Шейпак А.А. История науки и техники. Часть 1. Материалы и технологии

Подождите немного. Документ загружается.

галактики, проникнуть в космическое пространство. Таким образом,

эволюция и история стекла – от его открытия до наших дней – это в

какой-то мере история нашей цивилизации, история человечества. И

хотя хорошо известно, что рождается стекло в результате сложного

технологического процесса, кажется, что его рождение не обходится

без волшебства.

4.2.2. Очки

Удивительную коллекцию очков, лорнетов, биноклей, теле-

скопов и прочей оптики всех стран, времен и народов, собранную

Пьером Марли, можно увидеть в небольшом музее в центре Пари-

жа.

Сначала была лупа. В основном ее использовали для добычи

огня – на дворе стоял XI век. И только столетие спустя придумали,

как «регулировать» ее мощность, изменяя выпуклые и вогнутые по-

верхности. В конце ХII века, как считает Пьер Марли, создатель му-

зея очков, стекло научились шлифовать и обрабатывать так, что

можно было читать. В общем-то, где-то 700 лет назад родились пер-

вые очки, стекла которых были сделаны из горного хрусталя, а опра-

ва – из рогов. Один из этих редких, а может, и единственных, сохра-

нившихся в мире экземпляров находится в коллекции Марли. В кон-

це XIII века очками могли пользоваться только дальнозоркие. Близо-

руким пришлось подождать еще несколько десятилетий, чтобы по-

лучить свои очки.

Собственно говоря, очками назвать этот прибор нельзя. Это

что-то вроде пенсне. В таком виде они просуществовали несколько

веков, претерпевая незначительные изменения. О том, что праде-

душка очков стал настоящим пенсне, свидетельствуют несколько

строчек в книге по оптике, что издана в 1740 году и которая стоит в

витрине музея рядом с самыми древними экспонатами. Написано

там следующее: «Преимущество этого аппарата в том, что он дер-

жится на носу и при этом не затрудняет дыхание». То есть только в

середине XVIII века стекла в оправе стали носить на переносице, а

до этого, стало быть, – на конце носа, и дышать, естественно, при-

ходилось ртом.

Есть у Марли очки, которые придумали и сделали для своих

нужд эскимосы. Там нет стекол. Это полоска дерева или китового

уса, которая на кожаных шнурках держится на голове. В бруске –

две узенькие щелки. Конструкция нужна для того, чтобы уберечь

глаза от света, ветра, снега и всего, вместе взятого. Среди таких

курьезных экспонатов – очки из Китая. В них стекла есть. Но про-

стые, обычные стекла. В Древнем Китае очки носили поначалу для

того, чтобы оградиться от злых духов. В Европе тем временем ре-

шили крепить пенсне в буквальном смысле, вешая его на голову, но

идея не прошла – слишком громоздкая получилась конструкция.

К концу XVIII века к пенсне стали приделывать две дуги, ко-

торые должны были крепиться сначала на висках. Почти сразу же

изобретатели продлили дуги до ушей. Так что очки в том виде, в ко-

тором они существуют сейчас, были изобретены примерно в начале

XIX века. Причем сами дуги некоторое время еще были складными

– очки можно было крепить и на висках, и разложив их так, как сей-

час.

Вообще же за эти два века – прошлый и позапрошлый – очки

претерпели больше всего изменений н модификаций, так как разви-

тие механики и точных наук настолько вошло в моду, что иметь при

себе какой-то предмет, сделанный мастерски и с изюминкой, счита-

лось престижным. Окуляры вставляли во все, что угодно: в веера,

трости, табакерки, часы и прочие предметы, не имеющие к близору-

кости и дальнозоркости никакого отношения. И наоборот, оптиче-

ские приборы украшались россыпями драгоценных камней, чтобы в

театре не стыдно было невзначай как бы положить бинокль на барь-

ер ложи.

Одна из витрин музея Марли посвящена процессу обучения

студентов-медиков проводить операции на глазах. Несколько масок

размером в человеческое лицо с вынимающимися глазами. Добавьте

сюда сборно-разборный глаз для того, чтобы наловчиться менять

хрусталик. Оказывается, операции, подобные федоровским, делали

уже сто лет назад.

Очки будущего века будут легкими и почти невидимыми. Уже

сейчас фирма Марли разработала оправу из титана, которая весит 2.9

грамма. Стекла должны весить не более 4. Правда, в начале прошло-

го века попытка сделать сверхлегкие очки уже предпринималась. То-

гда от идеи пришлось отказаться – оправа через некоторое время

ржавела.

4.2.3. Телескоп и микроскоп

Телескоп был изобретен примерно в одно время с микроско-

пом. В 1608 году у голландского оптического мастера Липпершея

работал подмастерье, который, играя линзами, заметил, что при

расположении двух линз по одной прямой можно получить увели-

ченное изображение удаленного предмета. Известие об этом откры-

тии быстро распространилось по всей Европе. Год спустя Галилей,

опираясь на свои знания оптики, подобрал комбинацию из двух

линз – плосковыпуклой и плосковогнутой, которая стала известной

как зрительная труба Галилея. Именно Галилея следует считать

изобретателем телескопа, так как он разработал конструкцию при-

бора самостоятельно и организовал производство зрительных труб в

значительных масштабах. Тубусы изготавливались из бумаги, по-

этому неудивительно, что до наших дней уцелел только один экзем-

пляр. Галилей спроектировал также микроскоп. При конструирова-

нии этих приборов он пользовался не расчетом, а, как он сам выра-

жается, «рассуждением». Современники Галилея не оценили долж-

ным образом нового прибора, ибо многие астрономические откры-

тия были сделаны на основе наблюдений, сделанных невооружен-

ным взглядом. Однако спустя несколько десятилетий телескопы и

микроскопы стали общепризнанными. Между 1613 и 1617 годами

Христофор Шейнер построил телескоп, рассчитанный Кеплером в

виде комбинации из двух двояковыпуклых линз. Однако описана

эта конструкция только в 1630 году.

В 1668 году Ньютон сделал важное открытие, изобретя отра-

жательный телескоп. Устройство всех больших телескопов по-

прежнему основывается на идее Ньютона. После публикации ме-

муара Ньютона выяснилось, что проект отражательного телескопа

был предложен в 1663 году Джемсом Грегори. Сам Ньютон не пре-

тендовал на приоритет, но именно ему принадлежит честь изготов-

ления первого прибора такого типа, причем он разработал техноло-

гию полировки металлического зеркала. Первая модель телескопа-

рефлектора, изготовленного Ньютоном, имела длину 15 сантимет-

ров и диаметр 25 миллиметров. Этот телескоп сохранился по сей

день. В 1789 году астроном Вильям Гершель построил зеркальный

телескоп диаметром 1,25 метра. Он был установлен на Канарских

островах. Размеры телескопов непрерывно росли. Так, в станице Зе-

ленчукская на Северном Кавказе с 1976 года функционирует теле-

скоп диаметром 6 метров, а в 1992 на Гавайских островах установи-

ли телескоп новой конструкции с эффективным диаметром 10 мет-

ров.

История микроскопа не столь ясна, как история телескопа. Во

второй половине семнадцатого века микроскопы независимо были

созданы и интенсивно применялись в Голландии Антоном ван Ле-

венгуком и в Англии Робертом Гуком. Последний безусловно яв-

лялся самым знаменитым микроскопистом. В 1665 году Гук написал

книгу «Микрография» о своих наблюдениях, снабдив ее собствен-

ными рисунками. Современные микроскопы значительно лучше

первых приборов в основном за счет усовершенствования техноло-

гии и конструкции линз. Главная заслуга принадлежит немецким

оптикам Фраунгоферу (1787-1826) и Аббе (1840-1905).

4.2.4. Игрушка для любителей математики

Известный топологический курьез, так называемая бутылка

Клейна, выпущен небольшой партией в Калифорнии. Эта родствен-

ница более знаменитой ленты Мебиуса была изобретена в XIX веке

немецким геометром Феликсом Клейном и примечательна тем, что

представляет собой объемную фигуру, ограниченную односторонней

поверхностью (две ленты Мебиуса, закрученные влево и вправо, со-

единены вместе). У такого сосуда много удивительных свойств: воду

в него легко налить, но вылить (вернее вытрясти) можно только с

трудом. Муха, ползающая по нему снаружи, может незаметно для

себя оказаться внутри, не пересекая при этом никакого излома по-

верхности.

4.2.5. Зеркала

Первые зеркала были металлическими: плоские или выпуклые

пластинки из серебра или бронзы. Такие зеркала быстро тускнели

на воздухе. Во времена античности научились работать с амальга-

мой –раствором металлов в ртути. Технология производства зеркал

была такой. На стекло накладывали тонкий лист олова, а сверху на-

ливали ртуть. Ртуть растворяла олово. Получившийся раствор обла-

дал способностью крепко приклеиваться к стеклу. Избыток ртути

постепенно стекал с наклоненного стекла. После выдержки в тече-

нии месяца получался ровный слой металла на стекле. Отметим, что

работа с ядовитыми соединениями ртути относится к очень вред-

ным.

350 лет тому назад хорошие зеркала умели делать только в од-

ном городе – Венеции. Способ изготовления зеркал венецианцы

держали в тайне. За открытие секрета грозила смертная казнь. Изго-

товление зеркал как, и все стекольное производство, велось на ост-

рове Мурано, куда иностранцев не пускали. В начале XVII века на

острове было несколько десятков заводов, на которых работало не-

сколько тысяч человек, пользовавшихся в Венецианской республике

большим уважением. И все-таки венецианцам не удалось сохранить

тайну.

Однажды французский посол в Венеции получил приказ ми-

нистра Кольбера (всесильный человек эпохи Людовика XIV) найти

рабочих для новой королевской зеркальной мануфактуры. Посол

понимал трудность поставленной задачи, но сумел ее решить с по-

мощью хозяина лавки, торгующего всевозможными товарами на

острове Мурано. Однажды темной ночью французская барка с хо-

рошо вооруженной командой отплыла в сторону Франции с че-

тырьмя мастерами. Через несколько недель во Франции появилась

вторая партия, тоже из четырех человек. Мастерам платили огром-

ные деньги, а их семьям, которым тоже грозила смерть, помогли

бежать из Венеции. Когда в республике узнали о побеге, в Париже

уже изготавливались зеркала. Венецианский посол старался узнать,

где спрятали беглецов, но не смог их разыскать. Тогда венецианское

правительство назначило нового посла, хитроумного Гвистиани, ко-

торому удалось найти беглецов и даже поговорить с ними. Некото-

рых он уговорил вернуться, гарантировав прощение. Однако самые

квалифицированные мастера не соглашались покинуть Париж, где

они жили прекрасно.

В январе 1667 года исполнилось полтора года начала произ-

водства зеркал во Франции. Неожиданно с перерывом в три недели

умерли один за другим два лучших мастера. В это же время в Вене-

ции были схвачены и казнены два стекольщика, пытавшихся бежать

во Францию. Страх охватил оставшихся мастеров, и они стали про-

ситься домой. Кольбер их не удерживал, так как французы уже изу-

чили всю технологию и можно было обойтись без дорогих итальян-

ских мастеров. На королевской мануфактуре без остановок шла ра-

бота. В знаменитых дворцах (Версаль, Лувр, Фонтенебло) сияли

зеркала, сделанные во Франции.

Говорят, что очень проницательные женщины, вглядываясь в

зеркало, могут увидеть лица венецианских стекольщиков, отравлен-

ных за выданный секрет. С зеркалами связано и много других тра-

диций, зачастую относящихся к не традиционным наукам.

Немецкий ученый Юстус Либих (1803-1873), создатель агро-

химии, предложил в 1840 году другой способ изготовления зеркал,

при котором на стекло из специально приготовленного раствора

осаждается серебро. Процесс заканчивался в течение получаса в бо-

лее пригодных для сохранения здоровья условиях. К тому же каче-

ство поверхности получалось значительно лучшим. Практическую

реализацию способа осуществил француз Пти-Жан.

4.3. РЕЗИНА

Слово «каучук» происходит от индейских слов «кау» – дерево

и «очу» – плакать, так как, надрезая кору дерева гевеи, индейцы

Южной Америки заставляли его «плакать» и собирали вытекающий

сок –латекс. При нагревании сока образовывался осадок. После его

промывки и выдерживания над костром индейцы получали куски

каучука, и изготавливали из него обувь и посуду. Европейцы позна-

комились с каучуком в XVI веке, а в XVIII веке французы привезли

большую партию этого материала в Европу. Тогда же французский

инженер Франсуа Френо пропитал свое старое пальто соком каучу-

кового дерева, создав водонепроницаемый дождевик. Общеприня-

тая история использования каучука началась с ластика. Принято

считать «отцом ластика» англичанина Джозефа Пристли, хотя он

только описал в 1770 г. открытие, сделанное другим человеком –

механиком Э. Нерном. Макинтош (Англия) предложил класть тон-

кий слой каучука между двумя кусками ткани и делать непромокае-

мое пальто (начало XIX века.). Зимой пальто становились тверды-

ми, как броня, а летом их приходилось хранить в прохладном под-

вале, спасая от превращения в жидкое месиво.

В 1836 году Чарльз Гудьир получил предложение усовершенст-

вовать способ изготовления изделий из каучука. Он считал, что смо-

жет справиться с задачей за пару месяцев. Изобретатель начал опыты,

смешивая бразильскую эластичную смолу с солью, перцем, песком,

касторовым маслом и другими попадавшимися под руку веществами.

Он был по уши в долгах, семья перебивалась на картофеле и диких

кореньях. Не раз Гудьир попадал в долговую тюрьму. Наконец, одна-

жды в 1839 Чарльз Гудьир случайно уронил на печь кусочек каучука,

обработанный серой, и заметил, что материал стал прочнее и эластич-

нее. Наблюдательность изобретателя подсказала ему, что тонкая по-

лоска обуглившегося участка и есть решение трудной задачи. Появи-

лась современная резина, способная деформироваться до 1000% и со-

хранять свои свойства на жаре и холоде. На совершенствование про-

цесса потребовалось еще пять лет. Только после этого он обратился за

патентом. Конкуренты непрерывно посягали на его достижения. Один

из них, английский промышленник Томас Ханкок, проанализировав

процесс, дал ему название «вулканизация» по имени древнеримского

бога огня. Гудьир вкладывал прибыли от своего изобретения в новые

эксперименты. Он получил медали на знаменитой Лондонской вы-

ставке в Хрустальном дворце 1851 году и на Парижской выставке в

1855 году. Последнюю медаль сын принес ему в парижскую долговую

тюрьму, из которой изобретателя освободил император Наполеон III,

восхищенный успехами гениального должника. После смерти Гудьира

в 1860 году он оставил долгов на сотни тысяч долларов. Однако его

сыновья оказались наделенными коммерческими талантами, которы-

ми был обделен их отец. В конце концов они смогли обогатить свои

семьи.

При вулканизации макромолекулы натурального каучука, по-

строенные линейно из спиралей, под действием серы или других аген-

тов, а также радиоактивного излучения приобретают пространствен-

ную структуру. Образовавшаяся резина более прочная, мало подвер-

жена влиянию температуры, не растворяется в большинстве раствори-

телей.

После открытия процесса вулканизации, резиновая промыш-

ленность стала быстро развиваться. Вскоре возникла нехватка нату-

рального каучука и появилась необходимость в изготовлении синте-

тического каучука.

Когда молодой советской промышленности потребовался свой

каучук, его создал химик, академик и изобретатель Сергей Василье-

вич Лебедев (1874 – 1934). В двадцатых годах он с группой помощ-

ников разработал способ получения натрийдивинилового каучука.

Два килограмма искусственного каучука были представлены на ме-

ждународный конкурс ВСНХ СССР, и жюри признало способ Лебе-

дева лучшим. Узнав об этом, Эдисон воскликнул «Не может быть!».

В 1932 году в Советском Союзе впервые в мире было организовано

промышленное производство синтетического каучука.

4.4. ПЛАСТМАССЫ

К первым пластмассам специалисты относят папье-маше, ибо

подобный материал использовался в Древнем Египте при мумифи-

кации. Роберт Гук сделал попытку изготовить искусственную ткань

из рога (1665). Реомюр попытался в 1739 году сделать нить из каме-

ди. В 1845 году Шейнбейн открыл нитроцеллюлозу и ее способ-

ность создавать густые, вязкие растворы в спирто–эфирной смеси.

10 лет спустя Одемарс получил патент на получение нитей из смеси

каучука и нитроцеллюлозы, растворенных в эфире.

Граф Ираклий Шардоне (1885) получил нити искусственного

шелка из 3-процентного раствора нитроцеллюлозы в смеси эфира и

спирта с небольшой примесью хлористых солей, продавливая его

через тонкие стеклянные капилляры в слегка подсоленную воду. В

1870 году для производства фотопленки стали использовать целлу-

лоид – первый массовый синтетический материал. 1893 – химики

Кросс и Бивен открыли вискозу – тоже на базе целлюлозы. В 1909

году был открыт способ получения синтетических смол из нефти.

Бельгийский химик, работавший в США, Лео Бакеланд (Leo Backe-

land) создал первый композиционный материал – бакелит. После

окончания первой мировой войны в результате конверсии появи-

лись технологии массового производства нитрошелка, нитролаков,

целлулоида.

В настоящее время производятся много видов синтетических

волокон. Первая группа на основе целлюлозы (тысячи мономеров

глюкозы). Вискозное волокно получается путем выдавливания рас-

твора через отверстия в ванну, где он коагулируется в нити. Синте-

тически волокна второй группы: полиамидные (нейлон и капрон из-

готавливаются из нефтепродуктов); полиэфирные (дакрон, лавсан).

Акриловые волокна, мягкие на ощупь, похожи на шерсть. Мине-

ральные: асбестовые и стеклянные. Полиэфирные, полиамидные,

полиакриловые и полипропиленовые нити выпускаются с диамет-

ром до 23 микрометров. Диаметр шелковых нитей 12 микрометров,

а волокна микрофибры имеют размеры не более 5-7 микрометров.

Такие волокна используют для выпуска лайкры (1980 год), они от-

талкивают воду, но пропускают воздух.

В начале двадцатых годов немецкий химик Герман Штаудин-

гер выдвинуул теорию, согласно которой некоторые небольшие мо-

лекулы могут объединяться в цепи, содержащие десятки тысячи

атомов. Эта идея была встречена в штыки большинством химиков и

многие годы оставалась предметом бурных дискуссий. Пока теоре-

тики вели ожесточенные споры, практики получали все больше но-

вых результатов. После модификации природных полимеров (цел-

люлоза, каучук) начался синтез полностью искусственных веществ,

которые не встречаются в природе. В 1931 году Уоллес Хьюм Каро-

зерс синтезировал первые полиамидные смолы. Одна из них под на-

званием «нейлон» получила широкую известность, после того как в

1940 году были выпущены нейлоновые чулки. Нейлон стал первой

искусственной тканью, которую можно гладить. Заметное место

среди других пластмасс занимает полипропилен: твердый, прочный

и термопластичный материал. В последние годы появился эластич-

ный полипропилен. В 1953 году, когда весь мир восторженно гово-

рил о наступлении эры пластмасс, Штаудингер был удостоен Нобе-

левской премии по химии.

Число веществ, способных к самопроизвольной полимериза-

ции, не очень велико. Обычно для осуществления реакции необхо-

димы специальные условия и катализаторы. Так, для получения по-

лиэтилена из молекул этилена необходимо давление 1200-3000 ат-

мосфер и температура около 200

С. Технология производства пла-

стмасс претерпела коренные изменения после работ химиков-

органиков Карла Циглера из Рурской области в Германии и Джулио

Натта из Милана. В 1963 году теоретик Натта и практик Циглер, по-

лучивший ряд патентов в разных странах на катализаторы, были

удостоены Нобелевской премии по химии.

Очень интересна история создания тефлона, или фторопласта.

В 1938 году молодой химик Рой Планкет, работавший в фирме

«Дюпон», пытался разработать новый негорючий и нетоксичный

хладагент. Однажды он вместе со своим лаборантом наполнил бал-

лон тетрафторэтиленом (ничем не примечательный, хорошо извест-

ный газ) и положил его в «сухой лед». Утром баллон по утвержде-

нию лаборанта был пустым. После взвешивания от этой гипотезы

пришлось отказаться, и, сообразив, что газ полимеризовался в твер-

дое тело, Планкет обнаружил внутри баллона скользкий порошок.

Он оказался химически инертным, термостойким, не взаимодейст-

вовал с большинством растворителей и кислот. Кроме того, оказа-

лось, что новый материал обладает самым малым значением коэф-

фициента трения. Сначала в компании «Дюпон» не знали, что де-

лать с этим веществом. Затем, во время Второй мировой войны, он с

успехом использовался при работе над американской атомной бом-

бой и был засекречен. Мировую известность материал (в СССР его

называли фторопласт-4) получил лишь в 1956 году, когда в продажу

поступили сковороды с покрытием «тефлон». Надо отметить, что на

изготовление кухонной посуды идет не более 5% продукта, а при-

меняется он в разнообразных предметах: от искусственных аорт до

скафандров космонавтов.

Самый знаменитый композиционный материал, Кевлар 49,

создан в 1965 году Стефанией Кволек (Kwoleck). Он состоит из ни-

тей стекла, нейлона, бора, углерода и смол. Кевлар служит для изго-

товления бронежилетов.

5. ПИЩА

5.1. ЕДА

Всякая трапеза была важнейшим событием в жизни человека,

ежедневным праздником жизни – праздником победы жизни над

смертью, и она была неизменным компонентом любого праздника.

Трапезой первобытные охотники отмечали удачную охоту и древ-

ние земледельцы – созревание урожая; для иудеев пасхальная тра-

пеза – воспоминание их исхода из Египта, христиане же празднуют

воскресение Христа через воспоминание его последней трапезы

(Тайной Вечери). Стол, на который кладется пища, воспринимается

как алтарь, на котором закладывается божественная жертва. Всякое

возвышение представляется как место, где является людям и прино-

сится в жертву божество. Таким столом-алтарем мыслятся и теат-

ральные подмостки, и брачное ложе, и ложе смерти покойника.

Общая трапеза в конце концов привела к созданию специаль-

ных зданий для организации питания. Они претерпевали различные

модификации, но самым общим названием в настоящее время яв-

ляются различные рестораны. Это слово, вошедшее во многие язы-

ки мира, ведет свою историю с 1765 года, когда в Париже продавец

супа по фамилии Буланже открыл первый ресторан. Фирменным

блюдом в этом заведении был суп под названием “ресторан”, что

означает “укрепляющий”. А 1804 году в том же Париже было уже

около 500 ресторанов, о которых можно было узнать в первом путе-

водителе по ресторанам.

Во время трапезы люди не только питают свое тело, но и при-

нимают различные возбуждающие или дурманящие вещества, что

также придает ей характер мистического ритуала. Способность впа-

дать в транс всеми народами воспринималась как божественный

дар, и вещества, наделявшие человека такой способностью, цени-

лись как священные магические средства и дар духов. Они приме-

нялись не только в ритуалах, но и во врачебной практике, иногда их

принимали воины перед боем. Часто секретом их изготовления вла-

дели только колдуны и знахари. Для изготовления наркотических и

возбуждающих средств используются самые различные растения.

Часто для них применяют особое галлюциногенное вещество, со-

держащееся в некоторых видах грибов. Сибирские шаманы пользу-

ются для своих экстатических кампаний напитком, приготовляемым

из мухомора и древесных грибов. Аборигены Новой Гвинеи поль-

зуются для этого грибом нонда. Испанские хроники XVI века упо-