Бесов Л.М. История науки и техники

Подождите немного. Документ загружается.

251

ресурсів, інтелектуальних сил. Вони відривали вчених від створення

продукції для задоволення першочергових життєвих потреб

населення. Війни, як у м’ясорубці, перемелювали людський матеріал,

призначенням якого було рухати прогрес. Дж. Томсон, наприклад,

так писав про наслідки Першої світової війни для Англії: «В армію

було мобілізовано 16 тисяч вихованців Кембріджа. 2652 чоловіка

вбито на фронтах

, 3460 поранено, 497 – загинули в полоні і доля їх

невідома. Кембрідж спустошів...». Це загальна картина країн,

охоплених Першою світовою війною, в тому числі і Росії.

Громадянська війна зробила ще більший «внесок» у таке положення.

Голод і холод не щадили інтелектуальних сил.

Четверта особливість науково-технічного розвитку періоду,

який ми вивчаємо, полягає в

наступному. Мрії людини багато в чому

знайшли своє втілення завдяки науковому пошуку на основі

результатів новітньої революції у природознавстві,

взаємопроникненню фізики у хімію, взаємодії суміжних наук.

Двадцяте століття стало тим періодом в історії людства, коли

його геній і творча праця перетворили в реальність те, про що мріяли

наші предки. 3 давніх часів

люди мріяли здійснити три великі

задумки. Перша – літати в небі. Друга – володіти богатирською

силою. Третя – спостерігати за подіями через штучні і природні

перешкоди на великій відстані. Історія багатьох відкрить і винаходів,

які могли б сприяти здійсненню омріяного, свідчить, що вони

народжувались головним чином тоді, коли загальні економічні,

політичні та й

соціальні умови робили їх необхідними. Чимало

винахідників відгукувались на заклик часу, але небагато з них

досягали успіху. Тому до визрівання умов мрії залишались мріями і

знаходили своє відображення в билинах, міфах, легендах у всіх

народів в усі часи. Казки про «килим-літак», билинних богатирів і

про чарівне дзеркальце (блюдечко) хвилювали уяву

людей протягом

багатьох століть.

Розвиток природничих наук, наукові і технічні відкриття

поступово привели до того, що до початку ХХ ст. віковічні мрії

наших предків почали здійснюватись. Навколишній світ людини став

істотно змінюватись, насичуватись новими творіннями розуму і рук її

творців.

Еволюція автомобілебудування

252

Паровий автомобіль Тривайтика

Паровий автомобіль Кюньо

Автомобіль належить до тих великих винаходів, які, як і

колесо, порох або електричний струм, зробили величезний вплив не

тільки на епоху, яка їх породила, але і на всі наступні часи.

Автомобіль сформував сучасну індустрію, народив нові галузі

промисловості, деспотично перебудував саме виробництво, вперше

надав йому масовий, серійний і потоковий характер. Він

перетворив

зовнішнє обличчя планети., яка оперізалась мільйонами кілометрів

шосейних доріг, усугубив екологію і навіть змінив психологію

людини. В історії автомобіля багато

чудових сторінок, але, можливо,

найяскравіша з них належить до

перших років його існування.

В автомобіля початку ХХ ст.

багато чого було успадковано від

попередників. Наприклад, підвіска,

ресори, кермове обладнання

і гальма

дістались автомобілю від карет і кінних екіпажів ще з ХVІІ ст. У

1818 р. Акерман запропонував і побудував пристрій для управління

екіпажем, що складалось з трьох частин – середньої нерухомої і двох

рухомих цапф, з′єднаних шарнірами з середньою частиною.

Монолітні гумові шини також були встановлені на каретах у 1847

р.

Безпосереднім попередником бензинового автомобіля був

паромобіль. Першим практично

діючим паровим автомобілем

вважається паровий візок

француза Кюньо, що побудований

ним у 1769 р. Він перевозив

вантаж до трьох тон зі швидкістю

2–4 км/год. Важка машина погано

слухалась керма, постійно

наїздила на стіни будинків і тини,

руйнуючи і наносячи шкоду.

Незважаючи на

великий об′єм

котла, тиск швидко падав. Кожні чверть години для підтримки тиску

треба було зупинятись і розпалювати топку. Одна з поїздок

завершилась вибухом котла. На щастя, сам Коньо залишився живим.

Аналогічний паровий автомобіль побудував відомий нам уже

англійський винахідник Тривайтик. Величезна машина перевозила 8–

10 пасажирів зі швидкість до 15 км/год.

Золотий вік паромобілів відноситься до 20–30–х років ХІХ ст.

Кілька десятків парових омнібусів у Англії використовувались на

приміських маршрутах. На хороших дорогах вони розвивали

швидкість до 30 км/год. Їх поступово витиснули залізниці. У 1888 р.

франццузький інженер Серполлє придумав генератор з миттєвим

253

Двигун Бенца

пароутворенням. Це була спіраль стальної труби, сплющена

настільки, що внутрішній канал її виглядав як вузький капіляр.

Спіраль, що зазделегідь нагрівалась, була оточена чавунним

кожухом. Вода, яка сюди подавалась, майже миттєво випаровувалась.

Такий паромобіль легко розвивав швидкість до 140 км/год. Він

тривалий час міг конкурувати з бензиновим автомобілем. Але

низький ККД навіть

хороших парових двигунів складав всього 5–7%.

Вони поступились автомобілям з двигунами внутрішнього згоряння.

Ера парових автомашин не пройшла безслідно. Деякі важливі

елементи сучасних автомобілів винайдені саме тоді. Найбільш

чудовими з них є два винаходи: у

1834 р. американський інженер

Робертс винайшов диференціал, а у

1843 р. його співвітчизник Хілль –

коробку передач. Колеса

зі спицями,

легкі рами з труб,

шарикопідшипники і пневматичні

шини автомобіль отримав від

велосипеда.

Автомобіль у сучасному

розумінні цього слова побудував у

1864 р. австрійський винахідник

Зігфрід Маркус. Після тривалих

випробувань йому врешті-решт

вдалось побудувати двотактний

бензиновий двигун з електричним

запаленням, який він і встановив на

звичайний візок. У 1875 р.

Маркус

створив більш удосконалений

автомобіль.

Офіційна слава винахідників автомобіля належить двом

німецьким інженерам - Бенцу і Даймлеру. Конструкцію машини і

двигуна до неї Бенц створював протягом 20 років. Пальним у його

автомобілі став бензин, запалення горючої суміші здійснювалось за

допомогою електричної іскри, а її джерелом була батарея, з якої

струм подавався на катушку

Румкорфа. Для отримання пальної

суміші Бенц створив один з перших в історії карбюраторів. Мотор

автомобіля Бенца охолоджувався водою, що самопливом

заповниювала простір між мотором і металевим кожухом, який його

оточував. Зроблений у «велисипедну епоху» автомобіль і нагадував

триколісний велисипед. Мав трубчасту раму, тангетні колеса зі

спицями і ланцюгову передачу. Швидкість

його досягала 13 км/год. З

1885 р. по 1893 р. Бенц реалізував 69 автомобілів, виробництво яких

налагодив на своєму заводі. З 1894 р. він почав виробляти

254

Перший “Мерседес”,

1901 р.

Двигун Даймлера

чотириколісні автомобілі «Вело», з двоциліндровим двигуном і

пневматичними шинами. Тільки за 1894 р. було продано 67 машин, у

1896 р. – 181, а у 1900 р. – вже 603 машини.

Одночасно з Бенцем виробництво автомобілів розпочав і

Даймлер. Для того, щоб захистити двигуни від

пилу і бруду їх оточували спеціальними

кожухами. Передбачались водяна оболонка

охолодження і пластинчатий радіатор.

Для

пуску двигуна служила рукоятка. У 1889 р.

чотириколісний екіпаж Даймлера

експонувався на виставці у Парижі, де

французькі фабриканти Панар, Левассор і

Пежо купили ліцензії на його двигун. Ця подія

виявилась дуже важливою для історії

автомобілебудування.

У 1890 р. Даймлер, об′єднавшись з

багатим підприємцем Дуттенхофнером,

створив акціонерну компанію «Даймлер

Мотерен». У наступному

році він виготовив

перший чотирьохциліндровий двигун.

Нова ера в історії автомобілебудування почалась у 1901 р., коли

цією фірмою було випущено перший «Мерседес», що мав уже форму

сучасного автомобіля. Ця

гарна, елегантна і надійна

машина мала раму з

пресованих сталевих

профілей, сотовий

бронзовий радіатор,

справжню коробку передач

і чотирициліндровий

двигун потужністю 35

кінських

сил, що надавав

можливість розвивати швидкість до 70 км/год. З появою першого

«Мерседеса» закінчилось дитинство автомобіля і почався стрімкий

розвиток автомобільної промисловості.

У нове століття людство ступило з надією, що автомобілі

повністю замінять коней на транспорті. Цим здійсниться цілий

переворот у житті міст і сіл. Для таких сподівань були усі

підстави.

Ті, хто побував у Парижі і Берліні, бачили на вулицях міст велику

кількість автомобілів. У Парижі навіть з’явились екіпажі

автомобільних візників – (така назва була дана першим таксі).

Стрімкими темпами розвивалось автомобілебудування в США.

Генрі Форд розпочав свою діяльність як конструктор-аматор. Історія

зберегла побудований ним візок з паровим двигуном

. У 1895 р. у

255

США нараховувалось всього чотири автомобілі з бензиновим

двигуном. Два з них зіткнулись на вулиці Нью-Йорку.

Усі перші автомобілі будували так само, як і перший паровий

двигун, – для кожної машини свої деталі. З 1902 р. автомобільні

фірми США і Англії перейшли на взаємозамінність деталей. У 1904

р. почали входити в користування автобуси і

вантажні машини на

легкому паливі. В наступні роки ХХ ст. розвиток автомобіля пішов

не стільки шляхом винахідництва, скільки шляхом створення

дешевого автомобіля масового виробництва.

Взаємозамінність частин в автомобілебудуванні сприяла

створенню нових машин та інструментів: зуборізних, шліфувальних

верстатів багатьох типів, різних штампувальних пресів для шасі,

прошивальних верстатів, точних ливарних машин, інструменту

для

зенкування і розкручування. Безперечно, окремі з цих машин

існували і раніше. Генрі Форд розумів, що потрібно створити

дешевий автомобіль і у великій кількості. Він запровадив складальну

лінію. Спочатку це була експериментальна лінія для складання

маховиків і магнето, а згодом двигунів і шасі. У 1913 р. вже діяв на

автомобільному заводі Форда

перший конвеєр. Посилювалась

тенденція до впровадження автоматів. Ці та інші новинки конвеєрної

системи виробництва автомобілів (і деталей до них) стали ключем до

підвищення продуктивності праці і здешевлення машин. Масове

виробництво автомобілів привело до помітного їх удосконалення і

більш широкого використання.

На заводі Форда виробництво автомобілів зросло з 18 тис. у

1909–1910 рр

. до одного мільйона 250 тис. у 1920–1921 рр. Сьогодні

на автомобільних заводах американського підприємця потоковий

метод витиснутий автоматизацією. Щохвилини з конвеєра сходить

шість автомобілів, які конкурують на ринку з автомобілями інших

країн. Вирішальну роль у зміні форм машин в усіх країнах визначило

підвищення швидкості руху.

Побіжно зазначимо, що на початку ХХ ст.

техніка розвинутих

країн пішла шляхом заміни парових двигунів (ККД 5–10%)

двигунами внутрішнього згорання (ККД 30–40%). Ця машина,

більше ніж будь-який інший винахід, вплинула і на перетворення

промислвості, і на умови життя у ХХ ст. Ствердив себе і винахід

Рудольфа Дизеля – дизель-мотори. Вони працювали на нафті, газі,

мазуті. Навіть Рауль Амудсен, коли

готував експедицію до

Північного Полюсу і ретельно продумав такі деталі, як конструкція

собачих батогів, без коливань замінив парову машину на «Фрамі»

мотором Дизеля.

Дизель–мотори завойовували не лише широти, але і глибини в

морях, висоти. Вони рухали дирижаблі, підводні човни. Лише літаки

і легкові машини «вистояли» проти дизельних двигунів. Для

них він

256

був надто важкий. З точки зору високого тиску дизель-мотор мав

надмірно масивні циліндри. Сьогодні автомобіль з дизель-мотором

помітно потиснув свого собрата з бензиновим двигуном. Усе згадане

є підтвердженням того, як багато здійснено у першій половині

двадцятого століття в галузі автомобілебудування.

Еволюція повітроплавання

Мрія людини про «килим–

літак» втілена

у літальних апаратах,

які для нас стали звичайним явищем.

Авіація була одним з самих

найромантичніших досягнень ХХ ст.

Але чому тільки тепер

матеріалізована мрія людини літати

в небі? Не було винаходів? А

можливо інші проблеми стримували

втілення мрії у практику?

Спробуємо історично простежити за

розвитком подій з цього приводу.

Прагнення

людини до польотів

в усі часи було настільки великим,

що причину здійснення цієї мрії

треба шукати не у відсутності

стимулюючих факторів для

винаходів, а у браку знань і

технічних можливостей. Технічні проблеми польоту були настільки

складними, що на відміну від інших задач механіки їх не можна було

розв’язувати без накопичення

інженерних навичок і дуже тривалого

наукового аналізу.

Проблема повітроплавання була на одному з перших місць і

привертала увагу європейського наукового товариства вже у другій

половині ХІХ ст. Після успіхів промисловості у використанні пари,

переможної ходи поїздів і пароплавів природним кроком стрімкого

розвитку техніки мало стати здійснення мети людини про вільний

політ, опанування повітряною стихією. Ідея про політ – одна з

найдавніших в історії людства. В міфах, за народними переказами, в

історичних хроніках можна відшукати відомості про багато спроб

людини у різні часи здійснити свою давню мрію – піднятись у

повітря і літати як птиця. Але все це були ділетанські заходи, в яких

більше

ентузіазму, ніж розрахунків, і тому вони закінчувались

невдачами. Тільки у останню чверть ХІХ ст. з′явились перші

відомості про те, що політ на апаратах важчих за повітря може коли-

небудь стати реальністю. Чому ж це мистецтво так довго залишалось

257

Запуск повітряної кулі братів Монгольф

′

у вересні 1783 р. Вперше у кошик були

для людини недосяжною мрією? Справа в тому, що на відміну від

аеростата аероплан не пливе по повітрю, а спирається на нього при

польоті, підкоряючись складним аеродинамічним законам.

Правильне пояснення польоту було дано вже у ХVІІІ–ХІХ

ст.ст., але наука про політ – аеродинаміка виникла тільки у перші

десятиліття ХХ ст

. Чому птахи, будучи важчими за повітря, не

падають на землю? Справа в тому, що на нижню поверхню їх крил

діє так звана підйомна сила, яка перевищує силу важкості, що діє у

протилежному напрямку.

Походження цієї сили ще у

першій половині ХVІІІ ст.

пояснив відомий математик і

фізик Д.Бернуллі.

У 1738 р. у

своїй фундаментальній праці

«Гідродинаміка» він вивів

закон, який сьогодні носить

його ім′я. Суть цього закону

(сформульований ним для

рідин, але справедливий

також для газів) полягає в

тому, що зі збільшенням

швидкості потоку тиск його

на стінки посудини

зменшується.

Але злетіти мало –

потрібно утримати аероплан

у повітрі

. Адже підйомна

сила зберігається до того

часу, поки поверхня крила,

що його несе, правильно

орієнтована відносно

повітряного потоку. Порушення орієнтації веде до зникнення

підйомної сили і літак падає на землю. Усталеність – це головна

проблема для будь-якого апарата, що літає і важче повітря. Якщо він

не має механізма, що забезпечує

усталеність, то перетворюється на

іграшку підступного вітру.

З історії відомо про спроби легендарного Ікара і Архита

Тарентського піднятися в повітря. Після численних планів і дослідів,

які проводились у ХVІІ ст., перший повітряний політ здійснили

брати Монгольф’є, але на повітряній кулі.

На аналогічній кулі, яку наповнили нагрітим повітрям, 21

листопада 1783 р

. піднявся у повітря перший повітроплавець Пілатр

де Розьє. У цьому ж році здійснено перший політ на аеростаті.

Аеростати стали загальним захопленням. У 1785 р. здійснено переліт

258

через Ла-Манш. У французькій армії аеростати, як спостерігальні

пункти, почали використовувати з 1794 р. У наступному році

робиться спроба побудови керованого аеростата (дирижабля). Але

тільки у 1852 р. у повітря піднявся перший дирижабль.

Декілька аеростатів власноручно побудував у Харкові

Михайло Лаврентьєв (1834–18?? рр.), де він проживав тривалий час.

На них Лаврентьєв започаткував популяризацію

повітроплавання в

Росії. У Харкові велику допомогу йому надав академік, фізик-хімік

М.М.Бекетов. В університетській лабораторії з його ініціативи

перевірялась просочуваність кулі, яку виготовив Лаврентьєв.

Університетські вчені допомогли йому зробити деякі математичні

розрахунки. Чергові польоти в околицях Харкова проходили з

науковою апаратурою на висоті понад 2500 метрів. Лаврентьєв

накопичив

певну кількість матеріалів про свої спостереження.

Планував здійснити польоти з Ростова-на-Дону до Петербурга.

Таким чином, повітряні кулі відіграли визначну роль у

розвитку авіації до початку двадцятого століття. Вони вперше

підняли людину в повітря. Цим було продемонстровано можливість

підкорити повітряний простір.

На дирижаблях, або

«апаратах, що легше повітря»,

не

було управління. Цю

проблему розв’язав Цеппелін.

У 1900 р. він побудував

жорстку конструкцію

дирижабля і здійснив на ньому

політ. Але велика їх

вразливість, чутливість до

механічних пошкоджень

оболонки і нездатність

боротися з поривами вітру призводили до частих катастроф. Тому

напередодні 40–х років дирижаблі поступились місцем аеропланам.

У 1914–1918 рр. військово-повітряні кораблі

використовувались

виключно для потреб армії. 3а період з 1910 по 1914 рр. «цеппеліни»,

як їх назвали на честь винахідника, перевезли повітрям 35000

пасажирів і налітали понад 27000 кілометрів без серйозних

пошкоджень.

Прямим попередником усіх сучасних літаків, як вважається, є

іграшкові моделі аеропланів Пено. Він їх будував з 1871 р. і запускав

за допомогою гумових моторчиків.

Вони доводили, що апарати, які

важче повітря, можуть літати. В наступному році Пено дійшов

надзвичайно важливого висновку, що для сталості польоту аероплана

йому необхідне хвостове оперення. Таким чином йому вдалось

надати своїм апаратам хорошу сталість відносно трьох осей.

Дирижабль «Цеппелін NT». Німеччина.

1998

259

Вертоліт

КА-

2 “А

ллігатор

”

У ХІХ ст. розвиток повітроплавання проходив у боротьбі двох

науково-технічних напрямків. Одні спеціалісти вважали, що

майбутнє належить удосконаленим повітряним кулям – «апаратам,

які легше повітря». Думка інших зводилась до перемоги авіації –

«апаратів, oj важче повітря». М.Є.Жуковський на Х з’їзді

природодослідників, що проходив у Києві у 1898 р., підтримав

друтий

напрямок.

Цікаво відзначити, що до проблеми польоту людини декілька

разів повертався Леонардо да Вінчі. Вивчивши спочатку польоти

птахів і літучих мишей, він у ХV ст. робить креслення крил, що

приводяться до руху силою м′язів людини. Потім через декілька

років у зошиті він зображує літальний апарат з чотирма лопатями, які

природяться

до руху від механічної передачі, керованої людиною, що

знаходиться всередині корпусу. По суті, цей апарат схожий на

сучасний вертольот.

Подібну машину, що одержала назву аеродинамічної, створив у

1754 р. М.В.Ломоносов. Вона мусила, на його думку, за допомогою

сили пружини натискувати крилами на повітря і підніматись у верхні

шари атмосфери

з метою її дослідження метереологічним

обладнанням.

Напередодні Першої світової війни Н.Л.Кирпичов (брат першого

директора Харківського технологічного інституту В.Л.Кирпичова)

визнав можливим втілити

проект побудови

електрольота, що

запропонований

О.М.Лодигіним, який він

створив у 60–і роки ХІХ

ст. Це ще за 70 років до

народження вертольота і за 40

років до

польоту братів Райт, за двадцять років до

побудови першого літака і отримання

патента на нього Можайським. Однак

здійснити ідею його побудови було

неможливо. Електрольот, як і вертольот, у

багатьох випадках виявився значно

тоншим і складнішим механізмом, ніж

літак. Останній копіював польот птаха.

Минуло майже 30 років після

експериментів Пено до

того часу, коли

створено літак, що здатний підняти у небо

людину. Наприкінці ХІХ ст. в різних

Малюнок Леонардо да

Вінчі проект

літального

260

Схема управління планером братів Райт

країнах зроблено декілька вдалих спроб побудови великих

аеропланів. Спробу розв’язати проблему польоту зробив російський

вчений О.Ф.Можайський на літаку з паровим двигуном. Літак не

піднявcя в повітря. У 1894 р. літак з розмахом крил 31,5 м і вагою

біля 3 т намагався підняти в повітря талановитий англійський

винахідник Хайрам Максим. При

першій же спробі машина

розбилась. Розбивались і літаки відомого американського астронома

Самюеля Ленглі, що на початку 1900-х років побудував їх декілька.

Така ж доля спіткала машини французького інженера Клемена

Адера. Обраний усіма згаданими особами шлях виявився тупіковим.

Подальший розвиток аероплана пішов шляхом, вказаним

німецьким інженером Отто Лілієнталем. У той час,

коли інші всю

свою увагу зосереджували «мотороному польоту», Лілієнталь обрав

за мету – пізнати насамперед секрет безмоторного ширяючого

польоту. Замість дорогих машин він будував легкі планери і

настирливо працював над їх удосконаленням. Аж до ХІХ ст.

винахідники при своїх спробах відірватися від землі копіювали

гребний політ птиць. З причин настирності наслідувати природі

людина порівняно пізно опанувала ширяючий політ. Разом з тим

технічні можливості для здійснення такого польоту були внаявності

ще в давні часи. Загальна помилка полягала в тому, що для польоту,

крім крил, винахідники передбачали наявність якоїсь механічної

сили. Саме на цьому і зосереджувались усі їх зусилля.

Лілієнталь у 1891 р. побудував перший

керований планер, що

подібний сучасним дельтапланам. Спочатку польоти були короткими

– з невеликого піщаного

пагорбка метрів на 15.

Потім стали більш

тривалими і здійснювались

з пагорба висотою 30

метрів. Лілієнталь здійснив

понад 2000 вдалих

польотів. Він міг

пропливати в небі понад

100 м, перебуваючи у

повітрі до 30 с. Таким

чином, німецький

дослідник вперше довів можливість

планеруючих польотів і перший

правильно підійшов до вивчення аеродинамічних сил, що діють на

крило. Тривалі польоти на планерах дали йому можливість

накопичити необхідні відомості з аеродинаміки. За ці знання він

заплатив життям – у 1896 р. розбився з планером. Експерименти

Лілієнталя привернули до себе увагу в багатьох країнах світу.