Развитие техники в древности. Становление экспериментальной науки и динамика развития техники. Причины, побуждающие развитие техники. Сопоставление духовной и материальной культур. Теория-основа технического развития. Гипотеза-предшественник теории.
Развитие техники в древности Становление экспериментальной науки и динамика развития техники Причины, побуждающие развитие техники.
Введение
1. Развитие техники в древности
2. Становление экспериментальной науки и динамика развития техники
3. Причины, побуждающие развитие техники
4. Сопоставление духовной и материальной культур
5. Теория - основа технического развития
5.1. Гипотеза - предшественник теории
5.2. Теория - высшая форма организации научного знания
6.Теория движений изделий космической техники
6.1. Краткая история развития космонавтики
6.2. О развитии теории движений изделий РКТ
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
С целью исследования причин бурного развития техники за последние сто-двести лет в работе кратко излагается история ее развития с древнейших времен и приведено краткое описание логики развития техники.
Техника (от греч. techne - искусство, мастерство, умение), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества [1]. В технике материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в ходе развития общественного производства. Основное назначение техники ранее было - частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности, в настоящее время - создание и совершенствование т.н. техносферы, отражающей материально-техническую культуру жизни и научно-производственного процесса. Техника позволяет на основе познания законов природы существенно повысить эффективность трудовых усилий человека, расширить его возможности в процессе целесообразной трудовой деятельности; с ее помощью рационально (комплексно) используют природные ресурсы, осваивают недра Земли, Мировой океан, воздушное и космические пространства.
Показана важная роль в этом процессе появлений теорий, как таковых. Приведены понятия и основные признаки теорий, гипотез и других логических конструкций, на основе которых развиваются науки и как результат обогащается материальная культура человечества.
Как пример современного развития взята одна из областей науки и техники: рассматривается история ракетной техники и, в частности, создание и развитие математических моделей движения ракет-носителей и космических аппаратов.
Работа завершается выводами в разделе «Заключение».
1. Развитие техники в древности
«Разум растет у людей в соответствии с мира познаньем...»
Эмпедокл
(древнегреческий философ, врач, политический деятель 5 в. до н.э.)
Начальный период предыстории человечества называется палеолитом (греч. lithos - камень) - древним каменным веком [2]. Но это только так говорится, на самом деле на этот «век» приходится 98% всего времени существования человека (начиная с homo habilis - человек искусный, умелый - появившийся около 2 млн. лет назад). В некоторых уголках Земли этот «век» продолжается до сих пор.
Орудия труда человека той эпохи довольно однообразны: куски камня, слегка обработанные с одной, редко с двух сторон, для придания им режущей или колющей формы. Эти орудия употреблялись для самых различных целей, т.е. они были универсальными.
Человеческая техника развивалась чрезвычайно медленно. Проходит не одно тысячелетие, прежде чем в отделке каменных орудий замечается какой-либо прогресс. В [2] высказана версия о том, что медленный прогресс связан с тяжелыми условиями жизни и окружающей среды. Однако, это объяснение является сомнительным, учитывая наличие в некоторых областях Южной Америки, Африки и Австралии племен людей, живущих в благоприятных климатических условиях и имеющих развитие близкое каменному веку. Скорее наоборот, дефицит средств для выживания и экстремальные условия жизни стимулируют развитие. Медленное развитие орудий труда в эпохи палеолита объясняется, возможно, развитием человечества в других областях. Например, при объединении людей в сообщества (с целью выживания) возникает необходимость в формировании и совершенствовании общественных взаимоотношений (т.е. духовных и психических установках, необходимых для устойчивости и жизнестойкости коллектива), а также обмена информацией - языка.
За палеолитом следует неолит - новый каменный век - период, когда каменные орудия подвергаются все более тщательной обработке в зависимости от их назначения этот «век» длился около 10-12 тыс. лет.
Первобытные люди учились у природы, подражали ей, не вникая в причины происходящих механических явлений. Случайно отогнутая ветка дерева, стремительно возвращавшаяся в свое исходное положение (лук, катапульта и т.д.); сваленное бурей катящееся дерево (катки, колесо, инерционная ловушка для зверя); опасность которую таит в себе яма, прикрытая листвой (западня).
Известные ловушки первобытных народов были весьма разнообразны и современным ученым не всегда удается понять принципы работы остроумных ловушек, а порой и сомневаться в своих знаниях механики [2]. По конструктивным и механическим принципам эти ловушки разделяют на четыре основные группы: западня; ловушки, основанные на применении силы тяжести; пружинные ловушки; крутильные ловушки.
Иногда они представляют собой довольно сложный механизм. Индейцы монтанье и наскапи на Лабрадоре, например, строят медвежьи западни, которые обрушивают на животное четыре-пять тяжелых древесных стволов, но для немедленного приведения западни в действие достаточно легкого прикосновения медвежьего носа, обнюхивающего приманку.
Пожалуй, нет лучшего способа проверить технические возможности первобытного мастера, как воспользоваться его же орудиями труда. Попробовали срубить каменным полированным топором дуб диаметром 20 см. Лезвие совершенно не пострадало. Провели сравнительный анализ рабочих качеств тесанного и полированного топоров (появившегося тысячелетия спустя): последний оказался лучше. Сосну диаметром 17 см тесанным топором свалили за 7 минут, такое же дерево полированным топором за 5 минут. Ученые лаборатории первобытной техники Ленинградского института археологии АН СССР провели аналогичный эксперимент на берегах Ангары. Сосну диаметром 25 см срубили каменным топором за 75 минут непрерывной работы, а медным за 25 минут. Так выяснили, что медный топор рубит в три раза быстрее твердокаменного.
Появление металлических орудий в бронзовом веке позволило резко увеличить производительность труда. Опыты показали, что медным ножом можно обстругать сук в 10 раз скорее, чем каменным , медным сверлом просверлить березовое полено в 22 раза быстрее , преимущество медных пил также явное - в 15-20 раз быстрее!
В позднем мезолите (эпоха каменного века, переходная между палеолитом и неолитом) произошло событие крупнейшего исторического масштаба, которое и разделило палеолит с неолитом. В Передней Азии люди сделали решающий шаг к освоению земледелия и скотоводства. В неолите уже не только на Ближнем Востоке, но и в Египте обработка земли и разведение домашних животных стали основой экономики [2]. Эволюция обществ, перешедших от присваивающего хозяйства к производящему, была стремительной, абсолютно не сравнимой с медленным развитием племен, по-прежнему занимающихся охотой и рыболовством.
Однако мотыга и плуг были созданы не в одночасье. Их предшественником было орудие, названное учеными «бороздовой палкой». Это простая длинная палка с острым сучком на одном конце. Такой палкой можно было не только ковырять землю, добывая для пропитания «дары природы», но и прокладывать борозды, отделяющие гряды одну от другой. Иногда эта палка имела плоский конец. Отсюда ведет свое происхождение заступ или лопата. Только постепенно на протяжении многих столетий совершенствуется эта палка в мотыгу или кирку - орудия одинаково распространенные и в Африке, и Азии, и в Северной Америке. Еще в начале XX века на Алтае сохранялось подобное орудие, называемое «обыл», и простейшая лопата - озуп.
Около 7 тыс. лет назад возникают первые цивилизации на берегах Нила, Тигра, Евфрата, несколько позже - на берегах Инда и Желтой реки.
Земля Шумера была расположена примерно в пределах южной части современного Ирака. Это плоская равнина наносного происхождения с чрезвычайно жарким и засушливым климатом. Невозделываемые земли, обдуваемые ветрами, в большинстве своем засушливы и бесплодны. Это была «богом проклятая земля», казалось бы, обреченная на нищету и запустение. Однако люди, населявшие эту страну и называвшиеся с III тыс. до н.э. шумерами, были наделены способностью к созиданию и практическим складом ума.
«Они сделали замечательные технические изобретения и умели настойчиво упорно трудиться, добиваясь удовлетворения всех своих нужд», - пишет американский профессор Сэмюэль Н. Крамер, родившийся в России, в книге «История начинается в Шумере». Несмотря на неблагоприятные природные условия, они превратили Шумер в истинный «сад Эдема». При помощи ирригационных каналов они направляли во время разлива рек Евфрата и Тигра их богатые илом воды на поля и сады, орошая и удобряя землю. За неимением камня шумеры научились изготавливать из обоженной речной глины, запасы которой были неисчерпаемы, серпы, горшки, тарелки и кувшины. Восполняя недостаток дерева, они начали сооружать хижины и загоны для скота из высушенного болотного тростника, связывая его в вязанки или сплетая из него циновки, которые затем скрепляли глиной.
Они изобрели парусную лодку, научились возводить арки, сводчатые постройки и купола, изготавливать литье из бронзы, освоили пайку металлов, резьбу по камню, гравировку и инкрустацию.
Уровень материальной культуры и технических знаний древних шумеров, явившейся основой для Вавилоно-Ассирийской культуры, исследователи, естественно, определяют на основании многочисленных предметов и орудий, найденных при археологических раскопках. Однако, благодаря возникновению подлинной письменности - клинописи, немало сведений почерпнуто из шумерской художественной литературы, которая состоит из мифов, эпических поэм, гимнов, надгробных плачей, летописей и поучений.
Там же в Месопотамии с середины IV тыс. до н.э. известно колесо - величайшее изобретение в истории человечества [2]. Прародителем колеса был каток, который также имеет свою историю создания. Его прообразом, вероятно, было упавшее и покатившееся с горы дерево. Дерево превращали в каток, подкладывая под тяжелые стволы других деревьев, лодки или камни, когда их перетаскивали. Найденный при раскопках в Месопотамии усовершенствованный каток выглядит следующим образом. Путем простого обжига его средняя часть сделана тоньше для уменьшения трения. Такой каток получил название «скат». Средняя часть могла быть вытесана каменным топором. Археологи установили, что скат был известен людям V-VI тыс. лет тому назад.
Первоначально колесо представляло собой диск, насаженный на ось. Первые, изготовленные отдельно колеса были сплошные и тяжелые - «отрезанные» от ствола дерева. Во II тыс. до н.э. конструкция его совершенствуется: появляется колесо со спицами, ступицей и гнутым ободом.
Самым древним считают колесо, найденное при раскопках в Малой Азии. Его относят приблизительно к 2700 г. до н.э. Над совершенствованием колеса люди трудились тысячелетиями. На преобразование ската в колесо (расцепление дисков с осью, облегчение его за счет ступицы, спиц и обода) ушло ни много ни мало около трех тысяч лет. Достойно изумления, что народ майя, оставивший удивительные архитектурные сооружения, свою систему письменности и счета, так и не изобрел колеса.
Изобретение колеса также способствовало развитию и совершенствованию ремесел. Оно было применено в гончарном круге, мельнице, прялке, токарном станке.
У древних народов до VI века до н.э. уже были определенные познания из области механики. Пользуясь современной терминологией, они сводятся к элементам гидравлики, строительной механики, статики, динамики и небесной механике. Тем не менее, техническая мысль человечества еще не достигла возможности логического осмысления накопленных технических знаний выраженного в виде письма. Однако прорыв в этом направлении назревал.
Среди наивно реалистических толкований природных процессов можно встретить и технические иллюстрации, фигурирующие в самых ранних философских системах. Например, у Анаксимандра встречается любопытная «механическая модель». О ней упоминает Аэций: «По Анаксимандру, кольцо Солнца в 28 раз больше Земли. Оно подобно колесу колесницы, имеющему обод, наполненный огнем. Этот огонь обнаруживается сквозь отверстие в некоторой части обода как бы разрядами молнии. Это и есть Солнце … лунное кольцо в 19 раз больше Земли. Оно подобно колесу колесницы, имеющему обод, наполненный, как и кольцо Солнца, огнем. Оно также лежит наискось и имеет одно испускание, и это как бы разряды молнии … лунное затмение бывает, когда отверстие на поверхности лунного кольца закрывается». Интересно, что Анаксимандр для объяснения природы затмения уже не прибегает к богам, в то время как у Гомера это исключительно дело богов.
Плутарх в «Сравнительных жизнеописаниях» заметил: «Знаменитому и многими любимому искусству построения механических орудий положили начало Эвдокс и Архит … механика полностью отделилась от геометрии и, сделавшись одною из военных наук, долгое время вовсе не привлекала внимание философии».
Диоген Лаэртский об Архите сообщает: «Он первый упорядочил механику, приложив к ней математические основы, и первый свел движение механизмов к геометрическому чертежу».
Первой попыткой теоретического осмысления действия различного рода механизмов считают трактат «Механические проблемы», ранее приписывавшийся Аристотелю и до сих пор включаемый в свод его сочинений. На самом деле он написан в более позднюю эпоху, скорее всего, в Александрии в III или ii век до н.э. Этот трактат для историков механики представляет значительный интерес.
Едва ли не больше всех античных ученых написал по вопросам механики Герон Александрийский. Его перу принадлежали «Механика», «Книга о подъемных механизмах», Пневматика», «Книга о военных машинах», «Театр автоматов» и ряд других. Основное научное сочинение Герона «Механика» дошло до нас в арабском переводе. Оно состоит из трех книг. Здесь он описывает простые машины и их комбинации. При этом он использует понятие момента, но неизвестно, принадлежит ли оно ему или он заимствовал его у других ученых. Кроме простых машин, он описывает также и некоторые механизмы: системы зубчатых колес, системы блоков, полиспасты. Ему известно влияние силы трения, и он рекомендует при работе со сложными механизмами несколько увеличивать прилагаемые к машинам силы по сравнению с расчетными. Однако численно силу трения не определяет.
Герон Александрийский создал большое количество машин и механизмов, которые сопровождались не меньшим количеством изобретений. В предисловии его трактата по пневматике некоторые изобретения характеризуются как «пригодные для повседневного употребления», другие - как имеющие «достаточно замечательные результаты». Похоже, что паровой двигатель попал у Герона во вторую категорию и характеризовался, судя по описанию, как новое изобретение.
Эолипил - прообраз паровой турбины - относят к наиболее известным изобретениям Герона. Здесь впервые для вращения используется реактивное действие струи пара.
Итак, изобретение парового двигателя, вызвавшего революцию в транспорте и промышленности в XVIII в., на самом деле было известно две тысячи лет назад, если не в прямом виде, то уж точно как понимание потенциала энергии пара.
Изобретателем паровой машины был Герон Александрийский , который детально описал первый работающий паровой двигатель - эолипил, названный им «ветряной шар», или, как называют историки - Геронов шар.Это пневмогидравлический прибор, основанный на действии сжатого воздуха на поверхность воды. Его конструкция гениально проста. Широкий свинцовый котел с водой помещался над источником тепла, скажем, над горящим древесным углем. По мере закипания воды в две трубы, загнутые в противоположных направлениях, в центре которых вращался полый шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, заставляя его вращаться с большой скоростью. Шар вращался благодаря реактивной или противодействующей силе вытекающего наружу пара. Такой же принцип лежит в основе современного реактивного движения.
Еще один пневмогидравлический прибор - Геронов фонтан. Герон знал, какое применение могут иметь различные источники энергии. Например, он сконструировал небольшую ветряную мельницу, заставлявшую звучать музыкальный орган.
Прошли тысячелетия, и специалист по Античности доктор Дж. Лэнделс из университета в Рединге с помощью специалистов инженерного факультета сделал точную модель двигателя по описанию Герона. Он обнаружил, что модель развивала большую скорость вращения - не менее 1500 оборотов в минуту. Ученый заявил: «Шар Герона, возможно, был самым быстровращающимся предметом того времени». Тем не менее у Лэнделса возникли трудности при подгонке соединений между вращающимся шаром и паровой трубой, что не позволяло сделать приспособление эффективным. Возможно, для Герона это было как бы само собой разумеющимся, или он просто «забыл» описать эту «незначительную» деталь. Свободный шарнир у шара позволял ему быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался пар; тугой шарнир, напротив, означал, что энергия пара расходовалась на преодоление трения. Лэнделс не позволяя себе что-либо прибавлять к известным описаниям посчитал, что эффективность механизма Герона, возможно, была ниже 1%. Это значит, что энергия затрачиваемая на работу машины была значительно больше полезной энергии, и она не нашла бы практического применения. Но «теория» была важнее.
«Машина есть система связанных между собой частей из дерева, обладающая наибольшей мощностью для передвижения тяжестей, - писал конце I в. до н.э. римский архитектор Марк Витрувий Поллион в своем знаменитом трактате «Об архитектуре». - Сам же этот механизм приводится в действие посредством круговых вращений искусным приемом …».
Первый экземпляр трактата «Об архитектуре» был найден в библиотеке монте-кассинского монастыря; первое его издание появилось в Венеции в 1497 г., т.е. через полторы тысячи лет после того как трактат был написан. Книга X этого трактата посвящена теоретической и прикладной механике, описанию машин и механических приспособлений и их действию. Витрувий рассматривает подъемные машины, применяемые в строительстве, водоподъемные машины, водяную мельницу.
По представлениям того времени первый род механизмов - это чисто подъемный; второй - духовой (давлением воздуха); третий род - механизмы тяги.
Античные архитекторы обладали значительными познаниями в практической механике. Историк архитектуры Огюст Шуази (XIX век) вычислил допущенное напряжение в камнях храма в Карнаке (Египет): в потолочных плитах оно составляет 4 кг/см2, в архитравах - 5 кг/см2. На допуск таких напряжений не решаются и в наше время.
Инженер А.И. Сидоров в 1925 г. писал: «Многие египетские обелиски опрокинуты и разрушены людской злобой, но ни один из них не опрокинут бурей, и некоторые стоят до сих пор. Следует заметить, что обелиск стоит на своем цоколе совершенно свободно, не будучи прикреплен фундаментальными болтами, которых египтяне не знали, без всякого раствора и т.п. … Я произвел расчет некоторых обелисков на опрокидывание сильнейшей бурей и нашел коэффициент устойчивости от 2,5 до 2, как раз то, что мы допускаем теперь».
Египетские и греческие колонны строились высотой не более девяти диаметров. Сейчас мы знаем, что за этим пределом начинается опасность продольного изгиба. Древние архитекторы соблюдали это условие. По-видимому, тоже не случайно.
Теоретические труды Ктесибия до нас не дошли, но сведения о его изобретениях содержатся в сочинениях других авторов - Филон, Витрувия, Афинея, Плиния и Герона. Из этих источников мы узнаем ,что Ктесибий был изобретателем двух цилиндрового водяного насоса, снабженного всасывающими и нагнетательными клапанами; водяного органа, управление которым осуществлялось с помощью сжатого воздуха; водяных часов, отличавшихся от древней клепсидры тем, что в них имелся поплавок, движение которого передавалось фигурке, указывавшей время на специальной шкале, и некоторых других устройств. В военных метательных машинах, изобретенных Ктесибием, использовалась сила сжатого воздуха.
Великий ученый Архимед (III в. до н.э.) был и гениальным механиком. Историки пишут о том, что он был кем-то вроде военного инженера (на самом деле достижения Архимеда в области инженерного дела не сводились к одним лишь военным машинам) при дворе сиракузского царя Гиерона, который, кстати, приходился ему родственником. Подобно Платону, он считал недостойным философа использование науки в практических целях и тем не менее изобрел несколько исключительно полезных машин. Из них наиболее известен «архимедов винт», который широко применялся для удаления воды из корабельных трюмов и для дренажа полей в Египте после ежегодных паводков. Архимед изобрел несколько катапульт, благодаря которым длительное время удавалось отражать осаду Сиракуз римским флотом.
В математике Архимед дошел до изобретения интегрального исчисления, намного опередив свое время. Он проверил и создал теорию пяти механизмов, известных в его время и именуемых «простые механизмы»: рычаг клин, блок, бесконечный винт и лебедка. Впрочем, бесконечный винт, возможно, он не изобрел, а усовершенствовал гидравлический винт, который служил египтянам для осушения болот. Сегодня «архимедов винт» используется, например, в обыкновенной мясорубке. Изобретение бесконечного винта привело Архимеда к другому важному изобретению, пережившему тысячелетия, а именно к изобретению болта, сконструированного из винта и гайки.
В своей «Механике» Архимед дал математическое определение центров тяжести простых тел и равновесия системы рычагов.
Есть легенда, что Архимед, фокусируя слабые солнечные лучи с помощью зеркал, сжег римский флот, осаждавший Сиракузы. Во всяком случае, он оставил книгу «О зажигательных стеклах». От несохранившихся трактатов Архимеда дошел ряд фрагментов, цитируемых Героном (в «Механике»), Паппом (в «Механической библиотеке») и другими авторами. Герон приводит длинный отрывок из раннего сочинения Архимеда - «Книги опор». Исследователи отмечают, что в нем еще нет строгости, присущей зрелым трудам великого сиракузца, и содержится ряд ошибок, относящихся к распределению опорных реакций и показывающих, что в период написания этой книги Архимед еще не знал, что вес тела можно считать сосредоточенным в его центре тяжести.
Последним, возможно, предсмертным трудом Архимеда был трактат «О плавающих телах», заложивший математические основы новой науки - гидростатики. Не исключено, что его написание стимулировано популярной историей с короной царя Гиерона.
Таким образом, средства производства постепенно превращались, по словам К. Маркса «из орудия … в машину» (т.23, с. 382).
В XII в. понятие «инженер» уже бытовало в Западной Европе. Правда, оно еще обозначало строителя военных машин и фортификаций (т.е. специалиста, которого в эпоху эллинизма называли «механиком»), так как все технические средства по части ведения военных операций и обороны назывались «ingenia». С XV века в Италии инженерами называют также строителей каналов.
Достижения технической мысли в эпоху эллинизма явились основой для дальнейшего развития материально-технической культуры человечества особенно в эпоху Возрождения.
Возрождение в истории культуры стран Западной и Центральной Европы эпоха, переходная от средневековой культуры к культуре нового времени (приблизительные хронологические границ: в Италии - 14?16 вв., в других странах - конец 15?16 вв.) [1, ст. «Возрождение»].
В 15 в. благодаря ученым, эмигрировавшим из Византии в Италию, были впервые переведены почти все древнегреческие поэты (в том числе Гомер) и философы (в том числе большинство диалогов Платона). Тексты античных произведений, известных и средневековой Европе, уточнялись, освобождались от средневековых наслоений и ошибок и переосмысливались.
Но культура Возрождения не была простым возвращением к античной. Она ее развивала и интерпретировала по-новому, исходя из новых исторических условий. Не меньшее значение, чем античное влияние, имели в культуре Возрождения связи с национальной традицией. Огромную роль в распространении античного наследия и новых, гуманистических взглядов сыграло изобретение (середина 15 в.) и распространение в странах Европы книгопечатания. В типографиях Флоренции, Венеции (Альд Мануций), Базеля (И. Фробен), Парижа (А. Этьенн), Лиона (Э. Доле), Антверпена (К. Плантен), Нюрнберга и др. печаталась античная и гуманистическая литература.
Культура Возрождения отразила в себе специфику переходной эпохи. Старое и новое нередко причудливо переплеталось в ней, представляя своеобразный, качественно новый сплав.
Эпоха Возрождения (особенно 16 в. ) отмечена крупными научными сдвигами в области естествознания. Его развитие, непосредственно связанное в этот период с запросами практики (торговля, мореплавание, строительство, военное дело и др.), зарождавшегося капиталистического производства, облегчалось первыми успехами нового, антидогматического мировоззрения. Специфической особенностью науки этой эпохи была тесная связь с искусством; процесс преодоления религиозно-мистических абстракций и догматизма средневековья протекал одновременно и в науке и в искусстве, объединяясь иногда в творчестве одной личности (особенно яркий пример - творчество Леонардо да Винчи - художника, ученого, инженера). Наиболее крупные победы естествознание одержало в области астрономии, географии, анатомии. Великие географические открытия (путешествия Х. Колумба, Васко да Гамы, Ф. Магеллана и др.) практически доказали шарообразность Земли, привели к установлению очертаний большей части суши. Открытия, означавшие революционный переворот в науке, были сделаны в середине 16 в. в области астрономии: с гелиоцентрической системы мира великого польского астронома Н. Коперника.
Ряд открытий был сделан в математике, в частности в алгебре: найдены способы решения общих уравнений 3-й и 4-й степени ( итальянские математики Дж. Кардано, С. Ферро, Н. Тарталья, Л. Феррари ), разработана современная буквенная символика (французский математик Ф. Виет), введены в употребление десятичные дроби (голландский математик и инженер С. Стевин) и др. Дальнейшее развитие получает механика (Леонардо да Винчи, Стевин и др.).
Изобретательский гений Леонардо был подкреплен обширными техническими знаниями [2]. Он знал практически все разновидности зубчатых зацеплений, кулачковые, гидравлические и винтовые механизмы, передачи с гибкими звеньями …
Он изобрел несколько типов экскаваторов и придумал организацию земляных работ одновременно на нескольких горизонтах. Он изобрел несколько гидравлических машин разных конструкций, в том числе тангенциальную турбину, прядильный и волочильный станки, станок для насечки напильников, приспособления для нарезки резьбы, прокатный стан, станок для свивки канатов, крутильный станок и несколько веретен, машину для шлифовки оптических стекол, камерные шлюзы.
Некоторые из его изобретений настолько опередили свое время, что остались недоступными для техники той эпохи. Например, центробежный насос, гидравлический пресс, огнестрельное нарезное оружие. Он изобрел также летательный аппарат тяжелее воздуха и пришел к выводу, что такой аппарат летать без двигателя не может. В своих записных книжках и рукописях (около 7 тыс. листов) Леонардо оставил наброски изобретений, которые не могли быть поняты в его время, в частности, аэроплан, подводная лодка.
Растет объем знаний и в других областях науки [1]. Так, Великие географические открытия дали огромный запас новых фактов не только по географии, но и по геологии, ботанике, зоологии, этнографии; значительно вырос запас знаний по металлургии и минералогии, связанный с развитием горного дела ( труды немецкого ученого Г. Агриколы, итальянского ученого В. Бирингуччо), и т. д.
2. Становление экспериментальной науки и динамика развития техники
Первые успехи в развитии естественных наук, философская мысль подготовили становление экспериментальной науки и материализма 17-18 вв. Переход от ренессансной науки и философии ( с ее истолкованием природы как многокачественной, живой и даже одушевленной) к новому этапу в их развитии - к экспериментально-математическому естествознанию и механистическому материализму - совершился в научной деятельности английского философа Ф. Бэкона, итальянского ученого Г. Галилея.
Таким образом, к XVIII веку были созданы предпосылки качественно новой эпохи в развитии техники, впрочем, как и всего человечества. При производстве предметов материальной культуры люди перешли от сложных орудий труда и машин, приводимых в движение естественными силами природы (водой, ветром, ручной тягой и т.д.), к орудиям труда, действующим при помощи двигателя. Однако и здесь не обошлось без переходных форм. Например, первая изобретенная производственная машина (прядильный станок Джона Уайета в 1735 г.) приводилась в движение с помощью запряженного осла [2].
Итак, к XVIII веку возникла проблема создания технологических машин, в первую очередь для текстильного производства. Переход к машинной технике требовал создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра).
Первым двигателем, использующим тепловую энергию топлива, была поршневая пароатмосферная машина прерывистого действия, появившаяся в конце XVII - начале XVIII вв.: проекты французского физика Д. Папена и английского механика Т. Севери, усовершенствованные в дальнейшем Т. Ньюкоменом в Англии и М. Тривальдом в Швеции. В 1760 г. хозяин прядильной мануфактуры в Серпейске Калужской губернии Родион Глинков построил 30-веретеную машину для прядения льна с приводом от водяного колеса и мотальную машину, заменившую 10 человек.
Проект универсального парового двигателя был предложен в 1763 г. механиком Колывано-Воскресенских заводов Иваном Ивановичем Ползуновым, который сдвоил в своей машине цилиндры, получив двигатель непрерывного действия.
Вполне развитую форму универсальный тепловой двигатель получил в 1784 г. в паровой машине английского изобретателя механика Джеймса Уатта. В 1785 г. паровая машина впервые была поставлена для привода текстильного предприятия, а к концу века в Англии и Ирландии работало уже более трехсот машин. В России в 1798-1799 гг. паровые машины были установлены на Александровской мануфактуре в Петербурге и на Гумешевском заводе на Урале.
Во второй половине XIX в. в процессе дальнейшего совершенствования энергетической базы производства были созданы два новых типа теплового двигателя: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания. Параллельно с развитием тепловых двигателей совершенствовалась конструкция первых гидравлических двигателей, особенно гидротурбин: проекты французского инженера Б. Фурнерона, американского А. Пелтона, австрийского В. Карплана. Создание мощных гидротурбин позволило строить гидроэнергетические агрегаты большой мощности (до 600 МВТ) и создавать крупные ГЭС в местностях, где имеются большие реки, водопады.
Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного производства были связаны с изобретением двигателей электрических. В 1831 г. английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834 русский ученый Якоби создал первый электрический двигатель постоянного тока, пригодный для практических целей. В 1888-1889 гг. инженер М.О. Доливо-Добровольский создал трехфазную короткозамкнутую асинхронную электрическую машину.
В первом учебнике по механике были учтены только 134 различных механизма, хотя их число на начало XIX в. было около 200, из которых почти половина было изобретено в XVIII в.
И.И. Артоболевский в своем знаменитом справочнике «Механизмы в современной технике», получившем мировое распространение, учел на конец третьей четверти XX в. 4746 механизмов.
Таким образом, подчеркивает А.Н. Боголюбов, за 170 лет (с 1800 по 1970 гг.) количество механизмов возросло почти в 24 раза, в то время как с XVII по XIX вв. оно всего лишь удвоилось.
В первой половине XX в. были созданы новые типы практически пригодных двигателей - газовая турбина, реактивный двигатель, ядерная силовая установка.
К сегодняшнему дню техника стремительно развивается. Очень быстро после создания первого двигателя человечество вступило в фазу интенсивного развития автоматического производства, дальнейшего проникновения в закономерности построения и взаимодействия органической и неорганической материи, освоения околоземного пространства, создания искусственного интеллекта.
Ниже приводятся две таблицы [2], которые в некоторой степени отражают динамику развития научно-технических достижений.
Автомобили Летательные аппараты Паровые двигатели Подводные лодки Космические корабли Телефоны Роботы Лучи смерти Искусственную жизнь Рентгеновские лучи Ядерную энергию Электронику Звукозапись Квантовую механику Теорию относительности Сверхпроводники Спектральный анализ Геологические часы
Имеются, однако, и печальные факты в истории развития техники. К ним относятся потери некоторых замечательных знаний или произведений рук человеческих. Это происходило когда человек или сообщество людей уничтожали информацию и произведения либо намеренно, либо с целями разрушения и наживы. К наиболее известным примерам утраты знания являются секреты: O Особого способа изготовления булатной стали, отличающейся своеобразной структурой и видом («узором») поверхности, высокой твердостью и упругостью [1, ст. «Булат» (от перс. пулад - сталь)]. Узорчатость, связана с особенностями выплавки и кристаллизации. С древнейших времен (упоминается Аристотелем) идет на изготовление холодного оружия исключительной стойкости и остроты - клинков, мечей, сабель, кинжалов и др. Литой булат, полученный в 40-х годах XIX в. на Златоустовском заводе П. П. Аносовым уступает лучшим старинным восточным образцам.
O Приготовления очень прочных и стойких к действию кислот черного и красного лаков, которые служили главными цветами в античной вазописи.
Кроме того, утрачены книжная сокровищница сгоревшей Александрийской библиотеки; большая часть «семи чудес света» и т. д.
Имеются примеры и другого характера, отражающие влияние отдельных личностей на уровень развития общества. К ним относится вышеприведенный факт, что одна из величайших цивилизаций древности - цивилизация майя не имела человека, который изобрел бы колесо.
3. Причины, побуждающие развитие техники
Завершая краткую историю развития техники с древнейших времен необходимо сказать об основных причинах движущих это развитие. Ведь без общественного заказа часть достижений человеческой мысли либо не была востребованной, либо так и осталась на бумаге. Вот, что по этому поводу пишет известный механик, математик, историк механики Н.Д. Моисеев [3]: «Действительно, рассуждал Моисеев, в развитии математики, механики, химии существуют вычисления, измерения, экспериментальные данные, логические рассуждения, в механико-математических науках - аксиомы, теоремы, их доказательства, т.е. совокупность материала, не зависящего от мировоззрения естествоиспытателя и от социальных запросов общества. В то же время в каждой эпохе при выборе того или иного состава аксиом, того или иного способа трактовки результатов опытов, того или иного контекста теории ученый вынужден (иногда подсознательно) руководствоваться той или иной методологией, которая связана с определенной системой философских знаний. Возникновение того или иного учения, как правило, отвечает насущным запросам производства, экономической жизни общества. Например, почему именно в XVII веке выдающиеся ученые обратились к изысканию точного хронометра или часов. Галилей, Гюйгенс, Гук и другие предлагают фрагменты или окончательные проекты маятниковых часов и хронометров с пружинным балансиром. Вряд ли их побуждало к этому точное выполнение режима дня - завтрака, обеда и ужина или другие подобные заботы. Проблема астрономической ориентации корабля в открытом океане, связанная с чередой Великих географических открытий, - вот, что вдохновляло математиков и механиков на эпохальные изобретения. К этим проектам ими разрабатывалась новейшая инфинитезимальная теория малых колебаний математического и физического маятника или пружинного балансира. В свою очередь, на великие кругосветные путешествия бесстрашных моряков устремляла не стол
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
