История науки и техники

КУРС ЛЕКЦИЙ - УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Тема 9. Техника мануфактурной эпохи

Таким образом в начале XVIII века на свет родилась новая наука, теоретическая механика. В следующем столетии эта наука стала основным инструментом инженеров, рассчитывавших новые машины – но в те времена еще не было машин и ученые рассчитывали движение комет. Высшим достижением техники XVII столетия была так называемая «машина Марли»; она включала в себя 14 водяных колес диаметром 12 метров и была предназначена для обеспечения работы версальских фонтанов. Машины того времени работали с помощью приводов от водяных колес и заводы располагались у рек. Крупнейшие металлургические заводы были расположены в Швеции – в этой стране были богатые железные руды и не было недостатка в древесном угле. В 1610-х годах шведские рудники привлекли внимание богатого нидерландского мануфактуриста Луи де Геера (1587-1652), который сумел наладить производство легких чугунных пушек; его 4-фунтовая пушка вместе с повозкой имела вес 35 пудов и ее можно было перевозить запряжкой из двух лошадей. Отныне пушки могли передвигаться по полю боя вместе с пехотой; де Геер организовал массовое производство орудий, и вскоре каждому полку шведской армии были приданы по две легкие «полковые» пушки; в руках шведов оказалось новое всесокрушающее оружие.

Фундаментальное открытие шведов, легкая артиллерия, вызвало новую волну нашествий. 1630 году шведская армия во главе с королем Густавом Адольфом высадилась в Германии, а год спустя в битве при Брейтенфельде шведские гаубицы расстреляли армию императора Фердинанда II. Шведы стали хозяевами Центральной Европы, за двадцать лет войны было сожжено 20 тысяч городов и деревень и погибло 2/3 населения Германии. Затем шведская армия обрушилась на Польшу – это был страшный «потоп», когда были разграблены почти все польские города и погибла половина поляков. В 1700 году шведский король Карл XII разгромил под Нарвой русскую армию; шведы могли бы овладеть Москвой, но шведский король двинулся в Польшу – он считал, что победа от него не уйдет, что русские все равно ничего не смогут сделать. Карл полагал, что у русских нет хорошей железной руды, они закупали почти все качественное железо в Швеции. Однако король ошибся; незадолго до это на Урале были найдены богатейшие рудные залежи и как раз перед началом войны царь Петр приказал заложить большой завод в Каменске. Были приглашены иностранные мастера, завод строили в большой спешке; осенью 1701 года была пущена первая домна, в 1702 году завод дал 180 пушек, а в 1703 году – почти 600 пушек – вчетверо больше, чем было потеряно под Нарвой. Когда Карл XII в 1708 году вторгся в Россию, его встретила мощная артиллерия; в сражении под Полтавой большая часть атакующей шведской пехоты не смогла добежать до русских шеренг – она была истреблена огнем русских пушек.

Перенимание шведской военной техники означало для России модернизацию по европейскому образцу. Петровские реформы включали в себя создание новой промышленности, новой армии, новой государственной администрации, перенимание европейской одежды и европейских обычаев. В результате этой модернизации Россия вошла в европейский культурный круг, стала европейской страной. Уральская руда была лучше шведской, и созданная Петром уральская металлургия вскоре заняла первое место в Европе. Первым начальником уральских горных заводов был друг и сподвижник Петра голландский инженер Вильгельм де Геннин; его приемником был учившийся в Швеции Василий Никитич Татищев. Уральские доменные печи для тех времен были крупнейшими в мире, они достигали 13 метров в высоту и 4 метров в поперечнике. Русские металлурги и артиллерийские инженеры вскоре превзошли своих учителей-иностранцев; в 1757 году под руководством графа Петра Шувалова было создано лучшее артиллерийское орудие тех времен, гаубица «единорог». В 1759 году в битве при Кунерсдорфе «единороги» расстреляли армию прусского короля Фридриха II. Единорог стал новым оружием России, появление которого породило волну русских завоеваний; в начале XIX века границы России достигли Дуная и Вислы.

В то время как исход войн на суше определяла артиллерия, исход войн на море определялся совершенством конструкции кораблей. Конец XVI века был ознаменован новым фундаментальным открытием, изменившим судьбы народов, - изобретением голландского флайта. Флайт - это был корабль нового типа, он имел удлиненный корпус, высокие мачты с совершенным парусным вооружением и был оснащен штурвалом. Флайт намного превосходил испанские каравеллы своей скоростью и маневренностью – и он подарил голландцам господство на морях. В 1598 году голландский флот прорвался в Индийский океан, в воды, где до тех пор господствовали португальцы и испанцы. В течение двадцати лет голландцы изгнали с морей всех соперников и захватили в свои руки почти всю морскую торговлю. Огромные караваны судов с азиатскими товарами приходили в Амстердам – новую торговую столицу мира; отсюда товары развозились по всей Европе. С появлением флайта стали возможны массовые перевозки невиданных прежде масштабов, и голландцы превратились в народ мореходов и купцов; им принадлежали 15 тысяч кораблей, втрое больше, чем остальным европейским народам. Колоссальные прибыли от монопольной посреднической торговли подарили Голландии богатства, сделавшие ее символом буржуазного процветания. Капиталы купцов вкладывались в промышленность; тысячи мануфактур работали на сырье, привозимом из других стран и вывозили свою продукцию на европейские рынки.

Европейские страны – прежде всего Англия и Франция – старались избавиться от голландского посредничества и завести свой океанский флот. Однако Голландия не желала расставаться со своей торговой монополией; вторая половина XVII века вошла в историю как эпоха морских войн; в конечном счете Голландия потерпела поражение и новым властелином морей стала Англия. Англичане одержали победу благодаря своим достижениям в кораблестроении; в 1637 году корабельный мастер Финеас Петт построил первый трехпалубный линейный корабль «Ройял Соверен». Это был самый большой корабль тех времен, он имел водоизмещение 1700 тонн и 126 пушек. К концу столетия Англия имела больше ста линейных кораблей. Петр I, в 1697 году приехавший в Голландию учиться корабельному ремеслу, был разочарован тем, что голландские мастера работают по интуиции, не пользуясь чертежами, он поехал в Англию и там окончил свое обучение. Английский флот господствовал на морях, Англия сменила Голландию и захватила в свои руки посредническую торговлю. Голландские купцы переселялись со своими капиталами в Лондон, принимали английские имена и становились английскими купцами. Англия стала процветающей торговой державой – и гарантом этого процветания был линейный корабль, изобретение Финеаса Петта.

Тема 9. Промышленная революция

Торговое процветание привело к обогащению английских купцов, к появлению избыточных капиталов, которые требовали помещения в какое-нибудь дело. С другой стороны, в результате эмиграции в Америку Англия испытывала недостаток рабочей силы. Мы помним, что в аналогичных обстоятельствах афинские капиталисты покупали для своих мастерских рабов - англичане попытались возместить нехватку рабочей силы введением машин. Попытки использования на мануфактурах машин имели место и раньше – первым примером такого рода была шелкомотальная машина итальянского механика Франческо Боридано, созданная еще в XIII веке; эта машина приводилась в движение водяным колесом и заменяла 400 рабочих. Этот пример показывает что промышленная революция могла произойти гораздо раньше - однако машина Боридано осталась уникальным примером потому, что внедрение техники наталкивалось на противодействие ремесленников, которые боялись потерять работу. В 1579 году в Данциге был казнен механик, создавший лентоткацкий станок. В 1598 году из Англии был вынужден бежать изобретатель вязальной машины Вильям Ли. В 1733 году ткач Джон Кей изобрел «летающий челнок», он подвергся преследованиям ткачей, его дом был разгромлен, и он был вынужден бежать во Францию. Однако многие ткачи втайне продолжали использовать челнок Кея – их избивали, в 1767 году в Лондоне произошло большое столкновение между ткачами. В 1765 году ткач и плотник Харгривс создал механическую прялку, которую он назвал в честь своей дочери «Дженни»; эта прялка увеличивала производительность труда прядильщика в 20 раз. Рабочие ворвались в дом Харгривса и сломали его машину – однако несмотря на это сопротивление, через некоторое время «Дженни» стала использоваться прядильщиками. В 1769 году Ричард Аркрайт запатентовал прядильную ватерную машину, рассчитанную на водяной привод – с этого момента машины стали использоваться на мануфактурах и изобретатели получили поддержку могущественных владельцев крупных капиталов.

Первые машины создавались механиками-самоучками, они изготавливались из дерева и не требовали инженерных расчетов. Техника развивалась независимо от науки. После того как сопротивление противников машин стало ослабевать, новые машины стали появляться одна за другой. В 1774-1779 годах Самуэл Кромптон сконструировал прядильную мюль-машину, выпускавшую более качественную ткань, чем машина Аркрайта. В 1784 году Эдмунд Картрайт создал ткацкий станок, который увеличил производительность ткачей в 40 раз.

Промышленная революция была сложным процессом, происходившим одновременно в различных отраслях промышленности. В горной промышленности одной из основных производственных проблем была откачка воды из шахт. В 1698 году англичанин Севери создал машину, использовавшую для этой цели силу пара; в 1712 Томас Ньюкомен усовершенствовал эту машину, снабдив ее цилиндром и поршнем. В машине Ньюкомена находившийся в цилиндре пар конденсировался впрыскиванием воды, в цилиндре создавалось разряжение, и поршень втягивался внутрь цилиндра под воздействием атмосферного давления. К 1770 годам в Англии работало уже около 200 машин Ньюкомена, однако они имели неравномерный ход, часто ломались и использовались только на шахтах. В разных странах делались попытки усовершенствовать эти машины; в частности, России механик И.И. Ползунов построил двухцилиндровую машину аналогичного устройства. В 1763 году к работе по усовершенствованию машины Ньюкомена приступил Джеймс Уатт. В то время Уатт был лаборантом университета в Глазго и ему поручили отремонтировать сломавшуюся модель машины Ньюкомена. Разобравшись в недостатках модели, Уатт создал машину, принципиально отличавшуюся от нее; во-первых, поршень в машине Уатта двигало не атмосферное давление, а пар, впускавшийся из парового котла; во-вторых, после завершения хода поршня отработанный пар выводился в специальный конденсатор. В 1769 году Уатт взял патент на свою машину, но специалисты утверждали, что идея Уатта не может быть практически реализована: при тогдашней технике невозможно было обточить математически правильный паровой цилиндр. Уатту повезло, что как раз в это время была создана совершенная машина, предназначенная для высверливания стволов пушек. Уатту удалось привлечь к делу крупного фабриканта Мэтью Болтона, который ради этой идеи поставил на карту все свое состояние. В 1775 году на заводе Болтона в Бирмингеме было налажено производство паровых машин; однако только через десять лет это производство стало давать ощутимую прибыль. В 1784 году Уатт запатентовал паровую машину двойного действия, в котором пар поочередно толкал поршень с двух сторон; в этой машине был применен центробежный регулятор, автоматически поддерживавший заданное число оборотов.

В первых двигателях Уатта давление в цилиндре лишь немного превышало атмосферное. В 1804 году инженер А. Вулф запатентовал машину, работающую при давлении 3-4 атмосферы, повысив к.п.д. более чем в 3 раза. Массовое производство паровых машин было невозможно без точных токарных станков; решающий шаг в этом направлении был сделан механиком Генри Модсли, который создал самоходный суппорт. С этого времени стало возможным изготовление деталей с допуском в доли миллиметра – это было начало современного машиностроения. Возникновение машин вызвало потребность в металле. Раньше чугун плавили на древесном угле, а лесов в Англии почти не осталось. В 1785 году Генри Корт изобрел способ производства чугуна на каменном угле. Добыча угля стала одной из основных отраслей промышленности.

Уже вскоре после появления паровой машины начались попытки создания пароходов. В 1802 году американец ирландского происхождения Роберт Фултон построил в Париже небольшую лодку с паровым двигателем и продемонстрировал ее членам Французской Академии. Однако ни академики, ни Наполеон, которому Фултон предлагал свое изобретение, не заинтересовались идей парохода. Фултон вернулся в Америку и на деньги своего друга и покровителя Ливингстона построил пароход «Клермонт»; машина для этого парохода была изготовлена на заводе Уатта. В 1807 году «Клермонт» под восторженные крики зрителей совершил первый рейс по Гудзону - но не нашлось ни одного смельчака, который захотел бы стать пассажиром нового судна. Через четыре года Фултон и Ливингстон были уже владельцами пароходной компании, через девять лет в Америке было 300 пароходов, а в Англии - 150. В 1819 году американский пароход «Саванна» пересек Атлантический океан, а в 1830-х годах начинает действовать первая регулярная трансатлантическая пароходная линия. На этой линии курсировал самый большой по тем временам пароход «Грейт Уэстерн», имевший водоизмещение 2 тыс. тонн и паровую машину мощностью 400 лошадиных сил. Через двадцать лет пароходы стали гораздо больше: плававший в Индию пароход «Грейт Истерн» имел водоизмещение 27 тыс. тонн и две машины общей мощностью 7,5 тыс. л. с.

Одновременно со строительством пароходов делались попытки создания паровой повозки. На многих рудниках существовали рельсовые пути, по которым лошади тащили вагонетки с рудой. В 1803 году механик Ричард Тревитик построил первый паровоз, заменивший лошадей на одной из рельсовых дорог в Уэльсе – однако Тревитику не удалось получить поддержку предпринимателей. Пытаясь привлечь внимание к своему изобретению, Тревитик устроил аттракцион с использованием паровоза, но в конце концов, разорился и умер в нищете. Судьба была более благосклонна к Джорджу Стефенсону, механику-самоучке, получившему заказ на постройку локомотива для одной из шахт близ Ньюкасла. В 1815 году Стефенсон построил свой первый паровоз, а затем руководил строительством железной дороги длиной более 50 км. Главной идеей Стефенсона было выравнивание пути с помощью создания насыпей и прорезки выемок, таким образом достигалась высокая скорость движения. В 1830 году Стефенсон завершил строительство первой большой железной дороги между городами Манчестер и Ливерпуль; для этой дороги он сконструировал паровоз «Ракета», на котором впервые применил трубчатый паровой котел. «Ракета» везла вагон с пассажирами со скоростью 60 км/час; выгоды от дороги были таковы, что Стефенсону сразу же предложили руководить строительством дороги через всю Англию от Манчестера до Лондона. Позже Стефенсон строил железные дороги в Бельгии и в Испании. В 1832 году была пущена первая железная дорога во Франции, немного позже – в Германии и США; локомотивы для этих дорог изготовлялись на заводе Стефенсона в Англии.

Появление станков, паровых машин, паровозов и пароходов коренным образом изменило жизнь людей. Появление фабрик, выпускающих огромное количество дешевых тканей, разорило ремесленников, которые работали на дому или на мануфактурах. В 1811 году в Ноттингеме вспыхнуло восстание ремесленников, которые ломали машины на фабриках – их называли «луддитами». Восстание было подавлено. Разоренные ремесленники были вынуждены уезжать в Америку или идти работать на фабрики. Труд рабочего на фабрике был менее квалифицированным, чем труд ремесленника, фабриканты часто нанимали женщин и детей, за 12-15 часов работы платили гроши. Было много безработных и нищих, после голодных бунтов 1795 года им стали платить пособия, которых хватало на две булки хлеба в день. Население стекалось к фабрикам, и фабричные поселки вскоре превращались в огромные город; в 1844 году в Лондоне было 2,5 млн. жителей, причем рабочие жили в перенаселенных домах, где в одной комнатке, часто без камина, теснилось по несколько семей. Рабочие составляли большую часть населения Англии; это было новое индустриальное общество, не похожее на Англию XVIII века.

Основной отраслью английской промышленности в первой половине XIX века было производство хлопчатобумажных тканей. Новые машины позволяли получать 300 и более процентов прибыли в год и выпускать дешевые ткани, которые продавались по всему миру. Это был колоссальный промышленный бум, производство тканей увеличилось в десятки раз. Однако для новых фабрик требовалось сырье – хлопок; поначалу хлопок был дорог из-за того, что его очистка производилась вручную. В 1806 году американец Эли Уитни создал хлопкоочистительную машину; после этого в южных штатах наступила “эра хлопка”, здесь создавались огромные хлопковые плантации, на которых работали рабы-негры. Таким образом расцвет американского рабства оказался непосредственно связан с промышленной революцией.

К 1840-м годам Англия превратилась в «мастерскую мира», на ее долю приходилось более половины производства металла и хлопчатобумажных тканей, основная часть производства машин. Дешевые английские ткани заполнили весь мир и разорили ремесленников не только в Англии, но и во многих странах Европы и Азии. В Индии от голода погибли миллионы ткачей; вымерли многие большие ремесленные города, такие как Дакка и Ахмадабад. Доходы, на которые раньше существовали ремесленники Европы и Азии, теперь уходили в Англию. Многие государства пытались закрыться от английской товарной интервенции – в ответ Англия провозгласила «свободу торговли»; она всячески – зачастую с использованием военной силы - добивалась снятия протекционистских таможенных барьеров, «открытия» других стран для английских товаров.

В 1870-х годах в развитии мировой экономики наступил знаменательный перелом, этот перелом был связан с колоссальным расширением мирового рынка. В предыдущий период масштабное строительство железных дорог привело к включению в мировую торговлю обширных континентальных областей; появление пароходов намного удешевило перевозки по морю. На рынки огромным потоком хлынула американская и русская пшеница – цены на пшеницу упали в полтора, в два раза. Эти события традиционно называют «мировым аграрным кризисом». Они привели к разорению многих помещиков в Европе – но вместе с тем обеспечили дешевым хлебом миллионы рабочих. С этого времени наметилась промышленная специализация Европы: многие европейские государства теперь жили за счет обмена своих промышленных товаров на продовольствие. Рост населения больше не сдерживался размером пахотных земель; бедствия и кризисы, порождаемые перенаселением, ушли в прошлое. На смену прежним законам истории пришли законы нового индустриального общества.

Промышленная революция дала в руки европейцев новое оружие – винтовки и стальные пушки. Уже давно было известно, что ружья с нарезами в канале ствола придают пуле вращение, отчего дальность увеличивается вдвое, а кучность в 12 раз. Однако зарядить такое ружье с дула стоило немалого труда, и скорострельность была очень низкой, не более одного выстрела в минуту. В 1808 году по заказу Наполеона французский оружейник Поли создал казнозарядное ружье; в бумажном патроне помещались порох и затравка, взрываемая уколом игольчатого ударника. Если бы Наполеон вовремя получил такие ружья, он был бы непобедим – но дело в том, что изготовление казенного затвора требовало ювелирной точности, а у Поли не было высокоточного токарного станка. Позже, когда появился станок с суппортом Модсли, помощник Поли, немец Дрейзе сконструировал игольчатое ружье, которое было в 1841 году принято на вооружение прусской армии. Ружье Дрезе делало 9 выстрелов в минуту – в 5 раз больше, чем гладкоствольные ружья других армий. Дальность выстрела составляла 800 метров – втрое больше, чем у других ружей.

Одновременно произошла еще одна революция в военном деле, вызванная появлением стальных пушек. Чугун был слишком хрупок и чугунные пушки часто разрывались при выстреле; стальные пушки позволяли использовать значительно более мощный заряд. В 1850-х годах английский изобретатель и предприниматель Генри Бессемер изобрел бессемеровский конвертер, а в 60-х годах французский инженер Эмиль Мартен создал мартеновскую печь. После этого было налажено промышленное производство стали и производство стальных пушек. В России первые стальные пушки были изготовлены на златоустовском заводе под руководством П. М. Обухова; затем было организовано производство на заводе Обухова в Петербурге. Наибольших успехов в производстве артиллерийских орудий достиг немецкий промышленник Альфред Крупп, в 60-х годах Крупп наладил массовое производство казнозарядных нарезных орудий. Винтовки Дрейзе и пушки Круппа обеспечили победы Пруссии в войнах с Австрией и Францией – могущественная Германская империя была обязана своим рождением этому новому оружию.

Изобретение ткацкого станка, паровой машины, паровоза, парохода, винтовки и скорострельной стальные пушки – все это были фундаментальные открытия, которые вызвали появление нового культурного круга - того общества, которое называют промышленной цивилизацией. Волна новой культуры исходила из Англии; она быстро охватила европейские государства – прежде всего Францию и Германию. В Европе началась быстрая модернизация по английскому образцу, на первой стадии она включала заимствование техники – станков, паровых машин, железных дорог. Вторая стадия включала политические преобразования – в 1848 году Европу охватила волна революций, знаменем которых являлось свержение монархий и парламентские реформы по английскому образцу. Россия попыталась противиться этой модернизации – началась война с Англией и Францией, и винтовки заставили Россию вступить на путь реформ. В 60-х годах культурная экспансия промышленной цивилизации сменилась военной экспансией – фундаментальное открытие всегда порождает волну завоеваний. Началась эпоха колониальных войн; в конечном счете весь мир оказался поделенным между промышленными державами. Англия, воспользовавшись своим первенством, создала огромную колониальную империю с населением в 390 млн. человек.

Тема 10. Наука в период промышленного переворота.

Изобретатели машин, произведших промышленную революцию, не были учеными, это были мастера-самоучки. Некоторые из них были неграмотны; к примеру, Стефенсон научился читать в 18 лет. В период промышленного переворота наука и техника развивались независимо друг от друга. В особенности это касалось математики, в это время появился векторный анализ, французский математик О. Коши создал теорию функций комплексного переменного, а англичанин У. Гамильтон и немец Г. Грасман создали векторную алгебру. В работах Лапласа, Лежандра и Пуассона была разработана теория вероятностей. Основные достижения физики были связаны с исследованием электричества и магнетизма. На рубеже XVIII-XX веков итальянский физик Вольта создал гальваническую батарею; такого рода батареи долгое время были единственным источником электрического тока и необходимым элементом всех опытов. В 1820 году датский физик Г. Эрстед обнаружил, что электрический ток воздействует на магнитную стрелку, затем француз А. Ампер установил, что вокруг проводника появляется магнитное поле и между двумя проводниками возникают силы притяжения или отталкивания. В 1831 году Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Это явление состоит в том, что если замкнутый проводник при своем перемещении пересекает магнитные силовые линии, то в нем возбуждается электрический ток. В 1833 году работавший в России немецкий ученый Эмилий Ленц создал общую теорию электромагнитной индукции. В 1841 году Джоуль исследовал эффект выделения теплоты при прохождении электрического тока. В 1865 году выдающийся английский ученый Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитного поля.

Теория электромагнетизма стала первой областью, где научные разработки стали непосредственно внедряться в технику. В 1832 году русский подданный барон П. В. Шиллинг продемонстрировал первый образец электрического телеграфа. В приборе Шиллинга импульсы электрического тока вызывали отклонение стрелки, соответствующее определенной букве. В 1837 году американец Морзе создал усовершенствованный телеграф, в котором передаваемые сообщения отмечались на бумажной ленте с помощью специальной азбуки. Однако потребовалось шесть лет прежде чем американское правительство оценило это изобретение и выделило деньги на постройку первой телеграфной линии между Вашингтоном и Балтимором. После этого телеграф стал стремительно развиваться, в 1850 году телеграфный кабель соединил Лондон и Париж, а в 1858 году был проложен кабель через Атлантический океан.

В конце XVIII века родилась новая наука, химия. Прежде алхимики считали что все вещества состоят из четырех элементов огня, воздуха, воды и земли. В 1789 году Антуан Лавуазье экспериментально доказал закон сохранения вещества. Затем Джон Дальтон предложил атомистическую теорию строения вещества; он утверждал, что атомы различных веществ обладают различным весом и что химические соединения образуются сочетанием атомов в определенных численных соотношениях. В 1809 году был открыт закон кратных объемов при химическом взаимодействии газов. Это явление было объяснено Дальтоном и Гей-Люссаком как свидетельство того, что в равных объемах газа содержится одинаковое количество молекул. Позднее Авогадро выдвинул гипотезу, что в определенном объеме (скажем, кубометре) любого газа содержится одинаковое количество молекул; эта гипотеза была экспериментально подтверждена в 40-х годах французским химиком Ш. Жераром. В 1852 году английский химик Э. Фрэнкленд ввел понятие валентности, то есть числового выражения свойств атомов различных элементов вступать в химические соединения друг с другом. В 1869 году Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов.

Химическая промышленность в первой половине XIX века производила в основном серную кислоту, соду и хлор. В 1785 году Клод Бертолле предложил отбеливать ткани хлорной известью. В 1842 году русский химик Николай Зинин синтезировал первый искусственный краситель, анилин. В 50-х годах немецкий химик А. Гофман и его ученик У. Перкин получили два других анилиновых красителя, розанелин и мовеин. В результате этих работ стало возможным создание анилинокрасочной промышленности, получившей быстрое развитие в Германии. Другой важной отраслью химической промышленности было производство взрывчатых веществ. В 1845 году швейцарец Щенбейн изобрел пироксилин, а итальянец Сабреро – нитроглицерин. В 1862 году швед Альфред Нобель наладил промышленное производство нитроглицерина, а затем перешел к производству динамита.

В 1840-х годах немецкий химик Юстус Либих обосновал принципы применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве. С этого времени началось производство суперфосфатных и калиевых удобрений, Германия стала центром европейской химической промышленности.

Одним из достижений экспериментальной химии было создание фотографии. В XVIII веке был распространен аттракцион с использованием камеры-обскуры. Это был ящик с небольшим отверстием в которое вставлялось увеличительное стекло; на противоположной стенке можно было видеть изображение находящихся перед камерой предметов. В 1820-х годах французский художник Жозеф Ньепс попытался зафиксировать это изображение. Покрыв слоем горной смолы медную пластинку, он вставлял ее в камеру; потом пластинку подвергали действию различных химикалий, чтобы проявить изображение. Все дело было в подборе фотонесущего слоя, проявителя и закрепителя. Потребовались долгие годы экспериментов, которые после смерти Ньепса продолжал его помощник Луи Дагер. К 1839 году Дагеру удалось получить изображение на пластинках, покрытых иодистым серебром после проявления их парами ртути; таким образом появилась дагерротипия. Французское правительство оценило это изобретение и назначило Дагеру пожизненную пенсию в 6 тысяч франков.

Тема 11. Технические достижения конца XIX – начала XX века.

В конце XIX столетия наступила «Эпоха электричества». Если первые машины создавались мастерами-самоучками, то теперь наука властно вмешалась в жизнь людей – внедрение электродвигателей было следствием достижений науки. «Эпоха электричества» началась с изобретения динамомашины; генератора постоянного тока, его создал бельгийский инженер Зиновий Грамм в 1870 году. Вследствие принципа обратимости машина Грамма могла работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя; она могла быть легко переделана в генератор переменного тока. В 1880-х годах работавший в Америке на фирме «Вестингауз электрик» югослав Никола Тесла создал двухфазный электродвигатель переменного тока. Одновременно работавший в Германии на фирме АЭГ русский электротехник Михаил Доливо-Добровольский создал эффективный трехфазный электродвигатель. Теперь задача использования электроэнергии упиралась в проблему передачи тока на расстояние. В 1891 году состоялось открытие Всемирной выставки во Франкфурте. По заказу организаторов этой выставки Доливо-Добровольский создал первую ЛЭП высокого напряжения и трансформатор к ней; заказ предусматривал столь сжатые сроки, что не проводилось никаких испытаний; система была включена - и сразу заработала. После этой выставки Доливо-Добровольский стал ведущим электротехником того времени, а фирма АЭГ стала крупнейшим производителем электротехники. С этого времени заводы и фабрики стали переходить от паровых машин к электродвигателям, появились крупные электростанции и линии электропередач.

Большим достижением электротехники было создание электрических ламп. За решение этой задачи в 1879 году взялся американский изобретатель Томас Эдисон; его сотрудники проделали свыше 6 тысяч опытов, опробуя для нити накаливания различные материалы, лучшим материалом оказались волокна бамбука, и первые лампочки Эдисона были «бамбуковыми». Лишь спустя двадцать лет по предложению русского инженера Лодыгина нить накаливания стали изготовлять из вольфрама.

Электростанции требовали двигателей очень большой мощности; эта проблема была решена созданием паровых турбин. В 1889 году швед Густав Лаваль получил патент на турбину, в которой скорость истекания пара достигала 770 м/сек. Одновременно англичанин Чарлз Парсонс создал многоступенчатую турбину; турбина Парсонса стала использоваться не только на электростанциях, но и как двигатель быстроходных судов, крейсеров и океанских лайнеров. Появились также гидроэлектростанции, на которых использовались гидротурбины, созданные в 30-х годах французским инженером Бенуа Фурнероном. Американец Пелтон в 1884 году запатентовал струйную турбину, работавшую под большим давлением. Гидротурбины имели очень высокий к.п.д., порядка 80%, и получаемая на гидростанциях энергия была очень дешевой.

Одновременно с работами по созданию сверхмощных двигателей шла работа над малыми передвижными двигателями. Поначалу это были газовые двигатели, работавшие на светильном газе; они предназначались для мелких предприятий и ремесленных мастерских. Газовый двигатель был двигателем внутреннего сгорания, то есть сгорание топлива осуществлялось непосредственно в цилиндре и продукты сгорания толкали поршень. Работа при высоких температурах в цилиндре требовала системы охлаждения и смазки; эти проблемы были решены бельгийским инженером Этьеном Ленуаром, который и создал в 1860 году первый газовый двигатель.

Однако получаемый из древесных опилок светильный газ был дорогим топливом, более перспективными были работы над двигателем, работавшими на бензине. Бензиновый двигатель потребовал создания карбюратора, устройства для распыления топлива в цилиндре. Первый работоспособный бензиновый двигатель был создан в 1883 году немецким инженером Юлиусом Даймлером. Этот двигатель открыл эру автомобилей; уже в 1886 году Даймлер поставил свой двигатель на четырехколесный экипаж. Эта машина была продемонстрирована на выставке в Париже, где лицензию на ее производство купили французские фабриканты Рене Панар и Этьен Левассор. Панар и Левассор использовали только двигатель Даймлера; они создали свой автомобиль, оснастив его системой сцепления, коробкой передач и резиновыми шинами. Это был первый настоящий автомобиль; в 1894 году он выиграл первые автомобильные гонки Париж-Руан. В следующем году Левассор на своем автомобиле выиграл гонку Париж-Бордо. «Это было безумие! – сказал победитель. - Я мчался со скоростью 30 километров в час!» Однако Даймлер сам решил заняться производством автомобилей; в 1890 году он создал компанию «Даймлер моторен», и десять лет спустя эта компания выпустила первый автомобиль марки «Мерседес». «Мерседес» стал классическим автомобилем начала XX века; он имел четырехцилиндровый двигатель мощностью 35 л. с. и развивал скорость 70 км/час. Эта красивая и надежная машина имела невероятный успех, она положила начало массовому производству автомобилей.

К. п. д. двигателя Даймлера составлял около 20%, к. п. д. паровых машин не превосходил 13%. Между тем согласно теории тепловых двигателей, разработанной французским физиком Карно, к. п. д. идеального двигателя мог достигать 80%. Идея идеального двигателя волновала умы многих изобретателей, в начале 90-х годов ее попытался воплотить в жизнь молодой немецкий инженер Рудольф Дизель. Идея Дизеля состояла в сжатии воздуха в цилиндре до давления порядка 90 атмосфер, при этом температура достигала 900 градусов; затем в цилиндр впрыскивалось топливо; в этом случае цикл работы двигателя получался близким к идеальному «циклу Карно». Дизелю не удалось полностью реализовать свою идею, из-за технических трудностей он был вынужден понизить давление в цилиндре до 35 атмосфер. Тем не менее, первый двигатель Дизеля, появившийся в 1895 году, произвел сенсацию – его к. п. д. составлял 36%, вдвое больше, чем у бензиновых двигателей. Многие фирмы стремились купить лицензию на производство двигателей, и уже в 1898 году Дизель стал миллионером. Однако производство двигателей требовало высокой технологической культуры, и Дизелю многие годы пришлось ездить по разным странам, налаживая производство своих двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания использовался не только в автомобилях. В 1901 году американские инженеры Харт и Парр создали первый трактор, в 1912 году фирма «Холт» освоила выпуск гусеничных тракторов, и к 1920 году на американских фермах работало уже 200 тысяч тракторов. Трактор взял на себя не только полевые работы, его двигатель использовался для приведения в действие молотилок, косилок, мельниц и других сельскохозяйственных машин. С созданием трактора началась массовая механизация сельского хозяйства.

Появление двигателя внутреннего сгорания сыграло большую роль в зарождении авиации. Поначалу думали, что достаточно поставить двигатель на крылатый аппарат - и он поднимется в воздух. В 1894 году знаменитый изобретатель пулемета Максим построил огромный самолет с размахом крыльев в 32 метра и весом 3,5 тонны – эта машина разбилась при первой попытке подняться в воздух. Оказалось, что основной проблемой воздухоплавания является устойчивость полета. Эта задача решалось долгими экспериментами с моделями и планерами. Еще в 1870-х годах француз Пено создал несколько маленьких моделей, приводимых в действие резиновым моторчиком; результатом его экспериментов был вывод о важной роли хвостового оперения. В 1890-х годах немец Отто Лилиенталь совершил около 2 тысяч полетов на сконструированном им планере. Он управлял планером, балансируя своим телом, и мог находиться в воздухе до 30 секунд, пролетая за это время 100 метров. Опыты Лилиенталя закончились трагически, он не смог справиться с порывом ветра и разбился, упав с высоты 15 метров. Работу над созданием планеров продолжили американцы братья Райт, владельцы велосипедной мастерской в городе Дейтоне. Братья Райт ввели вертикальный руль, поперечные рули-элероны и измерили подъемную силу крыльев с помощью продувания в изобретенной ими аэродинамической трубе. Построенный братьями Райт планер был хорошо управляемым и мог держаться в воздухе около минуты. В 1903 году братья Райт поставили на планер небольшой бензиновый двигатель, который они изготовили сами, в своей мастерской. 14 декабря 1903 года Вильбур Райт совершил первый моторный полет, пролетев 32 метра; 17 декабря дальность полета достигла 260 метров. Это были первые полеты в мире, до братьев Райт еще не один аэроплан не мог подняться в воздух. Постепенно увеличивая мощность мотора, братья Райт учились летать на своем аэроплане; в октябре 1905 года самолет продержался в воздухе 38 минут, пролетев по кругу 39 километров. Однако достижения братьев Райт остались незамеченными, и их обращенные к правительству просьбы о помощи остались без ответа. В том же 1905 году братья Райт были вынуждены из-за недостатка средств прекратить свои полеты. В 1907 году Райты посетили Францию, где общественность с большим интересом относилась к полетам первых авиаторов – правда, дальность полетов французских авиаторов измерялась лишь сотнями метров, и их аэропланы не имели элеронов. Рассказы и фотографии братьев Райт произвели во Франции такую сенсацию, что ее эхо докатилось до Америки и правительство немедленно предоставило Райтам заказ на 100 тысяч долларов. В 1908 году новый аэроплан Райтов совершил полет продолжительностью в 2,5 часа. Заказы на аэропланы посыпались со всех сторон, в Нью-Йорке была основана самолетостроительная компания «Райт» с капиталом 1 млн. долларов. Однако уже в 1909 году произошло несколько катастроф на «райтах», и наступило разочарование. Дело в том, что самолеты братьев Райт не имели хвостового оперения, и поэтому часто «клевали носом». Французские авиаторы знали о необходимости хвостового оперения из опытов Пено; вскоре они позаимствовали у братьев Райт элероны и превзошли своих американских собратьев. В 1909 году Луи Блерио совершил перелет через Ла-Манш. В этом же году Анри Фарман создал первую массовую модель аэроплана, знаменитый «Фарман-3». Этот самолет стал основной учебной машиной того времени и первым аропланом, который стал выпускаться серийно.

В конце XIX века продолжалась работа над созданием новых средств связи, на смену телеграфу пришли телефон и радиосвязь. Первые опыты по передаче речи на расстояние проводились английским изобретателем Рейсом в 60-х годах. В 70-х годах этими опытами заинтересовался Александер Белл, шотландец, эмигрировавший в Америку и преподававший сначала в школе для глухонемых детей, а потом в Бостонском университете. Один знакомый врач предложил Беллу воспользоваться для экспериментов человеческим ухом и принес ему ухо от трупа. Белл скопировал барабанную перепонку, и, поместив металлическую мембрану рядом с электромагнитом, добился удовлетворительной передачи речи на небольшие расстояния. В 1876 году Белл взял патент на телефон и в том же году продал более 800 экземпляров. В следующем году Дейвиз Юз изобрел микрофон, а Эдисон применил трансформатор для передачи звука на большие расстояния. В 1877 году была построена первая телефонная станция, Белл создал фирму по производству телефонов, и через 10 лет в США было уже 100 тысяч телефонных аппаратов.

При работе над телефоном у Эдисона возникла мысль записать колебания микрофонной мембраны. Он снабдил мембрану иглой, которая записывала колебания на цилиндре, покрытом фольгой. Так появился фонограф. В 1887 году американец Эмиль Берлинер заменил цилиндр круглой пластинкой и создал граммофон. Граммофонные диски можно было легко копировать, и вскоре появилось множество фирм, занимавшихся звукозаписью.

Новый шаг в развитии связи был сделан с изобретением радиотелеграфа. Научной основой радиосвязи была созданная Максвеллом теория электоромагнитных волн. В 1886 году Генрих Герц экспериментально подтвердил существование этих волн с помощью прибора, называемого вибратором. В 1891 году французский физик Бранли обнаружил, что металлические опилки, помещенные в стеклянную трубку, меняют сопротивление под действием электромагнитных волн. Этот прибор получил название когерера. В 1894 году английский физик Лодж использовал когерер, чтобы регистрировать прохождение волн, а в следующем году русский инженер Александр Попов приделал к когереру антенну и приспособил его для принятия сигналов, испускаемых вибратором Герца. В марте 1896 года Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Российского физико-химического общества и произвел передачу сигналов на расстояние 250 метров. Одновременно с Поповым свою радиотелеграфную установку создал молодой итальянец Гульельмо Маркони; он первым сумел запатентовать это изобретение; а в следующем году организовал акционерное общество для его использования. В 1898 году Маркони включил в свой приемник джиггер – прибор для усиления антенных токов, это позволило увеличить дальность передачи до 85 миль и осуществить передачу через Ла-Манш. В 1900 году Маркони заменил когерер магнитным детектором и осуществил радиосвязь через Атлантический океан: президент Рузвельт и король Эдуард VIII обменялись по радио приветственными телеграммами. В октябре 1907 года фирма Маркони открыла для широкой публики первую радиотелеграфную станцию.

Одним из замечательных достижений этого времени было создание кинематографа. Появление кино было прямо связано с усовершенствованием изобретенной Дагером фотографии. Англичанин Мэддокс в 1871 году разработал сухобромжелатиновый процесс, который позволил сократить выдержку до 1/200 секунды. В 1877 году поляк Лев Варнеке изобрел роликовый фотоаппарат с бромсеребряной бумажной лентой. В 1888 году немецкий фотограф Аншюц создал моментальный шторный затвор. После этого появилась возможность делать моментальные снимки, и вся проблема свелась к созданию скачкового механизма, чтобы производить снимки через промежутки в долю секунды. Этот механизм и первый киноаппарат были созданы братьями Люмьерами в 1895 году. В декабре этого года был открыт первый кинотеатр на бульваре Капуцинов в Париже. В 1896 году Люмьеры объехали все европейские столицы, демонстрируя свой первый кинофильм; эти гастроли имели колоссальный успех.

В конце XIX в. впервые создаются вещества, именуемые те­перь пластмассами. В 1873 г. Дж. Хайеттом (США) был запа­тентован целлулоид — первое из таких веществ, вошедшее в широкий обиход. Перед Первой мировой войной были изобрете­ны бакелит и другие пластмассы, носящие общее название фенопластов. Производство искусственного волокна началось после того, как в 1884 г. французский инженер Г. Шардонё раз­работал метод получения нитрошелка; впоследствии научи­лись производить искусственный шелк из вискозы. В 1899 г. русский ученый И. Л. Кондаков положил начало получению синтетического каучука.

Последние десятилетия XIX в. были временем технических сдвигов в строи­тельном деле. Строительство высотных зданий, или, как их стали называть, «небоскребов», началось в Чикаго в 80-х гг. XIX века. Первым зданием нового типа считается 10-этажный дом чикагской стра­ховой компании, построенный в 1883 г. архитектором У. Дженни, который применил стальные перекры­тия. Усиление стен стальным каркасом, на который начали опирать балки междуэтажных перекрытий, позволило увеличить высоту зда­ний вдвое. Самым высоким зданием тех времен был нью-йоркский 58-этаж­ный небоскреб высотою в 228 метров, построенный в 1913 году. Но высочайшим сооружением была Эйфелева башня, своеобразный памятник «века стали». Воздвиг­нутая французским инженером Гюставом Эйфелем на Марсо­вом поле в Париже в связи со Всемирной выставкой 1889 года, эта ажурная башня имела 300 метров высоты.

Наряду с металлическими конструкциями широкое применение получили в это время конструкции из железобетона. Человеком, открывшим железобетон, считается французский садовник Жозеф Монье. Еще в 1849 году он изготовил кадки для плодовых деревьев с кар­касом из железной проволоки. Продолжая свои опыты, он в 60-х году запатентовал несколько способов изготовления труб, резервуаров и плит из бетона с железной арматурой. Наиболее важным был его патент на железобетонные сводчатые перекрытия (1877 г.).

Конец XIX века был временем бурного роста мировой железнодорож­ной сети. С 1875 по 1917 год протяженность железных дорог выросла в 4 раза и достигла 1,2 млн. километров. Знаменитыми стройками того времени были магистраль Берлин-Багдад и Великий Сибирский путь; протяженность Сибирского пути к 1916 г. составила 7,4 тысяч километров. На новых железных дорогах укладывали стальные рельсы, они пересекали величайшие реки мира, и на этих реках возводились гигантские стальные мосты. Начало «эре стальных мостов», как выражались современники, положили арочный мост инженера Дж. Идса через реку Миссисипи (1874) и висячий Бруклинский мост архитектора Рёблинга в Нью-Йорке (1883). Центральный пролет Бруклинского моста имел в длину около полукилометра. На новых дорогах работали мощные локомотивы системы компаунд с многократным расширением и высоким перегревом пара. В 90-х годах в США и Германии появились первые электровозы и электрифицированные железные дороги.

Строительство железных дорог потребовало многократного увеличения производства стали. В 1870-1900 годах выплавка стали возросла в 17 раз. В 1878 году английским инженером С. Дж. Томасом был введен томасовский способ передела чугуна на сталь; этот способ позволил использовать фосфористые железные руды Лотарингии и обеспечил рудой металлургическую промышленность Германии. В 1892 году французский химик А. Муассан создал дуговую электрическую печь. В 1888 году американский инженер Ч. М. Холл разработал электролитический способ производства алюминия, открыв дорогу широкому использованию алюминия в промышленности.

Новые технические возможности привели к совершенствованию военной техники. В 1887 году американец Хайрем Максим создал первый пулемет. Знаменитый пулемет Максима производил 400 выстрелов в минуту и по огневой мощи был равнозначен роте солдат. Появились скорострельные трехдюймовые орудия и тяжелые 12-дюймовые пушки со снарядами весом 200-300 кг.

Особенно впечатляющими были перемены в военном кораблестроении. В Крымской войне (1853-1856 гг.) еще участвовали деревянные парусные гиганты с сотнями пушек на трех батарейных палубах, вес самых тяжелых снарядов составлял в то время 30 кг. В 1860 году в Англии был спущен на воду первый железный броненосец «Варриор», и вскоре все деревянные корабли пошли на слом. Началась гонка морских вооружений, Англия и Франция соревновались в создании все более мощных броненосцев, позднее к этой гонке присоединились Германия и США. В 1881 году был построен английский броненосец «Инфлексибл» водоизмещением в 12 тыс. тонн; он имел лишь 4 орудия главного калибра, но это были колоссальные пушки калибра 16 дюймов, размещенные во вращающихся башнях, длина ствола была 8 метров, а вес снаряда - 700 кг. Через некоторое время все ведущие морские державы стали строить броненосцы этого типа (правда, в основном с 12-дюймовыми орудиями). Новый этап гонки вооружений был вызван появлением в 1906 году английского броненосца «Дредноут»; «Дредноут» имел водоизмещение 18 тыс. тонн и десять 12-дюймовых орудий. Благодаря паровой турбине он развивал скорость в 21 узел. Перед мощью «Дредноута» все прежние броненосцы оказались небоеспособными, и морские державы стали строит корабли, подобные «Дредноуту». В 1913 году появились броненосцы типа «Куин Елизабет» водоизмещением 27 тыс. тонн с десятью 15-дюймовыми орудиями. Эта гонка вооружений естественным образом привела к мировой войне.

Причиной мировой войны было несоответствие реальной мощи европейских держав и размеров их владений. Англия, воспользовавшись ролью лидера промышленной революции, создала огромную колониальную империю и захватила большую часть ресурсов, необходимых другим странам. Однако к концу XIX века лидером технического и промышленного развития стала Германия; естественно, что Германия стремилась использовать свое военное и техническое превосходство для нового передела мира. В 1914 году началась первая мировая война. Германское командование надеялась разгромить своих противников за пару месяцев, однако в этих расчетах не была учтена роль появившегося тогда нового оружия – пулемета. Пулемет дал решающее преимущество обороняющейся стороне; германское наступление было остановлено и началась долгая «окопная война». Тем временем, английский флот блокировал германские порты и прервал поставки продовольствия. В 1916 году в Германии начался голод и, который, в конечном счете, привел к разложению тыла, к революции и к поражению Германии.