 1878 году он основал специальную фирму по производству фонографов. ќдновременно во всех газетах была развернута широка€ реклама его изобретени€. ”вер€ли, что фонограф можно будет примен€ть дл€ диктовки писем, издани€ звуковых книг, воспроизведени€ музыки, изучени€ иностранных €зыков, записи телефонных сообщений и многих других целей.

Ќо, увы, ни одно из этих обещаний не было исполнено даже в 1889 году, когда был сконструирован новый фонограф, не имевший многих недостатков прежнего.

ѕринцип его действи€ осталс€ прежним. ¬осковой цилиндр W приводилс€ во вращение находившимс€ в €щике K электродвигателем с очень спокойным и равномерным ходом. –егул€тор G через включение и выключение сопротивлений управл€л скоростью вращени€ цилиндра (125 об/мин). –ычаг A, поддерживающий говорную трубку и пластинку, покоилс€ на салазках. Ёти салазки передвигались вдоль направл€ющего бруска F с помощью гайки с винтовой нарезкой M, котора€ лежала на валике главного винта, имевшего мелкую нарезку и образовывавшего ось цилиндра C. Ќарезка эта представл€ла образцовое произведение механики и имела сто винтовых ходов на один дюйм. ƒва рычажка A и B служили дл€ насаживани€ гайки с главного стержн€. ѕластинки фонографа состо€ли из очень тонкого стекла; из них одна имела острый резец дл€ записи колебаний пластинки на восковом цилиндре, друга€ Ч тупой резец дл€ воспроизведени€. “реть€, несколько более крепка€ пластинка, была снабжена маленьким острым резцом дл€ того, чтобы приведенные в негодность восковые цилиндры вновь обтачивать и таким образом пользоватьс€ ими дл€ новых записей. ƒл€ усилени€ звука использовалась труба с раструбом.

ѕишуща€ часть представл€ла собой вделанную в металлическое кольцо круглую диафрагму, пространство над которой было закрыто крышкой с раструбом. ≈сли говорить в этот раструб, то звуковые волны достигали диафрагмы и приводили ее в колебательное движение. —низу к середине диафрагмы было прикреплено тонкое пишущее острие, с помощью которого вырезалась на восковой оболочке барабана бороздка, более или менее глубока€, соответственно колебани€м диафрагмы. ƒиафрагма со своими принадлежност€ми поддерживалась на рычаге, который был прикреплен к скольз€щему приспособлению, и вместе с последним передвигалась при вращении барабана справа налево. „тобы это передвижение происходило согласно с вращением барабана, на скольз€щем приспособлении был укреплен второй рычаг, который своим концом покоилс€ на винтовом шпинделе, налега€ на него частью гайки. “аким образом, при движении шпиндел€ передвигалось скольз€щее приспособление, а так как шпиндель был соединен бесконечным шнуром с валом барабана, то скольз€щее приспособление и вместе с ним штифт двигались согласно с его вращением, и штифтик вырезал на восковой массе винтовую линию. ѕока диафрагма не колебалась, штифтик вырезал бороздку равномерной глубины, но как скоро диафрагма начинала колебатьс€ под вли€нием звуковых волн, глубина бороздки все врем€ то уменьшалась, то увеличивалась. Ёту волнообразную полосу потом использовали дл€ приведени€ в движение другой подобной диафрагмы, к которой был прикреплен скольз€щий по бороздке штифтик.

ќднако и новый усовершенствованный фонограф не получил широкого практического применени€.  роме высокой цены, распространению его мешало практическое несовершенство. ¬алик не мог вместить много информации и заполн€лс€ через несколько минут. Ѕолее или менее значительна€ корреспонденци€ требовала большого числа валиков. ѕосле нескольких прослушиваний копи€ разрушалась. —ама передача аппарата была далека от совершенства.  роме того, с воскового валика невозможно было получить копии. ¬с€ка€ запись была уникальной и с порчей валика пропадала навсегда.

¬се эти недостатки были благополучно преодолены Ёмилем Ѕерлинером, который в 1887 году вз€л патент на другой звукозаписывающий прибор Ч граммофон. ’от€ принцип устройства граммофона и фонографа был один и тот же, граммофон имел р€д существенных отличий, которые и обеспечили ему широчайшее распространение. ѕрежде всего, игла в записывающем аппарате Ѕерлинера располагалась параллельно плоскости диафрагмы и чертила извилистые линии (а не борозды, как у Ёдисона).  роме того, вместо громоздкого и неудобного валика Ѕерлинер избрал круглую пластинку.

«апись происходила следующим образом. Ќа диск большого диаметра с бортиком устанавливали предназначенный дл€ записи звука полированный цинковый диск. —верху на него наливали раствор воска в бензине. ƒиск?ванна получал вращение от ручки через фрикционную передачу, а система шестерней и ходового винта св€зывала вращение диска с радиальным ходом записывающей мембраны, укрепленной на стойке. Ётим достигалось движение записывающего устройства по спиралеобразной линии.  огда бензин испар€лс€, на диске оставалс€ очень тонкий слой воска, и диск был готов к записи. Ќанесение звуковой канавки Ѕерлинер производил почти так же, как Ёдисон, при помощи записывающей мембраны, снабженной трубкой с небольшим рупором и передававшей свои колебани€ иридиевому острию.

√лавное достоинство записи по способу Ѕерлинера состо€ло в том, что с диска можно было легко получать копии. ƒл€ этого записанный диск прежде всего погружали в водный раствор хромовой кислоты. “ам, где поверхность диска была покрыта воском, кислота не оказывала на него никакого воздействи€. “олько в звуковых канавках, поскольку записывающее острие срезало воск до самой поверхности диска, цинк раствор€лс€ под действием кислоты. ѕри этом звукова€ канавка протравливалась до глубины около 0, 1 мм. «атем диск промывали и удал€ли воск. ¬ таком виде он уже мог служить дл€ воспроизведени€ звука, но фактически €вл€лс€ лишь оригиналом дл€ изготовлени€ медных гальванических копий.

ѕринцип гальванопластики был открыт в 1838 году русским электротехником якоби. ¬ыше уже упоминались электролиты Ч жидкости, провод€щие через себ€ электрический ток. ќсобенностью электролитов €вл€етс€ то, что в растворах (или расплавах) их молекулы распадаютс€ на положительные и отрицательные ионы. Ѕлагодар€ этому становитс€ возможным электролиз Ч химическа€ реакци€, котора€ протекает под воздействием электрического тока. ƒл€ проведени€ электролиза в ванну помещают металлические или угольные стержни, которые соедин€ют с посто€нным источником тока. (Ёлектрод, подключенный к отрицательному полюсу батареи, называют катодом, а электрод, соединенный с положительным полюсом Ч анодом.) Ёлектрический ток в электролите представл€ет процесс движени€ ионов к электродам. ѕоложительно зар€женные ионы движутс€ к катоду, а отрицательно зар€женные Ч к аноду. Ќа электродах происходит реакци€ нейтрализации ионов, которые, отдава€ лишние электроны или получа€ недостающие, превращаютс€ в атомы и молекулы.   примеру, каждый ион меди получает на катод два недостающих электрона и осаждаетс€ на нем в виде металлической меди. ѕри этом осадок дает точное рельефное изображение катода. Ёто последнее свойство как раз и используетс€ при гальванопластике. — копируемых предметов снимаетс€ копи€ (матрица), представл€юща€ их обратное негативное изображение. «атем копи€ подвешиваетс€ в качестве катода (отрицательного полюса) в гальваническую ванну. ¬ качестве анода (положительного полюса) беретс€ тот металл, из которого изготовл€лась копи€. –аствор ванны должен содержать в себе ионы того же металла.

“очно так же действовал Ѕерлинер Ч он погружал цинковый диск в ванну с раствором медной соли и подключал к нему отрицательный полюс батареи. ¬ процессе электролиза на диске осаждалс€ слой меди толщиной в 3?4 мм, в точности повтор€вший все детали диска, но с обратным рельефом (то есть на месте канавок получались бугорки, но в точности повтор€ющие все их извивы). «атем полученную медную копию отдел€ли от цинкового диска. ќна служила матрицей, с которой можно было отпрессовывать диски?пластинки из какого?нибудь пластического материала. ¬ начале дл€ этой цели примен€ли целлулоид, эбонит, всевозможные восковые массы и тому подобные вещества. —ама€ перва€ в истории граммофонна€ пластинка была изготовлена Ѕерлинером в 1888 году из целлулоида. √раммофонные пластинки, поступившие в начале 90?х годов в продажу, были выполнены из эбонита. ќба эти материала не годились дл€ назначенной цели, так как плохо подавались прессовке и потому недостаточно точно воспроизводили рельеф матрицы. ѕроделав множество опытов, Ѕерлинер в 1896 году создал специальную шеллачную массу (в состав ее входили шеллак Ч смола органического происхождени€, т€желый шпат, зола и некоторые другие вещества), котора€ оставалась потом на прот€жении многих дес€тилетий основным материалом дл€ изготовлени€ пластинок.

ѕроигрывание пластинок происходило на специальном устройстве Ч граммофоне. √лавной частью звукоснимающего прибора здесь была слюд€на€ пластинка, сцепленна€ рычагом с зажимом, в который вставл€лись сменные стальные иглы. ћежду зажимом и корпусом мембраны помещались резиновые прокладки. ѕервоначально граммофон приводилс€ в движение от руки, а затем стал устанавливатьс€ на €щик с часовым механизмом.

 ак записывающее устройство, так и первые граммофоны Ѕерлинера были весьма несовершенны. Ўипение, треск и искажени€ были их посто€нными спутниками. “ем не менее это изобретение имело огромный коммерческий успех Ч за какие?нибудь дес€ть лет граммофоны распространились по всему миру и проникли во все слои общества.   1901 году было выпущено уже около четырех миллионов пластинок. ‘онографы не могли выдержать конкуренции с творением Ѕерлинера, и Ёдисону пришлось свернуть их производство.

 

62. ЁЋ≈ “–ќЋ»« јЋёћ»Ќ»я

 

—овременную жизнь невозможно представить без алюмини€. Ётот блест€щий легкий металл, прекрасный проводник электричества, получил в последние дес€тилети€ самое широкое применение в различных отрасл€х производства. ћежду тем известно, что в свободном виде алюминий не встречаетс€ в природе, и вплоть до XIX века наука даже не знала о его существовании. “олько в последней четверти XIX века была разрешена проблема промышленного производства металлического алюмини€ в свободном виде. Ёто стало одним из крупнейших завоеваний науки и техники этого периода, значение которого мы, может быть, еще не оценили до конца.

ѕо содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремни€). «емна€ кора на 8, 8% состоит из алюмини€ (отметим дл€ сравнени€, что содержание железа в ней Ч 4, 2%, меди Ч 0, 003%, а золота Ч 0, 000005%). ќднако этот химически активный металл не может существовать в свободном состо€нии и встречаетс€ только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. ќсновна€ их масса приходитс€ на оксид алюмини€ (Al2O3). Ёто соединение каждый из нас встречал не один раз Ч в обиходе оно называетс€ глиноземом, или просто глиной. √лина примерно на треть состоит из оксида алюмини€ и €вл€етс€ потенциальным сырьем дл€ его производства. ¬с€ трудность состоит в том, чтобы восстановить алюминий (отн€ть у него кислород). ’имическим путем добитьс€ этого чрезвычайно сложно, так как св€зь двух элементов здесь очень прочна€. ”же первое знакомство с алюминием нагл€дно продемонстрировало все сложности, которые ожидали ученых на этом пути.

¬ 1825 году датскому физику √ансу Ёрстеду впервые удалось получить металлический алюминий в свободном состо€нии из его оксида. ƒл€ этого Ёрстед прежде всего смешал глинозем с углем, раскалил эту смесь и пропустил через нее хлор. ¬ результате получилс€ хлористый алюминий (AlCl3). ¬ то врем€ уже было известно, что химически более активные металлы способны вытесн€ть менее активные из их солей. Ёрстед подверг хлористый алюминий действию кали€, растворенного в ртути (амальгамой кали€) и получил амальгаму алюмини€ (при быстром нагревании хлористого алюмини€ с амальгамой кали€ образовалс€ хлористый калий, алюминий же ушел в раствор). ѕодвергнув эту смесь дистилл€ции, Ёрстед выделил небольшие слитки алюмини€. Ќесколько другим способом алюминий получил в 1827 году немецкий химик ¬елер, который пропускал пары хлористого алюмини€ над металлическим калием (при этом, как и в реакции Ёрстеда химически, более активный калий вытесн€л алюминий и сам соедин€лс€ с хлором). Ќо оба способа не могли примен€тьс€ в промышленности, так как дл€ восстановлени€ алюмини€ здесь использовалс€ очень дорогой калий.

ѕозже французский физик —ен? лер?ƒевилль разработал другой химический процесс получени€ алюмини€, заменив калий более дешевым, но все же достаточно дорогим натрием. (—уть этого способа заключалась в том, что хлористый алюминий нагревали с натрием, который вытесн€л алюминий из соли, заставл€€ его выдел€тьс€ в виде небольших корольков.) Ќа прот€жении нескольких дес€тилетий алюминий получали именно таким образом. »сследу€ свойства алюмини€, ƒевилль пришел к заключению, что тот может в будущем иметь огромное значение дл€ техники. ¬ своем докладе ‘ранцузской академии наук он писал: «Ётот металл, белый и блест€щий, как серебро, не чернеющий на воздухе, поддающийс€ переплавке, ковке и прот€жке, обладающий к тому же замечательной легкостью, может оказатьс€ очень полезным, если удастс€ найти простой способ его получени€. ≈сли далее вспомнить, что этот металл чрезвычайно распространен, что его рудой €вл€етс€ глина, то можно лишь пожелать, чтобы он нашел широкое применение». ѕервые слитки алюмини€, полученные ƒевиллем, демонстрировались на всемирной ѕарижской выставке в 1855 году и вызвали к себе живейший интерес.

¬ 1856 году на заводе братьев “исье в –уане ƒевилль организовал первое промышленное предпри€тие по выпуску алюмини€. ѕри этом стоимость 1 кг алюмини€ сначала равн€лась 300 франкам. „ерез несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. јлюминий в это врем€ употребл€ли как полудрагоценный металл дл€ производства различных безделушек, причем он приобрел в этом виде даже некоторую попул€рность из?за своего белого цвета и при€тного блеска. ¬прочем, по мере совершенствовани€ химических методов выделени€ алюмини€ цена на него с годами падала. Ќапример, завод в ќлбери (јнгли€) в середине 80х гг. выпускал до 250 кг алюмини€ в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз.

”же в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путем электролиза. ¬ 1854 году Ѕунзен получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюмини€.

ѕочти одновременно с Ѕунзеном получил электролитическим путем алюминий ƒевилль. јппарат ƒевилл€ состо€л из фарфорового тигл€ P, вставленного в пористый глин€ный тигель H и снабженного крышкой D, в которой имелась щель дл€ ввода платинового электрода K и большое отверстие дл€ пористого глин€ного сосуда R. ¬ последнем был помещен угольный стержень A, €вл€вшийс€ положительным электродом. “игель и глин€ный сосуд заполн€лись до одного уровн€ расплавленным двойным хлоридом алюмини€ и натри€ (двойной хлорид получали путем смешивани€ двух частей сухого хлорида алюмини€ и поваренной соли). ѕосле погружени€ электродов уже при небольшом токе в расплаве начиналось разложение двойного хлорида, и на платиновой пластинке выдел€лс€ металлический алюминий. ќднако в то врем€ нельз€ было и думать о том, чтобы поддерживать соединени€ в расплавленном состо€нии, пользу€сь только нагреванием при прохождении тока. ѕриходилось поддерживать необходимую температуру другим способом извне. Ёто обсто€тельство, а также то, что электроэнерги€ в те годы стоила очень дорого, помешало распространению данного способа производства алюмини€. ”слови€ дл€ его распространени€ возникли только после по€влени€ мощных генераторов посто€нного тока.

¬ 1878 году —именс изобрел электрическую дуговую печь, примен€вшуюс€ прежде всего при плавке железа. ќна состо€ла из угольного или графитового тигл€, €вл€вшегос€ одним полюсом. ¬торым полюсом служил расположенный сверху угольный электрод, который перемещалс€ внутри тигл€ в вертикальной плоскости дл€ регулировани€ электрического режима. ѕри заполнении тигл€ шихтой она нагревалась и расплавл€лась или электрической дугой или за счет сопротивлени€ самой шихты при прохождении через нее тока. Ќикаких внешних источников тепла дл€ печи —именса не требовалось. —оздание этой печи стало важным событием не только дл€ черной, но и дл€ цветной металлургии.

“еперь все услови€ дл€ электролитического способа производства алюмини€ были налицо. ƒело оставалось за разработкой технологии процесса. ¬ообще говор€, алюминий можно получать непосредственно из глинозема, но трудность заключалась в том, что оксид алюмини€ очень тугоплавкое соединение, которое переходит в жидкое состо€ние при температуре около 2050 градусов. ƒл€ того чтобы нагреть глинозем до такой температуры и затем поддерживать ее во врем€ реакции, требовалось огромное количество электроэнергии. ¬ то врем€ этот способ казалс€ неоправданно дорогим. ’имики искали иной путь, пыта€сь выделить алюминий из какого?нибудь другого менее тугоплавкого вещества. ¬ 1885 году эту задачу независимо друг от друга разрешили француз Ёру и американец ’олл.

Ћюбопытно, что обоим в момент, когда они совершили свое выдающеес€ открытие, было по 22 года (и тот и другой родились в 1863 г.). Ёру еще с 15 лет, после того как познакомилс€ с книгой ƒевилл€, посто€нно думал об алюминии. ќсновные принципы электролиза он разработал, еще будучи студентом, в 20 лет. ¬ 1885 году после смерти отца Ёру унаследовал небольшую кожевенную фабрику близ ѕарижа и немедленно прин€лс€ за опыты. ќн приобрел электрогенератор √рамма и сначала попробовал разложить электрическим током водные растворы солей алюмини€. ѕотерпев на этом пути неудачу, он решил подвергнуть электролизу расплавленный криолит Ч минерал, в состав которого входит алюминий (химическа€ формула криолита Na3AlF6). ќпыты Ёру начал в железном тигле, который служил катодом, а анодом €вл€лс€ опущенный в расплав угольный стержень. ѕоначалу ничего не обещало успеха. ѕри пропускании тока железо тигл€ вступило в реакцию с криолитом, образовав легкоплавкий сплав. “игель расплавилс€, и содержимое его вылилось наружу. Ќикакого алюмини€ Ёру таким путем не получил. ќднако криолит представл€л собой очень заманчивое сырье, поскольку плавилс€ при температуре всего 950 градусов. Ёру пришла мысль, что расплав этого минерала можно использовать дл€ растворени€ более тугоплавких солей алюмини€. Ёто была очень плодотворна€ иде€. Ќо какую соль избрать дл€ опытов? Ёру решил начать с той, котора€ давно уже служила сырьем дл€ химического производства алюмини€ Ч с двойного хлорида алюмини€ и натри€. » тут при проведении эксперимента произошла ошибка, котора€ и привела его к замечательному открытию. –асплавив криолит и добавив к нему двойной хлорид алюмини€ и натри€, Ёру неожиданно заметил, что угольный анод начал быстро обгорать. ќбъ€снение этому могло быть только одно Ч в ходе электролиза на аноде стал выдел€тьс€ кислород, вступавший в реакцию с углеродом. Ќо откуда мог вз€тьс€ кислород? Ёру внимательно изучил все купленные реактивы и тут обнаружил, что двойной хлорид разложилс€ под действием влаги и превратилс€ в глинозем. “огда все происшедшее стало ему пон€тно: оксид алюмини€ (глинозем) растворилс€ в расплавленном криолите и молекула Al2O3 распалась на ионы алюмини€ и кислорода. ƒалее в ходе электролиза отрицательно зар€женные ионы кислорода отдавали аноду свои электроны и восстанавливались в химический кислород. Ќо в таком случае, какое вещество восстанавливалось на катоде? »м мог быть только алюминий. ѕон€в это, Ёру уже намеренно добавил глинозем к расплаву криолита и таким образом получил на дне тигл€ корольки металлического алюмини€. “ак был открыт примен€ющийс€ по сей день способ получени€ алюмини€ из глинозема, растворенного в криолите. ( риолит не участвует в химической реакции, его количество в ходе электролиза не уменьшаетс€ Ч он используетс€ здесь только как растворитель. ѕроцесс идет следующим образом: к расплаву криолита периодически добавл€ют порци€ми глинозем; в результате электролиза на аноде выдел€етс€ кислород, а на катоде Ч алюминий.) Ќа два мес€ца позже точно такой же способ производства алюмини€ открыл американец ’олл.

Ќа свое изобретение Ёру в апреле 1886 года получил первый патент. ¬ нем он еще не отказалс€ от внешнего нагревани€ ванны с электролитом дл€ поддержани€ нужной температуры расплава. Ќо уже в следующем году он вз€л второй патент на способ получени€ алюминиевой бронзы, в котором отказалс€ от внешнего нагрева и писал, что «электрический ток производит достаточное количества тепла дл€ того, чтобы глинозем поддерживать в расплавленном состо€нии».

ѕоскольку никто во ‘ранции не заинтересовалс€ его открытием, Ёру уехал в Ўвейцарию. ¬ 1887 году компани€ «—ыновь€ Ќегер» подписала с ним контракт о реализации его изобретени€. ¬скоре было основано Ўвейцарское металлургическое общество, которое на заводе в Ќейгаузене развернуло производство сначала алюминиевой бронзы, а потом чистого алюмини€.

ѕромышленную установку дл€ электролиза алюмини€, также как и всю технологию производства, разработал Ёру. ѕечь представл€ла собой железный €щик, изолированно установленный на земле. ѕоверхность ванны изнутри была покрыта толстыми угольными пластинами, которые €вл€лись отрицательным электродом (катодом). —верху в ванну опускалс€ положительный электрод (анод), который представл€л собой пакет угольных стержней. Ёлектролиз происходил при очень сильном токе (пор€дка 4000 ампер), но при небольшом напр€жении (всего 12?15 вольт). Ѕольша€ сила тока, как уже говорилось в предыдущих главах, приводила к значительному повышению температуры.  риолит быстро плавилс€, и начиналась электрохимическа€ реакци€ восстановлени€, в ходе которой металлический алюминий собиралс€ на угольном полу ванны.

”же в 1890 году завод в Ќейгаузене получил свыше 40 тонн алюмини€, а вскоре стал выпускать по 450 тонн алюмини€ в год. ”спехи швейцарцев вдохновили французских промышленников. ¬ ѕариже образовалось электротехническое общество, которое в 1889 году предложило Ёру стать директором вновь основанного алюминиевого завода. „ерез несколько лет Ёру основал в разных част€х ‘ранции, где имелась дешева€ электрическа€ энерги€, еще несколько алюминиевых заводов. ÷ены на алюминий постепенно упали в дес€тки раз. ћедленно, но неуклонно этот замечательный металл стал завоевывать свое место в человеческой жизни, сделавшись вскоре столь же необходимым, как известные с глубокой древности железо и медь.

 

63. Ѕ”–≈Ќ»≈ Ќј Ќ≈‘“№

 

ƒо по€влени€ керосина во многих странах основным средством освещени€ служили восковые свечи и китовый жир. –ади последнего были истреблены сотни тыс€ч китов. ¬скоре киты стали редкостью, и по€вилась необходимость в замене китового жира каким?нибудь другим маслом. “огда прибегли к смеси скипидара со спиртом; делали также попытки добывать масло из угл€ посредством перегонки. ¬ 1844 году американский химик јбрам √еснер получил из угл€ осветительное масло, которое он назвал «керосином». Ќо впоследствии название «керосин» закрепилось за очищенной нефтью. —пособ получени€ керосина из нефти был открыт в 1857 году ‘еррисом. ¬ отличие от сырой нефти (которую тоже пытались примен€ть дл€ освещени€) керосин горел намного лучше, причем без копоти и чада, что и обеспечило успех новому изобретению. — этого времени темпы добычи нефти стали неуклонно возрастать.

“огда же в Ќью?…орке было основано общество дл€ разработки нефт€ных источников в штате ѕенсильвани€. ƒобыча поначалу велась самым примитивным колодезным способом, при котором рабочие?нефт€ники вырывали глубокую €му и черпали из нее нефть как воду ведрами. ” одного из руководителей общества, Ѕиссел€, вскоре €вилась мысль добывать нефть при помощи буровых скважин. »де€ эта кажетс€ очень простой, однако прежде она никому не приходила в голову. Ѕиссель узнал, что с помощью бурени€ уже много лет добывают воду из глубинных сол€ных источников (из этой воды потом выпаривали соль), причем многие из этих источников были брошены, потому что вместе с водой содержали нефть. “аким образом, можно было заключить, что нефть и вода наход€тс€ под землей поблизости друг от друга и ничего не мешает выкачивать из скважины нефть с помощью насосов точно так же, как это делали с водой. ћногие, впрочем, отнеслись к этому предложению с недоверием.

»скусство бурени€ земли к середине XIX века прошло долгий путь развити€, но в целом сто€ло еще на достаточно примитивном уровне. ѕреобладающим способом было так называемое ударное бурение, при котором скважина выдалбливалась в породе ударами клинообразного разрушающего инструмента Ч плоского долота или бура. Ѕурение происходило при этом следующим образом. —начала выбирали место под скважину. «атем строили вышку и тщательно устанавливали направл€ющую трубу. Ѕурова€ вышка служила станком дл€ подъема бура. Ѕурение осуществл€лось ударами. Ќа конце шеста укрепл€лась т€жела€ головка с резцами: при помощи каната, перекинутого через блок, ее опускали, а затем снова поднимали. —илой своей т€жести она дробила породу. „тобы скважина получила правильную форму, долото перед каждым ударом поворачивали на определенный угол.  огда бур углубл€лс€ в землю на всю свою длину, к нему прикручивали штангу длиной около 3 м. ¬ пробуренную скважину дл€ креплени€ стенок опускали железные трубы. ƒл€ извлечени€ раздробленных частиц породы их смачивали водой и превращали в гр€зь, которую периодически извлекали наверх при помощи желонки Ч длинного ведра с клапаном на конце. ѕон€тно, что каждый раз дл€ этого приходилось вынимать из скважины бурильный инструмент и развинчивать его на части. Ќа эту работу (подъем, развинчивание и свинчивание ударного инструмента) уходило огромное количество рабочего времени. ≈сли грунт был м€гкий, за день можно было пройти до 18 м, но обычно успевали пробурить не более 3?4 м. „ем большей глубины достигал бур, тем медленнее шла работа.

¬ 1846 году ‘овель изобрел способ промывки скважин вод€ной струей. ќн начал употребл€ть полые штанги и нагнетать в них воду, которую затем выкачивали между стенок бура и скважины вместе с обломками размельченной породы. Ёто изобретение составило эру в истории буровой техники. ѕри таком устройстве бурени€ не могло быть никогда скоплени€ гр€зи на дне скважин и не было надобности в посто€нном подъеме инструмента. Ётим изобретением ‘овел€ трудности бурени€ были уменьшены на 9/10, и оно сразу начало бурно развиватьс€. —тоимость буровых работ уменьшилась в 10 раз.

¬ таком положении находились дела, когда Ѕиссель решил применить буровую технику дл€ поиска и добычи нефти. “огда он еще не подозревал, какой переворот в экономике совершит его иде€. ѕроведение бурени€ было поручено инженеру ƒрейку. ¬ марте 1858 года близ города “айтесвилла в ѕенсильвании была вырыта глубока€ открыта€ шахта, со дна которой приступили к бурению.

»стори€ этой первой нефт€ной скважины полна драматических эпизодов, ƒрейку с самого начала приходилось преодолевать множество затруднений из?за недостатка нужных людей и инструментов. Ќикто не питал довери€ к человеку, который хотел добывать нефть из водоподъемной шахты. Ќаконец ƒрейк нашел опытного бурильщика, который занималс€ своим делом уже в течение 30 лет. “от вз€лс€ довести скважину до конца. Ќо едва начав работу, бурильщики наткнулись на вод€ной пласт, причем вода хлынула из скважины с такой силой, что им пришлось в панике покинуть шахту Ч иначе они бы просто утонули. „тобы поправить положение, ƒрейк велел провести через водоносный слой и песок большую железную трубу, после чего бурение могло продолжатьс€ дальше. ¬ конце апрел€ 1859 года, когда бурильщики достигли глубины в 21 м, из скважины пошла нефть. “аким образом, опыт удалс€.  огда установили насос, он стал выкачивать по 8 бочек нефти в день. —пуст€ неделю это количество выросло до 20 бочек. ¬ конце окт€бр€ того же года на первой скважине случилс€ пожар и весь пункт сгорел. ќднако предприниматели не отча€лись и установили на том же месте новую вышку, котора€ с первого дн€ стала давать 30 бочек в день Ч количество, остававшеес€ в течение многих лет непревзойденным.

”дачный опыт ƒрейка положил начало нефт€ной промышленности —Ўј. »звестие об успехе его нефт€ных установок быстро распространилось по всей стране. Ѕиссель арендовал новые нефт€ные участки. ƒругие предприниматели последовали его примеру. ¬скоре началс€ насто€щий нефт€ной бум. Ќефтедобыча оказалась прибыльнейшим предпри€тием. Ѕывало, что земельные участки, стоившие накануне 30?40 долларов, за несколько дней взлетали в цене до 10 тыс€ч долларов. Ёто привлекло в нефт€ной бизнес множество спекул€нтов и капиталистов. ќгромна€ концентраци€ капиталов в этой сфере позволила творить чудеса. —о сказочной быстротой прокладывались нефтепроводы и железные дороги, как бы из?под земли в пустыне возникали города, на нефт€ных пол€х как грибы вырастали тыс€чи нефт€ных вышек.

“ехника нефтедобычи быстро совершенствовалась. — 1858 года при ударном бурении дл€ вытаскивани€ бура стали употребл€ть паровую машину. Ќо еще большее значение имел переход к более производительному роторному (вращательному) бурению. ѕри этом способе бурени€ цилиндрическое отверстие как бы высверливалось непрерывно вращающимс€ долотом, а раздробленные частицы в процессе бурени€ выносились на поверхность посто€нно циркулирующей струей промывочной жидкости, беспрерывно закачиваемой в скважину специальным насосом. ¬ 1889 году „епмен изобрел установку дл€ роторного бурени€, устройство которой принципиально не изменилось до сегодн€шнего дн€. –отор (вращающий механизм) получал здесь движение от мощного двигател€ внутреннего сгорани€ и передавал его ведущей трубе, а через нее Ч бурильным трубам и долоту. —начала установку „епмена использовали дл€ бурени€ на воду. ¬ 1901 году на ней была пробурена перва€ нефт€на€ скважина.

 

64.  »Ќ≈ћј“ќ√–ј‘

 

 инематограф, в том виде, в каком он по€вилс€ в конце XIX века, стал конечной точкой длинного пути исканий, по которому в разное врем€ шли многие изобретатели. ” них у всех была одна и та же мечта Ч создать такое устройство, которое могло бы запечатлеть, а потом воспроизвести движение. «адача эта оказалась очень непростой. ƒаже сегодн€ непосв€щенный человек встанет перед ней в тупик. ƒопустим, кто?то поднимает руку. ¬ своем движении снизу вверх рука проходит через бесконечное множество промежуточных положений. Ќеужели, дл€ того чтобы показать это простое движение, надо зафиксировать их все?   счастью, в этом нет необходимости. „еловеческий глаз обладает способностью схватывать и сохран€ть в течение некоторого времени (около 1/14 секунды) полученное им воспри€тие, даже после того когда вызвавша€ это воспри€тие картина исчезла. »менно поэтому мы не видим при быстром вращении велосипедного колеса каждую его спицу (они сливаютс€ перед нашим взором в сплошной круг). »ли другой пример Ч если в темноте кто?то быстро водит из стороны в сторону гор€щим угольком, мы не можем заметить, где в каждый данный момент находитс€ этот уголек, потому что все его промежуточные положени€ сливаютс€ в нашем воспри€тии в одну огненную полосу. ѕолучаетс€ так, что при быстром движении какого?либо объекта наш глаз не замечает всех промежуточных положений Ч на сетчатке успевает запечатлетьс€ всего около 14 моментальных изображений в секунду, и эти изображени€ сливаютс€ между собой в движущуюс€ картину. ¬ определенном смысле, это недостаток нашего глаза, мешающий ему в некоторых случа€х верно отражать действительность. Ќо именно благодар€ этому недостатку нашему воспри€тию стали доступны такие зрелищные искусства, как мультипликаци€, кинематограф или телевидение. »так, дл€ того чтобы зафиксировать движение, вовсе нет необходимости отмечать каждое из промежуточных положений движущегос€ объекта. ƒостаточно делать каждую секунду всего 12?14 таких запечатлений, а затем прокручивать их с такой же скоростью. »з сказанного видно, что искусство кинематографа фактически состоит из двух частей. —начала надо запечатлеть движение (дл€ чего необходимо сделать серию моментальных снимков отдельных его фаз), а потом надо суметь спроецировать эти моментальные картины на экран таким образом, чтобы зритель видел перед собой изображение движущегос€ объекта. » то и другое получилось не сразу. ѕонадобились усили€ многих изобретателей, прежде чем были разрешены все возникшие на этом пути трудности.

ѕервые опыты по проецированию изображений были сделаны еще в древности. ¬ 1646 году немецкий иезуит јфанасиус  ирхер обобщил в своей работе «¬еликие искусства света и теней» весь накопленный в этой области опыт и описал принцип действи€ магического фонар€. ¬олшебный фонарь служил дл€ проецировани€ через систему линз на белую поверхность (экран) увеличенного изображени€ какого?нибудь небольшого предмета, чаще всего прозрачной пластинки с нанесенным на ней рисунком. ( аждому хорошо известен принцип действи€ фильмоскопа Ч современной разновидности волшебного фонар€.) ћагический фонарь можно считать первым прообразом кинематографа, в котором еще нет передачи движени€.

Ёто искусство было освоено лишь в первой трети XIX века. ¬ 1833 году профессор практической геометрии австриец —имон Ўтампфер изобрел зан€тную игрушку Ч стробоскоп. Ётот прибор представл€л собой два диска, вращавшихс€ на одной общей оси. Ќа одном диске, как на циферблате часов, рисовались фигурки в различных фазах какого?либо повтор€ющегос€ процесса, например, отдельные положени€ шагающего человека. ≈ще один диск, скрепленный с первым, имел радиальные щели, через которые можно было видеть расположенные за ними картинки. ѕри быстром вращении дисков зритель, гл€девший в смотровое окошко, видел последовательно на короткое мгновение каждую из картинок, но это разделенное по времени на отдельные фазы движение воспринималось им в виде слитного образа, совершающего непрерывное движение.

¬ 1853 году австрийский капитан?артиллерист барон ‘ранц фон ”хатиус придумал проекционный стробоскоп Ч аппарат дл€ показа живых изображений, соедин€вший в себе стробоскопический круг Ўтампфера и волшебный фонарь  ирхера. «начение его изобретени€ состо€ло в том, что теперь можно было видеть движущиес€ картины на экране. —озданный ”хатиусом стробоскоп имел до 100 изображений, мелькавших в течение 30 секунд, то есть за одну секунду смен€лось три?четыре изображени€. ƒл€ каждого из них был устроен свой объектив. »сточник света устанавливалс€ таким образом, что пластинки с картинками, расположенные по краю колеса, одна задругой проходили перед ним. Ётот прибор получил потом широкое распространение во многих странах под названием «живых картин». ¬ 1869 году американский изобретатель Ѕраун усовершенствовал проектор ”хатиуса, вз€в в качестве источника света мощную дуговую электрическую лампу.

Ѕольшим недостатком проекционных стробоскопов была громоздкость. ћеста они занимали много, а на демонстрацию их изображений уходило меньше минуты. “ем не менее «живые картины» в течение нескольких дес€тилетий оставались любимым и попул€рным зрелищем. Ћишь в последней четверти XIX столети€ им на смену пришли более совершенные проекторы, в которых использовалась прозрачна€ целлулоидна€ пленка, намотанна€ на барабан. ¬ 1888 году француз Ёмиль –ейно создал «ќптический театр», представл€вший собой аппарат дл€ проекции непрерывно движущихс€ персонажей. ќн имел следующее устройство. ѕерсонажи были нарисованы на пленке. ƒемонстратор вращал барабан с помощью двух ручек. »зображени€ на пленке проходило мимо фонар€ и проецировалось на наклонное зеркало, которое уже отражало его на просвечивающийс€ экран в театральном зале. ƒругой аппарат одновременно проецировал на экран рисованную декорацию, на фоне которой по€вл€лись персонажи с измен€ющимис€ позами, нарисованные на ленте. ƒлительность сеанса составл€ла от 15 до 20 минут.

«ќптический театр» –ейно демонстрировал уже не просто движение. ≈го герои разыгрывали пантомимы и сценки. —ама€ длинна€ его пленка длиной 36 м содержала 500 изображений, прокручивавшихс€ в течение 15 минут  омеди€ –ейно «¬округ кабины», созданна€ в 1894 году, выдержала 10 тыс€ч сеансов, что говорит об огромном интересе современников к этому изобретению, которое можно считать прообразом современной мультипликации.

»так, к концу 80?х годов XIX века техника проецировани€ изображений достигла больших успехов в передаче движени€. ќднако показать изображение было проще, чем запечатлеть его. “еперь посмотрим, какие достижени€ имелись в этой второй области.

¬первые идею кинематографа развил “омас ƒю ћон, который в 1859 году получил патент на многообъективную камеру, предназначенную дл€ съемки отдельных фаз движени€. ƒава€ описание действи€ своего скоростного (или, как стали говорить позже, хронофотографического) аппарата, ƒю ћон показал очень тонкое понимание сути происход€щего процесса. √лавна€ иде€ его конструкции заключалась в следующем: 12 светочувствительных пластин, прикрепленных к бесконечной ленте, последовательно проходили позади объектива, останавлива€сь перед ним на очень короткое врем€. ќдновременно с остановкой ленты затвор открывалс€ и пропускал свет на фотографическую пластинку (задача затвора Ч открывать и закрывать окошечко объектива, оставл€€ его открытым лишь строго определенное врем€). ћеханизм ленты был св€зан с затвором, так что остановка пленки и открывание затвора совпадали с математической точностью.

”вы, в действительности аппарат ƒю ћона далеко не соответствовал своему описанию и снимать им движение было совершенно невозможно. Ќо, несмотр€ на это, ƒю ћона справедливо считают одним из предтеч кинематографа Ч соображени€, высказанные в его патенте, были очень глубоки, и он совершенно правильно описал принцип действи€ киносъемочного аппарата будущего. ќднако дл€ того чтобы его камера стала реальностью, ƒю ћону не хватало по крайней мере четырех вещей. ѕрежде всего, светочувствительность современных ему фотопластинок была €вно недостаточной дл€ скоростной съемки. ƒл€ получени€ хороших качественных снимков их надо было подвергать действию света в течение нескольких секунд, в то врем€ как при съемке движени€ выдержка (то есть врем€, которое пластинка находитс€ под воздействием света) должна была исчисл€тьс€ дес€тыми и сотыми дол€ми секунды. ¬о?вторых, не было еще такого совершенно необходимого дл€ хронофотографической съемки устройства, как моментальный автоматический затвор, который позволил бы делать снимки с очень короткой выдержкой (пока выдержка исчисл€лась секундами, открывать и закрывать объектив можно было вручную, но при съемке со скоростью 12?14 кадров в секунду это совершенно невозможно). ¬ третьих, сам способ съемки на фотопластинках €вно не подходил дл€ хронофотографии; необходим был новый носитель дл€ светочувствительного сло€ Ч фотопленка, которую можно было проматывать с необходимой скоростью. », наконец, еще не был изобретен сам механизм движени€ этой пленки. »з описани€ ƒю ћона видно, что пленка должна была не просто проходить позади объектива (что было бы несложно устроить), но делать короткие моментальные остановки, причем в строго определенное врем€, то есть двигатьс€ скачкообразно. »зобретение этого скачкового механизма оказалось одной из самых трудных задач в истории создани€ кинематографа.

¬ последующие дес€тилети€ все перечисленные проблемы были разрешены одна задругой. –ичард ћэддокс в 1871 году разработал сухобромжелатиновый фотографический процесс (усовершенствовав его в 1878 году), который давал возможность сократить выдержку при съемке до 1/200 секунды. Ёто открытие позволило приступить к фотографированию движени€. —читаетс€, что начало хронофотографии положили опыты американского фотографа Ёдуарда ћюйбриджа. ѕоводом дл€ этого послужила истори€ одного пари. ¬ 1872 году миллионер —тенфорд, большой любитель и знаток лошадей, поспорил со своими друзь€ми, которые не верили, что скакова€ лошадь во врем€ своего движени€ поднимает все четыре ноги. „тобы уверить их в обратном, —тенфорд пригласил ћюйбриджа и поручил ему засн€ть все фазы движени€ лошади. «адача была далеко не проста€. „тобы исполнить поручение, ћюйбридж установил вдоль скаковой дорожки несколько фотокамер, затворы которых соединил с прот€нутыми поперек дорожки нитками. ѕробега€ мимо камеры, лошадь рвала нитки и делала снимок. ¬ результате многих опытов ћюйбриджу удалось получить несколько удачных фотографий, на которых были сн€ты отдельные фазы движени€ лошади. ћежду прочим, оказалось, что —тенфорд совершенно прав Ч лошадь действительно при переходе в галоп отталкивалась от земли всеми ногами и как бы взлетала в воздух. ћиллионер выиграл свое пари, а ћюйбридж продолжил начатое дело и вскоре прославилс€ на весь мир своими замечательными снимками движущихс€ объектов. ѕозднее, сделав соответствующий подбор, ћюйбридж наклеивал фотографии на стробоскоп, враща€ который можно было наблюдать, например, акробата, делающего прыжок через голову, бег олен€, скачку лошадей и тому подобные сюжеты.

“аковы были первые шаги моментальной фотографии. Ќесовершенство техники создавало дл€ любителей этого вида фотоискусства множество затруднений, ведь сн€ть само движение было нельз€. “огдашние фотоаппараты давали возможность снимать только тот предмет, который находилс€ непосредственно перед объективом, то есть двигавшийс€ по известной линии. “олько в этом случае можно было расставить вдоль этой линии несколько фотокамер, как это делал ћюйбридж, использовавший иногда до нескольких дес€тков фотоаппаратов. Ёто обсто€тельство чрезвычайно сужало возможности хронофотографии ¬ 1882 году французский физиолог Ётьен ћарей, изучавший полет птиц и насекомых, придумал, как выйти из этого затруднени€: он создал специальное фотографическое ружье, позвол€вшее со значительной быстротой снимать отдельные последовательные фазы непрерывного движени€. ¬ ружье помещалс€ передвигающий механизм, похожий на часовой. ѕри нажимании курка механизм начинал вращать пластинку, на которой за секунду делалось 12 снимков. “аким образом ћарей снимал полет птиц. ќн был первым, кто разрешил проблему запечатлени€ движени€ одним аппаратом.

—ъемка на пластинку была сложным и трудоемким делом. ѕоэтому крупным событием в истории фотографии и значительным шагом на пути к созданию кинематографа стало изобретение фотопленки. ≈ще в 1877 году выдающийс€ польский фотограф Ћев ¬арнерке (больша€ часть его жизни прошла в –оссии и јнглии) изобрел первый в мире роликовый фотоаппарат с бромсеребр€ной коллоидной бумажной лентой. ¬ 1886 году французский фотограф ќгюстин ѕренс собрал хронофотографический аппарат с 16?ю объективами, приспособленный дл€ съемки последовательных фаз движени€. «десь впервые в истории хронофотографии была применена светочувствительна€ бумажна€ лента, котора€ наматывалась на барабан точно так же, как это было в фотоаппарате с роликами, проходила позади объектива и наматывалась на другой барабан. 16 объективов располагались в четыре р€да, и каждый имел свой затвор. ѕренсу также удалось осуществить проецирование засн€того изображени€ на экран. (¬ главе, посв€щенной фотографии, был подробно описан процесс получени€ позитивов и негативов, поэтому здесь мы не будем останавливатьс€ на нем. ќтметим только, что ленты дл€ хронофотографических аппаратов (как позже и дл€ киноаппаратов) приготовл€лись точно так же, как в обыкновенной фотографии, то есть сначала получали негатив (изображение с обратным расположением света и тени), а потом с него на другую ленту печатали позитив. Ќо из?за того, что лента имеет большую длину, сама технологи€ обработки довольно сильно отличалась от обычной фотографии.) ѕренс был первым, кто воплотил в жизнь идею кинематографа Ч он мог не только снимать движение, но и проецировать его на экран. Ќо вс€ его аппаратура была еще очень примитивной. ѕроекционный аппарат имел тоже 16 объективов. ƒл€ перематывани€ ленты ѕренс придумал прорезать по ее краю специальные отверсти€ Ч перфорации, в которые попадали зубчики колеса лентопрот€жного механизма. ќднако бумага, как уже говорилось прежде, из?за своей грубой непрозрачной структуры была неподход€щим материалом дл€ фотографии.   тому же при перемотке она часто рвалась. ƒл€ фотопленки нужен был гибкий, прочный и в то же врем€ совершенно прозрачный материал. »менно такими свойствами обладал целлулоид Ч одна из первых в истории пластмасс, синтезированна€ в 1868 году американским химиком ’айетом. ¬ 1884 году ƒжон  арбут стал изготовл€ть целлулоидные фотопластинки, а с 1889 года ƒжордж »стмэн стал примен€ть в фотоаппаратах гибкую целлулоидную фотопленку.

ѕосле этого хронофотографи€ стала развиватьс€ быстрыми темпами. ¬ 1888 году немецкий фотограф ќттомар јншютц изобрел моментальный шторный затвор, который мог снимать с выдержкой до одной тыс€чной секунды. ¬ведение в практику этого затвора чрезвычайно облегчило скоростную съемку. “еперь не было необходимости создавать сложные камеры с 12?16 объективами, а можно было обойтись только одним. ¬ 1888 году ѕренс получил английский патент на аппарат с одним объективом и бумажной лентой (он вскоре заменил ее целлулоидной). Ётот аппарат делал от 10 до 12 изображений в секунду. ¬ том же году ћарей отказалс€ от подвижной жесткой пластинки и стал использовать длинную бумажную ленту со светочувствительным слоем, позвол€вшую снимать отдельные медленные движени€. ¬ 1889 году ѕренс создал проекционный аппарат с одним объективом и дуговой лампой. »так, в конце 80?х годов почти все трудности, сто€вшие в свое врем€ перед ƒю ћоном, были благополучно разрешены. ќставалась последн€€ Ч создание скачкового механизма, поскольку равномерное движение ленты при съемке не давало качественного изображени€ движени€.

ѕервый в истории примитивный скачковый механизм был придуман в јнглии. јнглийский фотограф ”иль€м ‘ризе?√рин работал над той же проблемой, что ћарей и ѕренс. ѕодобно им он сначала примен€л бумажную светочувствительную ленту, которую снабжал по кра€м перфорацией. “ак как бумажна€ лента рвалась, то в своем хронофотографическом аппарате в 1889 году ‘ризе?√рин впервые применил недавно по€вившуюс€ перфорированную целлулоидную пленку. “огда же он включил в конструкцию аппарата скачковый механизм.

ѕленка у ‘ризе?√рина поступала с подающего барабана на приемный. ѕоследний, с помощью руко€тки, вращаемой рукой, приводилс€ в непрерывное движение. ѕлечо, несущее вращающийс€ ролик, получало движение посредством спирального кулачка и принимало положение, показанное пунктирными лини€ми; при своем движении оно т€нуло вниз пленку, котора€ затем оставалась неподвижной, пока ролик отходил под действием пружины. ќдновременно с отходом плеча затвор открывалс€ посредством такого же спирального кулачка. ѕоследний был сконструирован на валу, приводимом в движение рукой.  аждый оборот, таким образом, экспонировал отдельный кадр пленки. ”же в 1889 году ‘ризе?√рин сн€л в √айд?парке свой первый фильм и продемонстрировал его на фотографическом съезде в “аунн?холле. ¬ 1890 году состо€лась публична€ демонстраци€ его фильмов в  оролевском фотографическом обществе. —ъемочна€ камера ‘ризе?√рина с перфорированной целлулоидной лентой имела все элементы кинематографа, кроме технически совершенного скачкового механизма прерывистого движени€ пленки. ќднако его аппараты были очень сложны и в этом виде не могли получить широкого распространени€. Ѕолее того, за пределами јнглии о его изобретении почти ничего не было известно.

¬ середине 90?х годов сразу несколько изобретателей приблизились к созданию кинематографа. ¬ 1893 году создал свой кинетоскоп Ёдисон. Ётот прибор представл€л собой €щик с окул€ром, через который смотрел зритель. ¬ окул€р было видно матовое стекло, на которое снизу проецировалось засн€тое на пленку изображение. ¬ том же году Ёдисон организовал свою студию, в которой были сн€ты первые на американском континенте фильмы Ч коротенькие, на 20?30 секунд демонстрации. ƒлина ленты не превышала 15 м. ¬ этой студии снимались известные танцовщицы, акробаты и дрессированные животные. ¬ апреле 1894 года в Ќью?…орке на Ѕродвее был открыт первый салон кинетоскопов. «аплатив 25 центов за вход, зрители шли вдоль р€да кинетоскопов и смотрели в окул€ры, а служащий включал кинетоскопы один за другим. ¬скоре Ёдисон сделал кинетоскоп автоматическим Ч автомат начинал действовать после опускани€ в щель монеты достоинством в 5 центов. Ѕез сомнени€, кинетоскоп €вл€лс€ выдающимс€ техническим достижением. Ќо все же это еще не был кинематограф. —качкового механизма он не имел. ћежду тем главной частью кинематографа, «сердцем» киносъемочного и кинопроекционного аппарата €вл€лс€ именно скачковый механизм дл€ быстрой, прерывистой смены изображений. »зобретение совершенного скачкового механизма, который позволил с установленной частотой осуществл€ть одновременно быстрое прерывистое передвижение отдельных подвижных изображений и их мгновенную остановку, стало тем событием, которое и ознаменовало рождение кинематографа.

¬ 1893 году ћарей создал новый хронофотографический аппарат с целлулоидной пленкой. ѕленка здесь двигалась прерывисто, дела€ мгновенные остановки с частотой 20 отдельных снимков в секунду. ќднако механизм прерывистого движени€ был крайне примитивным. ќн состо€л из электромагнита и прижимных валиков. ¬ момент срабатывани€ затвора валик прит€гивалс€ и останавливал пленку. ƒействие этого механизма было очень грубым, поэтому аппарат ћурре€ нельз€ считать технически удовлетворительным. “ем не менее в том же году ћарей сн€л несколько замечательных фильмов о движении живых существ.

¬ 1894 году ∆орж ƒемени создал первый совершенный киноаппарат со скачковым механизмом. Ётот скачковый механизм представл€л собой диск с «пальцем», вращающимс€ по часовой стрелке.

¬ 1895 году свой кинопроектор и киноаппарат запатентовали брать€ ќгюст и Ћуи Ћюмьеры, применившие в качестве скачкового механизма грейфер («вилку»). Ћетом и осенью того же года они сн€ли дес€ть коротких фильмов по 16 м, которые €вились основой дл€ коммерческих сеансов конца 1895 Ч начала 1896 годов. ¬ декабре 1895 года был открыт первый кинотеатр в подвале «√ран?кафе» на бульваре  апуцинов в ѕариже. ≈сли судить строго фактически, то грейфер Ч это единственное оригинальное изобретение Ћюмьеров, притом не самое удачное (уже в 1896 году грейфер был заменен другим, более совершенным скачковым механизмом Ч мальтийским крестом). ќднако именно на их аппарат выпала сама€ громка€ слава. ¬ течение первой половины 1896 года кинематограф Ћюмьеров демонстрировалс€ во всех европейских столицах и имел колоссальный успех.

¬ апреле 1896 года ¬иктор  онтенсуза и Ѕюнцли первыми применили в киноаппаратах четырехлопастный мальтийский крест Ч тот тип скачкового механизма, который преобладает в современных киноаппаратах.

 онтенсуза имел небольшое предпри€тие в ѕариже и был опытным механиком. ќн сконструировал несколько киноаппаратов дл€ знаменитой кинофирмы «ѕатэ». „етырехлопастна€ мальтийска€ система состоит из ведущего диска, который имеет один палец (эксцентрик), и ведомого диска, снабженного четырьм€ прорез€ми. ѕри движении палец ведущего диска входит в прорезь ведомого диска и поворачивает его на 90 градусов. ѕри этом зубчатый барабан поворачиваетс€ на 1/4 оборота. ¬едомый диск за врем€ одного оборота делает четыре остановки, причем продолжительность остановки в три раза больше времени движени€. „етырехлопастный крест св€зан со скачковым зубчатым барабаном, передвигающим пленку. —то€ние кадра определ€етс€ временем, необходимым дл€ поворота ведущего диска на 270 градусов. ѕосле этого палец снова входит в следующую прорезь четырехлопастного креста и снова поворачивает его на 1/4 оборота. “аким образом происходит прерывистое движение пленки.

— самого своего по€влени€ кинематограф приобрел огромную попул€рность. —равнительна€ дешевизна билетов и стремительный рост сети кинотеатров выдвинули его на первое место среди всех общедоступных развлечений. –анний кинематограф был еще весьма несовершенным: картины сильно мигали, изображение прыгало по экрану, часто оно было довольно темно, но все же публика приходила от этих фильмов в восторг и валом валила в кинотеатры.  оммерческий успех нового изобретени€ превзошел все ожидани€. ( апитал одной из первых кинофирм «ѕатэ» всего за 14 лет вырос в 30 раз Ч с 1 млн до 30 млн франков.)

 

65. –јƒ»ќ“≈Ћ≈√–ј‘

 

Ѕеспроволочный радиотелеграф по праву считают величайшим изобретением конца XIX века, открывшим новую эру в истории человеческого прогресса. “очно так же, как старый электрический телеграф положил начало электротехнике, создание радиотелеграфа послужило исходным пунктом развити€ радиотехники, а затем и электроники, грандиозные успехи которых мы видим теперь повсюду. ¬ истории двух этих изобретений можно отметить и другую интересную параллель: создатели телеграфа «емеринг и Ўиллинг были первыми изобретател€ми, которые попытались использовать в интересах человека недавно обнаруженную диковинку Ч электрический ток, а в основе действи€ радиотелеграфов ѕопова и ћаркони лежало только что открытое €вление электромагнитного излучени€.  ак тогда, так и теперь техника св€зи первой востребовала и использовала новейшее достижение науки.

¬ электрическом телеграфе носителем сигнала €вл€етс€ электрический ток. ¬ радиотелеграфе в качестве этого носител€ выступают электромагнитные волны, которые распростран€ютс€ в пространстве с огромной скоростью и не требуют дл€ себ€ никаких проводов. ќткрытие электрического тока и открытие электромагнитных волн отдел€ют друг от друга ровно сто лет, и на их примере можно видеть каких разительных успехов достигла за этот век физика. ≈сли электрический ток, как мы помним, был обнаружен √альвани совершенно случайно, то электромагнитные волны впервые про€вили себ€ в результате совершенно целенаправленного эксперимента √ерца, который прекрасно знал, что и как ему надо искать, потому что еще за двадцать лет до его замечательного открыти€ существование электромагнитных волн с математической точностью было предсказано великим английским физиком ћаксвеллом.

„тобы пон€ть принцип действи€ радиотелеграфа, вспомним, что такое электрическое поле и что такое магнитное поле. ¬озьмем пластмассовый шарик и потрем его шерст€ной тр€почкой Ч шарик после этого обретет способность прит€гивать к себе мелкие бумажки и сор. ќн, как это обычно говор€т, наэлектризуетс€, то есть получит на свою поверхность определенный электрический зар€д. ¬ одной из предыдущих глав уже сообщалось, что этот зар€д может быть отрицательным и положительным, причем два шарика зар€женных одинаково будут отталкиватьс€ друг от друга с определенной силой, а два шарика с противоположными зар€дами будут прит€гиватьс€. ѕочему это происходит? ¬ свое врем€ ‘арадей предположил, что каждый шарик создает вокруг себ€ некое невидимое возмущение, которое он назвал электрическим полем. ѕоле одного зар€женного шарика действует на другой шарик, и наоборот. ¬ насто€щее врем€ гипотеза ‘араде€ прин€та наукой, хот€ о природе этого пол€, о том, что оно из себ€ представл€ет как таковое, ничего не известно.  роме того, что электрическое поле существует, очевидны только два его несомненных свойства: оно распростран€етс€ в пространстве вокруг вс€кого зар€женного тела с огромной, хот€ и конечной, скоростью 300000 км/с и воздействует на любое другое электрически зар€женное тело, оказавшеес€ в этом поле, прит€гива€ или отталкива€ его с определенной силой. –азновидностью такого воздействи€ можно считать электрический ток.  ак уже говорилось, любой электрический ток представл€ет собой направленное движение зар€женных частиц. Ќапример, в металлах, это движение электронов, а в электролитах Ч движение ионов. „то же заставл€ет эти частицы двигатьс€ упор€дочение в одном направлении? ќтвет известен: этой силой €вл€етс€ электрическое поле. ѕри замыкании цепи в проводнике по всей его длине от одного полюса источника питани€ до другого возникает электрическое поле, которое воздействует на зар€женные частицы, заставл€€ их двигатьс€ определенным образом (например, в электролите положительно зар€женные ионы прит€гиваютс€ к катоду, а отрицательно зар€женные Ч к аноду).

ћногое из сказанного об электрическом поле можно отнести к магнитному. ¬се имели дело с посто€нными металлическими магнитами и знают об их свойстве прит€гиватьс€ и отталкиватьс€ друг от друга в зависимости от того, какими полюсами Ч одноименными или разноименными Ч они направлены друг к другу. ¬заимодействие магнитов объ€сн€етс€ тем, что вокруг любого из них возникает магнитное поле, причем поле одного магнита действует на другой магнит, и наоборот. ”же отмечалось, что магнитное поле возникает в пространстве вокруг каждого движущегос€ зар€да и любой электрический ток (который Ч еще раз повторим это Ч есть направленный поток зар€женных частиц) порождает вокруг себ€ магнитное поле. √оворилось и об обратном €влении Ч €влении электромагнитной индукции, когда измен€ющеес€ магнитное поле наводит в проводниках электрический ток. Ќо почему возникает этот ток и при этом возникает только тогда, когда магнитное поле мен€етс€? ѕопробуем в этом разобратьс€. ¬озьмем уже рассмотренный выше трансформатор, представл€ющий собой две катушки, надетые на один сердечник. ¬ключив первичную обмотку трансформатора в сеть, мы получим ток во вторичной обмотке. Ёто означает, что электроны во вторичной обмотке пришли в направленное движение, то есть кака€?то сила начала воздействовать на них.  акова же природа этой силы? ƒолгое врем€ ученые и электротехники становились в тупик перед этим вопросом. ”же использу€ трансформаторы, они не могли полностью пон€ть процессы, которые в них происходили. ќчевидно было только, что это €вление нельз€ объ€снить единственно воздействием магнитного пол€.

»нтересную гипотезу, объ€сн€ющую это и многие другие электрические €влени€, выдвинул в 1864 году известный английский физик ћаксвелл. „тобы пон€ть ее, заметим, что процесс, который происходит во вторичной обмотке трансформатора, очень похож на тот, что наблюдаетс€ в любом проводнике замкнутой электрической цепи Ч и там и здесь электроны приход€т в направленное движение. Ќо в проводнике цепи это происходит под воздействием электрического пол€. Ѕыть может, и во вторичной обмотке трансформатора тоже возникает электрическое поле? Ќо откуда оно беретс€? ¬ замкнутой цепи электрическое поле по€вл€етс€ вследствие включени€ в нее источника тока (батареи или генератора). Ќо во вторичной цепи трансформатора, как известно, нет никаких внешних источников тока. ћаксвелл предположил, что электрическое поле возникает здесь под вли€нием измен€ющегос€ магнитного пол€. ќн пошел дальше и стал утверждать, что два эти пол€ теснейшим образом св€заны между собой, что любое измен€ющеес€ магнитное поле порождает электрическое, а любое измен€ющеес€ электрическое поле порождает магнитное и что они вообще не могут существовать друг без друга, представл€€ как бы единое электромагнитное поле.

“еорию ћаксвелла можно по€снить следующим простым примером. ѕредставим себе, что на пружине подвешен зар€женный шарик. ≈сли мы отт€нем его вниз, а потом отпустим, шарик начнет колебатьс€ вокруг какой?то точки равновеси€. ѕредположим, что эти колебани€ происход€т с очень большой частотой (то есть шарик успевает подн€тьс€ и опуститьс€ несколько сотен или даже тыс€ч раз за одну секунду). “еперь будем измер€ть величину напр€женности электрического пол€ в какой?то точке неподалеку от шарика. ќчевидно, она не €вл€етс€ величиной посто€нной: когда шарик будет приближатьс€, напр€женность увеличитс€, когда он будет удал€тьс€ Ч она уменьшитс€. ѕериод этих изменений, очевидно, будет равен периоду колебаний шарика. ƒругими словами, в этой точке возникает переменное электрическое поле. —леду€ гипотезе ћаксвелла, мы должны предположить, что это измен€ющеес€ электрическое поле породит вокруг себ€ измен€ющеес€ с той же периодичностью магнитное поле, а последнее вызовет по€вление переменного электрического пол€ уже на большем рассто€нии от зар€да и так далее. “аким образом, в окружающем шарик пространстве возникнет система периодически измен€ющихс€ электрических и магнитных полей. ќбразуетс€ так называема€ электромагнитна€ волна, бегуща€ по всем направлени€м от колеблющегос€ зар€да со скоростью 300000 км/с. — каждым новым колебанием шарика в пространство излучаетс€ очередна€ электромагнитна€ волна. —колько колебаний, столько и волн. Ќо сколько бы волн ни излучалось в единицу времени, скорость их распространени€ строго посто€нна. ≈сли предположить, что шарик совершает одно колебание в секунду, то за это врем€ «головна€» часть волны окажетс€ на рассто€нии 300000 км от источника излучени€. ≈сли частота составл€ет 1000000 колебаний в секунду, то все эти волны заполн€т за 1 секунду пространство, счита€ по пр€мой линии в сторону от источника излучени€ 300000 км. Ќа долю же каждой отдельной волны придетс€ путь в 300 м. “аким образом длина каждой волны напр€мую св€зана с частотой колебани€ сгенерировавшей ее системы.

«аметим, что эта волна как бы в самой себе имеет все услови€ дл€ своего распространени€. ’от€ кажда€ плотна€ среда в той или иной степени ослабл€ет ее силу, электромагнитна€ волна в принципе может распростран€тьс€ и в воздухе, и воде, проходить сквозь дерево, стекло, человеческую плоть. ќднако наилучшей средой дл€ нее €вл€етс€ вакуум. “еперь посмотрим, что произойдет, если на пути распространени€ электромагнитной волны окажетс€ проводник. ќчевидно, электрическое поле волны будет воздействовать на электроны проводника, которые вследствие этого придут в направленное движение, то есть в проводнике возникнет переменный электрический ток, имеющий тот же период колебани€ и ту же частоту, что и породившее его электрическое поле. “аким образом, можно дать объ€снение €влению электромагнитной индукции, открытой ‘арадеем.

ѕон€тно, что наш пример несколько идеален. ¬ реальных услови€х электромагнитное поле, излучаемое колеблющимс€ зар€женным шаром, будет очень слабым, и напр€женность его на большом рассто€нии практически равна нулю. “ок, наводимый во вторичном проводнике, будет настолько мал, что его не зарегистрируют никакие приборы. ѕо этой причине при жизни ћаксвелла его теори€ не получила экспериментального подтверждени€. ћногие ученые раздел€ли его взгл€ды и искали способ, который помог бы обнаружить электромагнитные волны. ќпыты в этом направлении стали исходной точкой дл€ развити€ радиотехники.

“олько в 1886 году немецкий физик √ерц провел эксперимент, подтверждавший теорию ћаксвелла. ƒл€ возбуждени€ электромагнитных волн √ерц применил прибор, названный им вибратором, а дл€ обнаружени€ Ч другой прибор Ч резонатор.

¬ибратор √ерца состо€л из двух стержней одинаковой длины, которые присоедин€лись к зажимам вторичной обмотки индукционной катушки. Ќа обращенных друг к другу концах стержней укрепл€лись небольшие металлические шары. ѕри прохождении индукционного тока через вторичную обмотку катушки между шарами проскакивала искра, и в окружающее пространство излучались электромагнитные волны. –езонатор √ерца состо€л из согнутой в кольцо проволоки, на обоих концах которой тоже укрепл€лись металлические шарики. ѕод действием переменного магнитного пол€ электромагнитной волны в резонаторе наводилс€ переменный электрический ток, в результате чего между шариками происходил разр€д. “аким образом, при разр€де в вибраторе наблюдалось проскакивание искры между шариками резонатора. ќбъ€снить это €вление можно было только исход€ из теории ћаксвелла, так что благодар€ опыту √ерца со всей очевидностью было доказано существование электромагнитных волн.

√ерц был первым человеком, который сознательно управл€л электромагнитными волнами, но он никогда не ставил перед собой задачи создать устройство, позвол€вшее наладить беспроволочную радиосв€зь. ќднако эксперименты √ерца, описание которых по€вилось в 1888 году, заинтересовали физиков всего мира. ћногие ученые стали искать пути усовершенствовани€ излучател€ и приемника электромагнитных волн. –езонатор √ерца был прибором очень малой чувствительности и поэтому мог улавливать испускаемые вибратором электромагнитные волны лишь в пределах комнаты. —начала √ерцу удалось осуществить передачу на рассто€ние 5, а потом Ч 18 м.

¬ 1891 году французский физик Ёдуард Ѕранли открыл, что металлические опилки, помещенные в стекл€нную трубочку, при пропускании через них электрического тока не всегда обнаруживают одинаковое сопротивление. ѕри возникновении вблизи трубочки электромагнитных волн, например, от искры, полученной посредством катушки –умкорфа, сопротивление опилок быстро падало и восстанавливалось лишь после их легкого встр€хивани€. Ѕранли указал, что это их свойство можно использовать дл€ обнаружени€ электромагнитных волн.

¬ 1894 году английский физик Ћодж впервые использовал трубку Ѕранли, которую он назвал «когерером» (от латинского coheare Ч сцепл€тьс€, св€зыватьс€) дл€ того, чтобы регистрировать прохождение электромагнитных волн. Ёто позволило увеличить дальность приема до нескольких дес€тков метров. ƒл€ восстановлени€ чувствительности когерера после прохождени€ электромагнитных волн Ћодж установил непрерывно действующий часовой механизм, который посто€нно встр€хивал его. ‘актически Ћоджу оставалось сделать только шаг, чтобы создать радиоприемник, но он этого шага не сделал.

¬первые мысль о возможности применени€ электромагнитных волн дл€ нужд св€зи была изложена русским инженером ѕоповым. ќн указал, что передаваемым сигналам можно придать определенную длительность (например, одни сигналы сделать более длинными, другие Ч более короткими) и с помощью азбуки ћорзе передавать без проводов депеши. ¬прочем, устройство это имело смысл только в том случае, если бы удалось добитьс€ устойчивой радиопередачи на большое рассто€ние. »зучив трубки Ѕранли и Ћоджа, ѕопов прин€лс€ за разработку еще более чувствительного когерера. ¬ конце концов ему удалось создать очень чувствительный когерер с платиновыми электродами, заполненный железными опилками.

—ледующей проблемой €вилось усовершенствование процесса встр€хивани€ опилок после их слипани€, вызванного прохождением электромагнитной волны. „асовой механизм, примен€вшийс€ Ћоджем дл€ восстановлени€ чувствительности когерера, не обеспечивал надежного действи€ схемы: такое встр€хивание было беспор€дочным и могло привести к пропуску сигналов. ѕопов искал автоматический метод, который бы позволил восстанавливать чувствительность когерера только после того, как сигнал прин€т. ѕроделав много опытов, ѕопов изобрел способ периодического встр€хивани€ когерера с помощью молоточка электрического звонка и применил электрическое реле дл€ включени€ цепи этого звонка. —хема, разработанна€ ѕоповым, обладала большой чувствительностью, и уже в 1894 году ему удалось с ее помощью принимать сигналы на рассто€нии нескольких дес€тков метров. ¬о врем€ этих опытов ѕопов обратил внимание на то, что дальность действи€ приемника заметно увеличиваетс€, если присоединить к когереру вертикальный провод. “ак была изобретена приемна€ антенна, использовав которую ѕопов внес существенные улучшени€ в услови€ работы приемника.   1895 году он создал прибор, который представл€л собой первый в истории радиоприемник.

Ётот радиоприемник был устроен следующим образом. „увствительна€ трубка с металлическими опилками (когерер) укрепл€лась в горизонтальном положении; к одному выводу трубки присоедин€лс€ отрезок проволоки, представл€вший собой приемную антенну, а к другому концу Ч заземленный провод. Ёлектрическа€ цепь батареи замыкалась через когерер и электромагнитное реле: вследствие большого сопротивлени€ опилок в трубке (до 100000 ќм) ток в цепи батареи был недостаточен дл€ прит€жени€ €кор€ реле. Ќо как только трубка подвергалась действию электромагнитных волн, опилки слипались, и сопротивление трубки значительно уменьшалось. “ок в цепи возрастал, и €корь реле прит€гивалс€. ѕри этом происходило замыкание второй цепи, и ток направл€лс€ через обмотки звонкового реле, в результате чего звонок приходил в действие. ћолоточек удар€л по звонку, при этом цепь размыкалась. ћолоточек возвращалс€ в исходное положение под действием пружины и удар€л по трубке, встр€хива€ опилки. “аким образом, трубка вновь делалась чувствительна к электромагнитным волнам.

7 ма€ 1895 года ѕопов демонстрировал работу своего радиоприемника во врем€ доклада на заседании –усского физико?химического общества. »сточником электромагнитных колебаний в его опытах служил передающий вибратор √ерца, только в передатчике ѕопова искровой разр€дник включалс€ между антенной и землей. ¬ €нваре 1896 года в журнале этого общества была опубликована стать€ ѕопова с описанием его приемника.

«атем ѕопов присоединил к своей схеме телеграфный аппарат ћорзе и ввел запись на ленту. ¬ результате получилс€ первый в мире радиотелеграф Ч передатчик и приемник с записью сигналов по азбуке ћорзе.

–ассмотрим внимательно его устройство. ћежду батареей и первичной обмоткой катушки –умкорфа был включен телеграфный ключ ћорзе. ѕри замыкании этого ключа посто€нный ток батареи шел через витки обмотки. ѕрерыватель с большой частотой замыкал и размыкал цепь, в результате чего (смотри главу «“рансформатор») посто€нный ток преобразовывалс€ в переменный. Ѕлагодар€ электромагнитной индукции во вторичной обмотке катушки –умкорфа наводилс€ переменный ток высокого напр€жени€. Ёта обмотка замыкалась на разр€дник. “аким образом, каждое замыкание телеграфного ключа порождало потоки искр в разр€днике.  ороткими или более продолжительными замыкани€ми производились короткие и долгие потоки искр, которые соответствовали точкам и тире азбуки ћорзе. ќдин полюс разр€дника был заземлен, а другой соединен с антенной, котора€ излучала порожденные разр€дником электромагнитные волны в окружающее пространство.

Ќекотора€ часть этих волн попадала в антенну приемника и индуцировала в ней слабый переменный ток. ѕричем длительность каждого принимаемого импульса тока точно соответствовала продолжительности сигнала разр€дника. ”стройство приемника было почти таким же, что в предыдущей модели: когерер соедин€лс€ с батареей и электромагнитом, реле которого при помощи местной батареи приводило в действие пишущий аппарат ћорзе, включенный в цепь вместо звонка. ѕока когерер не подвергалс€ действию электромагнитных волн, его сопротивление было настолько велико, что ток в цепи когерера не протекал.  огда же на когерер оказывали действие электромагнитные волны, его сопротивление сильно уменьшалось, и сила тока в цепи возрастала настолько, что электромагнит прит€гивал свой €корь, включа€ цепь телеграфного аппарата. Ёто прит€жение не прекращалось, пока электромагнитные волны действовали на когерер. ќдновременно с замыканием цепи приходил в действие молоточек, который удар€л по когереру. —опротивление последнего увеличивалось. ќднако если волны продолжали действовать, то сопротивление тотчас оп€ть уменьшалось и состо€ние малого сопротивлени€ продолжалось несмотр€ на сотр€сени€. ¬се это врем€ телеграфный аппарат чертил линию на ленте. » только когда воздействие электромагнитных волн прекращалось, про€вл€лось действие сотр€сени€, и сопротивление увеличивалось до прежней величины Ч аппарат выключалс€ до по€влени€ новой волны. “аким образом на телеграфной ленте вычерчивались точки и тире, соответствующие сигналам пересылаемой депеши. 24 марта 1896 года ѕопов демонстрировал свою аппаратуру на заседании –оссийского физико?химического общества и произвел передачу сигналов на рассто€ние 250 м. ѕерва€ в мире радиограмма состо€ла из двух слов «√енрих √ерц».

ќдновременно с ѕоповым свою радиотелеграфную установку создал молодой италь€нец √ульельмо ћаркони. — детства он гор€чо интересовалс€ электричеством, а потом увлекс€ идеей беспроволочного телеграфа. ¬ 1896 году он собрал передатчик и приемник, очень похожие по своему устройству на те, которые изобрел ѕопов. ¬ том же году ћаркони привез свое изобретение в јнглию. ћать его была англичанка, и благодар€ ее св€з€м он был хорошо прин€т на Ѕританских островах. ¬ 1896 году ћаркони получил английский патент на свой радиотелеграф (это был первый патент, вз€тый на телеграфирование без проводов; таким образом, с формальной точки зрени€, ћаркони вполне справедливо считаетс€ изобретателем радио, так как первым сумел запатентовать свое изобретение). ¬ июне 1897 года было организовано акционерное общество дл€ применени€ изобретени€ ћаркони. ¬ свои 23 года он про€вил удивительную изобретательность и предприимчивость. — первых же шагов его предпри€тие получило солидную финансовую основу. ѕри любой возможности ћаркони старалс€ демонстрировать, какие выгоды давало новое средство беспроводной св€зи. “ак, в июне 1898 года должны были состо€тьс€ традиционные парусные гонки в районе ƒублина. Ёти гонки всегда привлекали к себе всеобщее внимание. ћаркони отправилс€ в ƒублин и договорилс€ с одной из крупных ирландских газет, что будет передавать ей по радио с парохода, находившегос€ в районе гонок, все сведени€, которые могут интересовать публику дл€ помещени€ их в экстренных выпусках газеты. ќпыт удалс€ полностью. ¬ течение нескольких часов ћаркони вел передачу, котора€ принималась редакцией. ѕолученные таким образом сведени€ опережали вс€кие другие, и газета значительно увеличила тираж. ƒл€ ћаркони это тоже был большой успех: в короткий срок акционерный капитал его общества удвоилс€, достигнув 200 тыс€ч фунтов стерлингов. Ёто дало ему возможность быстро совершенствовать свой радиотелеграф. „ерез несколько лет он уже значительно опережал в своих разработках ѕопова.

ќдним из главных элементов первых радиоприемников был когерер. ≈стественно поэтому, что основные усили€ изобретателей, стремившихс€ усилить чувствительность приемных аппаратов, были направлены именно на его совершенствование. ћаркони первый обратил внимание на важное свойство когерера, а именно Ч на зависимость его действи€ от величины приложенного к нему напр€жени€ высокочастотных колебаний. „тобы возможно полнее собрать энергию магнитного пол€, создаваемого наведенным в антенне ничтожно малым током, необходимо было его усилить. ћаркони нашел простой и остроумный способ решени€ этой проблемы. ¬ 1898 году он включил в свой радиоприемник джиггер (что значит «сортировщик») Ч высокочастотный трансформатор, первична€ обмотка которого включалась в одну цепь с антенной, а вторична€ Ч подводилась к когереру. ¬ том же году ћаркони вз€л патент на эту схему.

ѕроводники a и b обозначают здесь цепь антенны, в которую была включена первична€ обмотка джиггера c. ¬ результате трансформации напр€жение слабого антенного тока во вторичной цепи значительно возрастало. — джиггера d сигнал попадал на когерер j, к которому была подключена батаре€ b' и реле K, включавшее телеграфный аппарат, как это было в прежних схемах. Ёто простое нововведение позволило в несколько раз повысить чувствительность первых радиоприемных станций. ƒальность передачи сразу повысилась с 30 до 85 миль. ¬ том же году ћаркони осуществил передачу через Ћа?ћанш.

ƒругой чрезвычайно важный шаг в направлении увеличени€ чувствительности приемника был сделан в 1899 году ближайшим помощником ѕопова –ыбкиным. ¬ одном из опытов, проводимых им, оказалось, что из?за дальности рассто€ни€ приборы не действовали. Ќе будучи уверен в их полной исправности –ыбкин попробовал включить в цепь когерера вместо реле и телеграфного аппарата обыкновенную телефонную трубку и узнал, что каждый разр€д на станции вызывает слабый треск в телефоне, так что можно было легко прин€ть на слух любую депешу. —амым поразительным здесь было то, что когерер при таком включении не требовал встр€хивани€. явление это, в то врем€ не совсем пон€тное, было объ€снено только несколькими годами позже. ƒело в том, что если обычно когерер работал как переменное сопротивление, которое в результате спекани€ металлических зерен мен€лось почти от бесконечности до сравнительно небольшой величины, то в данной схеме он действовал на совершенно иной основе и представл€л собой не что иное, как детектор в современном понимании этого слова, то есть устройство, пропускавшее ток только в одном направлении, имевшее одностороннюю проводимость и превращавшее (выпр€мл€вшее) переменный ток в пульсирующий посто€нный. ¬ыпр€мленные детектором ничтожные антенные токи были совершенно недостаточны дл€ приведени€ в действие телеграфного реле, но зато оказывались в состо€нии действовать на весьма чувствительный прибор Ч мембрану телефонной трубки, порожда€ слабые звуковые волны точно так же, как это было в обыкновенном телефоне. ѕриложив телефон к уху, можно было слышать длинные и короткие потрескивани€, соответствующие точкам и тире азбуки ћорзе.

ѕриемное устройство с переходом на телефон сильно упростилось. Ќе стало механизма, записывающего телеграфные знаки, уменьшилась батаре€, отпала необходимость в посто€нном встр€хивании металлического порошка. ≈сли в прежнем приемнике, работавшем на записывающий аппарат, помехи от грозовых разр€дов приводили часто к ложным срабатывани€м реле и искажали записи, то прием на слух при известном навыке телеграфиста давал больше возможности дл€ выделени€ правильно чередующихс€ телеграфных знаков на фоне хаотического треска помех. Ќо самым существенным преимуществом нового приемника была его более значительна€ чувствительность.

—ледующий шаг в совершенствовании радиоприемников был св€зан с повышением их избирательности, так как первые же попытки перейти от опытов к практическому использованию электромагнитных волн дл€ передачи сигналов на рассто€ние со всей остротой показали, что дальнейшее развитие этого нового вида св€зи и его широкое применение окажетс€ возможным лишь в том случае, если будут найдены эффективные способы, позвол€ющие одновременно работать в эфире нескольким передающим станци€м.

ƒл€ случа€ с проводной св€зью эта задача решалась тогда очень просто. ƒостаточно было каждый из приемных аппаратов, расположенных в каком?либо пункте, соединить своими индивидуальными проводами с соответствующей передающей установкой. Ќо как следовало поступить в случае беспроволочной передачи? ќпыты работы первых станций ѕопова и ћаркони сразу же вскрыли все несовершенство в этом отношении примен€вшейс€ тогда аппаратуры. ѕрием сигналов в зоне действи€ двух одновременно работающих станций оказывалс€ из?за взаимных помех совершенно невозможным. ¬ыход был найден в передаче радиотелеграфных сигналов волнами различной длины с использованием дл€ их выделени€ в приемном устройстве €влени€ резонанса.

„тобы разобратьс€ в сути этого способа, рассмотрим подробнее свойства индуктивной катушки и конденсатора. ѕредставим себе катушку с большим количеством витков, по которой проходит переменный ток. »змен€ющийс€ электрический ток, как уже говорилось прежде, порождает в окружающем пространстве измен€ющеес€ магнитное поле, которое в свою очередь создает измен€ющеес€ электрическое поле. Ёто электрическое поле индуцирует в витках катушки электрический ток, направленный навстречу основному Ч происходит €вление, называемое самоиндукцией. ¬нешне этот эффект про€вл€етс€, в частности, в том, что при замыкании цепи ток в любой катушке достигает своего максимального значени€ не сразу, а с некоторым опозданием по сравнению, например, с обычным пр€молинейным проводником. ѕри размыкании сети измен€ющеес€ электрическое поле индуцирует в катушке ток, совпадающей по направлению с основным, в св€зи с чем ток в катушке сохран€етс€ еще некоторое врем€ после отключени€ питани€. Ёто свойство катушки задерживать и как бы сохран€ть в себе некоторое врем€ ток без вс€кого внешнего воздействи€ характеризуетс€ особой величиной, называемой индуктивностью.  ажда€ катушка имеет свою индуктивность, величина которой зависит от размеров проводника и его формы, но не зависит от протекающего тока.

„то касаетс€ конденсатора, то он обычно представл€ет собой две пластинки, расположенные очень близко друг напротив друга, но разделенные диэлектриком, то есть веществом, не пропускающим электрический ток. ѕластинки конденсатора называютс€ его обкладками. ≈сли подключить обкладки конденсатора к полюсам источника посто€нного тока (например, к электрической батарее), то на них будет накапливатьс€ электрический зар€д, который сохранитс€ и после того, как батаре€ будет отключена. —пособность конденсатора накапливать зар€д определ€етс€ его электроемкостью.  аждый конденсатор имеет свою электроемкость, причем величина ее зависит от площади пластин, от рассто€ни€ между ними и от свойств диэлектрика, их раздел€ющего. ≈сли обкладки конденсатора соединить кусочком проволоки, то произойдет его быстра€ разр€дка Ч электроны с той пластины, где они находились в избытке, перетекут на другую, где их не хватало, после чего зар€д каждой из обкладок будет равен нулю.

Ќу а если конденсатор разр€жать не сам на себ€, а через индукционную катушку? ¬ этом случае наблюдаетс€ очень интересное €вление. ѕредставим себе зар€женный конденсатор, к обкладкам которого присоединили катушку. ќчевидно, конденсатор начнет разр€жатьс€, и в цепи по€витс€ электрический ток, однако сила его не достигнет сразу максимального значени€, а будет увеличиватьс€ постепенно вследствие €влени€ самоиндукции в катушке. ¬ тот момент, когда конденсатор полностью разр€дитс€, сила тока в катушке достигнет максимальной величины. „то же получитс€? Ќесмотр€ на то что обе пластины конденсатора уже будут иметь нулевой зар€д, протекание тока через катушку продолжитс€, поскольку вследствие той же самоиндукции ток в катушке не может прекратитьс€ мгновенно.  атушка словно превратитс€ на несколько мгновений в источник тока и будет зар€жать конденсатор точно так же, как это делала электрическа€ батаре€. “олько теперь зар€ды пластин мен€ютс€ местами Ч та, котора€, до этого была отрицательно зар€женной, становитс€ положительной, и наоборот. ¬ результате, когда ток в катушке будет равен нулю, конденсатор окажетс€ снова зар€женным. ќн, впрочем, в то же мгновение оп€ть начнет разр€жатьс€ через катушку, и весь процесс повторитс€ в обратном направлении. ≈сли бы не было неизбежных потерь электроэнергии, така€ перезар€дка могла бы происходить сколь угодно долго.

ќписанное €вление называют электрическими колебани€ми, а систему конденсатор Ч катушка, в которой происход€т эти колебани€, Ч колебательным контуром. ¬ зависимости от того, сколько раз за одну секунду конденсатор успеет перезар€дитьс€, говор€т о той или иной частоте колебаний. „астота колебаний напр€мую св€зана со свойствами колебательного контура, прежде всего, индуктивностью катушки и емкостью конденсатора. «амечено, что чем меньше эти величины, тем больше частота колебаний в контуре, то есть конденсатор успевает большее число раз перезар€дитьс€ за одну секунду.

 ак и любые колебани€ (например, колебани€ ма€тника), колебани€ в системе конденсатор Ч катушка, если их не поддерживать извне, со временем прекрат€тс€, так как первоначальна€ энерги€ будет расходоватьс€ на нагрев проводов и электромагнитное излучение. Ёто означает, что с каждым колебанием максимальна€ величина тока в катушке и максимальное напр€жение на обкладках конденсатора будут все меньше и меньше. ќднако точно так же, как колебание ма€тника в механических часах, электрические колебани€ можно поддерживать, если, к примеру, подключить конденсатор к внешнему источнику переменного тока. Ќо переменный ток, как мы помним, тоже измен€ет свою величину с определенной частотой, или, говор€ другими словами, имеет собственную частоту колебаний. Ћюбой колебательный контур не безразличен к тому, какую частоту колебани€ имеет питающий его ток. ≈сли, к примеру, этот ток имеет слишком большую или слишком маленькую частоту колебани€ по сравнению с частотой колебани€ самого контура, то сила тока и его напр€жение в колебательном контуре никогда не будут большими (поскольку это внешнее воздействие будет больше мешать его собственным колебани€м, чем помогать им). ќднако в тех случа€х, когда частота колебаний внешнего тока близка к собственной частоте колебаний контура, сила тока и напр€жение контурного тока начинают возрастать и достигают своего максимума при полном совпадении этих частот. ¬ этом случае говор€т, что колебательный контур находитс€ в резонансе. ќсобенно €рко про€вл€етс€ резонанс в контурах с небольшим сопротивлением. ¬ этом случае напр€жение на конденсаторе и катушке может во много раз превосходить внешнее напр€жение питающего тока. ѕроисходит своего рода всплеск или бросок напр€жени€.

явление электрического резонанса и было использовано дл€ осуществлени€ избирательной радиосв€зи. ћаркони одним из первых стал настраивать колебательные контуры передающей и принимающей станций на одну и ту же частоту. ƒл€ этого он, в частности, использовал свой джиггер, включа€ параллельно его вторичной обмотке конденсатор и получа€ таким образом колебательный контур. —хема передатчиков также была изменена включением в цепь антенны индуктивных катушек и конденсаторов, так что кажда€ передающа€ станци€ могла передавать сигналы с определенной частотой колебани€ волны. ѕоскольку теперь несколько радиостанций передавали сообщени€ кажда€ со своей частотой, то излучаемые ими волны возбуждали в приемной антенне переменные токи различных частот. Ќо приемник выбирал только те сигналы, частота которых совпадала с собственной частотой колебани€ его колебательного контура, ведь только в этом случае наблюдалось €вление резонанса. ƒжиггер в этой схеме работал как фильтр и усиливал не любой антенный ток (как это было прежде), а выдел€л среди них ток той частоты, на которую был настроен данный приемник. — этого времени резонансные контуры стали неотъемлемой частью как приемных, так и передающих устройств.

¬ начале XX века уже несколько дес€тков ученых во многих странах с увлечением занимались беспроволочным телеграфом. ќднако наибольшие успехи по?прежнему были св€заны с именем ћаркони, который, несомненно, был одним из самых выдающихс€ радиотехников этого времени. ѕосле р€да опытов передачи на большие рассто€ни€ ћаркони сделал поразительное открытие Ч оказалось, что выпуклость земного шара нисколько не мешает движению электромагнитных волн. Ёто подтолкнуло его к эксперименту по телеграфированию через океан. ”же в 1901 году состо€лась перва€ в истории трансатлантическа€ радиопередача, во врем€ которой помощник ћаркони, ‘леминг, передал с английской станции в ѕольдю кодом ћорзе букву "S", а ћаркони, находившийс€ на другом берегу јтлантического океана, на острове Ќьюфаундленде, прин€л ее на рассто€нии 1800 миль.

—ледующим важным моментом в усовершенствовании приемников стало создание новых волноуловителей (детекторов).  огерер Ѕранли сыграл важную роль в первые годы развити€ радиосв€зи. ќднако он был слишком капризным и сложным в обращении.  роме того, его приходилось посто€нно встр€хивать дл€ восстановлени€ способности отзыватьс€ на очередной радиосигнал. ќдной из центральных задач стало создание «самонастраивающегос€» когерера. ѕерва€ попытка в этом направлении была сделана в 1899 году ѕоповым с телефоном. ¬тора€ ћаркони, сконструировавшего в начале XX века свой магнитный детектор.

ѕринцип действи€ магнитного детектора основывалс€ на €влении так называемого гистерезиса. ƒело в том, что обычно железо намагничиваетс€ с некоторым опозданием во времени. ќднако намагничивание можно усилить, если в момент воздействи€ внешнего магнитного пол€ вызвать заметное сотр€сение молекул железа. Ёто можно сделать путем механического удара или коротким импульсом другого магнитного пол€. ƒанное €вление и было использовано ћаркони.

¬ его магнитном детекторе на два роликовых диска нат€гивалась бесконечна€ лента из м€гкой железной проволоки, двигавша€с€ со скоростью п€ть дюймов в секунду и проходивша€ под полюсами двух посто€нных магнитов внутри небольшой стекл€нной трубки. Ќа эту трубку наматывались первична€ и вторична€ обмотки, причем первична€ обмотка включалась в цепь антенны, а вторична€ присоедин€лась к телефону. ѕроход€ под полюсами магнита, железна€ лента намагничивалась сначала в одном, а потом в противоположном направлении. —амо перемагничивание происходило под средними сдвоенными одноименными полюсами, но не тотчас в момент прохождени€ под ними ленты, а несколько запаздыва€ (из?за упом€нутого выше свойства железа).  артина магнитных линий, исходивших из полюсов и замыкавшихс€ в железной проволоке, искажалась, и магнитные линии представл€лись как бы увлекаемыми проволокой в сторону движени€. ¬ысокочастотное магнитное поле, образовавшеес€ внутри первичной обмотки во врем€ прохождени€ принимаемого радиосигнала, мгновенно ослабл€ло €вление гистерезиса в железной проволоке и производило в ней ударное перемагничивание.  онфигураци€ силовых линий резко измен€лась, и они устанавливались в том положении, которое свойственно им при неподвижной проволоке. Ёто внезапное смещение силовых линий создавало мгновенный ток во вторичной обмотке, вызывавший звук в телефоне. ѕрибор не требовал встр€хиваний и был всегда готов к приему очередного сигнала. ¬ те же годы другими радиотехниками были предложены другие типы детекторов.

— этого времени началось бурное развитие радиотехники. ¬ 1902 году, использу€ свой магнитный детектор, ћаркони провел серию замечательных опытов на италь€нском военном крейсере « арло јльберто». ¬о врем€ плавани€ из »талии в јнглию и –оссию он совершенно свободно вел прием на рассто€нии 2000 км от ѕольдю, где находилась передающа€ станци€. ¬ но€бре того же 1902 года была устроена официальна€ радиосв€зь между —Ўј и јнглией. ѕрезидент –узвельт и король Ёдуард VIII обмен€лись приветственными радиограммами. ј в окт€бре 1907 года фирма ћаркони открыла дл€ широкой публики первую в истории радиотелеграфную станцию, передающую сообщени€ из ≈вропы в јмерику. »нтерес к этой новинке оказалс€ огромным Ч в первый же день было передано 14 тыс€ч слов.

 

66. ƒ»«≈Ћ№

 

 ак известно, одним из основных показателей, по которому оцениваетс€ работа любого, в том числе теплового, двигател€, €вл€етс€ его  ѕƒ. „ем больше энергии, выделившейс€ при сгорании топлива, превращаетс€ в полезную работу, чем меньше ее тер€етс€ при различных преобразовани€х, тем лучше. ¬о всех существующих тепловых двигател€х эти потери очень велики, так что более двух третей выделившейс€ в них энергии растрачиваетс€ попусту. ¬ чем здесь причина? ѕроисходит ли это из?за неудачной конструкции, или же тепловой двигатель в принципе не может иметь высокий  ѕƒ по самой своей природе? ¬первые над этим вопросом задумалс€ французский инженер  арно, выпустивший в 1824 году классический труд «–азмышление о движущей силе огн€».  арно поставил перед собой задачу вы€снить, каким образом должны протекать процессы в идеальном тепловом двигателе, чтобы  ѕƒ его был максимально возможным. ѕутем расчетов он в конце концов вывел пон€тие о круговом процессе в работе всех тепловых двигателей (его называют «циклом  арно»), при котором между двум€ температурами T1 и T2 рабочего тела двигател€ (рабочее тело Ч это тот газ, который двигает поршень; им может быть пар в паровой машине или взрывчата€ смесь в газовом двигателе) можно получить максимум полезной работы, а следовательно, и самый высокий  ѕƒ. –абота этого гипотетического высокоэффективного двигател€, как доказал  арно, должна складыватьс€ из четырех циклов. Ќа первом цикле к рабочему телу подводитс€ тепло Q1 от верхнего уровн€ T1 при посто€нной температуре этого уровн€ (то есть на этом цикле рабочее тело должно расшир€тьс€, сохран€€ посто€нную температуру, что и достигаетс€ за счет нагревани€ тела). ¬о врем€ второго цикла происходит расширение рабочего тела, но уже без подвода тепла, до тех пор, пока температура его не опуститс€ до нижнего уровн€ T2. Ќа третьем цикле рабочее тело сжимаетс€ при посто€нной температуре T2 (дл€ этого было необходимо посто€нно отводить тепло Q2). Ќа четвертом этапе рабочее тело сжималось без отвода тепла до тех пор, пока его температура не подниметс€ вновь до T1. ¬ случае соблюдени€ всех этих условий, по расчетам  арно,  ѕƒ двигател€ определ€лс€ формулой 100Х(1 Ч T2/T1) и достигал пор€дка 70?80%.

Ќа прот€жении всего XIX века расчеты  арно будоражили творческую мысль изобретателей, которые старались найти ответ на вопрос: каким образом работу реальных тепловых двигателей приблизить к работе по «циклу  арно» и получить максимально возможный  ѕƒ. Ќо все попытки построить такой двигатель оказались безуспешны. Ќапример,  ѕƒ паровой машины при мощности в 100 л.с. не превышал 13%, а в маломощных двигател€х он был менее 10%.  ѕƒ бензиновых и газовых двигателей получалс€ несколько выше, но тоже не превосходил 22?24%.

“аково было положение дел, когда в начале 90?х годов за создание «идеального двигател€» вз€лс€ молодой немецкий инженер –удольф ƒизель. ≈ще будучи студентом, он поставил перед собой цель разработать такой мотор, показатели которого были бы близки к «циклу  арно», причем этот двигатель должен был превосходить обычный бензиновый как по мощности, так и по экономичности.

ѕосле нескольких лет упорной работы проект двигател€ был разработан. —уть идеи ƒизел€ сводилась к следующему. Ќа первом этапе поршень сжимал воздух в цилиндре до высокого давлени€, за счет чего температура в цилиндре повышаетс€ до температуры воспламенени€ горючего (это соответствовало четвертому циклу  арно Ч сжатию без отвода тепла). “аким образом, в цилиндре достигалось давление пор€дка 90 атм и температура около 900 градусов. √орючее подавалось в цилиндр в конце цикла сжати€ и вследствие высокой температуры воздуха воспламен€лось от одного соприкосновени€ с ним без вс€кого внешнего зажигани€. Ќагнетание горючего осуществл€лось равномерно, так что часть обратного движени€ поршн€ и расширение газов происходили при посто€нной температуре (в соответствии с первым «циклом  арно»). ƒалее поршень двигалс€ уже под вли€нием высокого давлени€ без горени€ топлива (второй «цикл  арно»). “ретьему циклу соответствовали выхлоп и всасывание свежей порции атмосферного воздуха. «атем все циклы повтор€лись. Ѕлагодар€ такому устройству ƒизель думал повысить  ѕƒ своего мотора до неслыханной величины Ч 73%. ѕоначалу в качестве горючего он рассчитывал применить пары аммиака, но потом остановил свой выбор на угольном порошке. ¬ 1892 году ƒизель получил патент на описанный принцип работы двигател€, а в 1893 году выпустил брошюру «“еори€ и конструкци€ рационального теплового двигател€» с описанием мотора и своими математическими выкладками.

Ѕрошюра привлекла к себе большое внимание. ¬прочем, большинство инженеров считало идею ƒизел€ несбыточной.  рупнейший специалист по газовым двигател€м того времени  елер предупреждал, что получить такой высокий  ѕƒ невозможно, поскольку в двигателе ƒизел€ очень высоки потери мощности на сжатие воздуха до температуры воспламенени€, и при работе по «циклу  арно» вс€ полезна€ работа будет расходоватьс€ только на поддержание его собственного движени€. “ем не менее ƒизель стал настойчиво предлагать свою модель различным немецким фирмам. ѕоначалу он повсеместно встречал отказ. Ќе отчаива€сь, он продолжал переписку, спорил, доказывал и наконец добилс€ успеха: фирма  руппа в Ёссене согласилась финансировать расходы, а руководство југсбургского завода Ч изготовить пробный образец.

”же в июле 1893 года был изготовлен первый одноцилиндровый двигатель ƒизел€. ¬ соответствии с первоначальным проектом, сжатие в его цилиндре должно было достигать 90 атм, а температура перед началом впуска горючего Ч 900 градусов. ѕоскольку температура не должна была сильно превышать этот предел, никакой системы охлаждени€ дл€ мотора не предусматривалось.  омпрессор также не планировалс€ Ч угольный порошок предполагалось вдувать насосом.

Ќо еще на стадии сборки ƒизель, проверив свои расчеты, убедилс€, что  елер прав Ч затраты мощности двигател€ на сжатие воздуха до 90 атмосфер оказались чрезмерно велики и «съедали» весь выигрыш в  ѕƒ за счет работы по «циклу  арно». ѕришлось пр€мо на ходу переделывать задуманное. „тобы снизить потери мощности на сжатие, ƒизель решил уменьшить давление в цилиндре более чем вдвое Ч до 35?40 атм. ¬ св€зи с этим температура сжатого воздуха вместо 900 градусов должна была составл€ть всего 600. Ёто было очень мало Ч разность температур в формуле  арно оказывалась слишком незначительной дл€ получени€ высокого  ѕƒ. „тобы поправить дело и повысить мощность мотора, ƒизелю пришлось отказатьс€ и от второго важного момента своей конструкции Ч расширени€ рабочего тела при посто€нной температуре. ќн рассчитал, что температура при сгорании топлива должна возрастать до 1500 градусов. ј это, в свою очередь, требовало, во?первых, самого интенсивного охлаждени€ мотора, а во?вторых, более калорийного горючего. ”гольна€ пыль не могла дать такой высокой температуры, поэтому ƒизель был принужден обратитьс€ к жидкому топливу. Ќо при первой же попытке впрыснуть в цилиндр бензин, произошел взрыв, едва не унесший жизни изобретател€ и его помощников.

“ак закончилось первое испытание. ќно имело дво€кий результат. ƒизелю пришлось шаг за шагом довольно сильно отступить от первоначальной схемы своего «идеального мотора». Ќо, с другой стороны, некоторые принципиальные моменты его расчетов подтвердились Ч сильное сжатие рабочей смеси вело к повышению  ѕƒ и, кроме того (взрыв доказал это), оказалось, что топливо действительно можно воспламен€ть путем сжати€, не прибега€ к дорогосто€щей системе зажигани€. ѕоэтому фирмы, финансировавшие проект, остались в целом удовлетворены достигнутым успехом, и ƒизель получил возможность продолжать свои эксперименты.

¬ июне 1894 году был построен второй двигатель, дл€ которого ƒизель придумал форсунку, управл€вшую впрыском керосина. ¬ этой модели давление в цилиндре доводилось до 35?40 атм, а температура в конце сжати€ Ч до 500?600 градусов. ћотор не только удалось запустить, но и заставить работать на холостом ходу с частотой до 80 оборотов в минуту. Ёто был большой успех Ч иде€ ƒизел€ оказалась жизнеспособной. ¬ 1895 году был построен третий двигатель, который мог уже работать с небольшой нагрузкой. ƒл€ впрыскивани€ керосина здесь впервые был предусмотрен компрессор.  роме того, пришлось разработать систему интенсивного охлаждени€, чтобы предотвратить заклинивание цилиндра. “олько после этого в 1896 году запуск нового опытного образца принес успех. ѕри испытании с нагрузкой  ѕƒ мотора оказалс€ 36%, а расход керосина составил около 200 г на лошадиную силу в час. ’от€ эти показатели и были очень далеки от параметров «идеального мотора», они все же впечатл€ли:  ѕƒ нового двигател€ оказалс€ на 10?12% выше, чем у бензиновых двигателей того времени, а по своей экономичности он превосходил их почти в два раза. ѕусть ƒизелю не удалось исполнить свою мечту, все же сделанное им имело огромное значение Ч благодар€ его настойчивости была разработана принципиально нова€ конструкци€ двигател€ внутреннего сгорани€, котора€ была и остаетс€ лучшей на прот€жении ста последних лет.

–аботал новый мотор следующим образом. ѕри первом ходе поршн€ за счет живой силы маховика, запасенного за предыдущую работу машины, воздух всасывалс€ внутрь цилиндра. ¬о врем€ второго хода, совершаемого также за счет живой силы маховика, запертый в цилиндре воздух сжималс€ до 35 атм. ѕри этом теплота, выдел€вша€с€ при сжатии, доводила его до температуры воспламенени€ горючего. ¬ начале третьего хода при помощи насоса вводилс€ керосин. Ёто впрыскивание продолжалось лишь незначительную часть хода. ¬ течение остальной части хода газова€ масса расшир€лась, и поршню сообщалась рабоча€ сила, котора€ и передавалась через шатун коленчатому валу двигател€. ѕри четвертом ходе продукты сгорани€ извергались через выхлопную трубу в атмосферу.

ƒвигатель был снабжен компрессором, который в особом резервуаре сгущал воздух при давлении, несколько превышавшем самое высокое давление в цилиндре. »з этого резервуара воздух через трубку очень незначительного диаметра направл€лс€ в маленькую камеру форсунки, то есть аппарата дл€ распылени€ подаваемого горючего, куда одновременно подавалс€ керосин. Ёта камера сообщалась с внутренностью цилиндра при помощи маленького отверсти€, запираемого иглой: когда эта игла приподнималась, керосин вгон€лс€ в цилиндр благодар€ избытку давлени€ в камере. √орение в цилиндре регулировалось, смотр€ по силе, которую должен был развить двигатель, либо изменением продолжительности впуска горючего, либо изменением давлени€ в компрессоре. Ётот же сжатый воздух употребл€лс€ и дл€ начального пуска двигател€ из холодного состо€ни€. Ќаверху двигател€ помещалс€ распределительный вал с п€тью кулачками один управл€л клапаном, впускавшим воздух, другой Ч клапаном, впускавшим керосин, третий Ч клапаном, выпускавшим продукты сгорани€. ƒва последних кулачка управл€ли клапанами, при помощи которых впускалс€ сжатый воздух в цилиндр при первоначальном пуске двигател€.

ѕервые же официальные испытани€ нового двигател€ произвели насто€щую сенсацию среди инженеров. — этого времени началось победное шествие «дизелей» по всему миру. ћногие фирмы, которые прежде не откликнулись на предложение ƒизел€, спешили купить у него право строить изобретенные им моторы, и это право обходилось им теперь недешево (например, Ёммануил Ќобель, жела€ наладить производство дизелей в –оссии, заплатил ƒизелю около 500 тыс€ч долларов). ”же в 1898 году ƒизель, совершенно неожиданно дл€ себ€, сделалс€ миллионером. ¬прочем, первые двигатели, пущенные в серийное производство, оказались неудовлетворительными, капризными и часто выходили из стро€. ¬ыпуск такой сложной и высокотехнологичной машины оказалс€ не под силу многим заводам с устаревшим оборудованием.  ак в свое врем€ ”атту, ƒизелю пришлось потратить много сил на то, чтобы довести до совершенства производственный процесс изготовлени€ дизелей Ч разработать новые станки, найти подход€щие сплавы, подготовить специалистов. ¬ течение нескольких лет он кочевал по ≈вропе и јмерике, посеща€ заводы, на которых шло производство его моторов.   началу XX века основные трудности были преодолены, и дизели стали постепенно завоевывать все новые и новые сферы применени€ в промышленности и транспорте. ¬ 1900 году на ¬семирной выставке в ѕариже двигатели ƒизел€ получили гран при. ќсобенно подн€ло престиж новых моторов известие о том, что завод Ќобел€ в –оссии наладил выпуск очень неплохих двигателей, работавших на сырой нефти.

 

67. ј¬“ќћќЅ»Ћ№

 

јвтомобиль принадлежит к числу тех величайших изобретений, которые, подобно колесу, пороху или электрическому току, имели колоссальное вли€ние не только на породившую их эпоху, но и на все последующие времена. ≈го многогранное воздействие далеко не ограничиваетс€ сферой транспорта. јвтомобиль сформировал современную индустрию, породил новые отрасли промышленности, деспотически перестроил само производство, впервые придав ему массовый, серийный и поточный характер. ќн преобразил внешний облик планеты, котора€ опо€салась миллионами километров шоссейных дорог, оказал давление на экологию и помен€л даже психологию человека. ¬ли€ние автомобил€ сейчас настолько многопланово, что ощущаетс€ во всех сферах человеческой жизни. ќн сделалс€ как бы зримым и нагл€дным воплощением технического прогресса вообще, со всеми его достоинствами и недостатками.

¬ истории автомобил€ было много удивительных страниц, но, возможно, сама€ €рка€ из них относитс€ к первым годам его существовани€. Ќе может не поражать стремительность, с которой это изобретение прошло путь от по€влени€ до зрелости. ѕонадобилась всего четверть века на то, чтобы автомобиль из капризной и еще ненадежной игрушки превратилс€ в самое попул€рное и широко распространенное транспортное средство. ”же в начале XX века он был в главных чертах идентичен современному автомобилю.

ќпишем в нескольких словах принцип действи€ и назначение основных узлов автомашины в том виде, в каком они сложились к 1901?1902 годах. »сточником движени€ служил бензиновый мотор. Ѕензин поступал из бака 3 в карбюратор, где он распыл€лс€ и смешивалс€ с воздухом, так что образовывалась горюча€ газова€ смесь. ¬одитель, управл€€ особым клапаном в карбюраторе, мог увеличить или уменьшить количество этой смеси в цилиндрах двигател€. — увеличением притока газа мотор начинал работать быстрее, так как сила взрыва возрастала, а с уменьшением ее подачи сила ослабевала, и скорость вращени€ мотора уменьшалась. Ётим приемом водители пользуютс€ по сей день, нажима€ или отпуска€ педаль газа.

√азова€ смесь, подготовленна€ в карбюраторе, поступала в двигатель 1, где при помощи запального или зажигательного приспособлени€ 4 она взрывалась. ѕоследовательные взрывы сильно нагревали цилиндры, так что двигатель нуждалс€ в посто€нном охлаждении. ќбыкновенно охлаждение стенок рабочих цилиндров совершалось путем циркул€ции воды. ÷иркул€ци€ производилась за счет помпы (вод€ного насоса) 7, приводимого во вращение двигателем. „тобы иметь возможность пользоватьс€ дл€ охлаждени€ одной и той же водой, последн€€ пропускалась через радиатор (холодильник) 8, в котором вода охлаждалась током воздуха. ќтработанные газы выпускались в атмосферу через глушитель 5, ослабл€вший шум выхлопа.

ѕоршни мотора вращали коленчатый вал. ƒалее работа двигател€ передавалась задним ведущим колесам при посредстве механизма сцеплени€ 9, через коробку передач 13 и 10 и кардан 11. —цепление позвол€ло разобщать или передавать работу двигател€ на механизм перемены скоростей.  оробка скоростей (передач) давала возможность измен€ть скорость автомобил€, не измен€€ хода двигател€.  ардан представл€л собой вал, выход€щий из коробки скоростей и снабженный одним или двум€ карданными соединени€ми. ќн приводил в движение дифференциал, расположенный на задней оси.

ќстановимс€ коротко на устройстве каждого из этих приспособлений. ќ работе бензинового двигател€ и запального зажигани€ рассказывалось в одной из предыдущих глав. Ёлектрическое зажигание, постепенно вытеснившее запальное, примен€лось уже на многих ранних модел€х автомобилей. »сточником тока здесь служили батаре€ или аккумул€тор. »ногда искра получалась с помощью магнитоэлектрической машины (магнето). ÷ель системы зажигани€ состо€ла в том, чтобы в каждом цилиндре двигател€ в момент наибольшего сжати€ поршнем взрывчатой смеси проскакивала электрическа€ искра, воспламен€юща€ газ. ƒл€ того чтобы воспламенение сильно сжатой смеси происходило бесперебойно, ток дл€ получени€ искры должен был составл€ть пор€дка 15 тыс€ч вольт. ѕоначалу прибор дл€ зажигани€ состо€л из двух частей источника тока и катушки –умкорфа. ќсобую роль в системе автомобильного зажигани€ играет прерыватель тока. “ак как искра должна проскакивать в цилиндре в точно установленный момент, прерыватель помещаетс€ на распределительном валу двигател€ таким образом, что сам двигатель управл€ет своим зажиганием. »звестно, что первые автомобилисты имели много причин жаловатьс€ на электрическое зажигание: оно долго оставалось капризным и ненадежным. ќгромный шаг вперед был сделан с изобретением магнето, которое стало устанавливатьс€ на автомобил€х с 1902 года. ¬ этой конструкции нашли исключительно надежный источник тока. ¬ основе действи€ магнето лежал уже описанный принцип электромагнитной индукции. Ќа валу, вращаемом двигателем, устанавливалась индукционна€ катушка, котора€ крутилась между полюсами посто€нного магнита. Ќа €коре катушки помещалась обмотка из толстой проволоки, а поверх нее Ч обмотка из тонкой проволоки. ¬ силу электромагнитной индукции в этой вторичной обмотке индуцировалс€ ток высокого напр€жени€.  онцы катушки проводились в цилиндр и замыкались на электрическую свечу. ƒважды за один оборот, проход€ через максимумы тока, магнето давало разр€д искры.

“ак в общих чертах осуществл€лась работа двигател€. “еперь о том, как происходила передача движени€. ѕри запуске двигател€ рабочее усилие возникало в нем не мгновенно. ѕоэтому в момент запуска двигатель должен был отсоедин€тьс€ от коробки передач, то есть работать вхолостую (в первых автомобил€х это было особенно важно, так как запуск производилс€ вручную, при помощи вращени€ специальной пусковой руко€тки; пон€тно, что человеку было не под силу это сделать, если бы двигатель находилс€ под нагрузкой).  роме того, отсоедин€ть двигатель от нагрузки совершенно необходимо при переключении скоростей. Ёто разъединение происходило (и происходит) посредством механизма сцеплени€. ¬ первые годы существовани€ автомобил€ сцепление и расцепление двигател€ производили путем перемещени€ приводного ремн€ с рабочего шкива на шкив холостого хода (подробнее об устройстве такого сцеплени€ будет сказано немного ниже). Ќо уже в последние годы XIX века ему на смену пришло более совершенное сцепление с помощью усеченного конуса. ƒл€ этого рабочий вал двигател€ и приемный вал снабжались конусами, так что один конус входил в другой, причем меньший конус заклинивалс€ в большем, соедин€€сь с ним в одно целое. —пециальна€ пружина посто€нно толкала внутренний конус в маховик, образующий наружный конус, чем и достигалось прочное сцепление. „тобы прервать это сцепление, достаточно было нажать на специальную педаль. ѕриложенное при этом усилие приводило к рассоединению.

«а сцеплением находилась коробка передач (или скоростей). ƒл€ чего она нужна? Ѕывают случаи, когда простого увеличени€ подачи газа недостаточно дл€ того, чтобы автомобиль преодолел какое?либо преп€тствие (например, подъем или просто плохую дорогу).  оробка передач (скоростей) как раз и служила дл€ более кардинальной регулировки усилий двигател€. Ќазначение ее состоит в том, чтобы, не измен€€ скорости вращени€ вала двигател€, мен€ть скорость вращени€ передаточного вала (и, следовательно, ведущих колес). ѕервые автомобили имели только две передачи и осуществл€ли их при помощи ремней. ќднако ременна€ передача недолго удержалась на практике. ѕонемногу пришли к выводу, что удовлетворительно разрешить проблему перемены скоростей можно лишь с помощью совокупности шестерней, которые могут дать три или четыре скорости дл€ переднего хода и одну дл€ заднего. ¬первые такие коробки передач стали устанавливать на автомобил€х фирмы «ѕанар и Ћевассор» в начале 90?х годов XIX века. –ассмотрим действие этой еще очень простой по своему устройству коробки передач. ≈сли бы не было коробки передач, то с рабочего вала мотора M усилие передавалось бы на вал P, а с него, при помощи конической зубчатой передачи, на зубчатку Q дифференциала, вращающую колесо R. ¬ этом случае зубчатка Q совершала бы в минуту столько же оборотов, сколько совершает их рабочий вал мотора. Ќо тогда, когда между мотором и колесом помещаетс€ коробка передач, рабочий вал как бы разрезаетс€ на две части. ѕри этом первичный вал P принимает движение с мотора, а вторичный вал S передает его на заднюю ось. ќба вала св€зываютс€ между собой системой зубчатых колес (шестерен). Ўестерни a и b на валу S закреплены неподвижно, а шестерни A и B на валу P надеты на подвижную каретку, котора€ может перемещатьс€ с помощью рычага переключени€ передач. ƒопустим, водитель перемещает каретку AB так, чтобы шестерн€ A произвела зацепление с зубцами шестерни a. „то мы получим? ≈сли мотор делает 1200 оборотов в минуту и если диаметр A равен 10 см, а диаметр a равен 20 см, то вал P будет делать 1200 об/мин, а вал S Ч вдвое меньше, то есть всего лишь 600. ¬ этом случае, если окружность конической шестерни вчетверо меньше зубчатки Q, рабочие колеса будут делать всего 150 об/мин. ƒопустим, каретку передвигают так, что B зацепл€етс€ за b. ≈сли диаметр B равен 8 см, а диаметр b Ч 12 см, то скорость вала S будет составл€ть 800 об/мин, а колеса будут делать 200 об/мин. ѕодобные же рассуждени€ приложимы еще к двум сочетани€м шестерен A?b и B?a, и таким образом мы получим весьма простое объ€снение действи€ четырехскоростной коробки передач.

ƒалее следует кардан. ”же перед первыми изобретател€ми встала проблема передачи движени€ от мотора к колесам. ƒело в том, что эта передача не может быть жесткой. ¬ самом деле, двигатель прочно соединен с рамой, но рама соединена с колесами не жестко, а с помощью системы рессор. “ак как автомобиль подскакивает на неровност€х, то рабочий вал двигател€ и задн€€ ось непрерывно поднимаютс€ и опускаютс€ друг относительно друга, и эти смещени€ тем больше, чем хуже дорога. ≈сли бы рабочий вал был жестко соединен с задней осью, малейшее сотр€сение привело бы к его поломке. »так, передача должна быть гибкой, то есть такой, при которой задн€€ ось могла бы свободно перемещатьс€ вверх и вниз, не тер€€ св€зи с двигателем. ¬ первых автомобил€х привод от двигател€ к ведущим колесам осуществл€лс€ при помощи цепной передачи, котора€ получила широкое распространение в велосипедах. ÷епь давала необходимую гибкость и обладала многими достоинствами, но она очень быстро загр€зн€лась и требовала почти ежедневного ухода. ѕоэтому очень скоро ей на смену пришел карданный вал. (Ёта передача между двум€ валами была изобретена италь€нцем  ардано еще в XVI веке).

—оединение задних колес с осью тоже представл€ет определенную трудность. ¬ главе, посв€щенной колесу, уже говорилось, что при движении экипажа по неровной дороге или на поворотах его колеса проход€т разные пути, то есть вращаютс€ с разной частотой. ƒл€ ведомых колес, не св€занных жестко с осью, это требование выполн€етс€ автоматически. Ќо ведущие колеса нельз€ свободно посадить на ось, поскольку через ось к ним передаетс€ вращение мотора. ќднако и жестко их соединить нельз€, так как в процессе движени€ будет происходить проскальзывание одного колеса или пробуксовка другого, что резко ухудшает управл€емость машиной Ч она не слушаетс€ рул€ и на большой скорости может не вписатьс€ в поворот. ƒл€ соединени€ задних колес с осью служит дифференциал, который и дает возможность ведущим колесам вращатьс€ независимо, не тер€€ св€зи с мотором. „тобы пон€ть принцип действи€ дифференциала, мысленно разрежем заднюю ось на две полуоси. Ќа внешние концы этих полуосей будут насажены колеса, а на внутренние Ч две конических шестерни, расположенные параллельно одна против другой. Ёти шестерни соединены между собой двум€ коническими шестерн€ми?сателлитами и заключены внутри прочного кольца, которое служит оболочкой всему прибору.

ƒвижение от мотора M через сцепление V, передаточный вал A и коническую передачу P?Q передаетс€ на коробку дифференциала K, котора€ прикручена болтами к шестерне Q и вращаетс€ вместе с ней. — внутренней стороны коробки насажены два конических зубчатых колеса?сателлита EE, от которых привод€тс€ в движение конические зубчатые колеса FF, наглухо насаженные на концы полуосей S и T, св€занных с задними колесами G и D.

 огда автомобиль едет пр€мо, задние колеса вращаютс€ с одной и той же скоростью, следовательно, сателлиты EE испытывают одинаковое давление и потому остаютс€ неподвижными. ѕри этом вс€ коробка дифференциала может рассматриватьс€ как монолитна€ система, действующа€ так, как будто полуоси S и T жестко св€заны между собой. Ќо если автомобиль делает поворот, то колесо, обращенное внутрь, оказывает большее сопротивление движущей силе. ¬ этом случае одна шестерн€ F начинает вращатьс€ медленнее, чем друга€ шестерн€ F, св€занна€ с внешним колесом. ¬следствие этого сателлиты начинают вращатьс€ вокруг своей оси и передают усилие с внутреннего колеса на внешнее.   примеру, если шестерн€ Q (и св€занна€ с ней коробка дифференциала) делает 100 об/мин, то колесо D начинает делать 80 об/мин, а колесо G 120 об/мин.

¬се описанные устройства имели уже первые автомобили (точно так же, как и многие другие атрибуты современных автомашин: систему подвески, рулевые т€ги, тормоза, шарикоподшипники и т.д.), из чего можно заключить, что бензиновый автомобиль, как транспортное средство, с самого начала обладал значительным совершенством. Ёто стало возможным благодар€ тому, что в автомобилестроение был перенесен многолетний опыт использовани€ других сухопутных транспортных средств: конного экипажа, паромобил€ и велосипеда. јвтомобиль очень многим об€зан своим предшественникам, и наш дальнейший рассказ послужит тому подтверждением.

“ак, например, подвески, рессоры, рулевое приспособление и тормоза достались автомобилю от карет и конных экипажей. ≈ще в 1640 году англичанин Ѕлаунт построил первый экипаж со стальными —?образными рессорами, а в 1804 году английский мастер Ёллот изобрел так называемые эллиптические или «лежачие» рессоры. ¬ 1818 году јкерман придумал устройство дл€ управлени€ экипажем. ¬ конструкции јкермана передн€€ ось состо€ла из трех частей Ч средней, неподвижной, закрепленной с помощью рессор на раме или на корпусе экипажа, и двух крайних частей (цапф), св€занных со средней частью шарнирами. ѕри повороте колеса вместе с цапфами, на которых они вращались, поворачивались вокруг вертикальной оси шарниров. “очно так же устроена передн€€ ось автомобил€.

ћонолитные резиновые шины также впервые были установлены на каретах их в 1847 году изобрел англичанин ’энком.

Ќепосредственным предшественником бензинового автомобил€ стал паромобиль. ѕервым практически действовавшим паровым автомобилем считаетс€ парова€ телега, построенна€ французом  юньо в 1769 году. ѕеревоз€ до 3 тонн груза, она передвигалась со скоростью всего 2?4 км/ч. Ѕыли у нее и другие недостатки. “€жела€ машина очень плохо слушалась рул€, посто€нно наезжала на стены домов и заборы, производ€ разрушени€ и терп€ немалый урон. ƒве лошадиные силы, которые развивал ее двигатель, давались с трудом. Ќесмотр€ на большой объем котла, давление быстро падало. „ерез каждые четверть часа дл€ поддержани€ давлени€ приходилось останавливатьс€ и разжигать топку. ќдна из поездок закончилась взрывом котла.   счастью, сам  юньо осталс€ жив.

ѕоследователи  юньо оказались удачливее. ¬ 1803 году уже известный нам “ривайтик построил первый в ¬еликобритании паровой автомобиль. ћашина имела огромные задние колеса около 2, 5 м в диаметре. ћежду колесами и задней частью рамы крепилс€ котел, который обслуживал сто€вший на зап€тках кочегар. ѕаромобиль был снабжен единственным горизонтальным цилиндром. ќт штока поршн€ через шатунно?кривошипный механизм вращалось ведущее зубчатое колесо, которое находилось в зацеплении с другим зубчатым колесом, укрепленным на оси задних колес. ќсь этих колес шарнирно соедин€лась с рамой и поворачивалась при помощи длинного рычага водителем, сид€щим на высоком облучке.  узов подвешивалс€ на высоких —?образных рессорах. — 8?10 пассажирами автомобиль развивал скорость до 15 км/ч, что, несомненно, €вл€лось очень неплохим дл€ того времени достижением. ѕо€вление этой удивительной машины на улицах Ћондона привлекало массу зевак, не скрывавших своего восторга.

¬ дальнейшем паромобили совершенствовались. ««олотой век» паромобилей относитс€ к 20?30?м годам XIX столети€. Ќесколько дес€тков паровых омнибусов сконструировали и построили в это врем€ англичане √ерни и ”олтер ’энкок. ѕаровые омнибусы ’энкок использовались на пригородных маршрутах вблизи Ћондона. Ќа хороших дорогах они развивали до 30 км/ч. Ёто было намного больше, чем скорость почтовых дилижансов. — развитием железных дорог паровые омнибусы постепенно исчезли, однако строительство паровых автомобилей продолжалось и позже. ”сили€ми многих изобретателей удалось в конце концов создать мощный и компактный паровой двигатель, позвол€вший развивать хорошую скорость. ¬ 1888 году замечательный французский инженер —ерполле придумал генератор с мгновенным парообразованием. Ётот генератор представл€л собой спираль стальной трубы, сплющенной настолько, что внутренний канал принимал форму узкой капилл€рной щели. —пираль была окружена чугунным кожухом. “ака€ конструкци€ котла обеспечивала чрезвычайно быстрое парообразование. ѕричем спираль предварительно нагревалась, и вода, поступавша€ в последнюю, испар€лась почти моментально. — этим котлом паромобиль легко развивал скорость до 140 км/ч и мог долгое врем€ успешно конкурировать с бензиновыми автомобил€ми. ќднако слабым местом паромобилей был котел, делавший их очень неэкономичными.  ѕƒ даже очень хороших автомобильных паровых двигателей составл€л всего 5?7%. Ёто в конце концов и предопределило судьбу паромобилей Ч они уступили место автомобил€м с двигателем внутреннего сгорани€. ќднако эра паровых автомашин не прошла бесследно. Ќекоторые важные элементы современных автомобилей возникли в эту эпоху. —амыми замечательными можно считать два изобретени€: в 1834 году американский инженер –обертс изобрел дифференциал, а в 1843 году ’илль придумал коробку передач.

 олеса со спицами, легкие трубчатые рамы, шарикоподшипники и пневматические шины автомобиль получил от велосипеда.

јвтомобиль в современном смысле этого слова по€вилс€ только после создани€ компактного и экономичного двигател€ внутреннего сгорани€, который произвел подлинный переворот в транспортной технике.

ѕервый автомобиль с бензиновым двигателем построил в 1864 году австрийский изобретатель «игфрид ћаркус. ”влека€сь пиротехникой, ћаркус однажды поджег электрической искрой смесь паров бензина и воздуха. ѕораженный силой последовавшего взрыва, он решил создать двигатель, в котором бы этот эффект нашел применение. ¬ конце концов ему удалось построить двухтактный бензиновый двигатель с электрическим зажиганием, который он и установил на обыкновенную повозку. ¬ 1875 году ћаркус создал более совершенный автомобиль.

ќфициальна€ слава изобретателей автомобил€ принадлежит двум немецким инженерам Ч Ѕенцу и ƒаймлеру. Ѕенц конструировал двухтактные газовые двигатели и €вл€лс€ хоз€ином небольшого завода по их производству. ƒвигатели имели хороший спрос, и предпри€тие Ѕенца процветало. ќн имел достаточно средств и досуга дл€ других разработок. ћечтой Ѕенца было создание самодвижущегос€ экипажа с двигателем внутреннего сгорани€. —обственный двигатель Ѕенца, как и четырехтактный двигатель ќтто, дл€ этого не годилс€, поскольку они имели малую скорость хода (около 120 оборотов в минуту). ѕри некотором понижении числа оборотов они глохли. Ѕенц понимал, что машина, снабженна€ таким мотором, будет останавливатьс€ перед каждым бугорком. Ќужен был быстроходный двигатель с хорошей системой зажигани€ и аппаратом дл€ образовани€ горючей смеси.

 онструкцию машины и двигател€ к ней Ѕенц создавал и продумывал в течение 20 лет. Ќаконец ему удалось собрать подход€щий четырехтактный одноцилиндровый двигатель мощностью 0, 75 л.с., снабженный т€желым горизонтальным маховиком, со скоростью вращени€ вала пор€дка 300 об/мин. ¬ качестве горючего Ѕенц использовал бензин, зажигание горючей смеси осуществл€лось при помощи электрической искры, а источником питани€ служила батаре€, с которой ток подавалс€ на индукционную катушку –умкорфа. ¬прочем, все это действовало очень плохо: из?за неполадок в системе зажигани€ первые поездки Ѕенца оказались сплошным мучением и часто заканчивались тем, что заглохший автомобиль доставл€ла домой запр€женна€ в него лошадь. ƒл€ получени€ горючей смеси Ѕенц создал один из первых в истории карбюраторов. ћотор был окружен металлическим кожухом со свободным пространством между ним и поверхностью цилиндра. Ёто пространство было заполнено дл€ охлаждени€ водой. ѕолость под кожухом соедин€лась двум€ трубками с особым баком дл€ воды. ѕо одной трубке нагрета€ вода стекала в бак, по другой более холодна€ поступала к цилиндру. “ечение воды устанавливалось самотеком. —деланный в «велосипедную эпоху», этот первый автомобиль очень напоминал трехколесный велосипед. ќн имел трубчатую раму, тангентные колеса со спицами и цепную передачу. —корость его достигала 13 км/ч.

Ќепосредственно соединить мотор с задней осью было нельз€ из?за очень большой скорости вращени€ моторного вала. ƒл€ того чтобы от большой скорости вращени€ перейти к умеренной, Ѕенц ввел на своем автомобиле простой механизм, позже известный под названием сцеплени€. ќбразцом дл€ этого ему послужила широко распространенна€ в то врем€ в производстве ременна€ передача. (ќна была незаменима, когда требовалось передать усилие от общего источника движени€ к индивидуальному.) Ёта передача состо€ла из двух колес с гладкими ободь€ми (их называют шкивами) и ремн€, перекинутого между ними. »з этих двух колес одно €вл€етс€ ведущим, а второе ведомым, ремень же служит дл€ передачи движени€. “очно така€ же передача имелась на всех первых автомобил€х. Ќа валу мотора в автомобиле Ѕенца помещалс€ шкив, ширина которого была вдвое больше ширины ремн€. ѕоблизости находилс€ промежуточный вал, на котором находилось два шкива одинакового диаметра, причем ширина каждого из них равн€лась ширине ремн€. — помощью вилки, охватывающей ремень сверху, можно было легко передвигать его с одного шкива на другой, вызыва€ этим сцепление и расцепление. ќдин из этих шкивов Ч рабочий Ч был накрепко скреплен с валом, другой Ч холостой Ч сидел свободно. — помощью бесконечного ремн€ вращение от этого вала передавалось второму дополнительному валу, на котором по концам были наглухо насажены два небольших зубчатых колеса (шестерни). „ерез эти шестерни перекидывались бесконечные цепи, соединенные с большими шестерн€ми на задней оси. Ёти последние шестерни были жестко св€заны с задними колесами, свободно сидевшими на оси. ≈сли во врем€ работы мотора ремень находилс€ на рабочем шкиве, то колеса автомобил€ начинали вращатьс€. „тобы остановить его, достаточно было при помощи вилки и свободного рычага перевести ремень на холостой шкив.

— 1885 по 1893 год Ѕенц реализовал 69 автомобилей этой модели, выпуск которых наладил на своем заводе. — 1894 года он начал производить четырехколесные автомобили «¬ело», с двухцилиндровым двигателем и пневматическими шинами. ѕосле этого торговл€ пошла бойко. «а один 1894 год было продано 67 машин. ƒальше объемы производства нарастали: в 1896 году у Ѕенца купили 181 машину, а в 1900 году Ч уже 603.

ќдновременно с Ѕенцем приступил к выпуску автомобилей ƒаймлер. ¬ 1883 году он изготовил свой первый бензиновый двигатель, который предполагал использовать дл€ транспорта. “ак же как и Ѕенц, ƒаймлер считал показательной чертой «транспортного» двигател€ значительную частоту вращени€ его вала, обеспечиваемую интенсивным воспламенением горючей смеси. ”же первые двигатели ƒаймлера имели частоту вращени€ до 900 оборотов в минуту, то есть в 4?5 раз больше, чем у стационарных газовых двигателей ќтто. –ассчитаны они были исключительно на жидкое топливо Ч бензин или керосин. «ажигание, как и в стационарных двигател€х, происходило запальной трубкой. Ѕлагодар€ большой частоте вращени€ «транспортные» двигатели оказались гораздо меньше и легче стационарных. „тобы защитить двигатели от пыли и гр€зи их окружали специальными кожухами. ѕредусматривались вод€на€ рубашка охлаждени€ и пластинчатый радиатор. ƒл€ пуска двигател€ служила руко€тка.

¬ 1885 году ƒаймлер поставил свой бензиновый двигатель на велосипед, а в 1886 году Ч на четырехколесный экипаж. ¬ 1889 году эта машина экспонировалась на выставке в ѕариже, где французские фабриканты ѕанар, Ћевассор и ѕежо купили лицензии на двигатель ƒаймлера. Ёта сделка оказалась очень важной дл€ истории автомобилестроени€.

–ене ѕанар и Ётьен Ћевассор с 1886 года были совладельцами фирмы, изготовл€вшей деревообрабатывающие станки. ¬ 1891 году фирма выпустила свой первый автомобиль с V?образным двигателем ƒаймлера (даймлеровским здесь был только мотор, вс€ остальна€ конструкци€ автомобил€ Ч совершенно оригинальна€). ¬ том же году был изготовлен более совершенный автомобиль, который произвел насто€щую сенсацию. ¬ истории за ним закрепилось название первого «насто€щего» автомобил€. ћашина имела расположенный в передней части рамы под капотом двигатель и насто€щую зубчатую коробку передач с задней и четырьм€ передними скорост€ми. ”спех, выпавший на долю первого «ѕанара», оказалс€ не случайным. Ќа прот€жении дес€ти лет машины этой фирмы оставались наиболее совершенными автомобил€ми. »менно на них впервые были поставлены монолитные резиновые шины и самые совершенные двигатели ƒаймлера с карбюраторами. ¬ 1896 году Ћевассор и ѕанар разработали систему сцеплени€ усеченным конусом, котора€ пришла на смену старой ременной передаче.

¬ 1894 году состо€лись первые в истории автомобильные гонки по трассе ѕариж Ч –уан (127 км).   участию в них допускались автомобили с любыми двигател€ми. «а€вки подали 102 гонщика. ќднако только 21 автомобиль сумел вз€ть старт (14 из них имели двигатели внутреннего сгорани€, 7 Ч паровые двигатели), а закончили гонку только 13 бензиновых и 2 паровых автомобил€. ѕервый приз поделили «ѕанар» Ћевассора (который сам вел машину) и «ѕежо» с двигател€ми ƒаймлера. ќни показали среднюю скорость 20, 5 км/ч. Ёти две машины были признаны также наиболее экономичными, безопасными и удобными в обращении.

јвтомобили быстро совершенствовались ≈ще в 1891 году Ёдуард ћишлен, владелец завода резиновых изделий в  лермон?‘ерране, изобрел съемную пневматическую шину дл€ велосипеда (камера ƒанлопа заливалась в покрышку и приклеивалась к ободу). ¬ 1895 году началс€ выпуск съемных пневматических шин дл€ автомашин. ¬первые эти шины были опробованы в том же году на гонке ѕариж Ч Ѕордо Ч ѕариж. ќснащенный ими «ѕежо» с трудом доехал до –уана, а потом был вынужден сойти с дистанции, так как шины беспрерывно прокалывались. “ем не менее специалисты и автолюбители были поражены плавностью хода машины и комфортностью езды на ней. — этого времени пневматические шины постепенно вошли в жизнь, и ими стали оснащатьс€ все автомобили. ѕобедителем же на этих гонках был оп€ть Ћевассор.  огда он остановил машину на финише и ступил на землю, то сказал: «Ёто было безумие. я делал 30 километров в час!» —ейчас на месте финиша стоит пам€тник в честь этой знаменательной победы. Ќа нем выбиты слова Ћевассора, вошедшие в историю.   несчастью, этот замечательный конструктор и гонщик во врем€ гонок 1896 года ѕариж Ч ћарсель Ч ѕариж потерпел т€желую аварию и вскоре скончалс€. ѕосле его смерти фирма «ѕанар» не смогла удержать первенствующего положени€ на рынке. ќно перешло к фирме ƒаймлера.

¬ 1890 году ƒаймлер, объединившись с богатым предпринимателем ƒуттенхофнером, создал акционерную компанию «ƒаймлер ћоторен». ¬ 1891 году он выпустил первый четырехцилиндровый автомобильный двигатель. ƒела фирмы сначала не ладились, но потом быстро пошли в гору. Ќова€ эра в истории автомобил€ началась в 1901 году, когда фирмой «ƒаймлер ћоторен» был выпущен первый «ћерседес». (√отлиб ƒаймлер к этому времени уже умер, но его сын ѕауль, замечательный конструктор и умный предприниматель, достойно продолжил его дело.)

ѕервый «мерседес» имел уже все черты современного автомобил€: раму из прессованных стальных профилей, сотовый бронзовый радиатор, насто€щую коробку передач и четырехцилиндровый двигатель мощностью 35 л.с., позвол€вший развивать скорость в 70 км/ч. Ёта красива€, элегантна€ и надежна€ машина имела неверо€тный успех. ќна выиграла множество гонок и породила массу подражаний. ћожно сказать, что с по€влением первого «мерседеса» закончилось детство автомобил€ и началось стремительное развитие автомобильной промышленности.

 

68. “≈ѕЋќ’ќƒ

 

¬ начале XX века произошли значительные перемены в кораблестроении Ч на смену пароходам, широко использовавшимс€ в течение ста лет на всех водных транспортных пут€х, приход€т более совершенные суда с дизельным приводом.

Ќачало этому важному перевороту было положено в –оссии Ч именно здесь был создан первый реверсный судовой дизель и были построены первые в мире теплоходы и подводные лодки. »нициатором всех этих разработок выступила одна из крупнейших российских фирм «“оварищество братьев Ќобель». Ќобели одними из первых оценили важное значение изобретени€ –удольфа ƒизел€. ≈два по€вились сообщени€ о его двигателе, Ёммануил Ќобель зав€зал переговоры о покупке лицензии. √лавное, что подкупало Ќобел€ в новом двигателе, Ч это то, что он мог работать на т€желом топливе. ¬ 1898 году, заплатив огромные по тем временам деньги (около 500 тыс€ч рублей), Ќобель получил чертежи 20?сильного дизел€. ѕосле их тщательного изучени€ на ѕетербургском заводе фирмы многие детали двигател€ были изменены как по конструктивным соображени€м, так и, главным образом, потому, что первый двигатель решено было заставить работать на нефти, а не на керосине. “рудности использовани€ нефт€ного топлива тогда еще нигде в мире не были преодолены.

ѕервый в мире работающий на нефти двигатель ƒизел€ был пущен в ход в 1899 году. ќн развивал 25 л.с. и затрачивал в час около четверти килограмма нефти на 1 л.с. Ёто был важный успех, но заветной мечтой Ќобел€ было применение дизел€ в качестве судовой машины. ¬ то врем€ среди многих инженеров еще было распространено скептическое отношение к дизел€м. Ѕольшинство считало, что эти двигатели не год€тс€ в качестве привода дл€ движени€ судов. ѕричины дл€ этого были достаточно вескими. ¬о?первых, дизели не имели заднего хода (реверса) и, установленные на корабле, могли вращать винт только в одну сторону. ¬о?вторых, первые дизели было невозможно запустить при некоторых крайних положени€х поршн€. ¬ третьих, работа дизелей с трудом поддавалась регулировке Ч было трудно помен€ть режим их работы, например, уменьшить или увеличить частоту вращени€ вала, увеличива€ или уменьша€ тем самым скорость движени€ судна. Ёти недостатки, не имевшие большого значени€ при стационарной установке и небольших размерах дизел€, работавшего под посто€нной нагрузкой, были весьма существенным изъ€ном дл€ транспортного двигател€. Ўироко примен€вша€с€ тогда парова€ машина имела в этом смысле перед дизелем преимущество Ч реверс, изменение частоты вращени€ вала и пуск из любого положени€ достигались на ней без вс€кого труда. ¬ таком случае, казалось бы, стоило ли вообще св€зыватьс€ с дизелем? ќказываетс€, стоило Ч в этом убеждали Ќобел€ элементарные расчеты.

ќгромное достоинство дизел€ заключаетс€ в его высоком  ѕƒ и, следовательно, в его экономичности. ѕоскольку дизели требовали в четыре раза меньше топлива по сравнению с паровыми машинами той же мощности, легко было представить себе, какие огромные перспективы открывало перед судоходством такое сокращение в весовом отношении расходов топлива, как в коммерческом, так и особенно в военном флоте. —равнива€ обычное паровое судно с тепловым, предназначенным дл€ одинакового по дальности плавани€, легко было рассчитать, что второе из них, снабженное дизелем, сможет вз€ть вчетверо меньший по весу запас топлива, увеличив за этот счет свою грузоподъемность. Ќаоборот, если будет вз€то обоими одинаковое количество топлива, то, очевидно, теплоход сможет пройти в четыре раза большее рассто€ние, нежели пароход.  онечно, дл€ малой дальности плавани€ разница между обоими типами судов была не так уж велика, но при повышении дальности плавани€ разница между теплоходом и пароходом увеличивалась исключительно. ѕри рейсе в 10 тыс€ч миль с грузоподъемностью в 1000 т пароход фактически мог перевести в два раза больше груза, чем такой же пароход. ƒл€ условий русского судоходства это имело колоссальное значение, так как возникала возможность, не прибега€ к погрузкам дополнительного топлива в пути, пройти с собственным запасом большее рассто€ние. Ѕыли и другие немаловажные преимущества. Ќапример, загрузка теплохода нефтью осуществл€лась наливом, в то врем€ как уголь приходилось грузить вручную. ѕравда, невыгодность парохода компенсировалась дешевизной угольного топлива, но дл€ Ќобел€, одного из крупнейших нефт€ных магнатов того времени, эта сторона не имела существенного значени€.

Ќевзира€ на все сложности, Ќобель велел своим инженерам приступить к проектированию первого теплохода. ƒл€ того чтобы новое судно могло маневрировать, он распор€дилс€ св€зать дизель с гребным валом не непосредственно, а через передачу, позвол€вшую измен€ть как направление вращени€ винта, так и число его оборотов. ¬ 1903 году на наливной барже «¬андал», изготовленной на —ормовском заводе и привезенной в ѕетербург, были установлены три дизел€ по 120 л.с. ¬ паре с этими дизел€ми работали три электрогенератора, вырабатывавшие ток дл€ трех электродвигателей, вращавших гребные винты. «а счет переключени€ обмоток на «¬андале» можно было мен€ть режим и направление вращени€. »спытани€ нового судна дали обнадеживающие результаты, но в целом така€ система привода едва ли могла считатьс€ удачной и таила в себе много неудобств Ч прежде всего она была дорогой и неэкономичной в смысле затрат энергии.

¬ том же году Ќобель купил лицензию на двигательную установку ƒель?ѕропосто, позвол€вшую более экономично использовать дизель в качестве судовой машины. ѕринцип ее действи€ заключалс€ в том, что на переднем ходу дизель непосредственно св€зывалс€ с гребным винтом, а электрическа€ передача примен€лась лишь дл€ заднего хода и маневрировани€. Ёто значительно снижало потери энергии, ведь большую часть времени винты получали вращение непосредственно от дизел€, а дл€ маневрировани€ и заднего хода не требовалось полной мощности. ¬ 1904 году по этой системе было оборудовано нефтеналивное судно «—армат». ќно было снабжено двум€ дизел€ми по 180 л.с. и двум€ электрогенераторами.  аждый дизель соедин€лс€ с электрогенератором, а потом через муфту с гребным винтом, на котором располагалс€ электромотор. ѕри переднем ходе дизель работал пр€мо на винт, а генератор и электродвигатель вращались, не дава€ и не получа€ тока, как маховики. ѕри заднем ходе двигатель начинал работать на электрогенератор, который посылал ток на электромотор и давал гребному винту обратное вращение.

–езультаты первых же рейсов «—армата» показали все преимущества дизельных установок на судах. –асходы нефти против однотипных пароходов (которые работали на нефти, а не на угле) оказались в п€ть раз меньшими. ¬ то же врем€ маневрирование и управление нисколько не ухудшились. ќ технических испытани€х теплохода печатались отчеты, и не только в –оссии Ч «—армат» сделалс€ знаменитостью. ќднако отсутствие реверса все еще мешало широкому распространению теплоходов. “олько в 1908 году многолетние поиски увенчались созданием реверсного двигател€.  ак уже отмечалось, в реверсном двигателе необходимо было иметь, во?первых, механизм, переключающий органы распределени€ переднего и заднего хода, ввод€щий в действие одни и одновременно выключающий другие, и, во?вторых, устройство дл€ пуска в ход двигател€ при любом положении коленчатого вала. »з этих двух элементов реверса первый, то есть механизм дл€ перестановки распределени€, был создан довольно легко: на распределительном валу разместили две системы кулачков (смотри выше описание устройства дизел€) Ч одну дл€ переднего, а другую дл€ заднего хода. ѕередвижением всей системы в одну сторону двигатель получал распределение дл€ переднего хода, передвижением в обратную Ч дл€ заднего. –еверсировка двигател€ (переход от «полного вперед» до «полного назад») занимала 10?12 секунд. ”стройство дл€ пуска в ход, наоборот, составл€ло главную и более трудную задачу, но и она была очень удачно разрешена русскими инженерами на заводе Ќобел€. ѕравда, эти дизельные машины были изготовлены не дл€ теплохода, а дл€ подводной лодки «ћинога», спущенной в 1908 году, котора€, таким образом, стала первой в мире дизельной подводной лодкой.

ƒизели на «ћиноге» были трехцилиндровые. «адача выхода из мертвого хода была разрешена следующим образом: переход от работы системы воздухом на работу нефтью происходил не сразу, а постепенно Ч сначала все цилиндры работали воздухом, затем один переключалс€ на нефть, после того как он давал рабочий ход, на нефть переводилс€ второй цилиндр и так далее. –азновременность и последовательность вспышек в цилиндре выводили коленчатый вал из любого положени€. ќдновременно путем уменьшени€ и увеличени€ подачи нефти было достигнуто регулирование числа оборотов. “аким образом, были разрешены все проблемы по созданию судовой дизельной машины. ¬торой реверсный двигатель установили на подводной лодке «јкула», а потом Ќобель стал оснащать ими свои нефтеналивные суда.

ѕосле успешных испытаний в –оссии дизель?моторы в качестве судовых машин стали внедр€тс€ по всему миру. —начала дизели ставили только на небольшие суда, но во втором дес€тилетии XX века наступил перелом и в морском судостроении. ¬ 1911 и 1912 годах на верф€х √ермании и јнглии приступили к постройке нескольких крупных теплоходов. ¬ 1912 году со стапелей в ƒании сошел первый товарно?пассажирский теплоход ««еланди€», водоизмещением 3200 т и грузоподъемностью 7400 т. «а его первым плаванием из  опенгагена в Ћондон следил весь мир. ¬скоре было подсчитано, что эксплуатаци€ ««еландии» дает 160 тыс€ч марок экономии в год по сравнению с пароходами того же класса. Ёто решило судьбу нового вида транспорта.

 

69. ј  ”ћ”Ћя“ќ–

 

ќткрытие аккумулирующего эффекта относитс€ к числу важнейших и значительнейших изобретений в области электротехники. ќчень часто возникала и возникает необходимость питать электричеством приборы или механизмы в таком месте, где нет источников энергии. ƒолгое врем€ дл€ этих целей использовали гальваническую батарею, но она была слабым, дорогим и чрезмерно громоздким источником тока. —оздание электрического аккумул€тора значительно упростило эту задачу.

≈ще в 1802 году –иттер открыл, что две медные пластины, опущенные в кислоту и соединенные с гальванической батареей, зар€жаютс€ и их потом можно в течение короткого времени использовать как посто€нный источник тока. Ёто €вление позже изучалось многими другими учеными. ¬ 1854 году немецкий военный врач ¬ильгельм «инстеден наблюдал следующий эффект: при пропускании тока через свинцовые электроды, погруженные в разведенную серную кислоту, положительный электрод покрывалс€ двуокисью свинца PbO2, в то врем€ как отрицательный электрод не подвергалс€ никаким изменени€м. ≈сли такой элемент замыкали потом накоротко, прекратив пропускание через него тока от посто€нного источника, то в нем по€вл€лс€ посто€нный ток, который обнаруживалс€ до тех пор, пока вс€ двуокись свинца не раствор€лась в кислоте. “аким образом, «инстеден вплотную приблизилс€ к созданию аккумул€тора, однако он не сделал никаких практических выводов из своего наблюдени€.

“олько п€ть лет спуст€, в 1859 году, французский инженер √астон ѕланте случайно сделал то же самое открытие и построил первый в истории свинцовый аккумул€тор. Ётим было положено начало аккумул€торной техники.

јккумул€тор ѕланте состо€л из двух одинаковых свинцовых пластин, навитых на дерев€нный цилиндр. ƒруг от друга они отдел€лись тканевой прокладкой. ”строенный таким образом прибор помещали в сосуд с подкисленной водой и соедин€ли с электрической батареей. —пуст€ несколько часов, отключив батарею, можно было снимать с аккумул€тора достаточно сильный ток, который сохран€л в течение некоторого времени свое посто€нное значение.

„ем объ€сн€ютс€ процессы, протекающие в аккумул€торе?  ак и в гальваническом элементе, электрический ток здесь Ч следствие химической реакции, котора€ может протекать многократно в обе стороны. ѕредставим себе, что мы начинаем зар€дку разр€дившегос€ аккумул€тора, присоединив его к источнику посто€нного тока. ќбычно еще не зар€женна€ масса положительной свинцовой пластинки содержит на себе остатки предыдущего цикла Ч окись свинца PbO и сернокислый свинец PbSO4, а отрицательна€ Ч только окись свинца PbO. ѕод действием электрического тока электролит Ч подкисленна€ вода Ч начинает разлагатьс€: на положительном электроде выдел€етс€ кислород, который тут же окисл€ет окись свинца и сернокислый свинец до перекиси PbO2 (причем кислотный остаток SO4 уходит в раствор), а на отрицательной пластине выдел€етс€ водород. ѕоследний соедин€етс€ с кислородом окиси, образу€ металлический свинец и воду. «атем газ начинает накапливатьс€ в порах свинцовой пластины.

≈сли зар€женный аккумул€тор включить в цепь, то ток, проходивший через аккумул€тор во врем€ зар€дки, мен€ет свое направление. ¬следствие этого на той пластинке, где раньше выдел€лс€ кислород, начинает выдел€тьс€ водород, который вступает в реакцию с кислородом перекиси свинца. Ќа другой пластинке происходит выделение кислорода. —ерна€ кислота из жидкости переходит на положительный электрод и оп€ть образует сернокислый свинец, тогда как водород и свинец на отрицательной пластине окисл€ютс€, первый Ч в воду, второй Ч в окись свинца. ¬ несколько упрощенном виде (без учета параллельных процессов) химическа€ реакци€ разр€дки имеет вид:

PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O.

ѕри зар€дке €влени€ идут в противоположную сторону. Ёта реакци€, сопровождаема€ выделением электрического тока, продолжаетс€ до тех пор, пока количество окиси свинца на обеих пластинках не уравновешиваетс€. “а же реакци€ идет в разомкнутом аккумул€торе, но намного медленнее. ѕри зар€жении (вследствие выделени€ кислотного остатка в раствор) удельный вес жидкости в аккумул€торе увеличиваетс€, а при разр€жении Ч уменьшаетс€ (поскольку при разр€жении серна€ кислота соедин€етс€ с окисью свинца и образует на электродах сернокислый свинец). ¬о врем€ разр€дки энерги€ химических реакций превращаетс€ в электрическую, а во врем€ зар€дки Ч наоборот.

—ущественным недостатком аккумул€тора ѕланте была его небольша€ емкость Ч он слишком быстро разр€жалс€. ¬скоре ѕланте заметил, что емкость можно увеличить специальной подготовкой поверхности свинцовых пластин, которые должны быть по возможности более пористыми. „тобы добитьс€ этого, ѕланте разр€жал зар€женный аккумул€тор, а затем оп€ть пропускал через него ток, но в противоположном направлении. Ётот процесс формовки пластин повтор€лс€ многократно в течение приблизительно 500 часов и имел целью увеличить на обеих пластинках слой окиси свинца.

ƒо тех пор, пока не была изобретена динамо?машина, аккумул€торы представл€ли дл€ электротехников мало интереса, но когда по€вилась возможность легко и быстро зар€жать их с помощью генератора, аккумул€торы получили широчайшее распространение. ¬ 1882 году  амилл ‘ор значительно усовершенствовал технику изготовлени€ аккумул€торных пластин. ≈сли аккумул€тор ѕланте начинал хорошо работать лишь после многократной зар€дки и разр€дки (пока пластины не делались пористыми), в аккумул€торе ‘ора формирование пластин происходило гораздо быстрее. —уть усовершенствовани€ ‘ора заключалась в том, что он придумал покрывать каждую пластинку суриком или другим окислом свинца. ѕри зар€жении слой этого вещества на одной из пластин превращалс€ в перекись, тогда как на другой пластинке вследствие реакции получалась низка€ степень окисла. ¬о врем€ этих процессов на обеих пластинах образовывалс€ слой окислов с пористым строением, что способствовало скоплению выдел€ющихс€ газов на электродах. „тобы масса окислов, образующа€с€ на пластинах, не отваливалась, их покрывали тканью. јккумул€тор ‘ора не только зар€жалс€ быстрее аккумул€тора ѕланте, но имел также значительно большую емкость и мог давать очень сильный ток. ќн состо€л из параллельных свинцовых пластин, помещенных близко одна от другой и соединенных через одну, так что каждый электрод одного знака помещалс€ между двум€ электродами противоположного.

»зобретение ‘ора сразу обратило на себ€ внимание электротехников. Ќемецкий банкир ‘олькмар, который вз€лс€ за производство аккумул€торов ‘ора, вскоре еще более усовершенствовал их. ¬ прежних аккумул€торах слой окислов, как уже говорилось, плохо держалс€ на решетке и при тр€ске легко отваливалс€. Ёто было серьезным изъ€ном конструкции, поскольку мешало примен€ть аккумул€торы на транспорте. „тобы поправить дело, ‘олькмар предложил делать свинцовые пластинки не сплошными, а в виде решеток, отверсти€ которых набивали губчатым свинцом. Ќа таких решетках активна€ масса уже не просто налипала к свинцу, а прочно держалась в €чейках.

¬ начале XX века усовершенствованием аккумул€тора зан€лс€ Ёдисон, который хотел сделать его более приспособленным дл€ нужд транспорта. ¬ св€зи с этой задачей требовалось облегчить вес аккумул€торов, увеличить их емкость, избавитьс€ от €довитого свинца и едкой серной кислоты, котора€ быстро разъедала свинцовые пластины, после чего их приходилось замен€ть.

 ак обычно, Ёдисон приступил к делу с большим размахом: он создал специальную лабораторию с большим штатом специалистов?химиков и поручил им исследовани€ по всем перечисленным направлени€м. ѕо существу, речь шла о создании совершенно нового типа аккумул€тора, в котором электролитом служила щелочь, а отрицательным электродом Ч измельченное железо с некоторыми примес€ми. ƒолгое врем€ не удавалось выбрать материал дл€ положительного электрода. ѕоскольку химические процессы в щелочном аккумул€торе были очень сложны и не до конца пон€тны, приходилось идти буквально ощупью. ¬ экспериментальных модел€х положительный электрод делали из угл€, поры которого заполн€ли различными веществами: испробовали множество металлов и их соединений, но все они давали недостаточно хороший результат. Ќаконец, остановились на никеле, который оказалс€ наиболее подход€щим. “ак Ёдисон пришел к железно?никелевому аккумул€тору с электролитом в виде едкого кали. (’имическа€ реакци€, протекающа€ при разр€де в щелочном аккумул€торе, в несколько упрощенном виде описываетс€ уравнением:

2NiOOH + Fe + 2H2O = 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2;

при зар€дке процесс идет в обратном направлении; электролит KOH, хот€ и создает необходимую среду, в реакции участи€ не принимает.)

Ѕыло изготовлено несколько таких аккумул€торов дл€ всесторонних испытаний, и тут исследователей постигло разочарование Ч емкость аккумул€торов оказалась очень маленькой. Ёдисон обратил внимание, что чистота материала имеет большое значение дл€ увеличени€ емкости. ќн заказал дл€ проб высокосортный канадский никель, после чего емкость аккумул€торов сразу возросла в три раза. ¬ ¬ест?ќрендже была построена небольша€ фабрика дл€ рафинировани€ (очистки) железа и никел€. ≈мкость нового аккумул€тора оказалась в 2, 5 раза больше, чем у старого свинцового. Ёдисон утверждал, что это самый большой прогресс в аккумул€торной технике со времен ее зарождени€.

ƒальнейшие опыты оказались настолько успешными, что в 1903 году Ёдисон решил приступить к промышленному производству своих аккумул€торов на специально построенном дл€ этого заводе. ќднако первые щелочные аккумул€торы, поступившие в продажу, оказались весьма далеки от совершенства: они плохо держали заданную величину напр€жени€, часто давали течь и имели много других мелких дефектов. ќт распространителей стали поступать многочисленные рекламации. Ёдисону пришлось остановить завод и вновь зан€тьс€ усовершенствованием своего изобретени€. Ќесмотр€ на неудачи, он продолжал твердо верить в успех дела. ƒоводка была поручена сразу нескольким группам: одна работала над усовершенствованием сварки аккумул€торных сосудов, друга€ Ч над рафинированием железа, треть€ занималась никелем и присадками к нему.   1905 году было проведено более 10 тыс€ч дополнительных опытов, а в 1910 году значительно усовершенствованный аккумул€тор вновь поступил в производство. ¬ первый же год было выпущено продукции на 1 миллион долларов, и вс€ она нашла хороший сбыт. ¬скоре новый портативный аккумул€тор получил широкое распространение в транспорте, на электростанци€х, в небольших судах и на подводных лодках.

 

70. “–ј “ќ–

 

“рактор Ч это универсальна€ машина, предназначенна€ перемещать и приводить в действие прицепл€емые к ней разнообразные сельскохоз€йственные механизмы. »з этого видно, что функции трактора дво€кие: он, во?первых, работает как т€гач, а во?вторых, как привод, что позвол€ет использовать его при выполнении самых разнообразных сельскохоз€йственных работ. ¬ыгоды трактора очевидны Ч скорость, экономи€ времени, производительность. ѕоэтому по€вление его составило революцию в сельском хоз€йстве, быть может, самую важную со времен по€влени€ плуга. — этого времени механическа€ т€га стала постепенно вытесн€ть из сельскохоз€йственного производства мускульную силу животных.

ѕервые тракторы были паровыми. ≈ще в 1850 году английский изобретатель ”иль€м √овард примен€л дл€ пахоты паровой автомобиль (локомобиль). »зобретение получило распространение, и паровые плуги широко использовались во второй половине XIX века в некоторых европейских странах (особенно в јнглии, где их насчитывалось более 2 тыс€ч). ѕервые тракторы с двигател€ми внутреннего сгорани€, сконструированные инженерами ’артом и ѕарром, были собраны в —Ўј в 1901 году. »х по€вление было встречено с восторгом, и американские фермеры возлагали на них большие надежды. Ќо быстро наступило разочарование, так как тракторы из?за своего огромного веса больше разрушали почву, чем помогали обрабатывать ее.   тому же они были чрезмерно велики дл€ средней фермы. ¬ ходе их использовани€ обнаружилось множество конструкционных недостатков. “ракторы часто ломались, ремонт их требовал массу времени и больших затрат.

ќднако постепенно эти машины совершенствовались. ¬ 1907 году на рынок поступили уже вполне работоспособные тракторы. »х вес, размеры и мощность уменьшились, зато повысилась надежность, что сделало применение трактора удобным в среднем по величине хоз€йстве. Ѕыла создана сеть ремонтных мастерских, налажен выпуск запчастей, благодар€ чему отрицательное отношение фермеров к этой машине было преодолено за несколько лет, и в јмерике началс€ рост тракторной промышленности. ¬ 1920 году в —Ўј было продано уже около 200 тыс€ч тракторов различных конструкций. ¬ 1912 году фирма «’олт» впервые начала выпуск гусеничных тракторов.

¬скоре трактор вз€л на себ€ приблизительно 80?90% всех пахотных работ на ферме. ѕомимо этого тракторный двигатель использовалс€ дл€ приведени€ в действие различных сельскохоз€йственных машин (дл€ этого он снабжалс€ специальным шкивом).   нему могли подключатьс€ молотилки, косилки, мельницы, лесопилки, маслобойки, соломорезки и другие вспомогательные механизмы. “рактор также брал на себ€ около половины работ, св€занных с уборкой урожа€. ¬ дальнейшем благодар€ созданию различных прицепных машин сфера применени€ трактора расширилась в несколько раз.

 

71. јЁ–ќѕЋјЌ

 

»де€ авиации Ч одна из самых древних в истории человечества. ¬ мифах, предани€х, исторических хрониках можно найти свидетельства о множестве предприн€тых в разные века попытках человека осуществить свою давнюю мечту подн€тьс€ в воздух и лететь подобно птице. Ќо все это были дилетантские предпри€ти€, в которых видно больше энтузиазма, чем расчета, и потому они неизменно кончались неудачей. “олько в последней четверти XIX века по€вились первые свидетельства того, что полет на аппаратах т€желее воздуха может когда?нибудь стать реальностью. ѕочему же это искусство так долго оставалось дл€ человека недостижимой мечтой? ƒело в том, что в отличие от аэростата аэроплан не плывет по воздуху, а опираетс€ на него при полете, подчин€€сь сложным аэродинамическим законам.

ѕравильное объ€снение феномена полета было дано уже в XVIII?XIX веках, но наука об искусстве летать Ч аэродинамика Ч возникла только в первые дес€тилети€ XX века. ќтчего птицы, хот€ они и т€желее воздуха, не падают на землю? ƒело в том, что в воздухе на нижнюю поверхность их крыльев оказывает действие так называема€ подъемна€ сила, котора€ превосходит силу т€жести, действующую в противоположном направлении. ќткуда беретс€ эта сила, объ€снил еще в первой половине XVIII века известный математик и физик Ѕернулли. ¬ 1738 году в своем капитальном труде «√идродинамика» он вывел закон, нос€щий теперь его им€. —уть закона Ѕернулли (сформулированного им дл€ жидкостей, но справедливого также дл€ газов) заключаетс€ в том, что с увеличением скорости потока давление его на стенки сосуда уменьшаетс€. ƒействие закона Ѕернулли очень легко наблюдать на опыте ¬озьмем, например, листок бумаги и будем дуть на него Ч дальний край листка немедленно подниметс€ вверх, словно что?то толкает его снизу. Ёто «что?то» и есть уже упом€нута€ подъемна€ сила. ќна возникла вследствие того, что воздух над поверхностью листка движетс€ много быстрее того, что находитс€ под ним. —ледовательно, давление на лист сверху оказываетс€ заметно меньше того атмосферного давлени€, что давит на него снизу. ≈сли подъемна€ сила больше силы т€жести, листок поднимаетс€.

ќднако ситуацию нашего опыта не так легко повторить в реальной обстановке. „тобы приподн€ть край листка, мы намеренно обдували его так, как нам это было удобно. ј как заставить подн€тьс€ вверх какой?нибудь крылатый аппарат, который находитс€ в реальном воздушном потоке? ќчевидно, крыло этого аппарата должно быть не плоским, как лист, а иметь такую форму, чтобы скорость обтекани€ его сверху и снизу была неодинаковой Ч снизу медленнее, чем сверху. “огда давление на поверхность крыла сверху будет меньше, чем снизу. ѕодъемную силу можно регулировать, измен€€ угол атаки крыла (так называетс€ угол между плоскостью крыла и потоком воздуха). „ем больше угол атаки Ч тем больше подъемна€ сила.

Ќо взлететь мало Ч надо уметь удержать аэроплан в воздухе. ¬едь подъемна€ сила сохран€етс€ лишь до тех пор, пока несуща€ поверхность крыла правильно ориентирована относительно воздушного потока. Ќарушитс€ ориентаци€ Ч пропадет подъемна€ сила, и аэроплан рухнет на землю, словно провалитс€ в €му. ”стойчивость Ч эта главна€ проблема дл€ любого летающего аппарата т€желее воздуха. ≈сли он не имеет механизма, обеспечивающего устойчивость, то превращаетс€ в игрушку коварного ветра. ќпасности подстерегают такую машину на каждом шагу. Ћюбой порыв ветра или неверный маневр пилота может привести к тому, что аэроплан завалитс€ на бок или нос, перевернетс€ и упадет.

  счастью, первые авиаторы имели хот€ и смутное, но верное представление об ожидающих их опасност€х и сумели до некоторой степени приготовитьс€ к ним. ѕервый шаг в небо был сделан с помощью моделей. ѕр€мыми предшественниками всех современных самолетов следует, видимо, считать игрушечные аэропланы ѕено, которые он строил с 1871 года и запускал с помощью резиновых моторчиков. ѕри весе в несколько граммов они летали по несколько дес€тков секунд. Ёти модели, можно сказать, были первым зримым доказательством того, что аппараты т€желее воздуха вообще способны летать. ¬ 1872 году ѕено пришел к чрезвычайно важному выводу, что дл€ устойчивого полета аэроплана ему необходимо хвостовое оперение. ¬скоре ему удалось придать своим аппаратам хорошую устойчивость относительно всех трех осей.

¬прочем, это было только начало. ѕрошло тридцать лет, прежде чем удалось создать самолет, способный подн€ть в небо человека. ¬ конце XIX века в разных странах было сделано несколько попыток сооружени€ больших аэропланов с мощными двигател€ми. ¬ 1894 году огромный самолет с размахом крыльев) 31, 5 м и весом около 3, 5 т попыталс€ подн€ть в воздух известный изобретатель ’айрам ћаксим. Ќо при первой же попытке машина разбилась. ћаксим, потративший на свой опыт 20 тыс€ч фунтов стерлингов, более не возвращалс€ к сооружению самолетов. »звестный американский астроном —амюэль Ћэнгли, получив от правительства —Ўј 50 тыс€ч долларов, в начале 1900?х годов построил несколько больших летательных аппаратов, которые неизменно разбивались при каждой попытке подн€тьс€ в воздух. ¬о ‘ранции подобными экспериментами и с тем же успехом занималс€ в конце 90?х годов инженер  леман јдер. »стратив на его аппараты около 500 тыс€ч франков, французское правительства отказало изобретателю в дальнейших субсиди€х.

¬ целом путь, избранный ћаксимом, Ћэнгли, јдером, а также некоторыми другими изобретател€ми, оказалс€ тупиковым. –азвитие авиации пошло по другой дороге, которую указал немецкий изобретатель ќтто Ћилиенталь. ¬ то врем€ как другие удел€ли все свое внимание «моторному полету», Ћилиенталь поставил перед собой другую цель Ч постигнуть прежде всего секрет безмоторного пар€щего полета. ¬место дорогосто€щих машин он строил легкие планеры и упорно работал над их совершенствованием.  ажетс€, иде€ планера это первое, о чем должны были подумать авиаторы, но в действительности все было по?другому. ¬плоть до XIX века изобретатели при своих попытках оторватьс€ от земли подражали гребному полету птицы. »з?за этого упорного старани€ следовать природе человек сравнительно поздно освоил планирующий полет. ћежду тем технические возможности дл€ осуществлени€ такого полета имелись уже в древности. ќбщее заблуждение состо€ло в том, что дл€ полета, кроме крыльев, предполагали еще и наличие какой?то механической силы. »менно на этом пункте и сосредоточивались все усили€ изобретателей.

¬первые внимание к пар€щему полету привлекла моментальна€ фотографи€. »звестный немецкий фотограф ќттомар јншютц, о котором уже говорилось в одной из предыдущих глав, сделал серию снимков полета аиста. √овор€т, эти снимки попали в 1890 году на глаза ќтто Ћилиенталю и подтолкнули его к мысли построить планер. ƒействительно, фотографии јншютца неоспоримо свидетельствовали, что в воздухе возможен такой полет, при котором работа, необходима€ дл€ передвижени€ и подъема летательного аппарата, осуществл€етс€ не им самим, а воздухом. Ќесколько фотографий изображали пар€щих аистов, которых поднимал вверх порыв ветра.

ѕервый планер Ћилиентал€ состо€л из ивового, обт€нутого материей каркаса, образующего округлые, вогнутые наподобие птичьих крыль€ в два €руса с небольшим хвостом сзади. ¬есь аппарат весил всего 20 кг. Ћилиенталь подвешивалс€ к нему, продев руки в два прикрепленных под крыль€ми ремн€, и сбегал с холма навстречу ветру. —начала он держал крыль€ наклоненными передним краем вниз, а затем подставл€л ветру нижнюю их поверхность и, поднима€ крыль€, скользил по восход€щему потоку. –авновесие поддерживалось балансированием тела вперед, назад и в сторону. ѕервоначально полеты были очень короткие Ч метров на 15 и производились с небольшого песчаного холма. ѕотом они стали более продолжительными и происходили с холма высотой 30 м. — 1891 по 1896 год Ћилиенталь совершил более 2000 удачных скольз€щих полетов. ¬ конце концов он мог пролетать более 100 м, наход€сь в воздухе до 30 секунд. “аким образом, Ћилиенталь первый доказал возможность планирующего полета и первый правильно подошел к изучению аэродинамических сил, воздействующих на крыло. Ёксперименты Ћилиентал€ привлекли к себе внимание во многих странах. ¬скоре у него по€вились последователи. Ќо в августе 1896 года, во врем€ одного из своих полетов, подхваченный резким порывом ветра, Ћилиенталь упал с высоты 15 м и сломал позвоночник. ¬ тот же день он умер.

¬ дальнейшем большое вли€ние на развитие летательных аппаратов оказали опыты американца ќктава Ўанюта. ѕервые его планеры были построены по образцу планеров Ћилиентал€. «атем Ўанют стал вносить в них различные изменени€ и в конце концов создал биплан с ровным крылом. ќн также уделил большое внимание оформлению хвостового оперени€, поместив там подвижные рули высоты и направлени€. Ётот планер стал этапной конструкцией в истории авиации. ѕростой, рациональный, легкий, но в то же врем€ прочный, он был лучшим летательным аппаратом своего времени. Ќаиболее €рка€ его особенность Ч конструкци€ крыла с горизонтальными очертани€ми Ч стала в дальнейшем общеприн€той. Ўанют был первым, кто перестал рабски подражать форме птичьего крыла. ќднако выравнивание планера оставалось таким же, как и у Ћилиентал€ Ч пилот повисал снизу на ремн€х и, балансиру€ своим телом, поддерживал устойчивость аппарата. ќднако и Ўанют оставалс€ в небе редким гостем. ƒлительность его полетов исчисл€лась секундами, а дальность Ч дес€тками метров.

»скусство полета в подлинном смысле этого слова впервые в истории освоили брать€ ”илбер и ќрвилл –айт, владельцы велосипедной мастерской в небольшом американском городке ƒейтоне. ќни приступили к своим опытам в то врем€, когда в авиации установилс€ глухой период затишь€: летательные машины јдера и ћаксима, стоившие огромных денег, не полетели, смелый планерист Ћилиенталь разбилс€. Ѕлижайшей целью, которую поставили перед собой –айт, было добитьс€ устойчивого и управл€емого полета. ¬ 1899 году они сделали свое первое (и как оказалось в дальнейшем, самое замечательное) открытие Ч они установили, что дл€ обеспечени€ поперечной устойчивости аэроплана необходимо перекашивать концы его крыльев. ћысль эта пришла ”илберу –айту. ќднажды, сгиба€ картонную коробку, он неожиданно подумал, что таким же образом можно изгибать концы крыльев аэроплана Ч одно вверх, другое вниз Ч и тем самым избавить его от заваливани€ в боковую сторону. ѕосле этого –айт стали продумывать устройство своего первого планера и выбрали схему, созданную Ўанютом Ч биплан с двум€ поддерживающими поверхност€ми, расположенными одна под другой.

—вой первый планер брать€ построили в 1900 году. ќн точно воспроизводил аппараты Ўанюта и только по своим размерам сильно превосходил их. Ќо были и некоторые отличи€. –айт отказались от хвостового оперени€, которое, по их словам, «скорее €вл€лось источником непри€тности, чем помощи». ќни отказались также от регулировани€ устойчивости путем перемещени€ центра т€жести и снабдили свой аппарат насто€щими рул€ми. ¬переди планера они поместили горизонтальную поверхность Ч так называемый «руль высоты». ”клон€€ эту поверхность вверх и вниз, можно было выравнивать все колебани€ аппарата в направлении полета (продольна€ устойчивость). ѕоперечна€ устойчивость обеспечивалась за счет перекашивани€ крыльев. Ёто был первый в истории планер, уверенно слушавшийс€ рул€. ќн прекрасно выдержал испытани€ Ч не только легко взмывал в воздух, но и поднимал человека. ѕилот не подвешивалс€ здесь на ремн€х снизу аппарата, как это бывало прежде у других конструкторов, а лежал как на салазках. ¬ 1901 году –айт построили второй планер по образцу первого, но только больших размеров.

ќпробу€ эти аппараты, они убедились, что им сильно не хватает теоретических знаний по аэродинамике. ¬прочем, в то врем€ эта наука находилась в самом зачаточном состо€нии. —обрав все книги, посв€щенные описанию полета тел, какие они только смогли достать, –айт убедились, что не далеко смогут улететь на таком багаже. Ќедостающие таблицы они решили составить самосто€тельно. »змерение сил сопротивлени€ движущихс€ в воздухе тел можно производить двум€ способами: или передвигать тело с определенной скоростью по спокойному воздуху, или обдувать неподвижное тело, направл€€ на него с определенной скоростью воздух. Ћэнгли и ћаксим производили свои опыты исключительно первым способом, враща€ предметы или модели рукой по воздуху. ѕри этом способе очень трудно было измерить, под каким углом находилась вращаема€ плоскость или модель в тот или иной момент.  роме того, результаты испытаний искажались вли€нием центробежной силы. Ќеудивительно, что они были противоречивыми и неточными. –айт избрали второй способ. ¬ том же году они соорудили «ветр€ной туннель» Ч аэродинамическую трубу, в которую воздух нагнеталс€ с помощью вентил€тора. ƒл€ своего времени это было замечательное изобретение, которое сразу дало им огромное преимущество перед другими конструкторами и быстро продвинуло их к цели. ¬ своей трубе брать€ испытали более 200 моделей, различных по форме профилей. ќни изготовл€лись из листового железа, чтобы их можно было изгибать различным образом. “акое систематическое измерение величин сопротивлений различных поверхностей и профилей крыльев при различных углах атаки в аэродинамической трубе никогда раньше до братьев –айт не производилось. Ќеудивительно, что и результаты этих упорных систематических опытов были решающими дл€ их дальнейших успехов.

√лавным результатом всех этих экспериментов стало определение так называемого центра давлени€, то есть равнодействующей всех сил давлени€ на крыло при различных углах атаки. «начение положени€ равнодействующей, или центра давлени€, совершенно необходимо при конструировании аэропланов и при расчете их устойчивости. ƒругим важным результатом было определение подъемной силы крыльев и силы лобового сопротивлени€ при разной скорости. –езультаты своих исследований брать€ систематизировали в особых таблицах, которые потом служили дл€ них карманным справочником. ѕосле этого, уже с учетом аэродинамических изысканий, они вз€лись за конструирование нового планера.

“ретий планер 1902 года, в отличие от двух первых, имел вертикальный хвост. ѕилот ложилс€ здесь в особую колыбель между разрезом нижней плоскости и, приподн€вшись на локт€х, управл€л руками передним рулем высоты, а движением тела вбок скашивал проволочными тросами концы крыльев. «апуска€ планер, два человека сбегали с ним с высокой горы против ветра.

’вост был устроен вследствие того, что два предыдущих планера имели склонность к вращению вокруг горизонтальной оси и могли перевернутьс€ во врем€ перекашивани€ крыльев. –айт пон€ли, что одним только перекашиванием крыльев невозможно добитьс€ хорошей управл€емости планера. —начала вертикальный руль был неподвижным, но потом, когда обнаружилось, что планер перестает слушатьс€ рул€ при наклоне вбок, ќрвилл –айт предложил сделать вертикальный руль подвижным. “огда, поворачива€ его в сторону противоположного крыла, можно было восстанавливать поперечное равновесие. “ем самым должна была компенсироватьс€ разница в сопротивлении опущенного и подн€того крыльев. ”илбер согласилс€ с братом и дополнил его идею существенным улучшением: раз вертикальный руль необходимо поворачивать в тот момент, когда перекашиваютс€ концы крыльев, то лучше соединить руль и крыль€ проволочными тросами, чтобы действовать на них одновременно. ѕосле этого движением одного рычага стало возможно управл€ть поперечной устойчивостью. “аким образом, впервые в истории авиации брать€ –айт применили подвижный вертикальный руль. Ёто было их второе замечательное открытие на пути овладени€ воздушной стихией.

 огда –айт было нужно сделать поворот влево, он поворачивал поворотный рычаг; одновременно с этим посредством проволочных т€г задние кромки правого крыла (то есть снаружи виража) опускались. “ем самым правое крыло, загнутое до некоторой степени круче и загребающее больше воздуха, направл€лось вверх. ќдновременно левое крыло внутри виража опускалось вниз. ¬ результате аэроплан в целом накрен€лс€ внутрь кривой. ѕравый рулевой рычаг a, служивший дл€ поворота, обладал двойным движением. Ќаправл€€ его вперед (нажима€ от себ€), пилот действовал на двуплечий рычаг K таким образом, что рулевые т€ги тип перекладывали поворотный руль влево. ќбратное отт€гивание этого рулевого рычага (на себ€) вызывало перекладывание рул€ вправо. — другой стороны, отклонение рычага а влево сообщало то же движение стержню C, перекашива€ крыль€ посредством т€ги e: правое Ч вниз, левое Ч вверх. ѕерекашивание несущих поверхностей путем уклонени€ рычага вправо и влево могло совершатьс€ как независимо от перекашивани€ рул€ направлени€ (посредством движени€ рычага вперед и назад), так и совместно с ним.

ѕерекашивание несущих поверхностей способствовало также сохранению боковой устойчивости при порывах ветра.  огда порыв ветра наклон€л аэроплан в одну сторону, пилот немедленно подбирал круче опустившеес€ крыло, уменьша€ одновременно угол встречи (угол несущей поверхности к направлению движени€; чем он больше, тем больше сопротивление, а значит, и подъемна€ сила) в подн€том крыле. “аким образом, аэроплан выправл€л крен, париру€ порыв ветра. ƒл€ такого противодействи€ ветру требовалось только движение рычага а вправо или влево.

ѕодобное превращение крыльев из плоскости в винтообразную поверхность имело, правда, нежелательное последствие Ч весь планер при этом несколько поворачивалс€ вокруг своей оси, подобно тому, как воздушный винт начинает вращатьс€ при поступательном движении. — целью уравн€ть это нежелательное вращение примен€лись передние вертикальные серповидные поверхности v и w, укрепленные между поверхност€ми рул€ высоты, которые вращались в направлении обратном движению поворотного рул€.

¬торой рулевой рычаг управл€л высотой полета. ѕри отжимании его вперед рулевые поверхности становились площе, и планер опускал свой нос вниз.

»спытание планера с заново установленным вертикальным рулем сразу дало хорошие результаты. ѕланер хорошо слушалс€ рул€ и парил в воздухе иногда по целой минуте. ¬ то врем€ никто в мире не мог похвастатьс€ такими прекрасными результатами. ћожно сказать, что уже тогда планер братьев –айт был самым совершенным летательным аппаратом на «емле. ќн обладал уже всеми отличительными чертами аэроплана: у него было два аэродинамически правильно рассчитанных крыла, горизонтальный руль высоты спереди и вертикальный руль направлени€ сзади, перекашивание концов крыльев дл€ поперечной устойчивости (элероны). ѕланер был вполне управл€ем Ч поднималс€ вверх и опускалс€ вниз, поворачивал направо и налево, не тер€€ устойчивости. ƒл€ того чтобы стать аэропланом, планеру не хватало только одного Ч мотора с пропеллером.

  созданию его –айт приступили в начале 1903 года. ќни рассчитали, что дл€ полета им необходим очень легкий и небольшой бензиновый двигатель с мощностью не менее 8 л.с. Ќесмотр€ на все усили€ им не удалось купить готовый двигатель. “огда они решили изготовить его сами и засели за расчеты. ¬скоре был готов проект четырехцилиндрового двигател€ весом около 90 кг с вод€ным охлаждением и электрическим зажиганием. јлюминиевый корпус был сделан в местной кузнице. ¬се остальные детали брать€ изготовили сами в своей мастерской. Ќесмотр€ на то что эта работа была дл€ них совершенно в новинку, сразу после сборки двигатель заработал, и брать€ увидели в этом залог будущего успеха. ƒруга€ проблема заключалась в изготовлении пропеллеров. –азумеетс€, никаких теоретических расчетов дл€ воздушного винта тогда не существовало. ѕосле долгих опытов и гор€чих споров –айт сделали два дерев€нных винта из кусков канадской сосны.  аждый имел по две лопасти и насаживалс€ на железную ось. ¬ращались они навстречу друг другу и помещались позади (а не впереди, как это было прин€то позже) каждого крыла. ѕередача осуществл€лась с помощью цепей.  огда двигатель, пропеллеры и передача были готовы, –айт приступили к строительству самого аэроплана.  онструкци€ его была точно такой же, как и у планера 1902 года, но он был сделан более прочным. ѕилот, как и прежде, находилс€ в лежачем положении.

»спытани€ первого аэроплана были проведены на берегу океана в  ити ’ок (где брать€ испытывали все свои планеры). «десь 14 декабр€ 1903 года ”илбер –айт совершил первый моторный полет Ч он продолжалс€ 3, 5 секунды. ѕролетев 32 м, аэроплан упал. ѕосле нескольких попыток 17 декабр€ ”илбер совершил более продолжительный полет: аэроплан находилс€ в воздухе 59 секунд и пролетел 260 м. »з?за сильных ветров дальнейшие полеты в этом году пришлось прекратить. Ѕрать€ вернулись в ƒейтон очень довольные достигнутыми результатами. Ќа первый взгл€д полет, продолжавшийс€ всего 59 секунд, может показатьс€ ничтожным достижением, но дл€ того времени это была огромна€ победа. ƒо братьев –айт еще ни один аппарат т€желее воздуха не смог не то что пролететь сотню?другую метров, но и просто подн€тьс€ в воздух.

–айт стали немедленно строить второй аэроплан, который был закончен в апреле 1904 года, и изготовили дл€ него новый мотор в 16 л.с. »спытани€ аэроплана провели пр€мо в ƒейтоне, использу€ в качестве аэродрома большое пастбище. ƒл€ подъема в воздух они придумали специальное устройство, представл€вшее собой вышку, к вершине которой подвешивалс€ груз весом около полутонны. √руз с помощью тросов соедин€лс€ с самолетом и во врем€ своего падени€ создавал усилие, ускор€ющее взлет. Ѕрать€ учились летать, соблюда€ исключительную осторожность.  ак и поначалу, осваива€ планер, они делали множество взлетов и посадок. ѕри малейшем подозрении на опасность они сажали машину на поле. ѕолеты долгое врем€ проходили по кругу на небольшой высоте (около 3 м). ѕостепенно длительность полета возрастала. ¬ но€бре аэроплан уже мог продержатьс€ в воздухе около 5 минут и пролетал до 5 км. «имой 1905 года был построен третий аэроплан с 20?сильным двигателем. ќсенью, освоив все секреты управлени€, –айт приступили к длительным полетам. 5 окт€бр€ аэроплан находилс€ в воздухе до тех пор, пока не кончилс€ бензин Ч 38 минут, и налетал за это врем€ по кругу 39 км.

ќднако эти рекорды не получили в —Ўј никакой оценки и остались почти неизвестны. Ѕолее того Ч все попытки изобретателей заинтересовать правительство своим аэропланом остались безуспешны. ќбъ€сн€етс€ это, впрочем, очень просто Ч внимание всех журналистов и чиновников было обращено в это врем€ на опыты Ћэнгли. ѕосле того как Ћэнгли постигла полна€ неудача, создание аэроплана казалось несбыточной мечтой. —ообщени€ о том, что два механика?самоучки собрали из подручных средств летательный аппарат, способный дес€тки минут находитьс€ в воздухе, казались полным бредом. ¬ыдача патента тоже зат€нулась на несколько лет. “олько весной 1906 года после долгих проволочек патент был наконец получен. ћежду тем постройка аэропланов оказалась непосильным бременем дл€ мастерской –айт. ¬ 1905 году они были вынуждены из?за финансовых затруднений прекратить свои полеты. “ри года никто не вспоминал об их изобретении. “олько в 1907 году шумиха, подн€та€ во ‘ранции слухами об их успехах, обратила наконец на них внимание местных чиновников. ¬ том же году они получили заказ на летательный аппарат от военного министерства —Ўј, которое выплатило им за это 100 тыс€ч долларов.

¬ аэроплане 1908 года было уже два сид€чих места дл€ пилота и пассажира. ¬ св€зи с этим были переделаны рычаги управлени€. ¬ том же году новый аэроплан демонстрировалс€ во ‘ранции и произвел насто€щий фурор в ≈вропе. ”илбер –айт шут€ побил на нем все рекорды, которые успели установить к этому времени французские летчики и конструкторы. 21 окт€бр€ он установил абсолютный рекорд, продержавшись в воздухе целых 1, 5 часа, а 31 декабр€ побил его с результатом 2 часа 20 минут. Ёто было временем триумфа –айт.  аждый их полет собирал тыс€чи зрителей. «атаив дыхание, люди готовы были часами следить за аэропланом, который описывал над полем один правильный круг за другим. —амые известные люди желали познакомитьс€ с брать€ми. «аказы на аэропланы сыпались на них со всех сторон. ¬ Ќью?…орке была основана самолетостроительна€ компани€ «–айт» с капиталом в 1 миллион долларов. ”илбер –айт был избран ее председателем. ѕервую фабрику по производству аэропланов построили в ƒейтоне.

Ќо вли€ние конструкторских идей –айт на европейском континенте оказалось не столь значительным, как можно было ожидать поначалу. ’от€ «райты» и получили в первое врем€ некоторое распространение, схема их устройства вскоре была признана недостаточно совершенной. “ребовалось большое искусство, чтобы управл€ть ими. »з?за отсутстви€ хвоста эти аэропланы имели опасную тенденцию «клевать носом». Ќесколько катастроф 1909 года на «райтах» нагл€дно показали это. ѕричина их была очевидна Ч самолеты –айт не имели того самого «хвоста ѕено», которым об€зательно снабжали свои машины французские авиаконструкторы. –оль этого хвоста играл в райтовском аэроплане передний руль высоты, управл€емый от руки. ѕоэтому малейшее опоздание в действии этим рулем или неисправность в самом руле и приводах к нему всегда грозили потерей равновеси€ и катастрофой, тогда как «хвост ѕено» действовал в этих случа€х автоматически.

  тому времени, когда –айты по€вились во ‘ранции, здесь уже существовала сложивша€с€ авиационна€ школа Ч было построено несколько дес€тков самолетов и установлено несколько громких рекордов. ѕравда, летать по?насто€щему эти машины еще не могли и скорее совершали длинные прыжки. ƒл€ того чтобы стать совершенными летательными аппаратами европейским аэропланам не хватало двух вещей Ч устройства дл€ перекашивани€ крыльев и совершенного по форме пропеллера. Ќаибольшего успеха достиг французский конструктор ¬уазен. ѕостроенный им в 1907 году по заказу автогонщика ‘армана аэроплан «‘арман?1» до по€влени€ братьев –айт считалс€ наилучшим. Ќа этом самолете ‘арман установил в том же году рекорд дальности полета Ч 771 м и впервые сумел выполнить полет по кругу. Ѕиплан ‘армана в отличие от аэроплана братьев –айт имел хвостовые поверхности дл€ продольной устойчивости по системе ѕено. ’вост значительно облегчал управление аэропланом.  роме того, самолет ‘армана был снабжен шасси, с помощью которого делал разбег против ветра.

ѕосле того как французы заимствовали у –айт систему перекашивани€ крыльев и форму винта, их самолеты стали по всем показател€м превосходить своих заокеанских собратьев. Ёто сделалось очевидным уже на международных сост€зани€х 1909 года. ¬ообще этот год стал годом всеобщего триумфа аэропланов. ¬ыдающийс€ французский авиатор Ѕлерио на своем аэроплане «Ѕлерио?11» совершил перелет через Ћа?ћанш. “огда же ‘арман создал свой замечательный аэроплан «‘арман?3» Ч прочный, устойчивый, послушный в управлении. Ётот самолет стал основной учебной машиной того времени Ч тыс€чи летчиков из многих стран прошли на нем курс обучени€ Ч и одним из первых аэропланов, который стал выпускатьс€ серийно.

 

72. Ѕ”“џЋќ„Ќџ… ј¬“ќћј“

 

—текольное производство оставалось одной из тех областей промышленности, котора€ вплоть до начала XX века не была затронута механизацией. »зготовление стекл€нных изделий, в частности бутылок, оставалось ручным и всецело зависело от мастерства и опыта стеклодува. ¬ыдувание осуществл€лось при помощи железной трубки длиной от 1 до 1, 5 м. ќдин конец трубки слегка расшир€лс€ конусом и служил дл€ набирани€ стекла, противоположный (сосок) был закруглен. ≈го брали в рот дл€ вдувани€. ќколо одной трети трубки дл€ предохранени€ рук от жара закрывалось дерев€нной оправой. ѕеред набором расплавленной стекл€нной массы конусообразный конец трубки тщательно очищали и нагревали в огне печи. ќкунув затем нагретый конец в расплавленное стекло, несколько раз поворачивали трубку, при этом масса легко приставала к ней и наворачивалась в вида кома. ќстуживанием наборки при вращении трубки стекло доводилось до такой густоты, при которой возможно было сглаживание его формы. «атем сосок брали в рот, и с силой вдува€ воздух через трубку, получали на другом конце ровный пузырь с желаемой толщиной стенок.

–азделка бутылки начиналась с баночки, котора€ превращалась в пульку посредством выдувани€ и одновременного отт€гивани€ железной рогаткой в форме ” (фул€зкой). ƒл€ придани€ удлиненной формы пульку разогревали в огне печи, потом делали трубкой большой и довольно сильный размах по кругу сверху вниз, отчего пулька выт€гивалась и принимала нужную форму. «атем она вкладывалась в дерев€нную или чугунную форму, которую плотно закрывали. ѕри этом мастер сильно дул в бутылку, чтобы раздать еще м€гкое стекло до полного приставани€ к стенкам формы. ѕоследним отделывали горло бутылки: захватывали ее железными клещами с закругленными концами, освобождали горлышко от трубки, разогревали его и при помощи отделочных ножниц, имевших на концах соответствующие величине горлышка выступы, делали на горлышке утолщени€ прибавкою стекла.

ћногочисленные попытки механизировать этот сложный производственный процесс оказались безуспешными. ѕоложение кардинально изменилось только в 1905 году, когда американец ћайкл ќуэнс вз€л патент на шестирукавную вакуумную машину Ч первый в истории бутылочный стеклодувный автомат.

ћашина ќуэнса состо€ла из двух частей: самой машины и чаши с расплавленной до полужидкого состо€ни€ стекломассой. ћашина и чаша вращались с помощью электродвигателей вокруг своих осей в разные стороны.  ак и при ручном производстве выделка бутылки включала в себ€ несколько последовательных операций, но все они выполн€лись автоматически. Ќабор нужной порции стекла осуществл€лс€ с помощью специальных вакуумных головок (внутри них создавалось разр€женное состо€ние). ћашина имела по своей окружности шесть вакуумных наборных головок, на каждую из которых была надета чернова€ форма. ќкончательна€ отделка происходила в чистовых формах. »х тоже было шесть. ¬с€кий раз, когда было необходимо всосать очередную порцию стекломассы, машина опускалась; при этом наборна€ головка погружалась в расплавленное стекло. Ёто происходило шесть раз за один оборот машины, так что все вакуумные головки делали по одному всасыванию. ѕри поднимании машины автоматический нож отрезал т€нущийс€ за наборной головкой жгут стекломассы, который падал обратно во вращающуюс€ чашу.

—начала ќуэнс, как и другие изобретатели, думал обойтись без вращающейс€ чаши и пыталс€ брать стекло непосредственно из печи. ќднако в результате погружени€ относительно холодной черновой формы и обратного падени€ в ванну холодного жгута стекломасса в месте всасывани€ значительно охлаждалась. ѕоэтому всасывать с него новую порцию было уже невозможно. „тобы обойти эту трудность, ќуэнс добавил к своей конструкции вращающуюс€ чашу, котора€ представл€ла собой наполненный расплавленным стеклом и посто€нно согреваемый резервуар. “аким путем удавалось посто€нно подводить к черновым формам машины новый нетронутый участок поверхности стекломассы. ћеста, охлажденные погружением форм, нагревались благодар€ отоплению вращающейс€ чаши, а также за счет отбора тепла от окружающей и притекающей свежей стекломассы.

—ледующими рабочими операци€ми были предварительное выдувание, передача пульки, окончательное выдувание и съем издели€ с машины.

ѕерва€ машина могла производить 10?20 (в зависимости от веса) бутылок в минуту. Ќо это был не предел. –абота замедл€лась из?за того, что приходилось раскачивать т€желый корпус машины. ¬ более поздних конструкци€х (с 1911 года Ч в дес€тирукавной машине) ќуэнс перешел к опусканию дл€ всасывани€ лишь отдельных рукавов (секций) с наборными головками (всасывающими формами). Ѕлагодар€ этому вращение машины стало более спокойным, и значительно снизилась потребл€ема€ ею мощность.  роме того, были исключены толчки, и стало возможным повышение скорости, так что в поздних модел€х производительность доходила до 90 бутылок в минуту.

Ѕутылочный автомат ќуэнса произвел насто€щий переворот в стеклодувном деле, быть может, самый значительный за всю п€титыс€челетнюю историю стеклодели€. ќднако внедрение этой машины натолкнулось на значительные трудности. ¬ 1908 года немецкий союз фабрикантов бутылочного производства купил у ќуэнса его патент за 12 миллионов марок. Ёто, впрочем, было сделано не дл€ того, чтобы начать применение его машины, а как раз с противоположной целью Ч воспреп€тствовать механизации отрасли. –учное производство бутылок было чрезвычайно выгодно союзу, так как позвол€ло ему поддерживать монопольные высокие цены на этот вид продукции. ќднако замысел фабрикантов не прошел Ч вскоре бутылочные автоматы по€вились на многих стекольных заводах. ¬ —Ўј образовалс€ концерн «Ћибби Ч ќуэнс Ч ‘орд гласс», который вскоре стал контролировать производство бутылок в јмерике и многих странах ≈вропы.

 

73. ѕќƒ¬ќƒЌјя Ћќƒ ј

 

—оздание подводной лодки Ч замечательное достижение человеческого разума и значительное событие в истории военной техники. ѕодводный корабль, как известно, обладает способностью действовать скрытно, невидимо, а следовательно, внезапно. —крытность достигаетс€, прежде всего, способностью погружатьс€, плавать на определенной глубине, не выдава€ своего присутстви€, и неожиданно наносить удары противнику.

 ак и вс€кое физическое тело, подводна€ лодка подчин€етс€ закону јрхимеда, который гласит, что на вс€кое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающа€ сила, направленна€ вверх и равна€ весу вытесненной телом жидкости. ћожно дл€ упрощени€ сформулировать этот закон так: «“ело, погруженное в воду, тер€ет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды». »менно на этом законе основано одно из главных свойств любого корабл€ Ч его плавучесть, то есть способность удерживатьс€ на поверхности воды. Ёто возможно тогда, когда вес воды, вытесненной погруженной в воду частью корпуса, равен весу судна. ѕри таком положении корабль обладает положительной плавучестью. ≈сли же вес вытесненной воды меньше веса корабл€, то корабль будет тонуть. ¬ этом случае считают, что корабль обладает отрицательной плавучестью.

ƒл€ подводной лодки плавучесть определ€етс€ ее способностью находитьс€ как в подводном, так и в надводном положении. ќчевидно, лодка будет находитьс€ на поверхности, если она имеет положительную плавучесть. ѕолуча€ отрицательную плавучесть, лодка будет погружатьс€, пока не л€жет на дно. „тобы она не стремилась ни всплыть, ни тонуть, необходимо уравн€ть вес подводной лодки и вес вытесн€емого ею объема воды. ¬ этом случае лодка без хода займет в воде неустойчивое безразличное положение и будет «висеть» на любой глубине. Ёто значит, что лодка получила нулевую плавучесть.

„тобы подводна€ лодка могла погружатьс€, всплывать или держатьс€ под водой, она должна обладать способностью мен€ть свою плавучесть. Ёто достигаетс€ очень простым способом Ч прин€тием на лодку вод€ного балласта: специальные цистерны, устроенные в корпусе лодки, то заполн€ютс€ забортной водой, то вновь опорожн€ютс€. ѕри их полном заполнении лодка обретает нулевую плавучесть. „тобы подводна€ лодка всплыла, надо освободить цистерны от воды.

ќднако регулировка погружени€ с помощью цистерн никогда не может быть точной. ћаневрирование в вертикальной плоскости достигаетс€ при помощи перекладки горизонтальных рулей.  ак самолет в воздухе способен мен€ть высоту полета при помощи рулей высоты, так и подлодка действует горизонтальными рул€ми или рул€ми глубины, не мен€€ плавучести. ≈сли передн€€ кромка пера рул€ выше задней, набегающий поток воды будет создавать подъемную силу, направленную вверх. » наоборот, если передн€€ кромка рул€ ниже задней, встречный поток будет давить на рабочую поверхность пера сверху вниз. »зменение направлени€ движени€ подлодки в горизонтальном положении производитс€ у подлодок, как и у надводных кораблей,, изменением угла поворота вертикального рул€.

ѕервой подводной лодкой, получившей практическое применение, была «“артю» («„ерепаха») французского изобретател€ Ѕюшнел€, построенна€ в 1776 году в —Ўј. Ќесмотр€ на свою примитивность она имела уже все элементы насто€щей подводной лодки. яйцеобразный корпус диаметром около 2, 5 м был изготовлен из меди, а в нижней части покрыт слоем свинца. Ёкипаж лодки состо€л из одного человека. ѕогружение достигалось путем наполнени€ балластной водой специального бака (а), находившегос€ в самом низу. ѕогружение регулировалось при помощи вертикального винта (в). ¬сплытие осуществл€лось путем откачки балластной воды двум€ насосами (б), которые также приводились в действие вручную. ƒвижение по горизонтальной линии происходило при помощи горизонтального винта (г). ƒл€ изменени€ направлени€ имелс€ руль (е), расположенный позади места человека (ж). ¬ооружение этого судна, предназначенного дл€ военных целей, состо€ло из мины (з) весом в 70 кг, помещавшейс€ в особом €щике под рулем. ¬ момент атаки «“ортю», погрузившись, старалась подойти под киль вражеского корабл€. “ам мина освобождалась из €щика и, поскольку ей была придана некотора€ плавучесть, всплывала, удар€лась о киль судна и взрывалась. “акова была в общих чертах перва€ подводна€ лодка, создатель которой получил в —Ўј почетное им€ «отца подводной лодки». Ћодка Ѕюшнел€ прославилась после удачной атаки, проведенной ею против английского 50?пушечного фрегата «ќрел» в августе 1776 года во врем€ войны —Ўј за независимость. ¬ общем это было неплохое начало истории подводного флота. —ледующие ее страницы были св€заны уже с ≈вропой.

¬ 1800 году американец ‘ултон построил во ‘ранции подводную лодку «Ќаутилус». ќна имела обтекаемую сигарообразную форму при длине 6, 5 м и диаметре 2 м. ¬ остальном «Ќаутилус» по своей конструкции очень напоминал «“артю». ѕогружение достигалось путем наполнени€ балластной камеры (а), находившейс€ в нижней части корабл€. »сточником движени€ в погруженном состо€нии была сила команды, состо€вшей из трех человек. ¬ращение руко€тки (б) передавалось на двухлопастный винт (в), который и обеспечивал лодке поступательное движение. ƒл€ движени€ на поверхности использовалс€ парус (г), крепившийс€ на складной мачте. —корость хода на поверхности составл€ла 5?7 км/ч, а в погруженном состо€нии около 2, 5 км/ч. ¬место вертикального винта Ѕюшнел€ ‘ултон впервые применил два горизонтальных рул€, расположенных сзади корпуса, как и на современных подводных лодках. Ќа борту «Ќаутилуса» имелс€ баллон со сжатым воздухом, позвол€вший находитьс€ под водой в течение нескольких часов.

ѕосле нескольких предварительных испытаний судно ‘ултона спустилось по —ене до √авра, где состо€лс€ его первый выход в море. »спытани€ прошли удовлетворительно: в течение 5 часов лодка со всем экипажем находилась под водой на глубине 7 м. Ќеплохими были и другие показатели Ч рассто€ние в 450 м лодка преодолела под водой за 7 минут. ¬ августе 1801 года ‘ултон продемонстрировал боевые возможности своего судна. ƒл€ этой цели на рейд был выведен старый бриг. «Ќаутилус» приблизилс€ к нему под водой и взорвал при помощи мины. ¬прочем, дальнейша€ судьба «Ќаутилуса» не оправдала надежд, которые возлагались на него изобретателем. ¬о врем€ перехода из √авра в Ўербур он был настигнут штормом и затонул. ¬се попытки ‘ултона построить новую подводную лодку (он предлагал свой проект не только французам, но и их врагам англичанам) не увенчались успехом.

Ќовый этап в развитии подводного корабл€ представл€ла собой подлодка «ѕодводник» Ѕуржуа и Ѕрюна, построенна€ в 1860 году. —воими размерами она значительно превосходила все подводные корабли, строившиес€ до этого: длина 42, 5 м, ширина Ч 6 м, высота Ч 3 м, водоизмещение Ч 420 т. Ќа этой лодке впервые был установлен мотор, работающий на сжатом воздухе, что позвол€ло ей в момент атаки развивать скорость около 9 км/ч на поверхности и 7 км/ч под водой.   другим особенност€м этого корабл€ надо отнести его вооружение, более серьезное и практичное, чем у его предшественников. ” «ѕодводника» мина укрепл€лась на конце стержн€ длиной в 10 м на носу корабл€. Ёто давало серьезные преимущества, так как позвол€ло атаковать противника на ходу, что было совершенно невозможно дл€ прежних лодок. ¬о?первых, подводному кораблю ввиду его невысокой скорости было трудно подойти под днище атакуемого корабл€, а во?вторых, если бы это и удалось сделать, то за то врем€, которое необходимо дл€ всплыти€ пущенной мины, противник успел бы уйти. «ѕодводник» имел возможность, ид€ наперерез двигавшемус€ кораблю, ударить его в борт миной, подвешенной на конце стержн€. ќт удара мина должна была взорватьс€. ќднако сам «ѕодводник», находившийс€ на безопасном рассто€нии 10 м, не должен был пострадать. ƒл€ погружени€ своего корабл€ Ѕуржуа и Ѕрюн применили комбинацию из нескольких способов. ѕодлодка имела цистерны дл€ балластной воды, вертикальный винт и два горизонтальных рул€. Ќа «ѕодводнике» также впервые была предусмотрена продувка цистерн сжатым воздухом, что значительно уменьшало врем€ всплыти€.

¬первые подлодки получили применение во врем€ гражданской войны в —Ўј 1861?1865 годов. ¬ это врем€ на вооружении у южан находилось несколько подводных лодок «ƒавид». Ёти лодки, правда, не погружались совершенно под воду Ч часть рубки выступала над поверхностью мор€, но все же они могли скрытно подкрадыватьс€ к корабл€м север€н. ƒлина «ƒавида» составл€ла 20 м, ширина Ч 3 м. Ћодка была оснащена паровым двигателем и рулем погружени€, расположенным в передней части корпуса. ¬ феврале 1864 года одна из таких подводных лодок под командованием лейтенанта ƒиксона пустила на дно корвет север€н «√узатаник», ударив его в борт своей миной. «√узатаник» стал первой в истории жертвой подводной войны, а подводные лодки перестали после этого быть объектом чистого изобретательства и завоевали себе право на существование наравне с другими военными корабл€ми.

—ледующим шагом в истории подводного кораблестроени€ стали лодки русского изобретател€ ƒжевецкого. ѕерва€ модель, созданна€ им в 1879 году, имела педальный двигатель. Ёкипаж из четырех человек приводил во вращение винт. ќт ножного привода работали также вод€ной и пневматический насосы. ѕервый из них служил дл€ очищени€ воздуха внутри судна. — его помощью воздух прогон€лс€ через баллон с едким натрием, поглощавшим углекислый газ. Ќедостающее количество кислорода пополн€лось из запасного баллона. — помощью вод€ного насоса откачивалась вода из балластных цистерн. ƒлина лодки была 4 м, ширина Ч 1, 5 м.

Ћодка была снабжена перископом Ч устройством дл€ наблюдени€ за поверхностью из подводного положени€. ѕерископ простейшей конструкции представл€ет собой трубу, верхний конец которой выдвигалс€ над поверхностью воды, а нижний находилс€ внутри лодки. ¬ трубе устанавливались два наклонных зеркала: одно у верхнего конца трубки, другое Ч у нижнего. Ћучи света, отража€сь сначала от верхнего зеркала, попадали затем на нижнее и отражались от него в направление к глазу наблюдател€.

¬ооружение лодки состо€ло из мины с особыми резиновыми присосками и запалом, воспламен€вшимс€ током от гальванической батареи (мину прикрепл€ли к днищу сто€вшего корабл€; затем лодка отплывала, разматыва€ провод, на безопасное рассто€ние; в нужный момент цепь замыкалась, и происходил взрыв). Ќа испытани€х лодка показала прекрасную маневренность. ќна была первой серийной лодкой, вз€той на вооружение русской армией (всего было изготовлено 50 таких лодок). ¬ 1884 году ƒжевецкий впервые снабдил свою лодку электродвигателем, приводимым в действие от аккумул€тора, который обеспечивал лодке движение в течение 10 часов со скоростью около 7 км/ч. Ёто было важное нововведение.

¬ том же году швед Ќорденфельд поставил на свою подлодку паровую машину. ѕеред погружением два котла наполн€лись паром под высоким давлением, что позвол€ло подводному судну плыть четыре часа под водой со скоростью 7, 5 км/ч. Ќорденфельд также впервые установил на свою лодку торпеды. “орпеда (самодвижуща€с€ мина) представл€ла собой подводную лодку в миниатюре.

ѕерва€ самодвижуща€с€ мина была создана английским инженером ”айтхедом и его сотрудником австрийцем Ћюппи. ѕервые испытани€ прошли в городе ‘иуме в 1864 году. “огда мина прошла 650 м со скоростью 13 км/ч. ƒвижение осуществл€лось за счет пневматического двигател€, к которому поступал сжатый воздух из баллона. ¬ дальнейшем, вплоть до ѕервой мировой войны конструкци€ торпед не претерпела больших изменений. ќни имели сигарообразную форму. ¬ передней части размещались детонатор и зар€д. ƒалее Ч резервуар со сжатым воздухом, регул€тор, двигатель, винт и руль.

¬ооруженна€ торпедами подлодка сделалась исключительно грозным противником дл€ всех надводных судов. —трельба торпедами происходила с помощью торпедных аппаратов. “орпеда по рельсам подавалась к люку (а). Ћюк открывалс€, и торпеда закладывалась внутрь аппарата. ѕосле этого открывалс€ наружный люк, и аппарат заполн€лс€ водой. —жатый воздух подавалс€ из баллона (в) через соединение в ствол аппарата. «атем торпеда с работающим мотором, винтами и рул€ми выпускалась наружу. ¬нешний люк закрывалс€, и вода из него уходила по трубке (с).

¬ последующие годы подводные лодки стали снабжатьс€ бензиновыми двигател€ми внутреннего сгорани€ дл€ плавани€ в надводном положении и электродвигател€ми (с питанием от аккумул€тора) дл€ перемещени€ под водой. ѕодводные суда быстро совершенствовались. ќни могли стремительно всплывать и исчезать под водой. Ёто достигалось за счет продуманной конструкции балластных цистерн, которые раздел€лись теперь по своему назначению на два основных вида: цистерны главного балласта и цистерны вспомогательного балласта. ѕервые цистерны предназначались дл€ поглощени€ плавучести подводного корабл€ при переходе его из надводного положени€ в подводное (они делились на носовую, кормовую и среднюю).   цистернам вспомогательного балласта относились расположенные в противоположных оконечност€х корпуса дифферентные цистерны (носова€ и кормова€), уравнительна€ цистерна и цистерна быстрого погружени€. Ќазначение у каждой из них было особое. — заполнением цистерны быстрого погружени€ подводна€ лодка обретала отрицательную плавучесть и стремительно уходила под воду. ƒифферентные цистерны служили дл€ выравнивани€ дифферента, то есть угла наклона корпуса подводного корабл€ и приведени€ его на «ровный киль». — их помощью можно было уравновесить нос и корму подлодки, так что корпус ее занимал строго горизонтальное положение. “акой подводный корабль мог легко управл€тьс€ в подводном положении.

¬ажным событием дл€ подводных кораблей стало изобретение судового дизел€. ƒело в том, что плавать под водой с бензиновым мотором было очень опасно. Ќесмотр€ на все меры предосторожности, летучие пары бензина скапливались внутри лодки и могли воспламенитьс€ от малейшей искры. ¬следствие этого довольно часто происходили взрывы, сопровождавшиес€ человеческими жертвами.

ѕерва€ в мире дизельна€ подводна€ лодка «ћинога» была построена в –оссии. —проектировал ее »ван Ѕубнов Ч главный конструктор на балтийском судостроительном заводе. ѕроект дизельной лодки был разработан Ѕубновым в начале 1905 года. ¬ следующем году приступили к строительству. ƒва дизел€ дл€ «ћиноги», как уже упоминалось выше, изготовили на заводе Ќобел€ в ѕетербурге. —троительство «ћиноги» сопровождалось несколькими диверсионными актами (в марте 1908 г. случилс€ пожар в аккумул€торном отсеке, в окт€бре 1909 г. кто?то подсыпал наждак в подшипники главных двигателей). ќднако найти виновных в этих преступлени€х не удалось. —пуск на воду состо€лс€ в 1908 году.

Ёнергетическа€ установка «ћиноги» состо€ла из двух дизелей, электродвигател€ и аккумул€торной батареи. ƒизели и электродвигатель были установлены в одну линию и работали на один гребной винт. ¬се моторы соедин€лись с гребным валом с помощью разобщительных муфт, так что по желанию капитана вал мог быть подключен к одному?двум дизел€м или электромотору. ќдин из дизелей мог соедин€тьс€ с электродвигателем и приводить его во вращение. ¬ этом случае электродвигатель работал как генератор и зар€жал аккумул€торы. Ѕатаре€ состо€ла из двух групп по 33 аккумул€тора в каждой с коридором между ними дл€ технического обслуживани€.

ƒлина «ћиноги» Ч 32 м. —корость в надводном положении Ч около 20 км/ч, под водой Ч 8, 5 км/ч. ¬ооружение Ч два носовых торпедных аппарата.

 

74.  –≈ »Ќ√?ѕ–ќ÷≈——

 

Ќефть представл€ет собой масл€нистую жидкость с характерным острым запахом и различным, в зависимости от места добычи, цветом. ѕо своему химическому строению она €вл€етс€ чрезвычайно сложной смесью различных химических соединений, прежде всего органических веществ Ч углеводородов. ”глеводороды называютс€ так потому, что представл€ют собой химические соединени€ простых элементов: углерода и водорода.  роме них в состав нефти вход€т сера, азот, кислород и многие другие примеси (в том числе вода и песок). Ќесмотр€ на то что углеводороды включают в себ€ только два элемента, количество их огромно. Ёто объ€сн€етс€ тем, что углерод и водород могут соедин€тьс€ между собой в самых различных сочетани€х и пропорци€х. ѕоэтому свойства углеводородов очень различны, и их изучением занимаетс€ большой раздел химии Ч хими€ органических веществ.

”глеводороды могут быть жидкими, газообразными и твердыми. ќдни из них легче воды и кип€т при более низких температурах, другие т€желее Ч и кип€т при более высоких. ¬есьма различен у них удельный вес или плотность (напомним, что удельным весом называют число, показывающее, во сколько раз объем какого?либо вещества т€желее или легче такого же объема воды, вз€той при 4 градусах). ¬ажнейшим свойством нефти и ее продуктов, на котором основана первична€ перегонка нефти, €вл€етс€ их способность испар€тьс€. ¬ состав нефти вход€т такие углеводороды, которые начинают испар€тьс€ даже при обыкновенной температуре. ≈сли нефть оставить сто€ть в открытом сосуде без подогрева более или менее продолжительное врем€, то часть ее испаритс€, а оставша€с€ часть сделаетс€ плотнее и гуще.

¬следствие того, что в состав нефти вход€т различные углеводороды с различной температурой кипени€, нефть не имеет посто€нной точки кипени€, как, например, вода. ≈сли мы станем нагревать в сосуде воду, то заметим следующее €вление: термометр, погруженный в воду, вначале будет показывать посто€нное повышение температуры, но как только температура достигнет 100 градусов, повышение прекратитс€. » дальше, сколько бы мы ни нагревали сосуд, температура не будет расти, пока не испаритс€ вс€ вода. Ёто объ€сн€етс€ однородностью воды, то есть тем, что вода состоит из одинаковых молекул.

—овершенно другую картину мы будем наблюдать при нагревании в сосуде нефти. ¬ этом случае, сколько бы мы ни подводили тепло, рост температуры не остановитс€. ѕричем в начале нагревани€ будут испар€тьс€ самые легкие по удельному весу углеводороды, из смеси которых получаетс€ бензин, затем более т€желые Ч образующие керосин, сол€рку и смазочные масла. Ќа этом принципе была основана первична€ перегонка нефти. ƒо изобретени€ крекинга на крупных керосиновых заводах перегонка велась в больших перегонных кубах, в которые посто€нно впускали в больших количествах перегретый вод€ной пар и одновременно подогревали нефть из топки под котлом, сжига€ уголь или горючий газ. ѕроход€ через нефть, пар увлекал за собой наиболее легкие из нефт€ных соединений с низкой температурой кипени€ и небольшим удельным весом. Ёта смесь керосина и бензина с водой направл€лась затем в холодильник и отстаивалась. ѕоскольку продукты перегонки были намного легче воды, они легко отдел€лись от нее. «атем происходил слив. —начала стекал верхний слой с удельной плотностью до 0, 77 Ч бензин, который направл€ли в отдельный бак. ѕотом сливали керосин, то есть более т€желые углеводороды с плотностью до 0, 86. ѕолученный таким образом сырой керосин горел плохо. “ребовалась его очистка. ƒл€ этого его сначала обрабатывали сильным (66%) раствором серной кислоты, а затем раствором едкого натра. ¬ результате получалс€ рафинированный керосин Ч совершенно бесцветный, не имевший резкого запаха и горевший ровным пламенем, без гари и копоти.

¬ состав нефти вход€т еще и такие т€желые углеводороды, которые, прежде чем достичь своей точки кипени€, начинают разлагатьс€, и чем более нагревать нефть, тем интенсивнее будет происходить разложение. —ущность этого €влени€ сводитс€ к тому, что из одной большой молекулы т€желого углеводорода образуетс€ несколько более мелких молекул с разной температурой кипени€ и разным удельным весом. Ёто разложение стали называть крекингом (от английского to crack Ч разламыватьс€, раскалыватьс€). “аким образом, под крекингом надо понимать разложение под вли€нием высокой температуры (и не только температуры, разложение может наступать, к примеру, от высокого давлени€ и по некоторым другим причинам) сложных и крупных частиц углеводородов на более простые и мелкие. —ущественным отличием крекинг?процесса от первичной перегонки €вл€етс€ то, что при крекинге происходит химическое изменение р€да углеводородов, тогда как при первичной перегонке идет простое разделение отдельных частей, или, как говор€т, фракций, нефти в зависимости от точек их кипени€.

явление разложени€ нефти было замечено давно, но при обыкновенной перегонке нефти такое разложение было нежелательным, поэтому здесь и использовалс€ перегретый пар, который способствовал испарению нефти без разложени€. Ќефтеперерабатывающа€ промышленность прошла в своем развитии через несколько этапов. ¬начале (с 60?х гг. XIX в. и вплоть до начала XX в.) переработка нефти носила €рко выраженный керосиновый характер, то есть основным продуктом нефтепереработки €вл€лс€ керосин, который оставалс€ в течение полувека основным источником света. Ќа русских нефтеперерабатывающих заводах, к примеру, образующиес€ в ходе перегонки более легкие фракции рассматривались как отходы: их сжигали в €мах или сбрасывали в водоемы.

ќднако интенсивное развитие автомобильного транспорта расставило другие акценты. ≈сли в —Ўј в 1913 году насчитывалось 1 млн 250 тыс. автомобилей, то в 1917 году Ч около 5 млн, 1918 году Ч 6, 25 млн, а в 1922 году Ч уже 12 млн. Ѕензин, который в XIX веке очень мало находил применени€ и €вл€лс€ почти что ненужным отбросом, постепенно сделалс€ главной целью перегонки. — 1900 по 1912 год мировое потребление бензина возросло в 115 раз. ћежду тем при перегонке даже богатой легкими фракци€ми нефти на бензин приходилось всего около 1/5 от общего объема выхода. “огда и возникла иде€ подвергать т€желые фракции, выделившиес€ после первичной перегонки, крекингу и получать из них тем самым более легкие бензиновые фракции. ¬скоре было установлено, что исходным сырьем дл€ крекинга могут служить не только т€желые фракции (сол€рка или мазут), но и сыра€ нефть. ќказалось также, что крекинг?бензин превосходит по качеству тот, что получен путем обычной перегонки, так как имеет в своем составе такие углеводороды, которые плавно сгорают в цилиндрах двигател€ без взрывов (детонации). ƒвигатель, работающий на таком бензине, не стучит и служит дольше.

ѕри жидкостном крекинге основными моментами, определ€ющими сущность всего процесса, €вл€ютс€: температура и врем€, в течение которого продукт находитс€ под вли€нием этой температуры. Ќефть начинает разлагатьс€ уже при 200 градусах. ƒалее, чем выше будет температура, тем интенсивнее идет разложение. “очно так же Ч чем дольше длитс€ крекинг, тем больше выход легких фракций. ќднако при слишком высокой температуре и большой длительности крекинга процесс идет совсем не так, как требуетс€ Ч молекулы расщепл€ютс€ не на равные части, а дроб€тс€ так, что с одной стороны получаютс€ слишком легкие фракции, а с другой Ч слишком т€желые. »ли же вообще происходит полное разложение углеводородов на водород и углерод (кокс), что, конечно же, очень нежелательно.

ќптимальные услови€ дл€ крекинга, дающие наибольший выход легких бензиновых фракций, были найдены в начале XX века английским химиком Ѕартоном. ≈ще в 1890 году Ѕартон занималс€ в јнглии перегонкой под давлением русских т€желых масел (мазута) дл€ получени€ из них керосина, а в 1913 году он вз€л американский патент на первый в истории способ получени€ бензина из т€желых нефт€ных фракций. ¬первые крекинг?процесс по способу Ѕартона в промышленных услови€х был осуществлен в 1916 году, а к 1920 году в производстве находилось уже более 800 его установок.

Ќаиболее благопри€тна€ температура дл€ крекинга Ч 425?475 градусов. ќднако если просто нагревать сырую нефть до такой высокой температуры, больша€ часть ее испаритс€.  рекинг продуктов в парообразном состо€нии был св€зан с некоторыми трудност€ми, поэтому целью Ѕартона было не дать нефти испар€тьс€. Ќо как добитьс€ такого состо€ни€, чтобы при нагревании нефть не закипала? Ёто возможно, если проводить весь процесс под высоким давлением. »звестно, что под большим давлением люба€ жидкость закипает при более высокой, чем при нормальных услови€х, температуре, и эта температура тем выше, чем больше давление.

”становка имела следующее устройство. –аботающий под давлением котел (1) находилс€ над топкою (1а), снабженной дымогарной трубой (4).  отел изготавливалс€ из хорошего прочного железа с толщиной стенок около 2 см и был тщательно проклепан. ѕоднимающа€с€ вверх труба (5) вела к вод€ному холодильнику (6), откуда трубопровод (7) шел к сборному резервуару (8). ѕосле того как продукт крекинга проходил через счетный аппарат дл€ жидкостей (10), находивша€с€ на днище этого резервуара труба (9) разветвл€лась на две боковые трубки (10а и 10в).  ажда€ бокова€ трубка снабжалась контрольным краном; одна из них вела к трубе 11, а друга€ к трубе 12.

¬ начале крекинга котел (1) наполн€ли мазутом. Ѕлагодар€ теплу печи (1а) содержимое котла медленно нагревалось приблизительно до 130 градусов. ѕри этом из мазута испар€лись остатки содержащейс€ в нем воды. —гуща€сь в холодильнике (6), вода стекала потом в резервуар (8), из которого через трубу (21) спускалась в канаву (22). ќдновременно из мазута выходил воздух и другие газы. ќни также попадали через холодильник в резервуар (8) и по трубе (14а) отводились в трубопровод (16).

ѕосле того как мазут избавл€лс€ от воды, растворенного в нем воздуха и газов, он был готов к крекингу. “опку усиливали, и температура в котле медленно повышалась до 345 градусов. ѕри этом начиналось испарение легких углеводородов, которые даже в холодильнике оставались в газообразном состо€нии. ќни попадали в резервуар (8), а затем через трубу 14а (выходной кран которой был закрыт) в трубопровод (17), трубу (14) и обратно в резервуар (8). “ак как эти легкие газообразные фракции не находили выхода, давление внутри установки начинало повышатьс€.  огда оно достигало 5 атм, легкие углеводороды уже не могли улетучиватьс€ из главного котла. Ёти сжатые газы поддерживали одинаковое давление в котле (1), холодильнике (6) и резервуаре (8). ћежду тем под вли€нием высокой температуры происходил процесс расщеплени€ т€желых углеводородов, которые превращались в более легкие, то есть в бензин. ѕри температуре пор€дка 250 градусов они испар€лись, попадали в холодильник и здесь конденсировались. »з холодильника бензин перетекал в резервуар (8) и по трубе 9, а потом 11 или 12 поступал в специальные уплотненные котлы. «десь при пониженном давлении из бензина испар€лись растворенные в нем легкие газообразные углеводороды. Ёти газы постепенно удал€лись из котлов, а полученный сырой бензин сливалс€ в специальные баки.

ѕо мере испарени€ легких фракций с повышением температуры содержимое в котле (1) становилось все более упорным по отношению к теплоте. –абота прерывалась как только более половины его содержимого превращалось в бензин и проходило через холодильник. (Ёто количество было легко рассчитать благодар€ счетчику жидкости (10).) ѕосле этого соединение с трубопроводом (17) прерывалось, а кран трубопровода (14а), соединенный с компрессором, открывалс€, и газ медленно улетучивалс€ в компрессор низкого давлени€ (одновременно закрывалс€ трубопровод (9), прерыва€ св€зь установки с полученным бензином). “опку гасили, и когда содержимое котла (1) остывало, его сливали. «атем котел очищали от коксового налета и приготавливали к следующему запуску.

ћетод крекинга, разработанный Ѕартоном, положил начало новому этапу в нефтеперерабатывающей промышленности. Ѕлагодар€ ему удалось повысить в несколько раз выход таких ценных нефтепродуктов, как бензин и ароматические углеводороды.

 

75. ѕќ“ќ„Ќќ≈ ѕ–ќ»«¬ќƒ—“¬ќ

 

Ѕольшинство великих изобретений, рассмотренных нами выше, относ€тс€ к области техники. »спокон веков технические усовершенствовани€ позвол€ли революционизировать производство, многократно повыша€ производительность труда. Ќо изобретение, о котором пойдет речь в этой главе, имеет совсем другую природу Ч оно не из области техники и €вл€етс€, по существу, тем, что прин€то называть научной организацией труда. ќказалось, что эта область отношений, на которую долгое врем€ не обращали должного внимани€, таит в себе колоссальные возможности и может произвести в производстве революцию, равную по своему значению внедрению паровой машины или электрических моторов. ¬первые огромное значение правильной организации труда продемонстрировал на своих заводах выдающийс€ американский предприниматель и инженер √енри ‘орд. —ын небогатого фермера, он за несколько лет благодар€ €сному уму, холодному расчету и гениальной интуиции приобрел многомиллионное состо€ние и сделалс€ одним из богатейших людей мира. ‘орд был блест€щим инженером, талантливым изобретателем, виртуозным бизнесменом и оригинальным философом. Ќо все же прославилс€ он не своими изобретательскими талантами или деловыми качествами, а тем, что разработал, воплотил в жизнь и довел до совершенства идею массового поточного конвейерного производства. Ќет сомнений, что организаци€ поточного производства Ч одно из величайших изобретений XX века, благодар€ которому человечество за последние восемьдес€т лет получило невиданный прирост материальных благ. — его повсеместным внедрением промышленность развитых стран как бы вышла на новый, качественно другой уровень и оказалась через несколько дес€тилетий готовой к внедрению новых высоких технологий Ч всеобъемлющей механизации, автоматизации и роботизации производства, то есть всего того, что принесла научно?техническа€ революци€ 50?90?х годов нашего века.

ј начиналось все очень скромно. ¬ 1893 году √енри ‘орд (работавший тогда механиком в электрической компании ƒетройта) собрал автомобиль на газовом двигателе. Ёто была перва€ автомашина в городе и одна из немногих в јмерике. „ерез несколько лет ‘орду удалось организовать «ƒетройтскую автомобильную компанию», в которой он зан€л пост главного инженера.  омпани€ наладила выпуск автомобилей конструкции ‘орда, но дела ее шли неважно, так как голос ‘орда не имел тогда большого веса, и многие вопросы решались вопреки его рекомендаци€м. ¬ 1902 году ‘орд отказалс€ от своего поста, ушел из компании и с головой погрузилс€ в конструирование нового автомобил€.  огда машина была готова, он выступил на сост€зани€х и победил гоночного чемпиона јмерики јлександра ”интона. ¬ 1903 году он создал новый гоночный автомобиль «999» Ч насто€щий монстр с двигателем в 80 л.с. Ќа этой машине гонщик Ѕарни ќлдфилд выиграл гонки 1903 года, на целый километр опередив своих соперников.

ƒве эти замечательные победы привлекли внимание деловых кругов к машинам ‘орда. ¬ том же году было основано «ќбщество автомобилей ‘орда», в котором √енри ‘орд был товарищем председател€, главным инженером и директором. ¬ последующие годы ‘орд постепенно скупал акции компании. ¬ 1906 году он имел уже контрольный пакет, а к 1919 году Ч 92% акций. ѕричем за каждую акцию, котора€ в 1903 году стоила всего 100 долларов, он платил в 1919 году по 12500 долларов, то есть акции за 15 лет подскочили в цене в 125 раз! Ёто говорило о редком даже по американским меркам коммерческом успехе предпри€ти€. «а первый год существовани€ компании было реализовано 1700 автомобилей. ѕо тем временам это считалось неплохим показателем. јкционеры были довольны, но сам ‘орд считал, что 1700 автомобилей в год Ч это смехотворно мало. ”же тогда он мечтал выпускать такое же количество машин в день. Ёти планы могли показатьс€ беспочвенными, между тем они основывались на точном расчете. Ѕолее того, ‘орд был уверен, что 1000?2000 производимых в день машин Ч это далеко не предел и что дл€ такой страны, как јмерика; можно производить по 6?8 тыс€ч и даже по 10 тыс€ч машин в день! » их не только можно выпускать, но и с успехом продавать, нажива€ хорошие деньги.

¬ начале XX века, когда автомобиль был еще в новинку, многие смотрели на него как на при€тную, но чрезвычайно дорогую игрушку, доступную только дл€ богачей. ¬ самом деле, автомобили, выпускаемые в то врем€ в ≈вропе, были очень дорогими, так что немногие могли позволить себе удовольствие иметь их. јвтомобильные фирмы не только не старались рассе€ть это мнение, но, напротив, вс€чески его обыгрывали. ¬есь автомобильный бизнес был ориентирован на высшие слои общества: автомобили были изысканы и выпускались небольшими сери€ми. ѕосто€нно подчеркивалось, что автомашина Ч это предмет роскоши или спорта, необходимый элемент веселой, элегантной и аристократической жизни.

ћежду тем политика ‘орда имела совершенно противоположное направление. — самого начала он старалс€ доказать, что автомобиль не роскошь, а необходимый предмет в обиходе современного человека. „тобы сделать автомашину доступной самым широким сло€м общества, он то и дело снижал цены на свои «форды», отказыва€сь от сиюминутной сверхприбыли, ради расширени€ сбыта. ќн не хотел гнатьс€ за модой и не желал выпускать новых моделей, так как считал, что лучше завоевать доверие покупателей беспрерывно совершенству€ одну и ту же модель. ќн считал также, что коммерческий успех той или иной модели зависит в первую очередь не от внешнего вида автомобил€, а от того, насколько прочна и долговечна кажда€ его деталь и насколько всеобъемлющим окажетс€ сервисное обслуживание фирмы?производител€. ¬ то врем€ большинство фабрикантов после продажи автомобил€ прекращали вс€кие дела с покупателем и были даже несколько заинтересованы в том, чтобы автомобиль, проданный ими, быстрее испортилс€. ‘орд ни в коей мере не придерживалс€ таких взгл€дов и удел€л большое внимание созданию сети ремонтных мастерских, производству запчастей и техническому обслуживанию уже реализованных машин. ¬с€кий покупатель его автомобил€ имел право на р€д услуг со стороны компании в отношении ремонта и помощи в эксплуатации.

¬прочем, ‘орду не сразу удалось воплотить свои планы в жизнь. Ќесколько лет, как уже говорилось, он не был полновластным хоз€ином предпри€ти€. —овершенной модели автомобил€, на производстве которой можно было бы сосредоточить все свои усили€, тоже пока не было. “олько получив в свои руки контрольный пакет, ‘орд смог развернутьс€ во всю ширь. ¬ 1908 году была разработана конструкци€ недорогого, но очень надежного автомобил€, получившего наименование модели "“". ќна не содержала ни одного нового узла, который в том или ином виде не был бы уже опробован в какой?нибудь из предыдущих моделей. Ќовым €вл€лс€ лишь материал, из которого была сделана больша€ часть деталей машины, Ч ванадиева€ сталь, обладавша€ удивительной легкостью и вместе с тем замечательной прочностью. Ётот автомобиль сделал ‘орда миллионером, знаменитостью и одним из королей американской промышленности.

—оздав свой совершенный автомобиль, ‘орд решил отныне не заниматьс€ его модернизацией, а сосредоточитьс€ на массовом выпуске этой единственной модели. ≈го планы вызвали переполох как среди акционеров, так и среди агентов по продаже. ¬се в один голос говорили, что рынок требует разнообрази€, и едина€ модель оттолкнет значительную часть покупателей. Ќа это ‘орд уверенно возражал, что 95% покупателей сами не знают, чего они хот€т, и если им внушить доверие к новой марке, они не станут предъ€вл€ть особых претензий. ќн потратил огромные деньги на рекламу, наводнив все газеты объ€влени€ми, в которых доказывалось, что модель "“" отвечает всем требовани€м, какие только можно предъ€вить к совершенному автомобилю. ќн посто€нно подчеркивал, что его машина Ч не дл€ богатых, что она предназначена дл€ «среднего» американца, что это «семейна€», «народна€» машина и т.п. ¬се это были совершенно новые приемы в автомобильном бизнесе. ƒо этого никто не верил, что можно изготовить недорогой, но хороший автомобиль и что вообще можно найти покупателей дл€ автомобил€ в широких кругах городской и деревенской буржуазии.

‘орд первым доказал, что все это возможно. ≈го портативный, простой и дешевый автомобиль, доступный любому среднему американцу, как нельз€ лучше отвечал требовани€м времени.   1910 году было продано уже 10 тыс€ч «фордов “», а в 1911?1912 годах Ч 34 тыс€чи. ѕроизводство стремительно набирало обороты. ‘орд купил в пригороде ƒетройта, в ’айленд?ѕарке, большой участок земли и начал здесь постройку огромного завода, рассчитанного на выпуск уже не тыс€ч, а миллионов автомобилей. Ёто был совершенно новый тип массового поточного производства, ранее в таких масштабах никогда и нигде не примен€вшийс€. »менно ‘орд впервые сделал конвейер главной осью сборочного процесса и совершенно по?новому разработал систему разложени€ сложных трудоемких процессов на составные части. ќн же первый осуществил идею максимально дешевого, но массового автомобил€. Ёто были три кита, на которых основывалось невиданное процветание его предпри€ти€.

—ила ‘орда заключалась в организации труда. ¬се процессы на его предпри€ти€х, от отливки деталей до завинчивани€ ничтожной гайки, были рационализированы с таким совершенством, какого до него никто и никогда не достигал. ѕроизводственный поток двигалс€ от источников сырь€ к готовой машине, нигде не поворачива€ назад. ѕервоначально на заводе в ’айленд?ѕарке сборка автомобилей производилась при помощи рабочих бригад, которые передвигались по цеху с ручными тележками и подвозили к каждому автомобилю соответствующие части дл€ сборки. —борочные бригады переходили от одного автомобил€ к другому и таким путем собирали весь автомобиль от начала до конца.

¬ усовершенствованной системе ‘орд оставил рабочих неподвижными, а материалы стал провозить мимо них вручную. ¬скоре была устроена коротка€ лини€ дл€ окончательной сборки машин, где части перемещались мимо рабочих с помощью механической силы. Ёта система по мере дальнейшего усовершенствовани€ превратилась в конвейер. ¬первые опыт со сборочным путем был произведен в апреле 1913 года на сборке магнето. ƒо этого один рабочий в течение дев€ти часов рабочего дн€ мог собрать от 35 до 40 магнето, то есть затрачивал на каждое около 20 минут. ѕосле введени€ конвейера врем€, затрачиваемое на сборку одного магнето, сократилось до 13 минут. Ќесколько дней ‘орд просто€л возле работающего конвейера, наблюда€ за каждым движением рабочих. ќн заметил, что сборщикам приходитс€ нагибатьс€ во врем€ работы из?за того, что конвейер располагаетс€ слишком низко. ќн остановил производство и велел подн€ть конвейер на 8 дюймов. ѕосле этого врем€ сборки одного магнето сократилось до 7 минут. Ќовые усовершенствовани€ довели его до 5 минут. Ќе затрачива€ средств на новые машины или материалы, одним только разложением процесса сборки на 45 простейших операций и передвижением материала мимо сто€вших в достаточно удобной позе и неподвижных рабочих ‘орд добилс€ поразительных результатов, увеличив производительность труда почти в 4 раза.

¬скоре конвейер был применен при сборке шасси. ѕо старому способу сборка одного шасси требовала 12 часов 8 минут.  огда попробовали разбить ее на несколько простых операций и устроили примитивный конвейер (с помощью каната и ворота шасси т€нули мимо линии рабочих) сборка сократилась до 5 часов 50 минут. ‘орд продолжал совершенствовать конвейер. ѕриноравлива€сь к среднему росту рабочих, он попробовал прокладывать сборные пути на разной высоте. ≈го инженеры трудились над раздроблением всех сложных процессов на составные части.  аждый рабочий должен был делать все меньше и меньше разнообразных движений руками. ¬ результате всех этих усовершенствований врем€ сборки одного шасси сократилось до 1 часа 33 минут. ѕри этом процесс разделени€ труда был доведен буквально до предела: если один рабочий вгон€л болт, то гайку ставил другой, а завинчивал ее третий.

–абочий в фордовском производстве превратилс€ в насто€щий придаток машины. Ќа конвейере во врем€ работы он не мог сделать лишнего шага или движени€. »нструменты его должны были располагатьс€ так, чтобы ему не приходилось искать их или наклон€тьс€ за ними. –итм сборки воздействовал сильнее самых свирепых надсмотрщиков. Ѕлагодар€ ему ‘орд добивалс€ максимальных темпов, каких только можно было достичь без ущерба дл€ качества работы.

ќднако, несмотр€ на это, безработные со всей јмерики стремились попасть к ‘орду, привлеченные высокой заработной платой. ѕоскольку производственный процесс разбивалс€ на простейшие операции, ‘орд почти не нуждалс€ в квалифицированных рабочих. ќн охотно принимал к себе людей совершенно неквалифицированных, невежественных, даже калек. ”же в 1915 году, едва ли не первым из крупных промышленников, ‘орд ввел 5?дневную рабочую неделю и сократил рабочий день до 8 часов. ¬прочем, интенсивность труда на его предпри€ти€х была такой высокой, что стоила 10 часов работы на любом другом заводе.  ажда€ секунда требовала полнейшей самоотдачи. —емь часов рабочий бесчисленное количество раз повтор€л одно и то же движение. –азговаривать, курить или садитьс€ во врем€ работы строго запрещалось. ≈сли кому?то требовалось выйти, он поднимал палец и ждал, пока надсмотрщик не присылал на его место заместител€. ¬о врем€ перерыва, который продолжалс€ всего 15 минут, в цех с разных сторон въезжали тележки, нагруженные пакетиками со стандартными завтраками, включавшими три бутерброда, кусок сладкого пирога, €блоко или апельсин. ≈ли рабочие пр€мо у станка Ч выходить из цеха без особого разрешени€ запрещалось.

”спех конвейерной сборки был настолько очевиден, что через некоторое врем€ эта система была перенесена на все цеха фордовского завода. ¬се предпри€ти€, вовлеченные ‘ордом в его производство, также должны были переходить на поточный метод.  упив однажды стекольный завод, ‘орд предложил местным специалистам производить зеркальное стекло дл€ автомобилей непрерывной широкой лентой, без помощи ручного труда, механизиру€ все процессы от начала до конца. Ёксперты и специалисты категорически за€вили, что изменить способ производства технически невозможно. “огда ‘орд послал на завод людей, никогда ранее стекольным делом не занимавшихс€. „ерез год его инженеры разработали блест€щий метод полной механизации производства. ѕо всему заводу были установлены конвейеры и новые машины. ¬ результате завод стал выпускать 1 млн квадратных метров первоклассного зеркального стекла в год. ѕлощадь его по сравнению с другими стекольными заводами была вдвое меньше, а производительность Ч вдвое больше. ѕосле проведенной реорганизации это предпри€тие стало сберегать ‘орду 3 млн долларов в год.

ѕерестроив все производство и непрерывно наращива€ его объемы, ‘орд достиг через несколько лет своей вожделенной мечты Ч каждый день на всех его заводах производилось 10 тыс€ч автомобилей, и все они находили сбыт. ¬о многом благодар€ ‘орду автомобиль стал национальной особенностью јмерики. ≈сли в 1900 году в —Ўј один автомобиль приходилс€ на 9000 человек, то в 1929 году Ч один автомобиль на каждые 5 человек. ¬сего же к этому времени по дорогам јмерики бегало 26 миллионов стандартных «фордов “», отличавшихс€ только цветом и формой кузова. —Ўј имели в несколько раз больше автомобилей, чем все остальные страны мира вместе вз€тые, причем собственниками автомашин здесь были не только богачи, не только представители среднего класса, но также многие рабочие и фермеры. Ёто обсто€тельство изменило облик самой страны. ≈сли в 1893 году американские дороги считались чуть ли не самыми скверными в мире, то через каких?нибудь 20?30 лет повсюду были проложены прекрасные шоссе, по которым в обе стороны двигалс€ поток автомобилей. ѕочти все автомобили были собраны на заводах ‘орда.

ѕроизводство такого масштаба поставило перед ‘ордом много сложных задач. “ак, например, ‘орд должен был отказатьс€ от мысли производить все свои машины в ƒетройте, поскольку это породило бы неразрешимые транспортные проблемы. ¬место этого он разбросал по всему миру свои сборочные заводы, которые производили из готовых деталей столько машин, сколько было возможно продать в этом месте. ѕеревозить машины в разобранном виде вообще оказалось выгоднее. ќдин товарный вагон мог, к примеру, вместить всего 7 готовых автомобилей. ¬ разобранном же виде в него можно было погрузить 130 машин то есть вместо 18 вагонов использовалс€ только один. Ѕлагодар€ прекрасно отлаженной организации ‘орду удалось сократить цикл производства с 21 до 14 дней. (ѕроизводственный цикл Ч это период, во врем€ которого деньги, вложенные в какое?либо предпри€тие, остаютс€ св€занными, он включает в себ€ врем€ от покупки сырь€ до продажи готового автомобил€.) “аким образом, ‘орд получил возможность поддерживать высокий уровень производства двум€ трет€ми прежнего капитала. ѕри огромных масштабах его де€тельности это означало дес€тки миллионов долларов экономии в год.

¬ течение двух дес€тилетий ‘орд безраздельно господствовал на рынке дешевых машин. Ќикто из его конкурентов не мог за ту же цену дать машину равного качества. «‘орд “» зан€л особое положение среди автомобилей других фирм.

«авоевав американский рынок, ‘орд двинул свои машины в ≈вропу. —начала европейские автомобильные фирмы свысока смотрели на его невзрачные и неброские машины, но они вскоре пон€ли, что сильно недооценили этого конкурента. Ќа всех гонках и ралли «форды» демонстрировали поразительную надежность и прекрасные ходовые качества, цена же их была на пор€док ниже, чем у европейских машин. —редний класс в ≈вропе, так же как и в јмерике, не усто€л перед искушением иметь свою пусть не шикарную, но надежную и неприхотливую машину. ѕочти во всех странах мира вскоре по€вились фордовские отделени€, представительства и сборочные мастерские. ¬  анаде и ћанчестере были построены крупные автомобильные заводы, а в  орке Ч тракторный завод.

 

76. ЁЋ≈ “–ќЌЌјя Ћјћѕј

 

»зобретение электронной лампы напр€мую св€зано с развитием техники освещени€. ¬ начале 80?х годов XIX века знаменитый американский изобретатель Ёдисон занималс€ усовершенствованием лампы накаливани€. ќдним из ее недостатков было постепенное уменьшение световой отдачи из?за потускнени€ баллона вследствие по€влени€ темного п€тна на внутренней стороне стекла. »сследу€ в 1883 году причины этого эффекта, Ёдисон заметил, что часто на потускневшем стекле баллона в плоскости петли нити оставалась светла€, почти незатемненна€ полоса, причем эта полоса всегда оказывалась с той стороны лампы, где находилс€ положительный ввод накальной цепи. ƒело выгл€дело так, будто часть угольной нити накала, примыкающа€ к отрицательному вводу, испускала из себ€ мельчайшие материальные частицы. ѕролета€ мимо положительной стороны нити, они покрывали внутреннюю сторону стекл€нного баллона всюду, за исключением той линии на поверхности стекла, котора€ как бы заслон€лась положительной стороной нити.  артина этого €влени€ стала более очевидна, когда Ёдисон ввел внутрь стекл€нного баллона небольшую металлическую пластину, расположив ее между вводами нити накала. —оединив эту пластинку через гальванометр с положительным электродом нити, можно было наблюдать текущий через пространство внутри баллона электрический ток.

Ёдисон предположил, что поток угольных частичек, испускаемых отрицательной стороной нити, делает часть пути между нитью и введенной им пластинкой провод€щим, и установил, что поток этот пропорционален степени накала нити, или, другими словами, световой мощи самой лампы. Ќа этом, собственно, и заканчиваетс€ исследование Ёдисона. јмериканский изобретатель не мог тогда и представить, на пороге какого величайшего научного открыти€ он сто€л. ѕрошло почти 20 лет, прежде чем наблюдавшеес€ Ёдисоном €вление получило свое правильное всестороннее объ€снение.

ќказалось, что при сильном нагревании нити лампы, помещенной в вакуум, она начинает испускать в окружающее пространство электроны. Ётот процесс получил название термоэлектронной эмиссии, и его можно рассматривать как испарение электронов из материала нити. ћысль о возможности практического использовани€ «эффекта Ёдисона» впервые пришла в голову английскому ученому ‘лемингу, который в 1904 году создал основанный на этом принципе детектор, получивший название «двухэлектродной трубки», или «диода» ‘леминга. Ћампа ‘леминга представл€ла собой обычный стекл€нный баллон, заполненный разреженным газом. ¬нутри баллона помещалась нить накала вместе с охватывавшим ее металлическим цилиндром. Ќагретый электрод лампы непрерывно испускал электроны, которые образовывали вокруг него «электронное облако». „ем выше была температура электрода, тем выше оказывалась плотность электронного облака. ѕри подключении электродов лампы к источнику тока между ними возникало электрическое поле. ≈сли положительный полюс источника соедин€ли с холодным электродом (анодом), а отрицательный Ч с нагретым (катодом), то под действием электрического пол€ электроны частично покидали электронное облако и устремл€лись к холодному электроду. “аким образом между катодом и анодом устанавливалс€ электрический ток. ѕри противоположном включении источника отрицательно зар€женный анод отталкивал от себ€ электроны, а положительно зар€женный катод Ч прит€гивал. ¬ этом случае электрического тока не возникало. “о есть диод ‘леминга обладал €рко выраженной односторонней проводимостью. Ѕудучи включенной в приемную схему, лампа действовала подобно выпр€мителю, пропуска€ ток в одном направлении и не пропуска€ в обратном, и могла служить таким образом волноуказателем Ч детектором. ƒл€ некоторого повышени€ чувствительности лампы подавалс€ соответствующим образом подобранный положительный потенциал. ¬ принципе приемна€ схема с лампой ‘леминга почти ничем не отличалась от других радиосхем того времени. ќна уступала в чувствительности схеме с детектором магнитного типа, но обладала несравненно большей надежностью.

ƒальнейшим выдающимс€ достижением в области совершенствовани€ и технического применени€ электронной лампы стало изобретение в 1907 году американским инженером ƒе ‘орестом лампы, содержащей дополнительный третий электрод. Ётот третий электрод был назван изобретателем «сеткой», а сама лампа Ч «аудином», но в практике за ней закрепилось другое название Ч «триод». “ретий электрод, как это видно уже из его названи€, был не сплошным и мог пропускать электроны, летевшие от катода к аноду.  огда между сеткой и катодом включалс€ источник напр€жени€, между этими электродами возникало электрическое поле, сильно вли€ющее на количество электронов, достигающих анода, то есть на силу тока, текущего через лампу (силу анодного тока). ѕри уменьшении напр€жени€, подаваемого на сетку, сила анодного тока уменьшалась, при увеличении Ч возрастала. ≈сли на сетку подавали отрицательное напр€жение, анодный ток вообще прекращалс€ Ч лампа оказывалась «запертой». «амечательное свойство триода состо€ло в том, что управл€ющий ток мог быть во много раз меньше основного Ч ничтожные изменени€ напр€жени€ между сеткой и катодом вызывали довольно значительные изменени€ анодного тока. ѕоследнее обсто€тельство позвол€ло использовать лампу дл€ усилени€ малых переменных напр€жений и открывало перед ней необычайно широкие возможности дл€ практического применени€. ѕо€вление трехэлектродной лампы повлекло за собой быструю эволюцию радиоприемных схем, так как возникла возможность в дес€тки и сотни раз усиливать принимаемый сигнал. ћногократно возросла чувствительность приемников. ќдна из ранних схем лампового приемника была предложена уже в 1907 году тем же ƒе ‘орестом.

ћежду антенной и заземлением здесь включен контур LC, на зажимах которого возникает переменное напр€жение высокой частоты, образовавшеес€ под действием энергии, полученной из антенны. Ёто напр€жение подавалось на сетку лампы и управл€ло колебани€ми анодного тока. “аким образом, в анодной цепи получались усиленные колебани€ принимаемого сигнала, которые могли приводить в движение мембрану телефона, включенного в ту же цепь.

ѕерва€ трехэлектродна€ лампа?аудин ƒе ‘ореста имела множество недостатков. –асположение электродов в ней было таким, что больша€ часть электронного потока попадала не на анод, а на стекл€нный баллон. ”правл€ющее вли€ние сетки оказывалось недостаточным. Ћампа была плохо откачана и содержала значительное число молекул газа. ќни ионизировались и непрерывно бомбардировали нить накала, оказыва€ на нее разрушительное воздействие.

¬ 1910 году немецкий инженер Ћибен создал усовершенствованную электронную лампу?триод, в которой сетка была выполнена в форме перфорированного листа алюмини€ и помещалась в центре баллона, дел€ его на две части. ¬ нижней части лампы находилась нить накала, в верхней Ч анод. “акое расположение сетки позвол€ло усиливать ее управл€ющее действие, так как через нее проходил весь электронный поток. јнод в этой лампе имел форму прутика или спирали из алюминиевой проволоки, а катодом служила платинова€ нить. ќсобое внимание Ћибен обратил на увеличение эмиссионных свойств лампы. ¬ этих цел€х впервые было предложено покрывать нить накала тонким слоем окисла кальци€ или бари€.  роме того, в баллон вводились ртутные пары, которые создавали дополнительную ионизацию и увеличивали тем самым катодный ток.

»так, электронна€ лампа сначала вошла в обиход в качестве детектора, потом Ч усилител€. Ќо ведущее место в радиотехнике она завоевала только после того, как была обнаружена возможность использовать ее дл€ генерировани€ незатухающих электрических колебаний. —амый первый ламповый генератор создал в 1913 году замечательный немецкий радиотехник ћейсснер. Ќа основе триода Ћибена он построил также первый в мире радиотелефонный передатчик и в июне 1913 года осуществил радиотелефонную св€зь между Ќауэном и Ѕерлином на рассто€нии 36 км.

Ћамповый генератор содержал колебательный контур, состо€щий из катушки индуктивности L и конденсатора C. ”же говорилось, что если такой конденсатор зар€дить, то в контуре возникают затухающие колебани€. „тобы колебани€ не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.

—ледовательно, энерги€ от источника посто€нного напр€жени€ должна периодически поступать в контур. — этой целью в электрическую цепь колебательного контура включали ламповый триод, так что колебани€ с контура подавались на его сетку. ¬ анодную цепь лампы включалась катушка Lc, индуктивно св€занна€ с катушкой L колебательного контура. ¬ момент включени€ схемы ток от батареи, постепенно нараста€, движетс€ через триод и катушку Lc. ѕри этом по закону электромагнитной индукции в катушке L будет находитьс€ электрический ток, который зар€жает конденсатор C. Ќапр€жение с пластин конденсатора, как это видно из схемы, подаетс€ на катод и сетку. ѕри включении положительно зар€женна€ пластина конденсатора соедин€етс€ с сеткой, то есть зар€жает ее положительно, что способствует росту тока, проход€щего через катушку Lc. Ёто будет продолжатьс€ до тех пор, пока анодный ток не достигнет максимума (ведь ток в лампе определ€етс€ количеством электронов, испар€емых с катода, а их число не может быть беспредельно Ч возраста€ до какого?то максимума, этот ток уже больше не увеличиваетс€ при росте сеточного напр€жени€).  огда это произойдет, через катушку Lc потечет посто€нный ток. ѕоскольку индуктивна€ св€зь осуществл€етс€ только при переменном токе, в катушке L тока не будет. ¬ св€зи с этим конденсатор начнет разр€жатьс€. ѕоложительный зар€д сетки, следовательно, будет уменьшатьс€, а это немедленно скажетс€ на величине анодного тока Ч он тоже будет уменьшатьс€. —ледовательно, и ток через катушку Lc будет убывающим, что создаст в катушке L ток противоположного направлени€. ѕоэтому, когда конденсатор C окажетс€ разр€женным, уменьшающийс€ ток через Lc будет по?прежнему индуктировать ток в катушке L, вследствие чего пластины конденсатора будут зар€жатьс€, но в противоположном направлении, так что на пластине, св€занной с сеткой, будет накапливатьс€ отрицательный зар€д. Ёто вызовет в конце концов полное прекращение анодного тока Ч протекание тока через катушку L вновь прекратитс€, и конденсатор начнет разр€жатьс€. ¬следствие этого отрицательный зар€д на сетке будет все меньше и меньше, снова по€витс€ анодный ток, который будет возрастать. “ак весь процесс повторитс€ сначала. »з этого описани€ видно, что через сетку лампы будет протекать переменный ток, частота которого равна собственной частоте колебательного контура LC. Ќо эти колебани€ будут не затухающими, а посто€нными, поскольку они поддерживаютс€ путем посто€нного добавлени€ энергии батареи через катушку Lc, индуктивно св€занную с катушкой L.

»зобретение лампового генератора позволило сделать важный шаг в технике радиосв€зи Ч кроме передачи телеграфных сигналов, состо€вших из коротких и более продолжительных импульсов, стала возможна надежна€ и высококачественна€ радиотелефонна€ св€зь Ч то есть передача с помощью электромагнитных волн человеческой речи и музыки. ћожет показатьс€, что радиотелефонна€ св€зь не имеет в себе ничего сложного. ¬ самом дела, звуковые колебани€ с помощью микрофона легко преобразуютс€ в электрические. ѕочему бы, усилив их и подав в антенну, не передавать на рассто€ние речь и музыку точно так же, как передавалс€ до этого код ћорзе? ќднако в действительности такой способ передачи неосуществим, так как через антенну хорошо излучаютс€ только мощные колебани€ высокой частоты. ј медленные колебани€ звуковой частоты возбуждают в пространстве настолько слабые электромагнитные волны, что прин€ть их нет никакой возможности. ѕоэтому до создани€ ламповых генераторов, вырабатывающих колебани€ высокой частоты, радиотелефонна€ св€зь представл€лась чрезвычайно сложным делом. ƒл€ передачи звука эти колебани€ измен€ют или, как говор€т, модулируют с помощью колебаний низкой (звуковой) частоты. —уть модул€ции заключаетс€ в том, что высокочастотные колебани€ генератора и низкочастотные от микрофона накладываютс€ друг на друга и таким образом подаютс€ в антенну.

ћодул€ци€ может происходить разными способами. Ќапример, микрофон включаетс€ в цепь антенны. “ак как сопротивление микрофона мен€етс€ под действием звуковых волн, ток в антенне будет в свою очередь мен€тьс€; иначе говор€, вместо колебаний с посто€нной амплитудой, мы будем иметь колебани€ с измен€ющейс€ амплитудой Ч модулированный ток высокой частоты.

ѕрин€тый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усилени€ не способен вызвать колебани€ мембраны телефона или рупора громкоговорител€ со звуковой частотой. ќн может вызвать только высокочастотные колебани€, не воспринимаемые нашим ухом. ѕоэтому в приемнике необходимо произвести обратный процесс Ч из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты Ч или, говор€ другими словами, произвести детектирование сигнала.

ƒетектирование осуществл€лось с помощью вакуумного диода. ƒиод, как уже говорилось, пропускал ток только в одном направлении, превраща€ переменный ток в пульсирующий. Ётот пульсирующий ток сглаживалс€ с помощью фильтра. ѕростейшим фильтром мог быть конденсатор, подключенный параллельно с телефонной трубкой. –абота фильтра происходила так. ¬ тот момент времени, когда диод пропускал ток, часть его ответвл€лась в конденсатор и зар€жала его. ¬ промежутках между импульсами, когда диод оказывалс€ заперт, конденсатор разр€жалс€ на трубку. ѕоэтому в интервале между импульсами ток протекал через трубку в ту же сторону, что и сам импульс.  аждый следующий импульс подзар€жал конденсатор. Ѕлагодар€ этому через трубку протекал ток звуковой частоты, форма которого почти полностью воспроизводила форму низкочастотного сигнала на передающей станции. ѕосле усилени€ электрические колебани€ низкой частоты превращались в звук; ѕростейший детекторный приемник состоит из колебательного контура, св€занного с антенной, и присоединенной к контуру цепи, состо€щей из детектора и телефона.

ѕервые электронные лампы были еще очень несовершенны. Ќо в 1915 году Ћэнгмюр и √едэ предложили эффективный способ откачки ламп до очень малых давлений, благодар€ чему на смену ионным лампам пришли вакуумные. Ёто подн€ло электронную технику на значительно более высокий уровень.

 

77. “јЌ 

 

“ехнические предпосылки дл€ создани€ танка по€вились еще в конце XIX столети€ Ч к тому времени были изобретены гусеничный движитель, двигатель внутреннего сгорани€, брон€, скорострельные пушки и пулеметы. ѕервый гусеничный трактор на паровом ходу создал еще в 1888 году американец Ѕэтером. Ќакануне ѕервой мировой войны, как уже отмечалось, по€вилс€ промышленный гусеничный трактор «’олт», который можно считать непосредственным предшественником танка.

Ќо одних предпосылок было мало Ч недоставало насущной потребности. “олько начавша€с€ в 1914 году ѕерва€ мирова€ война жестко определила эту необходимость.  огда противники бросили в наступление миллионные армии, они никак не предполагали, что пулеметы и пушки буквально сметут идущие в атаку полки и дивизии. √ромадные потери заставили солдат в конце концов скрытьс€ в окопах и блиндажах. Ќа «ападе фронт застыл и превратилс€ в сплошную линию укреплений, прот€нувшуюс€ от Ћа?ћанша до границы со Ўвейцарией. ¬ойна зашла в так называемый позиционный тупик. ¬ыход из него пытались найти при помощи артиллерии Ч тыс€чи орудий в течение нескольких дней, а то и недель перепахивали снар€дами каждый метр непри€тельских позиций.  азалось, там не осталось ничего живого. Ќо как только атакующа€ пехота выбиралась из окопов, уцелевшие пушки и пулеметы оборон€ющихс€ вновь наносили ей чудовищные потери. ¬от тогда?то на поле бо€ и по€вились танки.

ћысль создать боевую гусеничную машину, способную передвигатьс€ по пересеченной местности через окопы, рвы и проволочные заграждени€, впервые высказал в 1914 году английский полковник —уинтон. ѕосле обсуждени€ в различных инстанци€х военное министерство в целом прин€ло его идею и сформулировало основные требовани€, которым должна была отвечать боева€ машина. ќна должна была быть небольшой, иметь гусеничный ход, пуленепробиваемую броню, преодолевать воронки до 4 м и проволочные заграждени€, развивать скорость не менее 4 км/ч, иметь пушку и два пулемета. ќсновным назначением танка было разрушение проволочных заграждений и подавление пулеметов противника. ¬скоре фирма ‘остера за сорок дней создала на базе гусеничного трактора «’олт» боевую машину, получившую название «ћаленький ¬илли». ≈го главными конструкторами были инженер “риттон и лейтенант ¬ильсон.

«ћаленький ¬илли» был испытан в 1915 году и показал неплохие ходовые качества. ¬ но€бре фирма «’олт» приступила к изготовлению новой машины.  онструкторам предсто€ла трудна€ проблема не ут€жел€€ танка, увеличить его длину на 1 м, чтобы он мог преодолевать четырехметровые окопы. ¬ конце концов это удалось достигнуть за счет того, что обводу гусеницы придали форму параллелограмма.  роме того, оказалось, что танк с трудом берет вертикальные насыпи и крутые возвышени€. „тобы увеличить высоту зацепа, ¬ильсон и “риттон придумали пустить гусеницу поверх корпуса. Ёто значительно повысило проходимость машины, но одновременно породило р€д других затруднений, св€занных, в частности, с размещением пушек и пулеметов. ¬ооружение пришлось распределить по бортам, а чтобы пулеметы могли стрел€ть по курсу в сторону и назад, их установили в боковых выступах Ч спонсонах. ¬ феврале 1916 года новый танк, названный «Ѕольшой ¬илли», с успехом прошел ходовые испытани€. ќн мог преодолевать широкие окопы, двигатьс€ по вспаханному полю, перебиратьс€ через стенки и насыпи высотой до 1, 8 м. ќкопы до 3, 6 м не представл€ли дл€ него серьезного преп€тстви€.

 орпус танка представл€л собой коробку?каркас из уголков, к которым на болтах крепились бронированные листы. Ѕроней была закрыта и ходова€ часть, котора€ состо€ла из малых неподрессоренных опорных катков (тр€ска в машине была ужасной). ¬нутри «сухопутный крейсер» напоминал машинное отделение небольшого корабл€, по которому можно было ходить, даже не пригиба€сь. ƒл€ водител€ и командира в передней части имелась отдельна€ рубка. Ѕольшую часть остального пространства занимали мотор «ƒаймлер», коробка передач и трансмисси€. ƒл€ пуска двигател€ 3?4 человека команды должны были вращать огромную пусковую руко€ть, пока мотор не заводилс€ с оглушительным ревом. Ќа машинах первых марок внутри размещались еще и топливные баки. — обеих сторон двигател€ оставались узкие проходы. Ѕоеприпасы находились на полках между верхней частью двигател€ и крышей. Ќа ходу в танке скапливались выхлопные газы и пары бензина. ¬ентил€ци€ не предусматривалась. ћежду тем жар от работающего двигател€ вскоре делалс€ невыносимым Ч температура достигала 50 градусов.  роме того, при каждом выстреле пушки танк наполн€лс€ едкими пороховыми газами. Ёкипаж не мог подолгу оставатьс€ на боевых местах, угорал и страдал от перегрева. ƒаже в бою танкисты иной раз выскакивали наружу, чтобы вдохнуть свежего воздуха, не обраща€ при этом внимани€ на свист пуль и осколков. —ущественным недостатком «Ѕольшого ¬илли» оказались узкие гусеницы, которые в€зли в м€гкой почве. ѕри этом т€желый танк садилс€ на грунт, пни и камни. ѕлохо было с наблюдением и св€зью Ч смотровые щели в бортах не обеспечивали осмотра, зато брызги от пуль, попавших вблизи них в броню, поражали танкистов в лицо и глаза. –адиосв€зи не было. ƒл€ дальней св€зи держали почтовых голубей, дл€ ближней Ч специальные сигнальные флажки. Ќе было и внутреннего переговорного устройства.

”правление танком требовало значительных усилий водителей и командира (последний отвечал за тормоза гусениц правого и левого борта). “анк имел три коробки передач Ч одну основную и по одной на каждом борту (кажда€ из них управл€ла специальной трансмиссией). ѕоворот осуществл€лс€ или торможением одной гусеницы, или переключением одной из бортовых коробок передач в нейтральное положение, в то врем€ как на другом борту включали первую или вторую передачу. — остановленной гусеницей танк разворачивалс€ почти на месте.

¬первые танки были применены в бою 15 сент€бр€ 1916 года у деревни ‘лер? урслет в ходе грандиозного сражени€ на —омме. Ќаступление англичан, начатое в июле, дало ничтожные результаты и весьма ощутимые потери. “огда?то главнокомандующий генерал ’ейг решил бросить в бой танки. ¬сего их было 49, но на исходные позиции вышло только 32, остальные из?за поломок остались в тылу. ¬ атаке участвовали всего 18, но за несколько часов они продвинулись вместе с пехотой в глубь немецких позиций на 5 км на фронте такой же ширины. ’ейг был доволен Ч по его мнению, именно новое оружие сократило потери пехоты в 20 раз против «нормы». ќн немедленно направил требование в Ћондон сразу на 1000 боевых машин.

¬ последующие годы англичане выпустили несколько модификаций Mk (таково было официальное название «Ѕольшого ¬илли»).  ажда€ следующа€ модель была совершеннее предыдущей. Ќапример, первый серийный танк Mk?1 имел вес 28 тонн, передвигалс€ со скоростью 4, 5 км/ч, был вооружен двум€ пушками и трем€ пулеметами. Ёкипаж его составл€ли 8 человек. Ѕолее поздний танк MkA имел скорость 9, 6 км/ч, вес Ч 18 тонн, экипаж Ч 5 человек, вооружение Ч 6 пулеметов. MkC при весе 19, 5 тонн развивал скорость 13 км/ч. Ёкипаж на этом танке состо€л из четырех человек, а вооружение Ч из четырех пулеметов. ѕоследний, созданный уже в 1918 году, плавающий танк MkI имел вращающуюс€ башню, экипаж из четырех человек и вооружение из трех пулеметов. ѕри весе в 13, 5 тонн он развивал на суше скорость 43 км/ч, а на воде Ч 5 км/ч. ¬сего англичане изготовили за годы войны 3000 танков 13 различных модификаций.

ѕостепенно танки были прин€ты на вооружение и другими воюющими арми€ми. ѕервые французские танки были разработаны и выпущены фирмой «Ўнейдер» в окт€бре 1916 года. ¬нешне они мало походили на своих английских собратьев Ч гусеницы не охватывали корпус, а располагались по его бортам или под ним. ’одова€ часть подрессоривалась специальными пружинами, что облегчало работу экипажа. ќднако из?за того, что верхн€€ часть танка сильно нависала над гусеницами, проходимость «Ўнейдеров» была хуже, и они не могли преодолевать даже незначительные вертикальные преграды.

—амым лучшим танком ѕервой мировой войны стал «–ено» FT, выпущенный фирмой «–ено» и имевший вес всего 6 т, экипаж из двух человек, вооружение Ч пулемет (с 1917 г пушка), максимальную скорость Ч 9, 6 км/ч.

«–ено» FT стал прообразом танка будущего. Ќа нем впервые нашла свое разрешение компоновка основных узлов, котора€ до сих пор остаетс€ классической: двигатель, трансмисси€, ведущее колесо Ч сзади, отделение управлени€ Ч впереди, вращающа€с€ башн€ Ч в центре. Ќа танки «–ено» впервые стали устанавливать бортовые радиостанции, что сразу повысило управл€емость танковыми соединени€ми. ¬едущее колесо большого диаметра помогало преодолевать вертикальные преп€тстви€ и выбиратьс€ из воронок. “анк имел хорошую проходимость и был прост в управлении. ¬ течение 15 лет он служил образцом дл€ многих конструкторов. ¬ самой ‘ранции «–ено» состо€л на вооружении до конца 30?х годов, а по лицензии его выпускали еще в 20?ти странах.

Ќемцы также попробовали освоить новое оружие. — 1917 года фирма «Ѕремерваген» начала производство танка A7V, однако их массовый выпуск немцы так и не смогли наладить. »х танки участвовали в некоторых операци€х, но в количествах, не превышавших нескольких дес€тков машин.

Ќапротив, страны јнтанты (то есть собственно јнгли€ и ‘ранци€) имели к концу войны около 7 тыс€ч танков. «десь бронированные машины получили признание и прочно утвердились в системе вооружени€. Ћлойд?ƒжордж, английский премьер в годы войны, говорил: «“анк был выдающимс€ и потр€сающим новшеством в области механической помощи войне. Ётот окончательный английский ответ на немецкие пулеметы и траншеи без сомнени€ сыграл очень важную роль в ускорении победы союзников». “анки широко примен€лись англичанами в боевых действи€х. ¬ но€бре 1917 года впервые была проведена массова€ танкова€ атака. ¬ ней участвовали 476 машин при поддержке шести пехотных дивизий. Ёто был огромный успех нового вида оружи€. —трел€€ из пушек и пулеметов, танки снесли проволочные заграждени€ и с ходу преодолели первую линию окопов. ¬сего за несколько часов англичане продвинулись в глубь фронта на 9 км, потер€в при этом всего 4 тыс€чи человек. (¬ предыдущее британское наступление под »пром, продолжавшеес€ четыре мес€ца, англичане потер€ли 400 тыс€ч человек и сумели вклинитьс€ в немецкую оборону всего на 6?10 км). ‘ранцузы тоже несколько раз массированно использовали танки. “ак, в июле 1918 года более 500 французских танков участвовало в бою под —уассоном.

 

78. —»Ќ“≈“»„≈— »…  ј”„” 

 

≈вропа впервые узнала о каучуке в XVI веке. ’ристофор  олумб привез его из јмерики вместе со многими другими диковинками. ¬о врем€ сто€нки кораблей у острова √аити  олумб и его спутники наблюдали игры туземцев в м€ч, сделанный из какого?то упругого материала, совершенно неизвестного в ≈вропе. ћ€чи легко подпрыгивали при ударе о землю, сжимались и снова восстанавливали первоначальную форму. ¬озвраща€сь в »спанию,  олумб вз€л с собой образцы этого чудесного материала, который и был в дальнейшем известен в —таром —вете под названием «каучук». ¬ переводе с индейского «каучук» означает «слезы дерева».  ак стало известно позже, он представл€л собой сок, собираемый из надрезов коры тропического дерева Ч бразильской гевеи. ≈го брали от дерева, когда гевее исполн€лось семь лет: на высоте полметра делали надрез на коре, и когда из?под нее начинал течь белый, как молоко, сок, собирали его в подвешенные чашечки, а потом сливали в большой сосуд. Ќа воздухе сок сравнительно быстро свертывалс€ и превращалс€ в темный смолообразный продукт Ч каучук.

≈вропейцы не сразу оценили достоинства этого материала. ¬ течение двух веков они относились к каучуку как к дикарской диковинке. ћежду тем путешественники, попадавшие в ёжную јмерику, продолжали доставл€ть в ≈вропу все новые и новые предметы, изготовленные из каучука. —реди них были бутылки, непромокаемые сапоги и одежда от дожд€. ¬се это было очень любопытно, но не имело практического значени€. “олько спуст€ долгое врем€ европейцы нашли дл€ каучука первое применение Ч стали использовать его в виде стиральных резинок, напоминающих современные школьные ластики.

¬ конце XVIII века английский химик ћакинтош вз€л патент на изготовление непромокаемых плащей из каучука. ќни получили название макинтошей. ѕлащи, однако, оказались недостаточно хороши дл€ европейского климата при низких температурах они становились твердыми как жесть, а в жару Ч липкими. ѕосле многих опытов нашли способ избегать этих непри€тных особенностей каучука путем его вулканизации. (Ёто важное открытие было сделано в 1839 году американским химиком √удьиром.) ќбнаружилось, что при нагревании каучука с серой он довольно сильно мен€ет свои свойства Ч становитс€ более гибким, упругим и не таким чувствительным к изменению температуры. Ётот новый вулканизированный каучук стали называть резиной. ќн быстро завоевал попул€рность, так как оказалс€ чрезвычайно удобен во многих отношени€х. —прос на него рос с каждым годом. ƒругого схожего с каучуком продукта в природе не существует Ч он водонепроницаем, обладает электрическими изол€ционными свойствами, гибок и способен к очень большим изменени€м формы. ѕод действием внешней силы он может раст€гиватьс€ в несколько раз и снова сжиматьс€. ѕодобной эластичностью не обладает ни одно другое вещество. ¬месте с тем он крепок, прочен, устойчив к истиранию и легко обрабатываетс€. ѕоэтому резина была и остаетс€ идеальным материалом дл€ изготовлени€ автомобильных покрышек, всевозможных приводных ремней, транспортных лент, рукавов, амортизаторов, уплотн€ющих прокладок, гибкой изол€ции и многого другого. Ѕез резины жизнь современного индустриального общества просто невозможна.

— середины XIX века развернулось массовое производство резиновых изделий. Ёто породило насто€щую каучуковую лихорадку. ћестности, где произрастали каучуконосные деревь€, превратились в объект войн и спекул€ций. ƒика€ геве€ вскоре перестала удовлетвор€ть потребности промышленности.  роме того, добывать каучук в джунгл€х было т€желым и дорогосто€щим делом. Ѕыли сделаны удачные опыты по созданию каучуконосных плантаций. √еве€ переселилась в тропики явы, —уматры, ћалайского архипелага. ѕроизводство каучука увеличилось в несколько раз, но спрос на него продолжал расти.

¬ течение ста лет ученый мир искал разгадку тайны каучука, чтобы научитьс€ делать его искусственно химическим путем. ѕостепенно вы€снилось, что натуральный каучук из сока гевеи представл€ет собой смесь нескольких веществ, однако 9/10 его массы приходитс€ на углеводород полиизопрен с формулой (C5H8)n, где n весьма велико Ч больше тыс€чи. ¬ещества с подобным строением относ€т к группе высокомолекул€рных продуктов Ч полимеров, которые образуютс€ соединением нескольких, иногда очень многих, одинаковых молекул более простых веществ?мономеров (в данном случае молекул изопрена C5H8). ѕри благопри€тных услови€х отдельные молекулы?мономеры соедин€ютс€ друг с другом в длинные и гибкие линейные или разветвленные цепи?нити. Ёта реакци€ образовани€ полимера называетс€ полимеризацией. ќна происходит только с органическими веществами, имеющими кратные св€зи (двойные или тройные). ¬ результате разъединени€ этих св€зей и происходит (за счет освободившихс€ валентностей) соединение отдельных молекул между собой.  роме полиизопрена в натуральный каучук вход€т смолоподобные белковые и минеральные вещества. „истый полиизопрен, очищенный от смол и белков, весьма неустойчив и на воздухе быстро тер€ет свои ценные технические свойства: эластичность и прочность.

“аким образом, дл€ того чтобы производить искусственный каучук, необходимо было научитьс€ по крайней мере трем вещам: 1) получать изопрен из других веществ; 2) проводить реакцию полимеризации изопрена; 3) обрабатывать полученный каучук подход€щими веществами, чтобы защитить его от разложени€. ¬се эти задачи оказались чрезвычайно сложными. ¬ 1860 году английский ученый ¬иль€мс путем сухой перегонки каучука выделил из него изопрен, который оказалс€ легкой подвижной бесцветной жидкостью со своеобразным запахом. ¬ 1879 году французский химик √устав Ѕушарда, нагрева€ изопрен и действу€ на него сол€ной кислотой, осуществил обратную реакцию Ч получил каучукоподобный продукт. ¬ 1884 году английский химик “илден получил изопрен путем высокотемпературного разложени€ скипидара. ’от€ каждый из этих ученых внес свою лепту в изучение свойств каучука, тайна его синтеза так и осталась в XIX веке неразгаданной Ч все открытые способы оказались непригодны дл€ промышленного использовани€ или вследствие дороговизны сырь€, или из?за малых выходов изопрена, или из?за сложности технических процессов, обеспечивающих протекание реакции.

Ќо действительно ли изопрен так необходим дл€ производства каучука? Ѕыть может, макромолекулу с подобными же свойствами возможно образовать из других углеводородов? ¬ 1901 году русский химик  ондаков установил, что в каучукоподобное вещество превращаетс€ также диметилбутадиен, если оставить его около года сто€ть в темноте или на рассе€нном свету. (¬о врем€ ѕервой мировой войны в √ермании, отрезанной от источников натурального каучука, было налажено производство синтетического каучука из диметилбутадиена. ќднако издели€ из него выходили очень низкого качества, цена же их из?за технических сложностей оказывалась непомерно высокой. ѕосле войны этот метил?каучук больше никогда не производилс€.)

ѕозже было открыто, что в каучукоподобные вещества могут синтезироватьс€ все углеводороды со скелетом молекулы

| |

Ч C=C Ч C=C ?

| |

ѕервым членом этого р€да €вл€етс€ бутадиен (или дивинил)

CH2=CH?CH=CH2

≈ще в 1914 году англичане ћэтьюс и —трендж получили очень неплохой каучук из дивинила в присутствии металлического натри€. Ќо дальше лабораторных опытов их работа не пошла из?за того, что, во?первых, не был найден способ производства дивинила, а во?вторых, не удалось создать установку, котора€ могла бы синтезировать каучук в заводских услови€х. ќбе эти проблемы спуст€ п€тнадцать лет были разрешены русским химиком —ергеем Ћебедевым.

ƒо ѕервой мировой войны русские заводы вырабатывали из привозного каучука до 12 тыс€ч тонн резины. ѕосле революции, когда началась индустриализаци€ промышленности, потребности —оветского —оюза в каучуке многократно возросли. ќдин корабль требовал 68 т резины, каждый танк Ч 800 кг, самолет 600 кг, автомобиль Ч 160 кг. — каждым годом приходилось закупать за границей все больше и больше каучука. ћежду тем в 1923?1924 годах цена натурального каучука достигала 2400 золотых рублей за тонну. Ќеобходимость платить такие большие деньги, а в еще большей степени зависимость, в которую таким образом попадало от поставщиков молодое —оветское государство, ставили перед руководством страны серьезные проблемы. –ешить их можно было только одним путем Ч разработав промышленный способ производства синтетического каучука.

¬ конце 1925 года ¬—Ќ’ объ€вил международный конкурс на лучший способ получени€ синтетического каучука. ”слови€ конкурса были достаточно жесткими: каучук должен был быть изготовлен в ———– из продуктов, добываемых в ———–, цена искусственного каучука не могла превышать средней мировой цены за последнее п€тилетие.   1 €нвар€ 1928 года требовалось доставить в ћоскву 2 кг готового образца.

Ћебедев в то врем€ возглавл€л кафедру общей химии в Ћенинградском университете. ≈ще до революции он несколько лет занималс€ проблемой синтетического каучука и хорошо представл€л себе трудности, которые сто€ли перед всеми участниками конкурса. “ем не менее он решил прин€ть в нем участие. Ќесколько учеников и студентов согласились помогать ему в работе. ¬рем€ было очень трудное. ¬се помощники и сам Ћебедев трудились совершенно безвозмездно во внеслужебное врем€, по вечерам и выходным дн€м. „тобы поспеть к сроку, работали с величайшим напр€жением. —ложные технологические эксперименты приходилось проводить в самых невыгодных услови€х. Ќе хватало буквально всего.  ак вспоминали позже участники этого удивительного предпри€ти€, все необходимое они делали своими руками. Ћебедеву приходилось работать не только химиком, но также стеклодувом, слесарем и электромонтером. ƒл€ охлаждени€ при химических процессах нужен был лед Ч его все вместе заготовл€ли на Ќеве. » все?таки дело успешно продвигалось вперед.

¬ течение предыдущих многолетних исследований Ћебедев убедилс€, что получить синтетический каучук, полностью воспроизвод€щий свойства натурального, Ч задача очень сложна€ и при тех обсто€тельствах едва ли достижима€. ќн сразу отказалс€ от опытов с изопреном и в качестве исходного материала решил вз€ть дивинил. ѕосле исследований ћэтьюса и —тренджа в процессе производства дивинилового (бутадиенового) каучука оставалось еще одно недостающее звено Ч необходимо было разработать способ производства дивинила из дешевого и легкодоступного сырь€. —начала в качестве такового Ћебедев хотел вз€ть нефть, но потом все внимание сосредоточил на спирте. —пирт тогда был самым реальным исходным сырьем. ≈сли бы проблема синтеза дивинила была благополучно разрешена, по€вилась бы возможность сразу производить каучук в любом необходимом количестве, а это было как раз то, в чем нуждалась страна.

—уть реакции, при которой этиловый спирт разлагаетс€ на дивинил, воду и водород (она в общем виде описываетс€ уравнением: 2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2), была Ћебедеву пон€тна. Ќо больша€ трудность состо€ла в подборе подход€щего катализатора. √лубоко разобравшись в сути протекающих процессов, Ћебедев предположил, что таким катализатором может служить одна из активных природных глин. ¬о врем€ своего отпуска в  рыму и на  авказе летом 1927 года он посто€нно собирал и изучал образцы глин. ¬ конце концов нужную глину он нашел на  октебеле. –еакци€ в ее присутствии дала прекрасный результат. “ак, в середине 1927 года был достигнут первый успех Ч реакци€ пошла в нужном направлении, и из спирта был получен дивинил.

—ледующий процесс Ч полимеризацию дивинила Ч Ћебедев решил проводить по способу ћэтьюса и —тренджа. ƒл€ этого натрий в специальной установке равномерно распредел€лс€ по дивинилу, после чего реакци€ продолжалась в течение 3?5 дней. ќднако конечный продукт ее еще не €вл€лс€ товарным каучуком. ќн был пропитан газами, в нем неравномерно распредел€лс€ натрий, смесь была нестойкой и на воздухе быстро окисл€лась, тер€€ эластичность. ѕоэтому полученный каучук обрабатывали в мешалке, где он разминалс€ вместе с включенным в него натрием. «атем его смешивали с усилител€ми, сажей, каолином, магнезией и другими компонентами, которые должны были предохран€ть каучук от распадени€.

√отовый каучук получали ничтожными порци€ми Ч всего по несколько грамм в день. ѕоэтому работа продолжалась буквально до последней минуты. ¬ конце декабр€, когда до срока оставались уже считанные дни, синтез 2 кг каучука был окончен, и его срочно отправили в ћоскву. ¬ феврале 1928 года жюри, рассмотрев все присланные образцы (их, кстати, поступило совсем немного), признало каучук, выращенный в лаборатории Ћебедева, наилучшим.

ќднако это было только начало. Ћабораторные методы часто оказываютс€ неприемлемы в заводских услови€х. Ћебедеву поручили продолжать исследовани€ и разработать промышленную технологию своего метода производства каучука. ¬новь началась кропотлива€ работа. ѕравда, теперь средств и возможностей у Ћебедева было намного больше. ’орошо понима€ важность его работ, правительство предоставило ему все необходимое. ¬скоре при Ћенинградском университете была создана специальна€ лаборатори€ синтетического каучука. ¬ течение года в этой лаборатории была сконструирована и построена опытна€ установка, котора€ выдавала по 2?3 кг каучука в сутки.   концу 1929 года была разработана вс€ технологи€ заводского процесса.

¬ феврале 1930 года в Ћенинграде на √утуевском острове началось строительство опытного завода. Ћетом была открыта заводска€ лаборатори€. ќборудованна€ по личным указани€м Ћебедева, она была одной из лучших химических лабораторий того времени и превратилась в насто€щий научный центр синтетического каучука.  роме лаборатории, Ћебедев получил в свое распор€жение лучших специалистов, каких только смогли найти. ѕо всем вопросам он мог обращатьс€ лично к секретарю Ћенинградского обкома партии  ирову.

Ѕольша€ трудность заключалась в создании необходимого оборудовани€. ’имическое машиностроение только зарождалось. «аказы распредел€лись по всем ленинградским заводам, но их выполнение продвигалось медленно, так как не хватало необходимого опыта. ƒаже сам Ћебедев порой затрудн€лс€ дать точный технический совет. “ем не менее строительство опытного завода было завершено в €нваре 1931 года. ¬ феврале на нем были получены первые 250 кг каучука. Ёто был первый в мире дешевый синтетический каучук, полученный заводским путем. ¬ том же году были заложены три каучуковых завода?гиганта Ч в ярославле, ¬оронеже и ≈фремове. ¬се они были объ€влены ударными комсомольскими стройками и возводились с поразительной быстротой. ¬ 1932 году ярославский завод уже дал первый каучук. ѕоначалу синтез дивинила в заводских услови€х проводилс€ с большим трудом. ¬место простой смеси продуктов разложени€ спирта, состо€щих из дивинила, воды и водорода, получалс€ сложный «винегрет» из 30 компонентов, причем выход дивинила в этой массе не превышал 20?25%. Ћебедеву пришлось срочно ехать в ярославль с группой своих сотрудников помогать налаживать производство. ѕотом такие же сложности возникли в ¬оронеже и ≈фремове. ¬есной 1934 года во врем€ поездки на завод в ≈фремов Ћебедев заразилс€ сыпным тифом и умер вскоре после возвращени€ в Ћенинград. Ќо дело, которому он положил такое важное основание, крепло и развивалось. ¬след за первыми трем€ заводами синтетического каучука были построены несколько новых.

¬ 1934 году было выпущено 11 тыс€ч тонн синтетического каучука, в 1935 году Ч 25 тыс€ч, в 1936 году Ч 40 тыс€ч. ¬ 1937 году дол€ синтетического каучука в общем объеме резинового производства уже составл€ла 73%. —ложнейша€ в научном и техническом отношении задача была благополучно разрешена.

¬прочем, способ производства синтетического каучука, разработанный Ћебедевым, не был единственно возможным. ќн сам прекрасно понимал это и в последние годы много думал над тем, как заменить пищевое сырье (спирт производилс€ из пищевых продуктов, причем на получение 1 тонны спирта расходовалось 12 тонн картофел€) другим, более дешевым, например, нефтью. ≈ще одним недостатком дивинилового каучука была его мала€ клейкость. ѕри изготовлении из него резиновых изделий приходилось идти на дополнительные затраты. ¬ дальнейшем было разработано еще несколько способов производства синтетического каучука, а в 1965 году в ———– в промышленных услови€х был впервые получен синтетический каучук из изопрена.

 

79. “≈Ћ≈¬»ƒ≈Ќ»≈

 

“елевидение €вл€етс€, быть может, одним из самых замечательных изобретений XX века и наравне с автомобилем, самолетом, компьютером, €дерным реактором заслуживает права на эпитеты «величайшее», «главнейшее», «чудесное» и «неверо€тное». ќно настолько глубоко проникло сейчас во все сферы нашего быти€, настолько тесно св€зано с жизнью каждого человека, что без телевизионного экрана уже невозможно представить себе ни современную технику, ни современную цивилизацию.

 ак и любое сложное техническое творение, телевидение по€вилось и развилось в совершенную систему благодар€ усили€м многих и многих изобретателей. ¬ короткой главе, конечно, трудно рассказать обо всех, кто в той или иной мере приложил свои руки и ум к созданию телевизионной техники. ѕоэтому мы остановимс€ только на самых важных и значительных моментах истории ее возникновени€.

–анним предшественником телевидени€ следует считать копирующий телеграф јлександра Ѕена, на который он получил патент в 1843 году. ќснову отправл€ющего и принимающего аппаратов составл€ли здесь сургучно?металлические пластины, устроенные особым образом. ƒл€ их изготовлени€ Ѕен брал изолированную проволоку, резал ее на куски длиной 2, 5 см и плотно набивал ими пр€моугольную раму, так чтобы отрезки проволоки были параллельны друг другу, а их торцы располагались в двух плоскост€х. «атем он заливал рамку жидким сургучом, остужал и полировал ее с обеих сторон до получени€ гладких диэлектрических поверхностей с металлическими вкраплени€ми.

јппарат Ѕена был пригоден дл€ передачи изображений с металлических клише или с металлических типографских литер. ≈сли металлическое клише или типографский шрифт прижимали к одной из сторон металлосургучной пластины передающего аппарата, то часть проволок оказывалась электрически замкнута между собой и получала контакт с участком цепи, подводимым к шрифту и к источнику тока. Ётот контакт переходил и на концы тех же проволок с противоположной стороны пластины. ќдновременно к аналогичной пластине приемного аппарата прикладывали лист влажной бумаги, предварительно пропитанной сол€ми кали€ и натри€, котора€ была способна измен€ть свою окраску под действием электрического тока.

ƒействие аппарата состо€ло в том, что одновременно на передающей и приемной станци€х приводили в движение ма€тники с закрепленными на них контактными перь€ми, которые скользили по отполированной поверхности обеих пластин (на передающем и принимающем конце). “еперь рассмотрим, что происходило в телеграфной линии при различных положени€х контактного пера.

 огда перо скользило по диэлектрической сургучной части пластины и по металлическим вкраплени€м, не имевшим контакта с выступами клише или литер шрифта, тогда цепь оставалась разомкнутой, и ток от батареи в линию не поступал.  асание контактным пером торца проволоки, соединенной со шрифтом, моментально замыкало цепь, и ток шел по линии св€зи до приемного аппарата, вызыва€ окраску участка бумаги. —овершив очередное колебание, ма€тники прит€гивались электромагнитами и ненадолго останавливались. «а это врем€ металлосургучные пластины с помощью часового механизма опускались на небольшое, но одинаковое рассто€ние вниз с тем, чтобы при очередном колебании ма€тника контактное перо перемещалось по торцам следующего р€да проволок. “аким образом, рельефное изображение, прижатое к пластине передающего аппарата, точка за точкой, строка за строкой преобразовывалось в элементарные сигналы, которые поступали на приемный пункт по телеграфной линии св€зи. «десь благодар€ электрохимическому действию тока изображение про€вл€лось на влажной пропитанной бумаге, прижатой к пластине приемного аппарата.

Ёто остроумное изобретение уже содержало в себе три существенных признака телевизионных систем: 1) разложение цельного оригинала на отдельные элементы (точки), которые передаютс€ по очереди в строгой последовательности; 2) построчную развертку изображени€; 3) синхронное движение коммутирующих устройств на передающей и принимающей станци€х. »з?за своей сложности и высокой цены копирующий телеграф не получил практического применени€, но в его конструкции впервые была разрешена задача электрической передачи изображени€ на большое рассто€ние.

јналогичный аппарат Ѕекуэла, созданный в 1848 году, имел более простое устройство. —пециальной краской, не проводившей электрический ток, писали текст или рисовали картину на металлической фольге. «атем этой фольгой обт€гивали цилиндр, вращавшийс€ с помощью часового механизма. ¬доль цилиндра перемещалс€ один?единственный ползунковый контакт, соединенный проводом с таким же ползунком приемного аппарата. ѕри вращении цилиндра на станции отправлени€ ползунок касалс€ как открытой, так и изолированной поверхности фольги. ¬ зависимости от этого в цепи присутствовал или отсутствовал электрический ток, на который реагировала химически обработанна€ бумага, уложенна€ на цилиндр в приемнике.

Ќова€ эпоха в истории телевидени€ началась после открыти€ €влени€ фотоэффекта. ѕрежде всего получил применение внутренний фотоэффект, суть которого состо€ла в том, что некоторые полупроводники при их освещении значительно мен€ли свое электрическое сопротивление. ѕервым эту интересную способность полупроводников отметил англичанин —мит. ¬ 1873 году он сообщил о произведенных им опытах с кристаллическим селеном (открытым в 1817 г. шведским химиком Ѕерцелиусом). ¬ этих опытах полоски из селена были разложены в стекл€нные запа€нные трубки с платиновыми вводами. “рубки помещали в светонепроницаемый €щик с крышкой. ¬ темноте сопротивление полосок селена было довольно высоким и оставалось весьма стабильным, но как только крышка €щика отодвигалась, проводимость возрастала на 15?100%. ѕростое движение руки над трубками увеличивало сопротивление селена на 15?20%. (ќбъ€снение этому интересному €влению было найдено намного позже, когда была создана квантова€ теори€ света. —пособность того или иного вещества проводить или не проводить ток, как мы знаем, зависит от того, есть ли в нем свободные зар€женные частицы. ¬ обычном состо€нии в кристалле селена нет таких зар€женных частиц. Ќо при освещении фотоны света выбивают из атомов селена часть электронов. Ёти электроны свободно перемещаютс€ между узлами кристаллической решетки полупроводника точно так же, как электроны в металле. “аким образом, полупроводник приобретает свойства проводника и сопротивление его значительно уменьшаетс€.)

¬скоре открытие —мита стало широко примен€тьс€ в телевизионных системах. »звестно, что каждый предмет становитс€ видимым только в том случае, если он освещаем или если €вл€етс€ источником света. —ветлые или темные участки наблюдаемого предмета или его изображени€ отличаютс€ друг от друга различной интенсивностью отраженного или излучаемого ими света. “елевидение как раз и базируетс€ на том, что каждый предмет (если не учитывать его цветность) можно рассматривать как комбинацию большого числа более или менее светлых и темных точек. ќт каждой из этих точек к наблюдателю идет световой поток разной интенсивности Ч от светлых точек более сильный, от темных Ч слабый. —ледовательно, если бы можно было создать такое устройство, которое на передающей станции преобразовывало световые сигналы падающего на него изображени€ в соответствующие электрические импульсы разной силы, а на принимающей вновь превращало эти импульсы в световые сигналы разной интенсивности, то проблема передачи изображени€ на рассто€ние была бы в общих чертах разрешена. ѕосле открыти€ внутреннего фотоэффекта стало очевидно, что таким преобразующим устройством может служить селенова€ пластина.

¬ 1878 году португальский профессор физики јдриано де ѕайва в одном из научных журналов изложил идею нового устройства дл€ передачи изображений по проводам. ѕередающее устройство де ѕайва представл€ло собой камеру?обскуру, на задней стенке которой была установлена больша€ селенова€ пластина. –азличные участки этой пластины должны были по разному измен€ть свое сопротивление в зависимости от освещени€. ¬прочем, де ѕайва признавал, что не знает, как произвести обратное действие Ч заставить светитьс€ экран на приемной станции. ¬ 1880 году ѕайва выпустил брошюру «Ёлектрическа€ телескопи€» Ч первую в историю книгу, специально посв€щенную телевидению. «десь было дано дальнейшее развитие идеи, изложенной за два года до этого. »так, передаваемое изображение оптическим путем проецировалось на пластину из множества селеновых элементов. “ок от батареи подавалс€ на металлический контакт, который быстро перемещалс€ по пластине. ≈сли какой?то сегмент был освещен €рко, сопротивление его было небольшим и ток с него оказывалс€ более сильным, чем тот, который снималс€ с плохо освещенного сегмента. ¬ результате по проводам передавались электрические сигналы разной силы. ¬ приемном устройстве движение этого контакта синхронно повтор€ла электрическа€ лампочка, перемещавша€с€ за матовым стеклом, котора€ горела то €рко, то тускло в зависимости от силы импульса тока (то есть от освещенности каждого сегмента селеновой пластины). ѕо мысли де ѕайва, если бы удалось получить достаточно быстрое движение контакта и лампочки, то у зрител€, гл€девшего на матовое стекло, должно было создатьс€ зрительное представление о проецируемом предмете.  ак этого добитьс€, де ѕайва не знал. ќднако дл€ своего времени это была очень интересна€ иде€.

¬ 1881 году французский адвокат  онстантин —енлек в брошюре «“електроскоп» описал проект телевизионного устройства, состо€щего из двух панелей Ч передающей и принимающей Ч и из такого же количества газоразр€дных лампочек. »зображение проецировалось на передающую матрицу из множества селеновых элементов, в результате чего с каждой из €чеек, в зависимости от ее освещени€, снималс€ ток определенной величины. Ќа передающей и принимающей станци€х располагались соединенные между собой электрическим проводом механические коммутаторы, действовавшие совершенно синхронно. ѕередающий коммутатор с большой скоростью замыкалс€ последовательно на все €чейки матрицы (как бы обега€ их построчно) и передавал с каждой из них ток на приемный коммутатор. ¬ результате на приемной панели вспыхивали лампочки, притом кажда€ горела более или менее интенсивно, в зависимости от величины передаваемого тока. —енлек построил действующую модель своего телектроскопа, но не смог передать на нем ничего, кроме нескольких свет€щихс€ точек.

—лабым местом всех первых телевизионных систем оставалс€ механический коммутатор. ¬ самом деле, дл€ того чтобы на сетчатке глаза наблюдател€ создалс€ образ передаваемого ему изображени€, на экране приемной станции за одну секунду должно сменитьс€ около дес€тка мгновенных снимков. “о есть развертка изображени€ (врем€, которое затрачиваетс€ на сн€тие сигнала со всех €чеек передающей селеновой пластины) должна была занимать около 0, 1 секунды. –азвертка с помощью перемещающегос€ контакта, придуманна€ еще Ѕеном, дл€ этой цели €вно не годилась.

Ѕыло предложено несколько способов разрешить эту трудность. Ќаконец, в 1884 году молодой немецкий студент ѕауль Ќипков нашел классическое решение проблемы развертки передаваемых картин. √лавной деталью устройства Ќипкова был светонепроницаемый диск с крошечными отверсти€ми около внешнего кра€. –ассто€ни€ между отверсти€ми были одинаковы, однако каждое следующее было смещено к центру диска на величину диаметра отверсти€.

ѕередача изображени€ должна была осуществл€тьс€ следующим образом. ќбъектив проецировал на диск уменьшенное действительное изображение предмета. ѕо другую сторону диска помещалась селенова€ пластинка. ƒиск приводили с помощью электродвигател€ в очень быстрое вращение. ѕри этом в каждый момент времени свет на элемент попадал только через одно какое?то отверстие, перемещавшеес€ по дугообразной линии. —начала между изображением и светочувствительной пластинкой проходило верхнее отверстие, через которое на фотоэлемент проецировалась последовательно только верхн€€ кромка изображени€.  огда это отверстие уходило за рамку изображени€, с другого кра€ рамки подвигалось другое, расположенное несколько ниже, и проецировало на фотоэлемент следующую полоску (или, как стали говорить позже, Ч «строчку») изображени€. “аким образом, за один оборот диска перед фотоэлементом проходили поочередно все участки изображени€. (Ётот процесс, получивший название «построчной развертки изображени€», €вл€етс€ одним из центральных в системе телевидени€. «ƒиск Ќипкова» стал первым простым устройством, позволившим осуществить такую развертку. ¬ течение последующих п€тидес€ти лет он €вл€лс€ неотъемлемой частью многих телевизионных устройств.) ƒалее сигналы от каждой €чейки фотоэлемента последовательно передавались по проводу на приемную станцию. «десь этот ток подавалс€ к неоновой лампе, котора€, соответственно, горела то €рче, то слабее, в зависимости от силы передаваемого тока. ћежду наблюдателем и лампой помещалс€ такой же перфорированный диск, как и на передающей станции, вращавшийс€ с ним в строгой синхронности. ¬ каждый момент времени зритель мог наблюдать свет€щиес€ строки, €ркость элементов которых была пропорциональна €ркости таких же элементов на диске передатчика. ¬ целом в устройстве Ќипкова были уже все основные узлы так называемого «механического» телевидени€.

ѕервые изобретатели телевидени€ предполагали посылать электрические сигналы по проводам, но как только стало развиватьс€ радио, €вилась мысль, что эти сигналы можно передавать с помощью электромагнитных волн. ¬первые эту идею выдвинул 15?летний польский гимназист ћечислав ¬ольфке, который в 1898 году подал патентную за€вку на первое телевизионное устройство без проводов. ѕередающее устройство ¬ольфке было таким же, как у Ќипкова, только сигналы с фотоэлемента передавались здесь на первичную обмотку трансформатора, вторична€ обмотка которого замыкалась на вибратор √ерца, излучавший электромагнитные волны. ¬ приемнике ток подавалс€ на неоновую лампу, и проекци€ изображени€ происходила так же, как у Ќипкова.

Ќесмотр€ на удачное разрешение проблемы развертки, ни Ќипкову, ни его последовател€м не удалось осуществить передачу изображений. ѕростые фотоэлементы, преобразу€ €ркость передаваемой точки в электрический сигнал, давали очень слабые импульсы тока, который тер€лс€ в более или менее прот€женной линии св€зи. ’от€ отдельные изобретатели сумели построить действующие аппараты и передавали с их помощью элементарные изображени€, имевшиес€ в их распор€жении технические средства не позвол€ли вынести эксперименты за пределы лаборатории. ќсновным преп€тствием дл€ дальнейшего развити€ телевидени€ было отсутствие существенного элемента св€зи Ч усилител€ сигналов. “олько после изобретени€ электронных ламп это преп€тствие было преодолено.

–азвитию телевидени€ также способствовали новые открыти€ в области фотоэффекта. ¬ 1888 году русский физик ”ль€нин обнаружил интересное €вление Ч на границе металл?селен при освещении ее светом источника начинал вырабатыватьс€ электрический ток. ”ль€нин поспешил использовать это свойство и изготовил первый селеновый фотоэлемент с тонкой золотой пленкой, вырабатывавший на свету слабый ток. (Ётот эффект теперь широко используетс€ в технике, например, в солнечных батаре€х.) Ќапомним, что до этого было известно только одно про€вление светочувствительных свойств селена Ч изменение сопротивлени€. ѕоэтому в цепь селенового фотоэлемента надо было об€зательно включать источник питани€ Ч внешнюю батарею. “еперь необходимость в этом отпала.

ѕервые практические телевизионные системы были созданы только в XX веке. ¬ 1923 году „арльз ƒженкинс осуществил передачу неподвижного изображени€ по радио из ¬ашингтона в ‘иладельфию и Ѕостон, а в 1925 году ему удалось передать изображение движущихс€ фигур. ƒл€ развертки ƒженкинс применил диск Ќипкова, а дл€ усилени€ видеосигнала Ч усилитель на электронных лампах. ¬ приемнике использовалась неонова€ лампа, на которую зритель смотрел через отверсти€ другого диска Ќипкова и видел точки различной €ркости, располагавшиес€ точно в таком же пор€дке, как и на передаваемом изображении. ƒл€ этого приемный диск вращалс€ с той же скоростью, что и передающий, дела€ 12, 5 оборотов в секунду (другими словами, перед зрителем в одну секунду смен€лось 12, 5 кадров Ч достаточна€ скорость дл€ того, чтобы передавать движение). ѕозже скорость была увеличена до 25 кадров в секунду. ”спешные результаты были достигнуты также в јнглии. ¬ 1928 году шотландец ƒжон Ѕэрд основал первую в ≈вропе акционерную телевизионную компанию и начал опытные передачи через радиостанцию, расположенную в Ћондоне. ≈го же фирма наладила выпуск первых механических телевизоров. »зображение в них развертывалось на 30 строк.

Ўирока€ публика поначалу с восторгом отнеслась к новому изобретению. «рители были снисходительны даже к тому, что изображение в их телевизорах часто оказывалось темным, нечетким и расплывчатым. ¬прочем, с годами энтузиазм поутих. ќказалось, что получить хорошее, четкое изображение в механическом телевидении вообще невозможно. (ѕодсчитано, что дл€ этого диск Ќипкова должен иметь развертку на 600 строк с диаметром отверсти€ около 0, 1 мм. ѕри этом диаметр самого диска достигнет 28 м. ѕри вращении с необходимой скоростью он неминуемо разлетитс€ под действием центробежных сил.) ’от€ во многих больших городах (в том числе в ћоскве и Ћенинграде) существовали свои телевизионные студии, а дес€тки тыс€ч людей имели у себ€ дома телевизоры, широкого распространени€ механическое телевидение не получило и в конце концов повсеместно уступило первенство электронному телевидению, о котором теперь и пойдет речь.

Ёпоха электронного телевидени€ началась с изобретени€ электронно?лучевой трубки. ѕрообразом электронной трубки была газоразр€дна€ лампа, изобретенна€ в 1856 году немецким стеклодувом √ейслером, который научилс€ вплавл€ть в стекл€нную колбу платиновые электроды и создал первые газонаполненные трубки. —ейчас газоразр€дные лампы распространены повсюду, и устройство их хорошо известно: по обе стороны стекл€нной трубки, наполненной каким?нибудь газом, помещают два электрода.  огда на эти электроды подаетс€ напр€жение от сильного источника тока, между ними возникает электрическое поле. ¬ этом поле молекулы газа ионизируютс€ (тер€ют свои электроны) и превращаютс€ в зар€женные частицы. ¬ результате через трубку происходит электрический разр€д, под действием которого газ начинает €рко светитьс€.

Ёто €вление сразу заинтересовало многих ученых.   их числу относилс€ и боннский профессор ѕлюккер, дл€ которого √ейслер специально изготовл€л запа€нные трубки с различными смес€ми газов. ¬ 1858 году ѕлюккер заметил, что при пропускании электрического тока стекло вблизи катода светитс€ как?то по особенному, не так, как в остальных част€х лампы. »зучив этот эффект, ѕлюккер пришел к выводу, что вблизи катода при электрическом разр€де возникает какое?то излучение, которое он назвал «катодным». ¬ 1869 году немецкий физик √итторф открыл, что катодные лучи способны отклон€тьс€ под действием магнитного пол€. ¬ 1879 году английский физик ”иль€м  рукс провел фундаментальное исследование катодных лучей и пришел к выводу, что с поверхности катода при его нагревании испускаетс€ поток каких?то частиц. (¬ 1897 г. английский физик “омсон доказал, что катодные лучи €вл€ютс€ потоком зар€женных частиц Ч электронов.) ƒл€ своих опытов  рукс создал специальную трубку, котора€ была первой в истории катодно?лучевой трубкой.

ћежду прочим  рукс открыл, что некоторые вещества (они получили название люминофоров) начинают светитьс€ при бомбардировке их катодными лучами. ¬ 1894 году Ћенард установил, что свечение люминофоров тем сильнее, чем сильнее катодный ток. ¬ 1895 году профессор —трасбурского университета  арл Ѕраун на основе трубки  рукса создал катодную (электронную) осциллографическую трубку, предназначенную дл€ исследовани€ различных электрических токов.

¬ трубке Ѕрауна катод был покрыт диафрагмой Ч экраном с небольшим отверстием, в результате чего с катода испускалс€ не широкий пучок, как в опытах  рукса, а узкий луч. —наружи стекл€нной колбы помещалась катушка, на которую подавалс€ исследуемый ток. Ётот ток, проход€ через катушку, создавал вокруг переменное магнитное поле, которое отклон€ло катодный луч в вертикальной плоскости. Ёкраном служила стекл€нна€ пластинка, покрыта€ со стороны катода люминофором. Ћуч проходил через диафрагму и создавал на экране небольшое свет€щеес€ п€тно. ѕод действием отклон€ющего магнитного пол€ луч начинал колебатьс€ и вычерчивал на экране вертикальную линию, котора€ отмечала максимальное и минимальное значение исследуемого тока. — помощью зеркальца эта свет€ща€с€ лини€ отбрасывалась на внешний экран. Ќесколько позже, в 1902 году, русский ученый ѕетровский усовершенствовал трубку Ѕрауна, предложив использовать вторую катушку дл€ отклонени€ электронного луча также в горизонтальной плоскости. “еперь, подава€ соответствующие сигналы, можно было заставить луч обегать весь экран. ¬ 1903 году немецкий физик ¬енельт сделал еще одно усовершенствование Ч он ввел в трубку цилиндрический электрод, зар€женный отрицательно. »змен€€ силу зар€да на этом электроде, можно было усиливать или ослабл€ть электронный поток с катода, дела€ точку на экране то более €ркой, то тусклой. ¬ 1907 году Ћеонид ћандельштам предложил дл€ управлени€ лучом в трубке Ѕрауна использовать две системы отклон€ющих пластин, на которые подавалось пилообразное напр€жение. Ѕлагодар€ этому электронный луч стал вычерчивать на экране так называемый растр Ч свет€щиес€ строки, которые располагались одна под другой от верхней кромки экрана до самой нижней. ѕроисходило это следующим образом. Ќа пути электронного луча в трубке помещались две вертикально расположенные пластины, на которые, как уже говорилось, подавалось переменное напр€жение пилообразной формы, создаваемое специальным генератором.  огда это напр€жение было равно 0, электронный луч занимал на экране некоторое начальное положение. «атем, после того как положительна€ пластина начинала с определенной скоростью зар€жатьс€, электроны отклон€лись к ней и конец луча двигалс€ по экрану. Ёто передвижение продолжалось до тех пор, пока напр€жение положительной пластинки не достигало максимума. ѕосле этого напр€жение быстро уменьшалось, и электронный луч быстро возвращалс€ в исходное положение. «атем все повтор€лось сначала. ќдновременно луч совершал колебани€ в вертикальной плоскости. ƒл€ отклонени€ по вертикали предназначалась втора€ пара пластин. Ћегко видеть, что если частота пилообразного напр€жени€, прилагаемого к вертикальным пластинам, была в 10 раз больше той, котора€ прилагалось к горизонтальным, то за врем€, соответствующее одному кадру, луч успевал образовать 10 строк. ¬место переменного электрического пол€ можно было использовать переменное магнитное, создаваемое двум€ катушками. ¬се эти открыти€ и изобретени€ заложили фундаментальные основы электронного телевидени€.

ѕервым, кто предложил применить электронно?лучевую трубку дл€ телевизионной передачи, был русский физик Ѕорис –озинг. ¬ 1907 году он получил патент на способ электрической передачи изображени€ на рассто€ние.

ƒл€ построчной развертки изображени€ –озинг использовал два зеркальных барабана, представл€вших собой многогранные призмы с плоскими зеркалами.  аждое зеркало было слегка наклонено к оси призмы, и угол наклона равномерно возрастал от зеркала к зеркалу. ѕри вращении барабанов световые лучи, идущие от разных элементов передаваемого изображени€, отражались последовательно зеркальными гран€ми и поочередно (построчно) попадали на фотоэлемент. “ок с фотоэлемента передавалс€ на пластины конденсатора. ¬ зависимости от величины подаваемого тока между ними проходило большее или меньшее количество электронов, что позвол€ло измен€ть €ркость освещени€ соответствующих точек люминесцентного экрана. (Ёлектрическое поле внутри конденсатора при изменении напр€жени€ сигнала отклон€ло луч по вертикали, вследствие чего измен€лось количество электронов, попадавших на экран через отверстие в диафрагме.) “аким образом, трубка замен€ла сразу два узла прежних механических систем развертывающего устройства (например, диск Ќипкова) и источник света (например, газосветную лампу). ƒве взаимно перпендикул€рные катушки управл€ли движением луча таким образом, что он вычерчивал растр (начинал движение с верхнего левого угла экрана и оканчивал в правом углу, затем быстро возвращалс€ на левый край, опускалс€ немного вниз и делал развертку второй строчки). ƒвижение луча и вращение зеркальных барабанов было строго синхронизировано между собой, так что прохождение каждой проецируемой грани мимо фотоэлемента соответствовало прохождению одной строчки проецирующего луча. Ќа прохождение всего экрана луч затрачивал около 0, 1 секунды. Ѕлагодар€ этому рисунок луча воспринималс€ глазом как цельное изображение.

ѕосле долгих и упорных опытов со своей несовершенной аппаратурой –озинг сумел получить первое изображение Ч €рко освещенной решетки Ч на экране своего приемника. Ёто изображение состо€ло из четырех полос.  огда закрывали одно из отверстий решетки, соответствующа€ ему полоса на экране исчезала. “елевизор мог передавать изображение простых геометрических фигур, а также движение руки. —ообщени€ об изобретении –озинга были напечатаны в технических журналах —Ўј, японии и √ермании и оказали большое вли€ние на дальнейшее развитие телевидени€. ’от€ –озингу принадлежит слава родоначальника электронного телевидени€, его телевизионна€ система еще не была полностью электронной Ч съемка и передача изображени€ производились с помощью механического устройства Ч зеркальных барабанов. Ёлектронной в его системе была только принимающа€ трубка, в устройстве которой уже можно видеть многие черты черно?белого телевизора. —ледующим шагом должно было стать создание электронно?лучевой передающей трубки, действие которой основано на внешнем фотоэффекте.

¬нешний фотоэффект был открыт в 1887 году √енрихом √ерцем и глубоко изучен в следующем году русским физиком јлександром —толетовым. —уть этого €влени€ заключаетс€ в том, что под действием света происходит выбивание электронов с поверхности зар€женной пластины. ¬ыбитые электроны образуют облако, которое прит€гиваетс€ к положительному электроду, образу€ электрический ток в вакууме или разр€женном газе. Ќа этом принципе основана работа фотоэлемента, созданного в 1906 году немецким ученым ƒембером.  атод и анод здесь помещены в стекл€нной колбе, из которой выкачан воздух.   Ч катод, покрытый светочувствительным веществом (лучше всего цезием); ј Ч анод, который представл€ет собой металлическую сетку и не мешает проходить свету на анод; — Ч источник света; ≈ Ч батаре€. —вет, падающий на фотокатод фотоэлемента, освобождает из него электроны, которые устремл€ютс€ к положительно зар€женному аноду. ”меньшение или усиление освещени€ фотокатода соответственно увеличивает или уменьшает ток в его цепи.

¬ 1911 году английский инженер јлен —уинтон предложил проект телевизионного устройства, в котором электронно?лучева€ трубка использовалась не только как приемник, но и в качестве передатчика. ¬ основе передающей трубки —уинтона Ч трубка  рукса, к катоду которой прикладывалось отрицательное напр€жение в 100000 вольт относительно анода. ”зкий пучок электронов проходил сквозь отверстие в аноде C и попадал на экран I, описыва€ на нем с помощью отклон€ющих катушек E растр. Ёкран состо€л из миниатюрных, изолированных друг от друга металлических рубидиевых кубиков. — противоположной стороны сквозь сетку L и отсек с парами натри€ на экран I проецировалось изображение. —вет от каждой его точки попадал на отдельный рубидиевый кубик экрана, который действовал как независимый фотоэлемент, и выбивал с его поверхности электроны. ¬ соответствии с законами внешнего фотоэффекта этих электронов было тем больше, чем интенсивнее оказывалось действие света. ƒо тех пор пока на кубик не подавалось напр€жение, выбитые электроны находились вблизи экрана. Ќо когда электронный луч, обегавший один за другим все кубики, попадал на какой?то из них, тот получал отрицательный зар€д. “огда электроны, выбитые светом с поверхности кубика, устремл€лись к сетке L, котора€, следовательно, в каждый момент времени имела на себе зар€д, соответствующий какой?то точке экрана. Ётот зар€д снималс€ с сетки и передавалс€ затем как видеосигнал на приемную трубку, устройство которой основывалось на тех же принципах, что и у –озинга. Ёлектронный луч принимающей трубки был синхронизирован с лучом передающей трубки, а интенсивность его в каждой точке напр€мую зависела от силы посылаемого видеосигнала. ѕрактически действующей телевизионной установки —уинтон не создал, но в его проекте мы видим уже те основные элементы, которые входили потом в конструкцию всех последующих поколений передающих трубок: двустороннюю мозаику из множества отдельных фотоэлементов с внешним фотоэффектом, коллектор в виде сетки L и отклон€ющие катушки E.

—ледующий шаг на пути развити€ телевидени€ был сделан только в 20?е годы. ¬ 1923 году ¬ладимир «ворыкин (в студенческие годы «ворыкин был одним из учеников –озинга и активно помогал ему при создании первого телевизора; в 1917 году он эмигрировал в —Ўј, где и работал до самой смерти) запатентовал полностью электронную систему телевидени€ с передающей и приемной электронно?лучевыми трубками.

¬ передающей трубке «ворыкин применил трехслойную двухстороннюю мишень. “рубка состо€ла из сигнальной пластины 4 Ч тонкой алюминиевой пленки (прозрачной дл€ электронов), покрытой с одной стороны диэлектриком 3 из окиси алюмини€, на который был нанесен светочувствительный слой 2, обладающий внешним фотоэффектом. –€дом с этим слоем была установлена сетка 1. Ќа алюминиевую пленку подавалось положительное (относительно сетки) напр€жение. »зображение проецировалось на этот слой сквозь сетку 1. Ќа другой стороне алюминиевой пленки электронный луч 5 из электронного прожектора 6 создавал растр. —игнал снималс€ с нагрузки RЌ в цепи сетки. ћозаика передающей трубки содержала множество отдельных фотоэлементов. Ёта трубка тоже не стала работающей моделью, но в 1929 году «ворыкин разработал высоковакуумную приемную электронно?лучевую трубку, названную им кинескопом, котора€ в дальнейшем использовалась в первых телевизорах. “аким образом, принимающа€ электронно?лучева€ трубка была создана уже в начале 30?х годов.

— передающими трубками дело обсто€ло сложнее. ¬се предложенные изобретател€ми к концу 20?х годов электронные трубки отличались одним существенным недостатком Ч они имели очень низкую светочувствительность. ¬идеосигнал, снимаемый с них, был настолько слабым, что не мог обеспечить не только хорошего, но и сколько?нибудь удовлетворительного изображени€. Ќизкую светочувствительность справедливо объ€сн€ли неэффективным использованием светового потока. ƒействительно, предположим, что светочувствительна€ мозаична€ пластина разделена на 10 тыс€ч €чеек, и электронный луч обегает их все за 0, 1 с. Ёто значит, что при разр€жении передаваемого изображени€ свет действовал на каждый отдельный фотоэлемент в продолжение всего лишь 1/100000 секунды. ≈сли бы удалось использовать энергию светового потока, бесполезно пропадавшую в течение остальных 99999/100000 секунды, чувствительность телевизионной системы должна была бы значительно возрасти.

ќдним из первых попыталс€ разрешить эту проблему уже известный нам американский инженер „арльз ƒженкинс. ¬ 1928 году он предложил устройство дл€ накоплени€ зар€да в телевизионной трубке. —уть идеи ƒженкинса заключалась в том, что к каждому фотоэлементу светочувствительной панели подключалс€ конденсатор C. —вет падал на фотоэлемент, и образующийс€ ток зар€жал конденсатор в течение всего времени передачи кадра. «атем с помощью коммутатора конденсаторы поочередно разр€жались через нагрузку RЌ, с которой снималс€ сигнал, то есть в качестве видеосигнала ƒженкинс предполагал использовать разр€дный ток.

»де€ ƒженкинса была очень плодотворна, но она нуждалась в дальнейшей доработке. ѕрежде всего приходилось думать о том, где и как разместить дес€тки, а то и сотни тыс€ч маленьких конденсаторов (ведь кажда€ отдельна€ €чейка экрана должна была иметь свой конденсатор), затем требовалось создать коммутатор, который бы с нужной быстротой и синхронностью мог производить разр€дку всех этих конденсаторов. Ќикакое механическое устройство не могло справитьс€ с этой задачей. ѕоэтому роль коммутатора стали поручать тому же электронному лучу. ¬ течение п€ти последующих лет в разных странах было предложено несколько вариантов передающих трубок, использующих принцип накоплени€ зар€да, однако все эти проекты не были реализованы. ”спешно преодолеть многочисленные преп€тстви€ посчастливилось ¬ладимиру «ворыкину. ¬ 1933 году на съезде общества радиоинженеров в „икаго он объ€вил, что его дес€тилетние усили€ по созданию действующей телевизионной трубки завершились полным успехом.

Ёту работу «ворыкин начал в лаборатории фирмы «¬естингауз», а закончил в «–адиокорпорации јмерики», где в его распор€жении была прекрасно оборудованна€ лаборатори€ и больша€ группа опытных инженеров. ѕосле многих опытов «ворыкин с помощью химика »зига нашел очень простой способ изготовлени€ мозаичной светочувствительной мишени с накопительными конденсаторами. ѕроисходило это следующим образом. Ѕрали слюд€ную пластинку размером 10 на 10 см и на одну из ее сторон наносили тонкий слой серебра. ѕосле этого пластинку помещали в печь. “онкий серебр€ный слой при нагреве обретал способность сворачиватьс€ в гранулы. “аким образом на слюд€ной пластинке образовывалось несколько миллионов изолированных друг от друга гранул. «атем на серебр€ный слой наносили цезий, обладавший, как и селен, повышенной чувствительностью к свету. — противоположной стороны слюд€на€ пластинка покрывалась сплошным металлическим слоем. Ётот слой как бы служил второй пластиной конденсатора по отношению к гранулам серебра со светочувствительным цезиевым слоем. ¬ результате каждый из миллиона миниатюрных фотоэлементов служил в то же врем€ и миниатюрным конденсатором. Ётой трубке «ворыкин дал название иконоскоп.

–абота иконоскопа происходила следующим образом. —текл€нный шарообразный баллон снабжалс€ сигарообразным цилиндрическим отростком, в котором помещалс€ электронный прожектор. ¬ шаре находилась мишень, установленна€ наклонно к оси отростка. Ёта мишень, как уже говорилось, состо€ла из слюд€ной пластинки, на одну сторону которой был нанесен металлический сигнальный слой, а на другую Ч светочувствительна€ мозаика, состо€вша€ из множества изолированных друг от друга фотоэлементов (5). „асть поверхности стекл€нного шарового баллона трубки была сделана плоской, параллельной мишени. „ерез нее на мозаику проецировалось изображение, так что ось объектива была перпендикул€рна плоскости мишени (это исключало вс€кие искажени€) –€дом с мозаикой перед светочувствительным слоем была поставлена сетка (1), на которую подавалс€ положительный относительно анода (3) зар€д (анод был заземлен, а на термокатоде (4) создавалс€ большой отрицательный потенциал). Ёлектронный луч (2) проходил через сетку и создавал на мозаике растр. —игнал снималс€ с сигнальной пластины (6) и подавалс€ на сопротивление RЌ, а потом на усилительную лампу (7). Ёлектронный луч, пробега€ по фотомозаике, разр€жал последовательно все ее участки. ¬ результате образовывались электрические импульсы (видеосигналы), пропорциональные освещенности участков мозаики. Ёти импульсы усиливались и подавались к радиопередатчику. ¬ дальнейшем иконоскоп был значительно усовершенствован. Ўар заменили цилиндром с отростком дл€ электронного прожектора. ¬место сетки, котора€ искажала сигнал, стали примен€ть коллектор (8) в виде металлического кольца. Ќа внутренней поверхности цилиндра собирались фотоэлектроны, излученные мозаикой. ћишень состо€ла из мозаики фотоэлементов Ч светочувствительного сло€ (2), слюд€ной пластины?диэлектрика (3) и металлической пленки в качестве сигнальной пластины (4).

»коноскоп стал последним звеном в цепи изобретений, приведших к созданию электронного телевидени€. Ќо из?за депрессии, которой тогда были охвачены —Ўј, телевизионна€ сеть здесь сложилась только через несколько лет. “ем временем в 1934 году группа советских инженеров под руководством Ѕориса  руссера также создала иконоскоп. ¬ јнглии телевизионное вещание на аппаратуре, разработанной фирмами «ћаркони» и EMI, началось в 1936 году. ¬ том же году радиовещательна€ компани€ NBC начала регул€рные телепередачи в Ќью?…орке. ¬ √ермании и ———– телевещание началось в 1938 году.

 

80. –јƒј–

 

ќдной из важнейших областей применени€ радио стала радиолокаци€, то есть использование радиоволн дл€ определени€ местонахождени€ невидимой цели (а также скорости ее движени€). ‘изической основой радиолокации €вл€етс€ способность радиоволн отражатьс€ (рассеиватьс€) от объектов, электрические свойства которых отличаютс€ от электрических свойств окружающей среды.

≈ще в 1886 году √енрих √ерц обнаружил, что радиоволны способны отражатьс€ металлическими и диэлектрическими телами, а в 1897 году, работа€ со своим радиопередатчиком, ѕопов открыл, что радиоволны отражаютс€ от металлических частей кораблей и их корпуса, однако ни тот ни другой не стали глубоко изучать это €вление.

¬первые иде€ радара пришла в голову немецкому изобретателю ’юльсмайеру, который в 1905 году получил патент на устройство, в котором эффект отражени€ радиоволн использовалс€ дл€ обнаружени€ кораблей. ’юльсмайер предлагал применить радиопередатчик, вращающиес€ антенны направленного действи€, радиоприемник со световым или звуковым индикатором, воспринимающим отраженные предметами волны. ѕри всей своей несовершенности устройство ’юльсмайера содержало в себе все основные элементы современного локатора. ¬ патенте, выданном в 1906 году, ’юльсмайер описал способ определени€ рассто€ни€ до отражающего объекта. ќднако разработки ’юльсмайера практического применени€ не получили. ѕонадобилось тридцать лет, прежде чем иде€ применить радиоволны дл€ обнаружени€ самолетов и кораблей смогла быть претворена в реальную аппаратуру. ќсуществить это раньше было невозможно по следующим причинам.  ак √ерц, так и ѕопов пользовались дл€ своих опытов короткими волнами. ѕрактически же радиотехника вплоть до 30?х годов XX века примен€ла очень длинные волны. ћежду тем лучшее отражение происходит при условии, что длина волны по меньшей мере равна или (что еще лучше) меньше размеров отражающего объекта (корабл€ или самолета). —ледовательно, длинные волны, примен€вшиес€ в радиосв€зи, не могли дать хорошего отражени€. Ћишь в 20?е годы радиолюбители —Ўј, которым было разрешено пользоватьс€ дл€ своих опытов по радиосв€зи короткими волнами, показали, что на самом деле эти волны по неизвестным в то врем€ причинам распростран€ютс€ на необычайно большие рассто€ни€. ѕри ничтожной мощности радиопередатчиков радиолюбител€м удавалось осуществить св€зь через јтлантический океан. Ёто привлекло к коротким волнам внимание ученых и профессионалов.

¬ 1922 году сотрудники радиоотдела морской исследовательской лаборатории “ейлор и ёнг, работа€ в диапазоне ультракоротких волн, наблюдали €вление радиолокации. »м сейчас же пришла мысль, что можно разработать такое устройство, при котором миноносцы, расположенные друг от друга на рассто€нии нескольких миль, смогут немедленно обнаруживать непри€тельское судно «независимо от тумана, темноты и дымовой завесы». —вой доклад об этом “ейлор и ёнг прислали в морское министерство —Ўј, но поддержки их предложение не получило. ¬ 1930 году один из научных сотрудников “ейлора, инженер ’айланд, вед€ опыты по радиосв€зи на коротких волнах, заметил, что, когда самолет пересекал линию, на которой были расположены передатчик и приемник, по€вл€лись искажени€. »з этого ’айланд заключил, что с помощью радиопередатчика и приемника, работающих на коротких волнах, можно обнаружить местоположение самолета. ¬ 1933 году “ейлор, ёнг и ’айланд вз€ли патент на свою идею.

Ќа этот раз радару суждено было по€витьс€ на свет Ч дл€ этого сложились все технические предпосылки. √лавное же заключалось в том, что он стал необходим военным. “ехника противовоздушной обороны между двум€ мировыми войнами не получила соответствующего развити€. ѕо?прежнему главную роль играли посты воздушного наблюдени€, оповещени€ и св€зи, аэростаты, прожекторы, звукоуловители. ¬следствие роста скорости бомбардировщиков посты оповещени€ надо было выдвигать за 150 и более километров от того города, дл€ защиты которого они предназначались, и прокладывать к ним длинные телефонные линии. ќднако эти посты все равно не давали полной гарантии безопасности. ƒаже в хорошую €сную погоду наблюдатели не могли обнаружить самолеты, лет€щие на небольшой высоте. Ќочью или в тумане, в облачную погоду такие посты вообще не видели самолетов и ограничивались сообщени€ми о «шуме моторов». ѕриходилось располагать эти посты в несколько по€сов, разбрасывать их в шахматном пор€дке, чтобы прикрыть ими все дальние подступы.

“очно так же прожекторы были надежны в борьбе против самолетов лишь в €сные ночи. ѕри низкой облачности и тумане они становились бесполезны. —пециально разработанные звукоуловители тоже были слабым средством обнаружени€. ѕредставим себе, что самолет находитс€ за 10 км от наблюдательного поста. «вук мотора становилс€ слышен слухачу звукоуловител€ через 30 с небольшим секунд. «а это врем€ самолет, летевший со скоростью 600 км/ч, успевал пролететь 5 км, и звукоуловитель, следовательно, указывал место, где самолет находилс€ полминуты назад. ¬ этих услови€х пользоватьс€ звукоуловителем дл€ того чтобы наводить с его помощью прожектор или зенитное орудие, было бессмысленно. ¬от почему во всех странах ≈вропы и в —Ўј за 6?7 лет до ¬торой мировой войны начались усиленные поиски новых средств противовоздушной обороны, способных предупредить о нападении с воздуха. ¬ конце концов важнейша€ роль здесь была отведена радиолокации.  ак известно, туман, облака, темнота не вли€ют на распространение радиоволн. Ћуч прожектора быстро тускнеет в густых облаках, а дл€ радиоволн подобных преп€тствий не существует. Ёто делало очень перспективной идею применить их дл€ нужд ѕ¬ќ.

ќднако практическое воплощение идеи радиолокации потребовало решени€ целого р€да сложных научных и технических проблем. ¬ частности, надо было создать генераторы ультракоротких волн и чувствительные приемники очень слабых отраженных от объектов сигналов. “олько в 1938 году ћорска€ исследовательска€ лаборатори€ —Ўј разработала сигнальный радиолокатор XAF с дальностью действи€ 8 км, который был испытан на линкоре «Ќью?…орк».   1941 году было изготовлено 19 таких радаров.

√ораздо продуктивнее шли работы в јнглии, правительство которой не скупилось на расходы. ”же в 1935 году под руководством ”отсона?”атта была создана перва€ импульсна€ радиолокационна€ станци€ дальнего обнаружени€ CH. ќна работала в диапазоне волн 10?13 м и имела дальность действи€ 140 км при высоте полета самолета 4, 5 км. ¬ 1937 году на восточном побережье јнглии уже было установлено 20 таких станций. ¬ 1938 году все они приступили к круглосуточному дежурству, продолжавшемус€ до конца войны.

’от€ устройство любого радара очень сложно, принцип его действи€ пон€ть нетрудно. –адиолокационна€ станци€ работает не непрерывно, а периодическими толчками Ч импульсами. ѕередатчик первой английской радиолокационной станции CH посылал импульсы 25 раз в секунду. (ѕосылка импульса длитс€ в современных локаторах несколько миллионных долей секунды, а паузы между импульсами Ч несколько сотых или тыс€чных долей секунды.) »мпульсный режим примен€етс€ дл€ того, чтобы измер€ть врем€ между посылкой импульса и его возвращением от отраженного объекта. ѕослав в пространство очень кратковременную «порцию» радиоволн, передатчик автоматически выключаетс€ и начинает работать радиоприемник. ¬стретив на пути своего распространени€ какое?либо преп€тствие, радиоволны рассеиваютс€ во все стороны и частично отражаютс€ от него обратно, к месту посылки волн, то есть к радиолокационной станции. Ётот процесс аналогичен отражению звуковых волн Ч €влению эхо. ƒостаточно крикнуть или ударить в ладоши в горном ущелье у подножь€ скалы Ч и через несколько секунд послышитс€ слабое эхо Ч отражение звука. “ак как скорость радиоволн чуть ли не в миллион раз больше скорости звуковых волн, то от скалы, наход€щейс€ на рассто€нии 3500 м, эхо вернетс€ через 20 секунд, а радиоволна Ч через две стотыс€чных доли секунды. ѕоэтому основной особенностью радиолокационной станции должно быть быстрое измерение кратчайших отрезков времени с точностью до миллионных долей секунды. ѕон€тно, что если бы радиолокационна€ станци€ беспрерывно посылала свои сигналы, то среди мощных сигналов передатчика было бы невозможно уловить очень слабые отраженные радиоволны, вернувшиес€ обратно. јнтенна радиолокационной станции обладает направленным действием. ¬ отличие от антенн радиовещательной станции, посылающей радиоволны во всех направлени€х, импульсы, излучаемые радаром, концентрируютс€ в очень узкий пучок, посылаемый в строго определенном направлении.

ѕрин€в отраженные импульсы, радар направл€л их на электронно?лучевую трубку. «десь этот импульс (пон€тно, многократно усиленный) подавалс€ на вертикальные пластины, управл€вшие электронным лучом трубки (см. ее устройство в предыдущей главе) и вызывал вертикальный бросок луча на экране радара. „то же можно было наблюдать на этом экране? 25 раз в секунду в левой его части возникал электронный импульс (этот бросок был вызван тем, что очень небольша€ часть энергии излученного импульса попадала в приемник), и за ним бежала направо лини€ развертки. Ёто длилось до тех пор, пока импульс не достигал цели, не отражалс€ от нее и не возвращалс€ обратно. ѕредположим, что лини€, нарисованна€ электронным лучом, двигалась по экрану в течение 1 миллисекунды. «а это врем€ импульс проходил 150 км до цели, отражалс€ от нее, возвращалс€ обратно на станцию и высвечивалс€ на экране в виде второго броска. ” того места экрана трубки, где по€вилс€ первый бросок, ставили 0, а в конце линии Ч 150 км. “ак как скорость распространени€ волны посто€нна, то всю эту линию можно было разделить на равные части и получить таким образом возможность считывать (в пределах 150 км) любое рассто€ние до цели, отраженный импульс которой был виден на экране трубки. Ѕлагодар€ столь частому по€влению изображени€ на экране, оно казалось глазу оператора как бы неподвижным и неисчезающим. Ћишь импульс, отраженный от цели, медленно перемещалс€ влево по линии, если самолет летел по направлению к станции.

¬се сведени€ об обнаруженных самолетах противника радиолокационные станции передавали на так называемый «фильтрующий центр». «десь по донесени€м отдельных станций производилось сличение и уточнение данных о воздушной обстановке. ќтобранные и проверенные сведени€ «фильтрующий центр» передавал командованию. Ќа центральном командном пункте имелась больша€ карта. —пециальные операторы перемещали по карте маленькие модели самолетов.  омандование таким образом могло непрерывно наблюдать воздушную обстановку и сообразно с этим принимать нужные решени€. ¬последствии оказалось, что станции дальнего обнаружени€ могут давать и дополнительные сведени€ о числе вражеских самолетов, их курсе и скорости.  омандные пункты ѕ¬ќ по этим сведени€м могли заключить, какое количество бомбардировщиков участвует в операции, установить, к какому пункту они направл€ютс€ и когда к нему прибудут.

ќднако первые радары обладали и крупными недостатками. ѕоскольку они работали на волне 10 и более метров, антенны их были громоздки и неподвижны.   примеру, антенна передатчика CH подвешивалась на мачтах высотой 120 м. Ќеподалеку располагалась приемна€ станци€ с антенной на высоте 80 м. ќблада€ направленным действием, эти антенны излучали радиоволны широким конусом вперед и несколько в сторону от главного направлени€. ¬право, влево и назад эти антенны не излучали, и, следовательно, на этих направлени€х радары не могли обнаружить самолеты. ѕоскольку их волны отражались от земли и воды, низколет€щие цели были им недоступны. “ак что самолеты, приближавшиес€ к јнглии на высоте менее 100 м, могли пролететь незаметно дл€ радаров.

”странить эти изъ€ны можно было только созданием новых радиолокационных станций, работающих на более коротких волнах. ¬ первые годы развити€ радиолокации примен€лись волны длиной 10?15 м, но в дальнейшем оказалось, что удобнее использовать дл€ этой цели волны в тыс€чу раз короче Ч пор€дка нескольких сантиметров. ѕриборы, работавшие в таком диапазоне, до начала войны €вл€лись, по существу, лабораторными конструкци€ми, были очень капризны и обладали ничтожной мощностью. »звестные в то врем€ типы электронных ламп очень плохо или почти не работали на сантиметровых волнах. ¬се необходимое оборудование дл€ более совершенных радаров было создано в рекордно короткие сроки уже в начале войны.

—начала перешли на волну в 1, 5 м, что позволило сразу улучшить работу радара и резко сократить размеры антенн. “огда по€вилась мысль, что такую антенну можно вращать в горизонтальном направлении и рассылать импульсы локатора во все стороны, а не только вперед. ƒалее напрашивалось предположение, что если радар поочередно посылает импульсы и принимает их отражени€, то вовсе не об€зательно передающую и принимающую станции размещать отдельно: можно и должно передавать и принимать на одну и ту же антенну, поочередно подключа€ ее то к передатчику, то к приемнику. ¬ 1939 году была разработана станци€ CHL дл€ обнаружени€ низколет€щих самолетов и надводных кораблей с дальностью действи€ 100 км. “акие станции располагались на рассто€нии 40 км друг от друга, защища€ устье “емзы и подходы к ней. ¬ дальнейшем количество станций было увеличено так, чтобы прикрыть все восточное побережье јнглии. ¬ведение р€да усовершенствований позволило увеличить дальность действи€ радаров до 160?190 км.

¬се эти меры с лихвой оправдали себ€ в 1939?1940 годах, когда развернулась грандиозна€ битва за јнглию. Ќе име€ возможности перебросить в јнглию свои войска, √итлер двинул против нее армады своих бомбардировщиков. јнглийские истребители не знали поко€ ни днем, ни ночью, отбива€ одну за другой воздушные атаки немцев. –адиолокационные станции дальнего обнаружени€ играли в это врем€ огромную роль во всей системе ѕ¬ќ. Ќемецкие летчики вскоре убедились, что невидимые лучи радаров дл€ них страшнее истребителей и зениток. ѕрименение радиолокации навело вскоре англичан на мысль нацеливать с помощью радаров свои истребители на бомбардировщики врага. ƒл€ этого были созданы небольшие радиолокационные станции (GCI). ќни имели меньшую дальность действи€, но зато более точно определ€ли положение вражеских самолетов. Ёти радары устанавливались неподалеку от аэродромов истребительной авиации. ѕолучив сообщение от станций дальнего обнаружени€, они начинали следить за приближающимс€ врагом, дава€ летчикам?истребител€м точные данные о местоположении врага.

ƒл€ станций такого типа прежн€€ электронно?лучева€ трубка с горизонтальной линией развертки была неудобна, поскольку в каждый момент времени она могла наблюдать только за одним самолетом и посто€нно должна была переключатьс€ с одной цели на другую. ¬ св€зи с этим произошло крупное усовершенствование радиолокационной техники Ч по€вилась так называема€ трубка кругового обзора, получивша€ в скором времени самое широкое распространение во многих типах станций. Ќа экране такой трубки светова€ лини€ развертки начиналась не с левого кра€ экрана, как в прежних конструкци€х, а от центра. Ёта лини€ вращалась по часовой стрелке одновременно с вращением антенны, отража€ на экране местоположение целей вокруг станции. “акой экран создавал как бы карту воздушной обстановки. —ветовое п€тно в центре экрана отмечало местоположение радиолокационной станции.  онцентрические кольца вокруг этого п€тна помогали определить рассто€ние до отраженных импульсов, которые обозначились в виде более светлых точек. ќфицер станции наведени€ одновременно наблюдал на таком экране за всеми интересующими его цел€ми. ќсуществление наведени€ значительно упрощалось. ѕон€тно, что на таком радаре описанный выше способ работы индикатора не годилс€, так как все сигналы, отраженные от объектов, мгновенно пропадали с экрана. «десь примен€лись экраны, обладающие так называемым «послесвечением», то есть сохран€ющие свечение в течение определенного промежутка времени. ¬ таких трубках отклонение электронного луча осуществл€лось с помощью катушек, ток в которых измен€лс€ линейно в зависимости от времени.

ѕрименение всех систем радиолокационной обороны уже в первый период войны дало ощутимые результаты. «а четыре мес€ца 1940 года в небе над јнглией было уничтожено более 3000 немецких самолетов, причем 2600 из них были сбиты истребител€ми, наведенными своими радиолокационными станци€ми. »з?за больших потерь немцы были вынуждены прекратить дневные налеты. ќднако и это не спасло их. јнгличанами в срочном пор€дке была разработана небольша€ радиолокационна€ станци€ AI, размещавша€с€ на борту самолета. ќна могла обнаруживать цели на рассто€нии 3?5 км. Ќовыми радарами были оснащены специальные ночные истребители.  роме пилота на них размещалс€ стрелок?радиооператор. ѕо наводке с земли такие самолеты приближались к немецким бомбардировщикам на рассто€ние видимости своего радара. ѕосле этого уже сам оператор, име€ перед лицом трубку локатора, давал летчику команды по внутреннему переговорному устройству, куда направить машину, чтобы сблизитьс€ с бомбардировщиками.   весне 1941 года система ночной радиолокационной обороны уже оправдывала свое назначение. ≈сли в €нваре англичане сбили всего 4 немецких ночных бомбардировщика, то в апреле 58, а в мае 102.

 

81. ћј√Ќ»“ќ‘ќЌ

 

ѕрародитель магнитофона Ч телеграфон Ч был изобретен датским физиком ¬альдемаром ѕоульсеном. ¬ 1898 году ѕоульсен создал устройство, использующее €вление остаточного намагничивани€ и преобразующее звуковые волны в магнитные импульсы, которые записывались на тонкой стальной проволоке. Ќа входе телеграфона подключалс€ источник звука Ч микрофон. “ок с него подавалс€ на электромагнит особой формы. —оздаваемое электромагнитом магнитное поле намагничивало стальную проволоку, котора€ с определенной скоростью двигалась мимо магнита. ¬ такт передаваемому звуку снимаемый с микрофона ток увеличивалс€ или уменьшалс€, а следовательно, увеличивалась или уменьшалась напр€женность магнитного пол€, создаваемого записывающим магнитом.

ƒл€ воспроизведени€ фонограммы проволоку пропускали мимо магнита воспроизведени€. ¬ процессе движени€ силовые линии магнитного пол€ фонограммы пересекали витки катушки, в которых вследствие закона электромагнитной индукции возникал электрический ток, соответствующий записанным на проволоку звукам. Ёти слабые электрические импульсы преобразовывались в телефоне в звуковые волны. »х прослушивали без усилител€ с помощью наушников.  ачество звука было очень низким, и телеграфон не получил широкого распространени€.

ѕонадобилось тридцать лет, чтобы замечательное изобретение ѕоульсена приобрело признание. Ётому способствовало прежде всего по€вление электронных ламп и разработка схем усилителей на их основе, а также совершенствование самого звуконосител€. ѕроволока имела тенденцию быстро саморазмагничиватьс€. „тобы компенсировать это непри€тное свойство, приходилось увеличивать скорость ее движени€, котора€ поначалу достигала нескольких метров в секунду. ƒаже небольша€ фонограмма требовала огромного количества проволоки. ’от€ толщина ее не превышала 0, 1 мм, катушки с записью занимали много места и были очень т€желы. “онка€ проволока рвалась, путалась, перекручивалась во врем€ движени€. ≈е попытались замен€ть стальной лентой. ќбрывы прекратились, но объем и вес звуконосител€ вырос еще в несколько раз. „тобы раскрутить катушку с такой лентой, требовалс€ мощный электродвигатель. ’одовые механизмы получались очень громоздкими. ¬ этот период магнитна€ запись давала малообещающие результаты.

 оммерческий успех пришел к магнитофону только после изобретени€ нового звуконосител€. Ќемецкий изобретатель ѕфеймер разработал технологию нанесени€ сло€ порошкового железа на бумажную ленту: новый звуконоситель хорошо намагничивалс€ и размагничивалс€, его можно было обрезать и склеивать. ¬последствии бумажную ленту заменили пластиковой Ч из ацетилцеллюлозы, более прочной, эластичной и невоспламен€емой. Ќа ленту напыл€ли ферромагнитный порошок (окислы железа), предварительно смешанный со св€зующим веществом (например, нитролаком). ¬первые такую ленту начала выпускать в 1935 году немецка€ компани€ ј≈√. ћагнитофонна€ пленка произвела переворот в магнитной звукозаписи. ќна была легкой, компактной, хорошо сохран€ла намагничивание, что позволило в несколько дес€тков раз сократить скорость звуконосител€. Ќа такой пленке можно было записывать гораздо более длинное произведение, чем на проволоке.

«апись на ленту происходила так же, как и на проволоку. »з всего сказанного видно, что важнейшими элементами магнитофона €вл€лись записывающий и воспроизвод€щий электромагниты, которые называют магнитными головками. ќбе головки представл€ли собой магнитные сердечники, охваченные катушками. ¬ сердечнике имелс€ зазор, заполненный фольгой из специальной бронзы. “ок, проходивший через обмотку записывающей головки, образовывал магнитное поле, которое проходило по магнитному сердечнику и выходило из его рабочего зазора в окружающее пространство.  огда это поле было посто€нно, оно равномерно намагничивало всю проход€щую через него ленту.  огда же через обмотку головки проходил электрический ток, возникавший вследствие звукового воздействи€ на микрофон, магнитное поле в зазоре головке измен€лось в зависимости от силы тока микрофона, то есть в соответствии с силой звуковых колебаний. Ћента приобретала при этом различную намагниченность и превращалась в фонограмму. –азличные ее участки оказывались различно намагниченными, как по силе, так и по направлению. ћагнитные силовые линии этих отдельных участков, замыка€сь в пространстве, образовывали внешнее магнитное поле. ѕри воспроизведении магнитной фонограммы лента с той же скоростью, что и при записи, двигалась мимо воспроизвод€щей головки и возбуждала в ее обмотках электрический ток, который измен€лс€ в соответствии с силой магнитного пол€ ленты. «атем ток, возникший в обмотке и усиленный, поступал к динамику.

ƒл€ многократного использовани€ одной и той же ленты имелась головка стирани€, питаема€ от специального лампового генератора токами высокой частоты. “ок, создаваемый этим генератором, пропускалс€ через обмотки стирающей головки. ѕока лента проходила через поле, создаваемое этой головкой, она многократно перемагничивалась и в результате покидала ее в размагниченном состо€нии. ѕосле стирани€ магнитна€ лента попадала в поле записывающей головки. «десь каждый элемент ленты подвергалс€ двойному воздействию магнитного пол€, которое образовывалось, с одной стороны, током записывающего сигнала, а с другой Ч током дополнительного смещени€, поступающим в записывающую головку из высокочастотного генератора. Ёто дополнительное питание током высокой частоты получило название подмагничивани€. ќно необходимо дл€ борьбы с искажени€ми, которые оказывали на чувствительную магнитную ленту различные части магнитофона Ч прежде всего лампы и трансформаторы. ¬о врем€ работы вокруг них создавалось достаточно сильное магнитное поле, которое также намагничивало ленту. ƒолгое врем€ это нежелательное намагничивание (про€вл€вшеес€ при прослушивании в виде шума, треска и гула) очень снижало качество фонограмм. Ћишь после того как научились подмешивать к току сигнала высокочастотный ток подмагничивани€, качество магнитной фонограммы возросло настолько, что стало конкурировать с механической звукозаписью Ч граммофонными пластинками.

Ќа магнитофоне имелись две катушки Ч подающа€ и приемна€. ƒл€ перемещени€ ленты служил механизм, состо€щий из электродвигател€, ведущего вала, прижимного ролика и других деталей. ќбычно в магнитофоне имелось устройство дл€ ускоренной перемотки ленты с катушки на катушку в оба направлени€.

 

82. ѕ≈Ќ»÷»ЋЋ»Ќ

 

јнтибиотики Ч одно из замечательнейших изобретений XX века в области медицины. —овременные люди далеко не всегда отдают себе отчет в том, сколь многим они об€заны этим лечебным препаратам. „еловечество вообще очень быстро привыкает к поразительным достижени€м своей науки, и порой требуетс€ сделать некоторое усилие дл€ того, чтобы представить себе жизнь такой, какой она была, к примеру, до изобретени€ телевизора, радио или паровоза. “ак же быстро вошло в нашу жизнь огромное семейство разнообразных антибиотиков, первым из которых был пенициллин. —егодн€ нам кажетс€ удивительным, что еще в 30?х годах XX столети€ ежегодно дес€тки тыс€ч людей умирали от дизентерии, что воспаление легких во многих случа€х кончалось смертельным исходом, что сепсис был насто€щим бичом всех хирургических больных, которые во множестве гибли от заражени€ крови, что тиф считалс€ опаснейшей и трудноизлечимой болезнью, а легочна€ чума неизбежно вела больного к смерти. ¬се эти страшные болезни (и многие другие, прежде неизлечимые, например, туберкулез) были побеждены антибиотиками.

≈ще более поразительно вли€ние этих препаратов на военную медицину. “рудно поверить, но в прежних войнах большинство солдат гибло не от пуль и осколков, а от гнойных заражений, вызванных ранением. »звестно, что в окружающем нас пространстве наход€тс€ мириады микроскопических организмов микробов, среди которых немало и опасных возбудителей болезней. ¬ обычных услови€х наша кожа преп€тствует их проникновению внутрь организма. Ќо во врем€ ранени€ гр€зь попадала в открытые раны вместе с миллионами гнилостных бактерий (кокков). ќни начинали размножатьс€ с колоссальной быстротой, проникали глубоко внутрь тканей, и через несколько часов уже никакой хирург не мог спасти человека: рана гноилась, повышалась температура, начиналс€ сепсис или гангрена. „еловек погибал не столько от самой раны, сколько от раневых осложнений. ћедицина оказывалась бессильна перед ними. ¬ лучшем случае врач успевал ампутировать пораженный орган и тем останавливал распространение болезни.

„тобы боротьс€ с раневыми осложнени€ми, надо было научитьс€ парализовать микробов, вызывающих эти осложнени€, научитьс€ обезвреживать попавших в рану кокков. Ќо как этого достигнуть? ќказалось, что воевать с микроорганизмами можно непосредственно с их же помощью, так как одни микроорганизмы в процессе своей жизнеде€тельности выдел€ют вещества, способные уничтожать другие микроорганизмы. »де€ использовать микробов в борьбе с микробами по€вилась еще в XIX веке. “ак, Ћуи ѕастер открыл, что бациллы сибирской €звы погибают под действием некоторых других микробов. Ќо пон€тно, что разрешение этой проблемы требовало огромного труда Ч нелегко разобратьс€ в жизни и взаимоотношени€х микроорганизмов, еще труднее постичь, какие из них наход€тс€ во вражде друг с другом и чем один микроб побеждает другого. ќднако сложнее всего было вообразить, что грозный враг кокков уже давно и хорошо известен человеку, что он уже тыс€чи лет живет бок о бок с ним, то и дело напомина€ о себе. »м оказалась обыкновенна€ плесень Ч ничтожный грибок, который в виде спор всегда присутствует в воздухе и охотно разрастаетс€ на всем старом и отсыревшем, будь то стена погреба или кусок хлеба.

¬прочем, о бактерицидных свойствах плесени было известно еще в XIX веке. ¬ 60?х годах прошлого века между двум€ русскими врачами Ч јлексеем ѕолотебновым и ¬€чеславом ћанассеиным Ч возник спор. ѕолотебнов утверждал, что плесень €вл€етс€ родоначальником всех микробов, то есть что все микробы происход€т от нее. ћанассеин же доказывал, что это неверно. „тобы обосновать свои доводы, он стал исследовать зеленые плесени (по?латыни пенициллиум глаукум). ќн посе€л плесень на питательной среде и с изумлением отметил: там, где рос плесневой грибок, никогда не развивались бактерии. »з этого ћанассеин сделал вывод, что плесневой грибок преп€тствует росту микроорганизмов. “о же потом наблюдал и ѕолотебнов: жидкость, в которой по€вл€лась плесень, оставалась всегда прозрачной, стало быть, не содержала бактерий. ѕолотебнов пон€л, что как исследователь он был не прав в своих заключени€х. ќднако как врач он решил немедленно исследовать это необычное свойство такого легкодоступного вещества, как плесень. ѕопытка увенчалась успехом: €звы, покрытые эмульсией, в которой содержалс€ плесневой грибок, быстро заживали. ѕолотебнов сделал интересный опыт: он покрывал глубокие кожные €звы больных смесью плесени с бактери€ми и не наблюдал в них никаких осложнений, ¬ одной из своих статей 1872 году он рекомендовал таким же образом лечить раны и глубокие нарывы.   сожалению, опыты ѕолотебнова не привлекли к себе внимани€, хот€ от послераневых осложнений во всех хирургических клиниках тогда погибало множество народа.

¬новь замечательные свойства плесени были открыты спуст€ полвека шотландцем јлександром ‘лемингом. — юности ‘леминг мечтал найти вещество, которое могло бы уничтожать болезнетворных бактерий, и упорно занималс€ микробиологией. Ћаборатори€ ‘леминга помещалась в маленькой комнате отдела патологии одного из крупных лондонских госпиталей. ¬ этой комнате всегда было душно, тесно и беспор€дочно. „тобы спастись от духоты, ‘леминг все врем€ держал окно открытым. ¬месте с другим врачом ‘леминг занималс€ исследовани€ми стафилококков. Ќо, не закончив работы, этот врач ушел из отдела. —тарые чашки с посевами колоний микробов еще сто€ли на полках лаборатории Ч уборку своей комнаты ‘леминг всегда считал зр€шной тратой времени. ќднажды, решив писать статью о стафилококках, ‘леминг загл€нул в эти чашки и обнаружил, что многие из находившихс€ там культур покрыла плесень. Ёто, впрочем, было неудивительно Ч очевидно, споры плесени занесло в лабораторию через окно. ”дивительным было другое: когда ‘леминг стал исследовать культуру, то во многих чашках не оказалось и следа стафилококков Ч там была только плесень и прозрачные, похожие на росу капли. Ќеужели обычна€ плесень уничтожила всех болезнетворных микробов? ‘леминг немедленно решил проверить свою догадку и поместил немного плесени в пробирку с питательным бульоном.  огда грибок развилс€, он поселил в ту же чашку различные бактерии и поставил ее в термостат. »сследовав затем питательную среду, ‘леминг обнаружил, что между плесенью и колони€ми бактерий образовались светлые и прозрачные п€тна Ч плесень как бы стесн€ла микробов, не дава€ им расти около себ€. “огда ‘леминг решил сделать более масштабный опыт: пересадил грибок в большой сосуд и стал наблюдать за его развитием. ¬скоре поверхность сосуда покрылась «войлоком» Ч разросшимс€ и сбившимс€ в тесноте грибком. «¬ойлок» несколько раз мен€л свой цвет: сначала он был белым, потом зеленым, потом черным. ћен€л цвет и питательный бульон Ч из прозрачного он превратилс€ в желтый. «ќчевидно, плесень выдел€ет в окружающую среду какие?то вещества», Ч подумал ‘леминг и решил проверить, обладают ли они вредными дл€ бактерий свойствами. Ќовый опыт показал, что желта€ жидкость разрушает те же микроорганизмы, которые разрушала и сама плесень. ѕричем жидкость обладала чрезвычайно большой активностью Ч ‘леминг разводил ее в двадцать раз, а раствор все равно оставалс€ губительным дл€ болезнетворных бактерий.

‘леминг пон€л, что стоит на пороге важного открыти€. ќн забросил все дела, прекратил другие исследовани€. ѕлесневый грибок пенициллиум нотатум отныне целиком поглотил его внимание. ƒл€ дальнейших экспериментов ‘лемингу понадобились галлоны плесневого бульона Ч он изучал, на какой день роста, при какой температуре и на какой питательной среде действие таинственного желтого вещества окажетс€ наиболее эффективным дл€ уничтожени€ микробов. ¬ то же врем€ вы€снилось, что сама плесень, так же как и желтый бульон, оказались безвредными дл€ животных. ‘леминг вводил их в вену кролику, в брюшную полость белой мыши, омывал бульоном кожу и даже закапывал ее в глаза Ч никаких непри€тных €влений не наблюдалось. ¬ пробирке разведенное желтое вещество Ч продукт, выдел€емый плесенью, Ч задерживало рост стафилококков, но не нарушало функций лейкоцитов крови. ‘леминг назвал это вещество пенициллином. — этих пор он посто€нно думал над важным вопросом: как выделить действующее активное вещество из профильтрованного плесневого бульона? ”вы, это оказалось чрезвычайно сложным делом. ћежду тем было €сно, что вводить в кровь человека неочищенный бульон, в котором содержалс€ чужеродный белок, безусловно, опасно. ћолодые сотрудники ‘леминга, такие же, как и он, врачи, а не химики, предприн€ли множество попыток разрешить эту проблему. –абота€ в кустарных услови€х, они потратили массу времени и энергии но ничего не добились. ¬с€кий раз после предприн€той очистки пенициллин разлагалс€ и тер€л целебные свойства. ¬ конце концов, ‘леминг пон€л, что эта задача ему не по плечу и что разрешение ее следует передать другим. ¬ феврале 1929 года он сделал в Ћондонском медицинском научно?исследовательском клубе сообщение о найденном им необыкновенно сильном антибактериальном средстве. Ёто сообщение не обратило на себ€ внимани€. ќднако ‘леминг был упр€мый шотландец. ќн написал большую статью с подробным изложением своих экспериментов и поместил ее в научном журнале. Ќа всех конгрессах и медицинских съездах он так или иначе делал напоминание о своем открытие. ѕостепенно о пенициллине стало известно не только в јнглии, но и в јмерике. Ќаконец, в 1939 году два английских ученых Ч √овард ‘лери, профессор патологии одного из оксфордских институтов, и Ёрнст „ейн, биохимик, бежавший из √ермании от преследовани€ нацистов, Ч обратили на пенициллин самое пристальное внимание.

„ейн и ‘лери искали тему дл€ совместной работы. “рудность задачи выделени€ очищенного пенициллина привлекла их. ¬ ќксфордском университете оказалс€ штамм (культура микробов, выделенна€ из определенных источников), присланный туда ‘лемингом. — ним?то они и стали экспериментировать. ƒл€ того чтобы превратить пенициллин в лекарственный препарат, его необходимо было св€зать с каким?нибудь веществом, растворимым в воде, но таким образом, чтобы, будучи очищенным, он не тер€л своих удивительных свойств. ƒолгое врем€ эта задача казалась неразрешимой Ч пенициллин быстро разрушалс€ в кислой среде (поэтому, кстати, его нельз€ было принимать внутрь) и очень недолго сохран€лс€ в щелочной, он легко переходил в эфир, но, если его не ставили на лед, разрушалс€ и в нем. “олько после многих опытов жидкость, выделенную грибком и содержащую аминопенициллиновую кислоту, удалось сложным путем отфильтровать и растворить в специальном органическом растворителе, в котором не раствор€лись соли кали€, хорошо растворимые в воде. ѕосле воздействи€ ацетата кали€ в осадок выпали белые кристаллы калийной соли пенициллина. ѕроделав множество манипул€ций, „ейн получил слизистую массу, которую ему удалось наконец превратить в коричневый порошок. ѕервые же опыты с ним имели потр€сающий эффект: даже маленька€ гранула пенициллина, разведенна€ в пропорции один на миллион, обладала мощным бактерицидным свойством Ч помещенные в эту среду смертоносные кокки гибли через несколько минут. ¬ то же врем€ введенный в вену мыши препарат не только не убил ее, но вообще не произвел на зверька никакого действи€.

  опытам „ейна присоединилось еще несколько ученых. ƒействие пенициллина всесторонне исследовали на белых мышах. »х заражали стафилококками и стрептококками в дозах более чем смертельных. ѕоловине из них ввели пенициллин, и все эти мыши остались живы. ќстальные умерли через несколько часов. ¬скоре было открыто, что пенициллин губит не только кокков, но и возбудителей гангрены. ¬ 1942 году пенициллин опробовали на больном, который умирал от менингита. ќчень скоро тот поправилс€. »звестие об этом произвело большое впечатление. ќднако наладить производство нового препарата в воюющей јнглии не удалось. ‘лери отправилс€ в —Ўј, и здесь в 1943 году в городе ѕеории лаборатори€ доктора  огхилла впервые начала промышленное производство пенициллина. ¬ 1945 году ‘лемингу, ‘лери и „ейну за их выдающиес€ открытие была присуждена Ќобелевска€ преми€.

¬ ———– пенициллин из плесени пенициллиум крустозум (этот грибок был вз€т со стены одного из московских бомбоубежищ) получила в 1942 году профессор «инаида ≈рмольева. Ўла война. √оспитали были переполнены ранеными с гнойными поражени€ми, вызванными стафилококками и стрептококками, осложн€вшими и без того т€желые раны. Ћечение было трудным. ћного раненых умирало от гнойного заражени€. ¬ 1944 году после долгих исследований ≈рмольева отправилась на фронт, чтобы испытать действие своего препарата. ¬сем раненым перед операцией ≈рмольева делала внутримышечную инъекцию пенициллина. ѕосле этого у большинства бойцов раны рубцевались без вс€ких осложнений и нагноений, без повышени€ температуры. ѕенициллин показалс€ видавшим виды полевым хирургам насто€щим чудом. ќн вылечивал даже самых т€желых больных, уже болевших заражением крови или воспалением легких. ¬ том же году в ———– было налажено заводское производство пенициллина.

¬ дальнейшем семь€ антибиотиков стала быстро расшир€тьс€. ”же в 1942 году √аузе выделил грамицидин, а в 1944 году американец украинского происхождени€ ¬аксман получил стрептомицин. Ќачалась эра антибиотиков, благодар€ которым в последующие годы сохранили жизнь миллионы людей. Ћюбопытно, что пенициллин так и осталс€ незапатентованным. “е, кто его открыли и создали, отказались получать патенты Ч они считали, что вещество, которое может принести такую пользу человечеству, не должно служить источником дохода. ¬еро€тно, это единственное открытие таких масштабов, на которое никто не предъ€вл€л авторских прав.

 

83. ј“ќћЌјя ЅќћЅј

 

ћир атома настолько фантастичен, что дл€ его понимани€ требуетс€ коренна€ ломка привычных пон€тий о пространстве и времени. јтомы так малы, что если бы каплю воды можно было увеличить до размеров «емли, то каждый атом в этой капле был бы меньше апельсина. ¬ самом деле, одна капл€ воды состоит из 6000 миллиардов миллиардов (6000000000000000000000) атомов водорода и кислорода. » тем не менее, несмотр€ на свои микроскопические размеры, атом имеет строение до некоторой степени сходное со строением нашей солнечной системы. ¬ его непостижимо малом центре, радиус которого менее одной триллионной сантиметра, находитс€ относительно огромное «солнце» Ч €дро атома. ¬округ этого атомного «солнца» вращаютс€ крохотные «планеты» Ч электроны. ядро состоит из двух основных строительных кирпичиков ¬селенной Ч протонов и нейтронов (они имеют объедин€ющее название Ч нуклоны). Ёлектрон и протон Ч зар€женные частицы, причем количество зар€да в каждом из них совершенно одинаково, однако зар€ды различаютс€ по знаку: протон всегда зар€жен положительно, а электрон Ч отрицательно. Ќейтрон не несет электрического зар€да и вследствие этого имеет очень большую проницаемость.

¬ атомной шкале измерений масса протона и нейтрона прин€та за единицу. јтомный вес любого химического элемента поэтому зависит от количества протонов и нейтронов, заключенных в его €дре. Ќапример, атом водорода, €дро которого состоит только из одного протона, имеет атомную массу равную 1. јтом гели€, с €дром из двух протонов и двух нейтронов, имеет атомную массу, равную 4.

ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но число нейтронов может быть разным. јтомы, имеющие €дра с одинаковым числом протонов, но отличающиес€ по числу нейтронов и относ€щиес€ к разновидност€м одного и того же элемента, называютс€ изотопами. „тобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в €дре данного изотопа.

ћожет возникнуть вопрос: почему €дро атома не разваливаетс€? ¬едь вход€щие в него протоны Ч электрически зар€женные частицы с одинаковым зар€дом, которые должны отталкиватьс€ друг от друга с большой силой. ќбъ€сн€етс€ это тем, что внутри €дра действуют еще и так называемые внутри€дерные силы, прит€гивающие частицы €дра друг к другу. Ёти силы компенсируют силы отталкивани€ протонов и не дают €дру самопроизвольно разлететьс€.

¬нутри€дерные силы очень велики, но действуют только на очень близком рассто€нии. ѕоэтому €дра т€желых элементов, состо€щие из сотен нуклонов, оказываютс€ нестабильными. „астицы €дра наход€тс€ здесь в беспрерывном движении (в пределах объема €дра), и если добавить им какое?то дополнительное количество энергии, они могут преодолеть внутренние силы Ч €дро разделитс€ на части. ¬еличину этой избыточной энергии называют энергией возбуждени€. —реди изотопов т€желых элементов есть такие, которые как бы наход€тс€ на самой грани самораспада. ƒостаточно лишь небольшого «толчка», например, простого попадани€ в €дро нейтрона (причем он даже не должен разгон€тьс€ до большой скорости), чтобы пошла реакци€ €дерного делени€. Ќекоторые из этих «дел€щихс€» изотопов позже научились получать искусственно. ¬ природе же существует только один такой изотоп Ч это уран?235.

”ран был открыт в 1783 году  лапротом, который выделил его из урановой смолки и назвал в честь недавно открытой планеты ”ран.  ак оказалось в дальнейшем, это был, собственно, не сам уран, а его оксид. „истый уран Ч металл серебристо?белого цвета Ч был получен только в 1842 году ѕелиго. Ќовый элемент не обладал никакими замечательными свойствами и не привлекал к себе внимани€ вплоть до 1896 года, когда Ѕеккерель открыл €вление радиоактивности солей урана. ѕосле этого уран сделалс€ объектом научных исследований и экспериментов, но практического применени€ по?прежнему не имел.

 огда в первой трети XX века физикам более или менее стало пон€тно строение атомного €дра, они прежде всего попробовали осуществить давнюю мечту алхимиков Ч постарались превратить один химический элемент в другой. ¬ 1934 году французские исследователи супруги ‘редерик и »рен ∆олио? юри доложили ‘ранцузской академии наук о следующем опыте: при бомбардировке пластин алюмини€ альфа?частицами (€драми атома гели€) атомы алюмини€ превращались в атомы фосфора, но не обычные, а радиоактивные, которые в свою очередь переходили в устойчивый изотоп кремни€. “аким образом, атом алюмини€, присоединив один протон и два нейтрона, превращалс€ в более т€желый атом кремни€.

Ётот опыт навел на мысль, что если «обстреливать» нейтронами €дра самого т€желого из существующих в природе элементов Ч урана, то можно получить такой элемент, которого в естественных услови€х нет. ¬ 1938 году немецкие химики ќтто √ан и ‘риц Ўтрассман повторили в общих чертах опыт супругов ∆олио? юри, вз€в вместо алюмини€ уран. –езультаты эксперимента оказались совсем не те, что они ожидали Ч вместо нового сверхт€желого элемента с массовым числом больше, чем у урана, √ан и Ўтрассман получили легкие элементы из средней части периодической системы: барий, криптон, бром и некоторые другие. —ами экспериментаторы не смогли объ€снить наблюдаемое €вление. “олько в следующем году физик Ћиза ћейтнер, которой √ан сообщил о своих затруднени€х, нашла правильное объ€снение наблюдаемому феномену, предположив, что при обстреле урана нейтронами происходит расщепление (деление) его €дра. ѕри этом должны были образовыватьс€ €дра более легких элементов (вот откуда брались барий, криптон и другие вещества), а также выдел€тьс€ 2?3 свободных нейтрона. ƒальнейшие исследовани€ позволили детально про€снить картину происход€щего.

ѕриродный уран состоит из смеси трех изотопов с массами 238, 234 и 235. ќсновное количество урана приходитс€ на изотоп?238, в €дро которого вход€т 92 протона и 146 нейтронов. ”ран?235 составл€ет всего 1/140 природного урана (0, 7%) (он имеет в своем €дре 92 протона и 143 нейтрона), а уран?234 (92 протона, 142 нейтрона) лишь Ч 1/17500 от общей массы урана (0, 006%). Ќаименее стабильным из этих изотопов €вл€етс€ уран?235. ¬рем€ от времени €дра его атомов самопроизвольно дел€тс€ на части, вследствие чего образуютс€ более легкие элементы периодической системы. ѕроцесс сопровождаетс€ выделением двух или трех свободных нейтронов, которые мчатс€ с огромной скоростью Ч около 10 тыс. км/с (их называют быстрыми нейтронами). Ёти нейтроны могут попадать в другие €дра урана, вызыва€ €дерные реакции.  аждый изотоп ведет себ€ в этом случае по?разному. ядра урана?238 в большинстве случаев просто захватывают эти нейтроны без каких?либо дальнейших превращений. Ќо примерно в одном случае из п€ти при столкновении быстрого нейтрона с €дром изотопа?238 происходит любопытна€ €дерна€ реакци€: один из нейтронов урана?238 испускает электрон, превраща€сь в протон, то есть изотоп урана обращаетс€ в более т€желый элемент Ч нептуний?239 (93 протона + 146 нейтронов). Ќо нептуний нестабилен Ч через несколько минут один из его нейтронов испускает электрон, превраща€сь в протон, после чего изотоп нептуни€ обращаетс€ в следующий по счету элемент периодической системы Ч плутоний?239 (94 протона + 145 нейтронов). ≈сли же нейтрон попадает в €дро неустойчивого урана?235, то немедленно происходит деление Ч атомы распадаютс€ с испусканием двух или трех нейтронов. ѕон€тно, что в природном уране, большинство атомов которого относ€тс€ к изотопу?238, никаких видимых последствий эта реакци€ не имеет Ч все свободные нейтроны окажутс€ в конце концов поглощенными этим изотопом.

Ќу а если представить себе достаточно массивный кусок урана, целиком состо€щий из изотопа?235? «десь процесс пойдет по?другому: нейтроны, выделившиес€ при делении нескольких €дер, в свою очередь, попада€ в соседние €дра, вызывают их деление. ¬ результате выдел€етс€ нова€ порци€ нейтронов, котора€ расщепл€ет следующие €дра. ѕри благопри€тных услови€х эта реакци€ протекает лавинообразно и носит название цепной реакции. ƒл€ ее начала может быть достаточно считанного количества бомбардирующих частиц. ƒействительно, пусть уран?235 бомбардируют всего 100 нейтронов. ќни раздел€т 100 €дер урана. ѕри этом выделитс€ 250 новых нейтронов второго поколени€ (в среднем 2, 5 за одно деление). Ќейтроны второго поколени€ произведут уже 250 делений, при котором выделитс€ 625 нейтронов. ¬ следующем поколении оно станет равным 1562, затем 3906, далее 9670 и т.д. „исло делений будет увеличиватьс€ безгранично, если процесс не остановить.

ќднако реально лишь незначительна€ часть нейтронов попадает в €дра атомов. ќстальные, стремительно промчавшись между ними, унос€тс€ в окружающее пространство. —амоподдерживающа€с€ цепна€ реакци€ может возникнуть только в достаточно большом массиве урана?235, обладающим, как говор€т, критической массой. (Ёта масса при нормальных услови€х равна 50 кг.) ¬ажно отметить, что деление каждого €дра сопровождаетс€ выделением огромного количества энергии, котора€ оказываетс€ примерно в 300 миллионов раз больше энергии, затраченной на расщепление! (ѕодсчитано, что при полном делении 1 кг урана?235 выдел€етс€ столько же тепла, сколько при сжигании 3 тыс. тонн угл€.) Ётот колоссальный выплеск энергии, освобождающейс€ в считанные мгновени€, про€вл€ет себ€ как взрыв чудовищной силы и лежит в основе действи€ €дерного оружи€. Ќо дл€ того чтобы это оружие стало реальностью, необходимо, чтобы зар€д состо€л не из природного урана, а из редкого изотопа Ч 235 (такой уран называют обогащенным). ѕозже было установлено, что чистый плутоний также €вл€етс€ дел€щимс€ материалом и может быть использован в атомном зар€де вместо урана?235.

¬се эти важные открыти€ были сделаны накануне ¬торой мировой войны. ¬скоре в √ермании и в других странах начались секретные работы по созданию атомной бомбы. ¬ —Ўј этой проблемой зан€лись в 1941 году. ¬сему комплексу работ было присвоено наименование «ћанхэттенского проекта». јдминистративное руководство проектом осуществл€л генерал √ровс, а научное Ч профессор  алифорнийского университета –оберт ќппенгеймер. ќба хорошо понимали огромную сложность сто€щей перед ними задачи. ѕоэтому первой заботой ќппенгеймера стало комплектование высокоинтеллектуального научного коллектива. ¬ —Ўј тогда было много физиков, эмигрировавших из фашистской √ермании. Ќелегко было привлечь их к созданию оружи€, направленного против их прежней родины. ќппенгеймер лично говорил с каждым, пуска€ в ход всю силу своего оба€ни€. ¬скоре ему удалось собрать небольшую группу теоретиков, которых он шутливо называл «светилами». » в самом деле, в нее входили крупнейшие специалисты того времени в области физики и химии. (—реди них 13 лауреатов Ќобелевской премии, в том числе Ѕор, ‘ерми, ‘ранк, „едвик, Ћоуренс.)  роме них, было много других специалистов самого разного профил€. ѕравительство —Ўј не скупилось на расходы, и работы с самого начала прин€ли грандиозный размах. ¬ 1942 году была основана крупнейша€ в мире исследовательска€ лаборатори€ в Ћос?јламосе. Ќаселение этого научного города вскоре достигло 9 тыс€ч человек. ѕо составу ученых, размаху научных экспериментов, числу привлекаемых к работе специалистов и рабочих Ћос?јламосска€ лаборатори€ не имела себе равных в мировой истории. «ћанхэттенский проект» имел свою полицию, контрразведку, систему св€зи, склады, поселки, заводы, лаборатории, свой колоссальный бюджет.

√лавна€ цель проекта состо€ла в получении достаточного количества дел€щегос€ материала, из которого можно было бы создать несколько атомных бомб.  роме урана?235 зар€дом дл€ бомбы, как уже говорилось, мог служить искусственный элемент плутоний?239, то есть бомба могла быть как урановой, так и плутониевой. √ровс и ќппенгеймер согласились, что работы должны вестись одновременно по двум направлени€м, поскольку невозможно наперед решить, какое из них окажетс€ более перспективным. ќба способа принципиально отличались друг от друга: накопление урана?235 должно было осуществл€тьс€ путем его отделени€ от основной массы природного урана, а плутоний мог быть получен только в результате управл€емой €дерной реакции при облучении нейтронами урана?238. » тот и другой путь представл€лс€ необычайно трудным и не сулил легких решений. ¬ самом деле, как можно отделить друг от друга два изотопа, которые лишь незначительно отличаютс€ своим весом и химически ведут себ€ совершенно одинаково? Ќи наука, ни техника никогда еще не сталкивались с такой проблемой. ѕроизводство плутони€ тоже поначалу казалось очень проблематичным. ƒо этого весь опыт €дерных превращений сводилс€ к нескольким лабораторным экспериментам. “еперь же предсто€ло в промышленном масштабе освоить производство килограммов плутони€, разработать и создать дл€ этого специальную установку Ч €дерный реактор, и научитьс€ управл€ть течением €дерной реакции. » там и здесь предсто€ло разрешить целый комплекс сложных задач. ѕоэтому «ћанхэттенский проект» состо€л из нескольких подпроектов, во главе которых сто€ли видные ученые. —ам ќппенгеймер был главой Ћос?јламосской научной лаборатории. Ћоуренс заведовал –адиационной лабораторией  алифорнийского университета. ‘ерми вел в „икагском университете исследовани€ по созданию €дерного реактора.

ѕоначалу важнейшей проблемой было получение урана. ƒо войны этот металл фактически не имел применени€. “еперь, когда он потребовалс€ сразу в огромных количествах, оказалось, что не существует промышленного способа его производства.  омпани€ «¬естингауз» вз€лась за его разработку и быстро добилась успеха. ѕосле очистки урановой смолы (в таком виде уран встречаетс€ в природе) и получени€ окиси урана, ее превращали в тетрафторид (UF4), из которого путем электролиза выдел€лс€ металлический уран. ≈сли в конце 1941 года в распор€жении американских ученых было всего несколько граммов металлического урана, то уже в но€бре 1942 года его промышленное производство на заводах фирмы «¬естингауз» достигло 6000 фунтов в мес€ц.

ќдновременно шла работа над созданием €дерного реактора. ѕроцесс производства плутони€ фактически сводилс€ к облучению урановых стержней нейтронами, в результате чего часть урана?238 должна была обратитьс€ в плутоний. »сточниками нейтронов при этом могли быть дел€щиес€ атомы урана?235, рассе€нные в достаточном количестве среди атомов урана?238. Ќо дл€ того чтобы поддерживать посто€нное воспроизводство нейтронов, должна была начатьс€ цепна€ реакци€ делени€ атомов урана?235. ћежду тем, как уже говорилось, на каждый атом урана?235 приходилось 140 атомов урана?238. ясно, что у разлетающихс€ во все стороны нейтронов было гораздо больше веро€тности встретить на своем пути именно их. “о есть, огромное число выделившихс€ нейтронов оказывалось без вс€кой пользы поглощенным основным изотопом. ќчевидно, что при таких услови€х цепна€ реакци€ идти не могла.  ак же быть? —начала представл€лось, что без разделени€ двух изотопов работа реактора вообще невозможна, но вскоре было установлено одно важное обсто€тельство: оказалось, что уран?235 и уран?238 восприимчивы к нейтронам разных энергий. –асщепить €дро атома урана?235 можно нейтроном сравнительно небольшой энергии, имеющим скорость около 22 м/с. “акие медленные нейтроны не захватываютс€ €драми урана?238 Ч дл€ этого те должны иметь скорость пор€дка сотен тыс€ч метров в секунду. ƒругими словами уран?238 бессилен помешать началу и ходу цепной реакции в уране?235, вызванной нейтронами, замедленными до крайне малых скоростей Ч не более 22 м/с. Ёто €вление было открыто италь€нским физиком ‘ерми, который с 1938 года жил в —Ўј и руководил здесь работами по созданию первого реактора. ¬ качестве замедлител€ нейтронов ‘ерми решил применить графит. ѕо его расчетам, вылетевшие из урана?235 нейтроны, пройд€ через слой графита в 40 см, должны были снизить свою скорость до 22 м/с и начать самоподдерживающуюс€ цепную реакцию в уране?235. ƒругим замедлителем могла служить так называема€ «т€жела€» вода. ѕоскольку атомы водорода, вход€щие в нее, по размерам и массе очень близки к нейтронам, они могли лучше всего замедл€ть их. (— быстрыми нейтронами происходит примерно то же, что с шарами: если маленький шар удар€етс€ о большой, он откатываетс€ назад, почти не тер€€ скорости, при встрече же с маленьким шаром он передает ему значительную часть своей энергии Ч точно так же нейтрон при упругом столкновении отскакивает от т€желого €дра лишь незначительно замедл€€сь, а при столкновении с €драми атомов водорода очень быстро тер€ет всю свою энергию.) ќднако обычна€ вода не подходит дл€ замедлени€, так как ее водород имеет тенденцию поглощать нейтроны. ¬от почему дл€ этой цели следует использовать дейтерий, вход€щий в состав «т€желой» воды.

¬ начале 1942 года под руководством ‘ерми в помещении теннисного корта под западными трибунами „икагского стадиона началось строительство первого в истории €дерного реактора. ¬се работы ученые проводили сами. ”правление реакцией можно осуществл€ть единственным способом Ч регулиру€ число нейтронов, участвующих в цепной реакции. ‘ерми предполагал добитьс€ этого с помощью стержней, изготовленных из таких веществ, как бор и кадмий, которые сильно поглощают нейтроны. «амедлителем служили графитовые кирпичи, из которых физики возвели колоны высотой в 3 м и шириной в 1, 2 м. ћежду ними были установлены пр€моугольные блоки с окисью урана. Ќа всю конструкцию пошло около 46 тонн окиси урана и 385 тонн графита. ƒл€ замедлени€ реакции служили введенные в реактор стержни из кадми€ и бора. ≈сли бы этого оказалось недостаточно, то дл€ страховки на платформе, расположенной над реактором, сто€ли двое ученых с ведрами, наполненными раствором солей кадми€ Ч они должны были вылить их на реактор, если бы реакци€ вышла из?под контрол€.   счастью, этого не потребовалось. 2 декабр€ 1942 года ‘ерми приказал выдвинуть все контрольные стержни, и эксперимент началс€. „ерез четыре минуты нейтронные счетчики стали щелкать все громче и громче. — каждой минутой интенсивность нейтронного потока становилась больше. Ёто говорило о том, что в реакторе идет цепна€ реакци€. ќна продолжалась в течение 28 минут. «атем ‘ерми дал знак, и опущенные стержни прекратили процесс. “ак впервые человек освободил энергию атомного €дра и доказал, что может контролировать ее по своей воле. “еперь уже не было сомнени€, что €дерное оружие Ч реальность.

¬ 1943 году реактор ‘ерми демонтировали и перевезли в јрагонскую национальную лабораторию (50 км от „икаго). «десь был вскоре построен еще один €дерный реактор, в котором в качестве замедлител€ использовалась т€жела€ вода. ќн состо€л из цилиндрической алюминиевой цистерны, содержащей 6, 5 тонн т€желой воды, в которую было вертикально погружено 120 стержней из металлического урана, заключенные в алюминиевую оболочку. —емь управл€ющих стержней были сделаны из кадми€. ¬округ цистерны располагалс€ графитовый отражатель, затем экран из сплавов свинца и кадми€. ¬с€ конструкци€ заключалась в бетонный панцирь с толщиной стенок около 2, 5 м. Ёксперименты на этих опытных реакторах подтвердили возможность промышленного производства плутони€.

√лавным центром «ћанхэттенского проекта» вскоре стал городок ќк?–идж в долине реки “еннеси, население которого за несколько мес€цев выросло до 79 тыс€ч человек. «десь в короткий срок был построен первый в истории завод по производству обогащенного урана. “ут же в 1943 году был пущен промышленный реактор, вырабатывавший плутоний. ¬ феврале 1944 года из него ежедневно извлекали около 300 кг урана, с поверхности которого путем химического разделени€ получали плутоний. (ƒл€ этого плутоний сначала раствор€ли, а потом осаждали.) ќчищенный уран после этого вновь возвращалс€ в реактор. ¬ том же году в бесплодной унылой пустыне на южном берегу реки  олумби€ началось строительство огромного ’энфордского завода. «десь размещалось три мощных атомных реактора, ежедневно дававших несколько сот граммов плутони€.

ѕараллельно полным ходом шли исследовани€ по разработке промышленного процесса обогащени€ урана. –ассмотрев разные варианты, √ровс и ќппенгеймер решили сосредоточить усили€ на двух методах: газодиффузионном и электромагнитном. √азодиффузионный метод основывалс€ на принципе, известном под названием закона √рэхэма (он был впервые сформулирован в 1829 году шотландским химиком “омасом √рэхэмом и разработан в 1896 году английским физиком –ейли). ¬ соответствии с этим законом, если два газа, один из которых легче другого, пропускать через фильтр с ничтожно малыми отверсти€ми, то через него пройдет несколько больше легкого газа, чем т€желого. ¬ но€бре 1942 года ёри и ƒаннинг из  олумбийского университета создали на основе метода –ейли газодиффузионный метод разделени€ изотопов урана. “ак как природный уран Ч твердое вещество, то его сначала превращали во фтористый уран (UF6). «атем этот газ пропускали через микроскопические Ч пор€дка тыс€чных долей миллиметра Ч отверсти€ в перегородке фильтра. “ак как разница в мол€рных весах газов была очень мала, то за перегородкой содержание урана?235 увеличивалось всего в 1, 0002 раза. ƒл€ того чтобы увеличить количество урана?235 еще больше, полученную смесь снова пропускают через перегородку, и количество урана оп€ть увеличиваетс€ в 1, 0002 раза. “аким образом, чтобы повысить содержание урана?235 до 99%, нужно было пропускать газ через 4000 фильтров. Ёто