Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Марта 2014 в 19:09, доклад
Вот как описывает крупнейшую в Европе железную мануфактуру под Ньюкаслом А. Юнг в книге «Шесть месяцев по северу Англии», изданной в 1769 г. Для ускорения производственных операций употребляются медный вал, чтобы гнуть железные полосы в обручи, ножницы для разрезания полос железа, вращающиеся краны, чтобы передвигать якорь, молот, который поднимается при помощи зубчатого колеса.
Доклад на тему:
Вот как описывает крупнейшую в Европе железную мануфактуру под Ньюкаслом А. Юнг в книге «Шесть месяцев по северу Англии», изданной в 1769 г. Для ускорения производственных операций употребляются медный вал, чтобы гнуть железные полосы в обручи, ножницы для разрезания полос железа, вращающиеся краны, чтобы передвигать якорь, молот, который поднимается при помощи зубчатого колеса. Все машины полезны, просты по своей конструкции, и все приводятся в движение водой. Однако остальная работа производится вручную: «...восемь дюжих парней колотили молотками по одному якорю, что, очевидно, могло быть выполнено молотом или молотами, приводимыми в движение водой, на большой наковальне». Характерная картина. Это и есть свойственное мануфактуре «спорадическое», по выражению Маркса, применение машин [3]. Присущее мануфактуре разделение труда вызвало к жизни дифференциацию рабочих инструментов; они принимают форму, сообразную требованиям того конкретного функционального процесса, для которого они предназначены.
Начавшийся еще в эпоху Возрождения процесс бурного развития естествознания имел самое непосредственное отношение к технике. Величайшее открытие в области астрономии – гелиоцентрическая система мира Коперника – была по достоинству оценена и поддержана Джордано Бруно. В XVII в. гелиоцентрическая система получила подтверждение и признание в трудах Иоганна Кеплера и Галилео Галилея. Галилею принадлежит также ряд открытий в области динамики и механики упругого тела. Эванджелиста Торричелли открыл существование атмосферного давления, Блез Паскаль продолжил его труды и открыл закон о передаче давления в жидкостях и газах. Физик и инженер Отто фон Герике поставил ряд опытов с атмосферным давлением и построил первый воздушный насос. Почти одновременно с получением теоретических результатов были предприняты и первые попытки заставить вновь открытые природные силы служить человеку. На рубеже XVII и XVIII столетий Исаак Ньютон сформулировал основные законы механики и обосновал классическую механику, построенную на законе всемирного тяготения.
Революция в науке была также интеллектуальной революцией; ее результат – путь, проделанный человеческим сознанием от «философии опыта» Бэкона до космогонических гипотез Декарта и Лейбница, нарушивших представления о раз и навсегда данной, неизменяемой природе. Согласно мировоззрению Ренессанса, Земля представлялась неподвижным центром Вселенной. Коперник, Бруно, Галилей расшатали эту стройную систему и показали обманчивость кажущейся неподвижности. Переворот в мировоззрении в сочетании с обилием новых научных данных отразился, своеобразно преломляясь, в барочных формах произведений искусства, литературы, материально-предметной среды.
Такая, казалось бы, далекая от техники область, как рационалистическая философия, основоположником которой был Рене Декарт, также серьезно влияла на техническое формообразование. Рационалистичность метода философов этого направления заключалась в самом подходе к изучению явлений. Основой концепции было предположение, что, если к изучению данных опыта приложить правильные методы рассуждения, можно прийти к установлению истины чисто умозрительным путем. Философы-рационалисты Декарт, Локк, Ламетри и другие признавали мир состоящим из материи, частицы которой обладают протяженностью и находятся в движении, подчиненном механическим законам. Они верили, что законы механики суть универсальные законы мироздания, и распространяли их на живую природу. Большой резонанс в науке получило открытие врача Гарвея, обнаружившего у человека и животных кровообращение; оно легко объяснялось с точки зрения законов механики. Декарт, основываясь на этом сходстве, сделал вывод, что животное есть не что иное, как машина, в отличие от человека, наделенного душой. Теория Декарта животного-машины вполне соответствовала представлениям физиологов XVII в., которые уподобили живой организм механической системе. Последователи этой идеи, так называемые ятромеханики, были убеждены в том, что все процессы в организме происходят согласно механическим законам, а жизнь поддерживается особым теплом. В XVIII в. Ламетри, продолживший эту мысль, выдвинул концепцию человека-машины.
Механистическая система мировоззрения способствовала увеличению попыток постройки автоматов, многие из которых были весьма остроумны. Иногда механики преследовали сакраментальную идею создания искусственной жизни, нечто сродни поискам философского камня у алхимиков. Но, в отличие от последних, механики были далеки от мистических представлений. Подобные аналогии уже встречались в истории: достаточно вспомнить искания Леонардо да Винчи. Леонардо искал принципы действия двигательного механизма животного, чтобы потом на их основе построить машину; теперь же аналогия доводится до невиданной законченности, цель ее – создать автоматическое животное, искусственно наделенное жизнью.
Автоматы были известны еще в Древней Греции, например летающий голубь Архита Тарентского, относящийся к V...IV вв. до н.э., и в средние века: трон императора Феофила с движущимися фигурами львов, грифонов и птиц был построен в IX в. Львом Математиком. Теперь их число быстро увеличивается, а технической предпосылкой служит значительный рост мастерства в изготовлении часовых механизмов (характеризовавшихся впоследствии К. Марксом как наиболее выдающиеся технические достижения мануфактурного периода). В XVIII столетии прославились знаменитые механики Ж. Вокансон, отец и сын Дрозы, Мальярде и другие, создавшие немало механических животных и людей, сыгравших выдающуюся роль в развитии техники.
Вместе с тем рационалистическая философия с ее механистическими представлениями и перенесением законов механики на живую природу возродила в технике обратный процесс – процесс перенесения двигательных принципов и форм с живых организмов на технические объекты. Исходным было следующее положение: природой созданы в животном мире совершеннейшие механизмы, воплощенные в таких же совершенных формах. Птице дан прекрасный летательный аппарат в виде крыльев, рыбу природа снабдила плавательным аппаратом – хвостом и плавниками. Стоит только искусственно построить такие же органы и снабдить ими человека или сделать машины, копирующие живые существа, – и человек станет с их помощью летать и плавать. Заманчивость и кажущаяся легкость проблемы, а также успех, выпавший на долю автоматов, привели к появлению ряда проектов машин, основанных на заимствованиях формы животных. Особенно ярко это заимствование проявляется в проектах летательных машин. Казалось, что достаточно воспроизвести механизм движения птичьих крыльев – и летательный аппарат будет создан. Но уровень науки и техники был таков, что идею эту нельзя было осуществить, ибо основывалась она на чисто внешнем, поверхностном наблюдении, ограниченном восприятием внешней формы и очень далеком от расчета соотношений между весом птицы и подъемной силой ее крыльев и от создания адекватного двигателя.
Несмотря на неудачи, постигавшие изобретателей на этом пути, идея не умерла и находит своих приверженцев вплоть до наших дней.
Итак, на формы машин влияли все перечисленные факторы: особенности мануфактурного производства, научная революция, рационалистическая философия и культура барокко, а также изменения, происходившие в самой технике. В XVII в. техника уже – вне искусства и развивается автономно. Интенсивно развивающееся мануфактурное производство нуждается в совершенствовании технической базы, поэтому машинный парк продолжает расти, оживляется изобретательство. Для всей эпохи характерен тип изобретателя-универсала. Например, Соммерсет (1601...1670) изобретает плавучую крепость, тормоз, водяные часы и т.д.; Папен (1647...1714) – воздушный насос, «водолазное судно», подъемную машину, сосуд для варки под большим давлением; Реомюр (1683...1767) изобретает термометр и вместе с тем вводит некоторые усовершенствования в красильную и сахароделательную промышленность, Интерес к машинам приобретает серьезный и стабильный характер: их разработкой занимаются и отдельные ученые и целые научные корпорации. Так, Французская академия наук начинает рассматривать и публиковать изобретения. В первой четверти XVII в. английское правительство, а позже правительства других стран вводят патенты и привилегии на изобретения.
Изменилось и социальное лицо техника-изобретателя. Если раньше это был придворный художник, исполнявший также различные технические задания, то в XVII...XVIII вв. – это талантливый ремесленник-самоучка, а иногда ученый. Их технические находки и изобретения служили дальнейшим толчком к развитию точных наук: «...Очень важную роль, – говорил об этом К. Маркс, – сыграло спорадическое применение машин в XVII столетии, так как оно дало великим математикам того времени практические опорные пункты и стимулы для создания современной механики» [3].
Однако, хотя машин становилось все больше, хотя их конструкции усложнялись, а иногда появлялись новые остроумно устроенные механизмы, они все еще не изучались и не исследовались в нашем современном понимании. В собраниях гравюр по-прежнему описывались одни и те же машины, поскольку они подчас несколько раз изобретались заново.
Зато теперь при разработке машин изобретатели стараются применять познания из области математики и механики, и мир техники начинает постепенно приобретать новые черты. Очень медленно, но неотступно изобретательство переходит на научную почву. В этом смысле симптоматична история изобретения паровой машины Паленом.
Дени Папен юношей был ассистентом у Гюйгенса, с 1688 г. стал профессором математики в Марбургском университете. Открытия и опыты Торричелли натолкнули Папена на мысль использовать энергию атмосферного давления для совершения полезной работы. При этом он опирался на весь предшествовавший опыт в области гидравлики и изучения воздушного давления. Папен проделал множество экспериментов, чтобы найти способ создания разреженного пространства. Идея использовать для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем пришла к нему не сразу, хотя сама по себе не являлась чем-то новым.
Система цилиндр – поршень была известна с древнейших времен. Древнегреческие ученые Ктезибий и Герон применяли деревянный цилиндр с кожаным поршнем для нагнетания воды или воздуха. После изобретения клапана он превращается в насос, который впоследствии был описан Героном. Опыты Э. Торричелли, связанные с изучением безвоздушного пространства, породили идею всасывающего воздушного насоса. Такой насос и был построен немецким инженером Герике, использовавшим в качестве прототипа нагнетательный воздушный насос Ктезибия. Позже одна из его конструкций была детально разработана английским ученым Робертом Бойлём. Она-то и легла в основу изобретенной Папеном атмосферно-паровой машины. Издавна известный цилиндр с поршнем выполнял работу насоса на протяжении многих веков, но нигде не определял форму машины в целом, поскольку был одним из узлов установки, хотя и заключал в себе принцип ее действия.
Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой не воды, а атмосферного давления, законы которого тогда только начинали изучаться. Поэтому все его внимание сосредоточивается на цилиндре и на поисках возможностей для поднятия поршня.
Много лет Папен искал способ создания периодического вакуума в сосуде, необходимого для выполнения механической работы. Еще в 1687 г. он пытался создать вакуум за счет атмосферного давления, для чего применял вспомогательный вакуумный насос с приводом от водяного колеса. Эта попытка не увенчалась успехом. Несколько позже, совместно с Гюйгенсом, по идее, предложенной последним, была создана установка, где разрежение создавалось взрывом пороха. Форма установки была предельно проста – цилиндр с поршнем; идея цилиндра с поршнем была подсказана Лейбницем. Папен говорил, что не знает той меры благодарности, которую должно будет когда-нибудь человечество высказать гениальному Лейбницу, давшему мысль использовать эту известную конструкцию.
Пороховой двигатель представлял собой цилиндр с заключенным внутри плотно пригнанным поршнем, к штоку которого прикреплялась веревка, перекинутая вверху через блок. Этот двигатель работал рывками и не удовлетворял Папена. Дальнейшую работу над ним проводил Гюйгенс, долгое время он и именовался в литературе двигателем Гюйгенса. Таким образом, цилиндр с поршнем в данном случае определял форму всей машины.
В 1690 г. был создан принципиально новый проект двигателя. Порох в цилиндре был заменен водой, которая при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом. Интересно отметить, что Папен ставил цилиндр машины вертикально потому, что цилиндр-клапан не может в ином положении выполнять свою функцию. Непосредственно соединенную с ним веревку и блок иногда рассматривают как зачаточную форму передаточного механизма.
Мысль применить силу пара могла возникнуть у Папена только благодаря знакомству с работами ученых, занимавшихся изучением свойств пара. Двигатель Папена был подлинным детищем эпохи в том смысле, что представлял своеобразный синтез достижений науки и большой экспериментальной работы. И форма его мало чем отличалась от формы прибора для физического опыта, возможность полезной работы и практическая применимость отходили на второй план, вернее, мыслились в перспективе; первоочередной же задачей являлся научный эксперимент.
Двигатель Папена продемонстрировал огромные энергетические возможности, заложенные в силе пара, но полезную работу выполнял плохо, так как не мог осуществить непрерывное действие. Папен был первооткрывателем и не знал этого, но его самого не удовлетворял проект, и он продолжал трудиться над его усовершенствованием. Уже в 1707 г. он предложил новый, усложненный вариант парового двигателя, обладавший лучшими рабочими качествами и более разветвленной формой.