Текст книги "Техника: от древности до наших дней"

Впервые в мукомольном деле стали использовать мельницы, которые приводились в движение сначала вручную, а затем с помощью тягловой силы животных.

В Сиракузах сконструирован первый ручной самострел. В Древнем мире известны самострелы с упругим элементом типа лука.

В Греции появляется световой факельный телеграф для передачи сообщений на дальнее расстояние. Оптический телеграф используется вплоть до первой половины XIX в.

В Древнем Риме в 450 г. до н. э. в дорожном строительстве начинают применять асфальт.

В Древней Греции и Риме в строительной технике применяют железо (скобы, скрепки, штыри, затяжки), стекло, различные строительные инструменты и механизмы. Особенно широко железо применяют для изготовления столярных и плотничьих инструментов: топоров, сверл, молотков, продольных и поперечных пил, рубанков, стамесок, резаков, долот. В окна вставляли стекла небольшого размера и слюду. Стекло также применяли для изготовления красочной мозаики. Чтобы проверить пригонку камней и их уровень, строители пользовались циркулем, ватерпасом, отвесом, линейкой, угольником. Для подъема тяжестей применяют блоки, вороты, полистпасты.

V–IV вв. до н. э. ученым Демокритом выдвинута идея о зернистом строении вещества и об атоме как простейшей и неделимой частице.

В древнегреческой Олимпии, расположенной в северо-западной части Пелопонесса, изваяна величайшим древнегреческим скульптором Фидием статуя бога Зевса. Огромная и прекрасная статуя является одним из семи чудес света.

В Китае изготовлена самая ранняя глиняная посуда с письменами.

486 г. до н. э.

В Китае князь государства У приказал построить водный путь для соединения рек Хуанхэ и Янцзы, – канал Хань Гоу. Длина канала почти 100 миль. Он является частью Великого Канала, соединяющего Ханчжоу и Пекин. Система дамб, каналов и шлюзов, созданных в 250 г. до н. э. Ли Бином настолько совершенна, что часть ее действует и поныне.

476 г. до н. э. – падение Римской империи.

Архитекторами Иктином и Калликартом под руководством греческого скульптора Фидия создается один из шедевров мирового искусства афинский акрополь Парфенон (447–438 гг. до н. э.). Больших высот достигает античная строительная техника. В 4 в. до н. э. уже применяется известковый раствор и начали строиться каменные сооружения – акведуки и водопроводные линии. Они давали 1,5 млн. кубометров воды в день. В то же время римляне ввели в действие 90 тысяч метров шоссейных дорог, не считая щебневых и грунтовых, 23 дороги подходили только к Риму. В 3 в. до н. э. начал применяться пуццолановый раствор из измельченной порода вулканического происхождения, на основе которого вскоре появился бетон. Для облицовки зданий использовались известняк, туф, керамические плиты, штукатурка из извести и гипса. Расцвет архитектурного искусства в Древней Греции, а затем в Риме привел к зарождению теории архитектуры и строительного искусства.

В Греции начали использовать бревенчатые подъемные краны типа «журавль» для подъема и переноса груза.

При обмолоте зерна для приведения во вращение жерновов использовался крупный рогатый скот. Быков запрягали в колоды, которые крепились к верхнему каменному жернову. Подобный привод применялся и для дробления руды, и для производства оливкового масла. Дальнейшее усовершенствование упряжки способствовало появлению конного привода.

Около 400 г. до н. э.

Быстро и широко развивается военная техника, совершенствуется оружие, особенно в Древней Греции и Риме. Высокого уровня достигла осадная техника. Создаются первые метательные машины. Для метания применяют гастрафет – усовершенствованный металлический лук. Затем начинают использовать катапульту и полинтон. Катапульта метала стрелы со стальным наконечником. Источником энергии в ней служило натяжение тетив, изготовленных из сухожилий животных. Вес стрелы составлял 1,5 кг, длина – от 44 до 185 см, дальность полета стрелы – 400 м. Для метания больших каменных ядер служили баллисты, для камней меньшего размера – полинтоны. Первобытная праща послужила прообразом для изобретения механической пращи – онагры. Эта тяжелая метательная машина была установлена на колеса, снабжена жгутом тетивы, в который вставлялся рычаг с пращой для ядра. С помощью ворота тетива натягивалась, рычаг с ядром оттягивался и закреплялся засовом. При отдаче засова тетива выбрасывала ядро с огромной силой, ядра летели по высокой траектории на расстояние до 300 м. Кроме этого были распространены тараны, огромные подвижные башни (гелеополы), вороны. Высота гелеопол была в несколько этажей. На смену кораблям-триерам пришли большие четырех– и пятипалубные корабли. На них устанавливались боевые башни с метательными машинами. Однако в бою практическое значение по-прежнему имели небольшие боевые и транспортные корабли. Длина некоторых кораблей достигала 40 м, ширина 4,5 м.

Архит Таренский (428–347 до н. э.) изобрел винт. С этого времени винт является основным элементом во всех конструкциях машин и механизмах.

Поверхность предметов, в первую очередь домашнего обихода, украшается веществом, подобным эмали – смальтой.

В Южной Америке в империи инков в Перу инкским нейрохирургам для трепанации (удаления части черепа) ремесленниками создавались специальные хирургические инструменты.

4 в. до н. э.

В Китае начала строиться Великая китайская стена протяженностью почти в 6000 километров, высотой 6,5 метров и шириной 10 метров, по верху которой передвигались колонны войск с повозками. Через каждые 120 метров воздвигнуты башни.

В Древней Греции в 356 г. до н. э. житель древнегреческого города Эфеса Герострат из-за честолюбия, желания прославиться любой ценой и увековечить свое имя поджег храм богини Артемиды – одного из семи чудес света.

В Персии царь Кир держал на службе 30 тысяч человек, которых называли «царскими ушами». Расставленные в пределах слышимости друг друга, они голосом передавали сообщения для царя, а также его приказания. За день такие известия переносились на расстояние тридцатидневного перехода.

С распространением христианства в Риме начинают строить культовые христианские здания (базилики).

В Китае изготовлен чугун. Отливаются различные чугунные инструменты. Европейцы изобрели иной способ производства чугуна лишь после 1400 г. н. э.

В Греции принята на вооружение специальная сложная машина для метания камней, так называемый онагр.

В Риме введены в действие 90000 м шоссейных дорог, не считая щебневых и грунтовых, 23 дороги подходили к Риму.

В Греции горизонтальный уровень определяют диоптром, пользуются отвесом и ватерпасом.

Аристотель создал общую систему строения мира, в центре которого находилась Земля. Его геоцентрическая система мира господствовала на протяжении более полутора тысяч лет.

Аристотель разработал теорию неравноплечных весов с передней гирей. Весы этого типа, названные позднее безменом, нашли широкое применение в Римской империи и были усовершенствованы учеными средневекового Востока.

В Малой Азии в Галикарнасе воздвигнут мавзолей Мавсола – один из грандиозных памятников греческой архитектуры поздней классики. Гробница является одним из семи чудес света.

В конце 4 века до н. э. грек Герофил из Халкедона открыл нервную систему и объяснил общие принципы ее функционирования, раскрыл роль спинного и головного мозга, изучил глаз и зрительный нерв, разработал диагностику по пульсу. Другой ученый Эрасистрат из Кеоса был основателем физиологии. Он специализировался в изучении кровообращения, интуитивно открыл роль капиллярных сосудов. Несмотря на то, что Эрасистрат считал что в артериях содержится воздух и только по венам проходит кровь, его открытия останутся непревзойденными сотни лет вплоть до Гарвея. Деятельность врачей представляла гораздо большее, чем просто механика врачевания. Они обладали моральным авторитетом, от них ждали и психологической помощи. При царском дворе Птоломеев у них был ни с чем не сравнимый престиж.

В Греции архитектор Пифей построил храм Афины Полии в Приеме. Задуманный при Александре, но законченный только во II в. до н. э., храм был воплощением канона пропорций, которому Пифей посвятил книгу. В этом храме все элементы кратны стороне цоколя несущего колонны перистиля.

Тягя к колоссальному в Греции приводит строительство монументальных алтарей – алтаря Гиерона II в Сиракузах длиной в одну стадию, большого алтаря Зевса и Афины на акрополе в Пергаме (размеры цоколя 36 × 34 × 5,6 метра), известного благодаря своим многочисленным скульптурам, алтаря Афины в Приене (13 × 7 метров). К этим постройкам, возведенным в соответствии с греческими традиции, добавились египетские храмы. Особенно известны храмы построенные Птоломеями: в Филе – храм Исилы (Птоломей II); в Эдфу – храм Хора (Птоломей III, закончен в I в. до н. э.); в Эсне – храм Хнума-Ра (Птоломей VI); в Ком-Омбо – храм бога-крокодила Себека (Птоломей VI) и храм бога-сокола Гарвериса (Птоломей VI); в Дендере – храм Хатхор (последние Птоломеи). При строительстве использовались нововведения. Так, план постройки остается египетским: пилоны, двор с портиком, пронаос, зал гипостиля, святилище, окруженное приделами. Однако теперь каждую часть заключают в свою ограду, и в результате храмовый комплекс представляет собой ряд огороженных территорий, одна в другой. Появляется и вскоре становится единственным новый ордер – композитный, происходящий от коринфского; растительные орнаменты располагаются ярусами.

В Греции ведется широкое строительство жилищ, которые стали просторнее, красивее, удобнее. Люди все больше начинают интересоваться своим домом. Многие виллы сооружают из высушенного на солнце кирпича, но расписывают их известные художники, приглашенные из Александрии. Большие залы с вестибюлем, украшенным колоннами, залы поменьше и портик группируются вокруг двора. По обеим сторонам главных улиц оставлены участки земли, поделенные между отдельными магазинчиками. Строились как небольшие, пристроенные один к другому дома, так и великолепные жилища, занимавшие целый квартал. В главных комнатах пол покрыт высокохудожественными многоцветными мозаиками. Стены отштукатурены. Яркая краска обрамляет поясные карнизы с изображенными на них сценами. Статуи и статуэтки оживляют двор и жилые комнаты. В некоторых зданиях архитектурное убранство зависит от скульптурного. Мраморные столы и кресла украшают интерьер. Дома просторные, полные воздуха. В эпоху эллинизма планомерное градостроительство стало правилом. Александрия и Антиохия являются прекрасными примерам системы, которая отвечала законам как эстетики, так и удобства. Приспособление к окружающему пейзажу является обязательным законом для всех городов. Так, в Александрии все располагается вокруг порта. В тесном союзе воды и построек художники, мозаисты и другие специалисты черпают свое вдохновение. В городской ансамбль вписываются гимнасии, палестры (здания для тренировок борцов), стадионы, библиотеки, акротерии, сады для прогулок, театры. Украшались города огромным, поражавшим воображение количеством произведения искусства. В одном из скромных городов – Терме находилось более 2000 статуй. Греки не представляли себе архитектурные сооружения без скульптурного убранства, великолепных фресок и мозаик.

В Риме начали строиться каменные сооружения – акведуки и водопроводные линии, число которых ко 2 в. до н. э. достигло одиннадцати. Они давали 1,5 млн. кубометров воды в день.

Около 330 до н. э.

Грек Диадес впервые использовал роликовые подшипники. Применение этого технического изобретения в широком масштабе начнется только в XVIII в. н. э.

В работе «Механические проблемы», написанной под псевдонимом Аристотеля, встречается описание воротного насоса, который в течение последующих тысячелетий использовался для откачки и подачи воды.

В греческой литературе появились описания блочного подъемного механизма – полиспаста, или таля.

Греческий ученый Аристарх в своей астрономической теории считал, что в центре Вселенной находится Солнце, вокруг которого движутся Земля и другие планеты.

312 г. до н. э.

Построена известная дорога Аппия из Рима на юг Италии.

3 в. до н. э.

В Александрии усовершенствованы водяные часы – клепсидры.

Стали известны водяные мукомольные мельницы.

В Китае в одной из рукописных книг упоминается о применении компаса. В Европе он появился лишь в следующем тысячелетии.

Сооружена гигантская статуя бога Солнца на острове Родос. Железный каркас был установлен на массивном пьедестале, затем на этот каркас монтировали по частям бронзовый покров статуи. Эта статуя высотой 35 м получила название «Колосс Родосский» и была причислена к семи чудесам света.

Древнегреческому механику и математику Архимеду (ок. 287–212 до н. э.) приписывают изобретение так называемого архимедова винта, который использовался для откачки воды. Однако впервые это устройство было известно в Египте. В современный период конструкция архимедова винта была использована для создания гребного винта и турбины. Архимед занимался также разработкой полиспастов (талей) и конструированием метательных устройств, применяемых в военном деле.

Древнегреческим ученым и изобретателем дана теория рычага, определено значение выталкивающей силы, введены «центр тяжести» и «момент силы».

Древнегреческим ученым Эвклидом установлена прямолинейность распространения света, сформулирован закон отражения света.

Древнегреческий ученый Архимед (ок. 287–212 гг. до н. э.) с помощью весов определил плотность золотого венца для выяснения содержания в нем примесей серебра, что говорит об очень высокой точности взвешивания.

В Римской империи для сооружения дорог и мостов стали применять бетон.

Александрийский ученый Эрастофен с помощью астрономических наблюдений определил размер земного шара.

В Греции начинается строительство новых строений, связанных с развитием крупной торговли – гипостили и др., которые можно сравнить с торговой биржей – зал с пятью рядами колонн по девять в каждом ряду, дорических с внешней стороны, ионических – с внутренней; балки, не скрытые потолком; в центре помещения – световое отверстие.

Около 2–1 вв. до н. э.

В Египте во II в. до н. э. царь Птоломей запретил поставлять в Пергам папирус, так как наследники афинян пергамцы собрали библиотеку, которая стала не меньше самой большой в мире в то время – Александрийской. Однако, запрет привел к появлению пергамента, который жители изготавливали из очищенных известью и обработанных мелом шкур.

В Греции механик-изобретатель Ктесибий из Александрии разработал двухцилиндровый поршневой атмосферный нанос, снабженный всасывающим и нагнетательными клапанами, воздушным уравнительным колпаком и рычагом-балансиром для ручного привода. Ктесибий известен как создатель различных технических усовершенствований и изобретений, в частности, водяных часов с движущимися фигурками.

В Италии в крупных латифундиях начинают использовать примитивную жатку, которая представляла собой двухколесный ящик, на передней стороне которого находилась планка с зубьями; с помощью двух оглобель привязывали вола, который толкал жатку. Зубья захватывали колосья и, обрывая, бросали их в ящик. При обмолоте зерна применяли животных, работали вручную и цепами. Зерно мололи на тяжелых ручных мельницах. Виноград давили ногами, отжимали винтовым прессом, сок собирали в специальные цистерны, затем Древнегреческий ученый Птоломей в своей астрономической теории развил представления о геоцентрической системе мира, по которой небесные светила движутся вокруг неподвижной Земли.

Герон Александрийский изобрел водяной нивелир, который применялся для определения высот при строительстве зданий и сооружении каналов.

Александрийский ученый Гиппарх составил звездный каталог, в котором было указано положение звезд почти 1000 ярких звезд.

300 – 280 гг. до н. э.

На острове Родос в 292–280 гг. до н. э. сооружена статуя Гелиоса – покровителя Родоса (Колосс Родосский), которая является одной из семи чудес света.

В Египте на острове Фарос у входа в Александрийскую гавань в 283 г. до н. э. построен самый высокий маяк, по утверждению Флавия, высотой 180 м (по другим источникам – 120 метров). Свет от этого маяка был виден на расстоянии почти 100 миль. Это одно из семи чудес света.

В Египте построен корабль, на борту которого размещались 3000 гребцов, отряд воинов численностью в 2000 человек.

280 г. до н. э.

Началось сооружение Храма муз в Александрии. В его создании приняли участие лучшие ученые и выдающиеся древнегреческие механик и изобретатели Ктесибий, Филон Византийский, Герон Александрийский и др.

Около 200 г. до н. э.

Грек Аполлоний из Перге (ок.262–190 до н. э.) занимающийся изучением конических сечений, ввел такие понятия, как эллипс, парабола, гипербола. Ученый изобрел также прибор для измерения углов в вертикальной плоскости (астролябия).

Грек Эрастофен из Кирены, библиотекарь в Александрии, создал научную географию. Он вычислил длину земного меридиана довольно простым способом. Сиена и Александрия находились примерно на одном меридиане. В день летнего солнцестояния в Сиене солнечные лучи падают отвесно, тогда как в Александрии они образуют с вертикалью угол в 7 градусов. Зная расстояние между обоими городами, он вычислил длину меридиана – 252000 стадий (39690 километров). Точность результата поразительна. Им же созданы карты земной поверхности с долготами и широтами. Приняв Родос за центр своих координат, он вычислил долготы по разнице во времени, а широты – по отклонению солнца от вертикали в день солнцестояния. Эрастофен создал научную хронологию, установив даты со времени взятия Трои до смерти Александра Македонского.

Начало II в. до н. э.

В Греции Гермоген, автор трактата о пропорциях, возводит храм Диониса на Теосе и храм Артемиды Левкофриены в Магнесии на реке Меандр. Этот храм Артемиды (31 × 58 метров) покоился высоком основании из 7 ступеней (в классическом храме их только три). Он был окружен двумя рядами колонн.

Начало 111 г. до н. э.

Грек Аристарх Самосский определил размеры Солнца и Луны и расстояние до них от Земли. Прославился тем, что остаивал теорию неподвижности Солнца и вращения Земли вокруг него. Его считают первым предшественником Коперника, несмотря на то, что он предусматривал для Земли и Луны и других планет круговые орбиты – греческая философия рассматривает окружность как единственную совершенную кривую.

В Египте распространяется метод набивки тканей. В тот же период подобная техника набивки тканей известна была и в Индии.

Изготовляются металлические зеркала из полированной бронзы. В следующем столетии зеркала делают из стекла. На обратной стороне стекло покрывают непрозрачным веществом.

В своих сочинениях грек Филон Византийский описывает различные механизмы и приспособления, используемые в военных целях, а также пневматические и гидравлические устройства. Он описывает педальные механизмы, педальные колеса, которые в последующие столетия использовались как силовой привод. Филон упоминает также о своеобразном устройстве, состоящем из системы рычагов и удерживающем предметы в вертикальном или горизонтальном равновесии. Позже это устройство стали называть карданной подвеской по имени итальянского ученого Д. Кардано (1501–1576), который занимался теорией рычагов и весов.

Применяются водоподъемные колеса, приводимые в движение не только мускульной силой человека, но и с помощью животных, запряженных в примитивную упряжку. Движение на ось колеса передавалось с помощью зубчатой передачи.

При изготовлении вин и масел используются винтовые прессы, сменившие рычажные прессы.

В Китае значительно усовершенствована сбруя в конской упряжке. Усилие животного теперь передается не от шеи, а от груди, что позволило использовать его силу значительно эффективнее. Внедряется хомут, заменивший ярмо. В Европе эти усовершенствования становятся известными лишь в конце следующего тысячелетия.

Строятся длинные водопроводы. По трубам, сделанным из бронзы, вода течет под сильным давлением или подается с возвышающихся над данной местностью резервуаров. Сооружаются артезианские колодцы.

Появляются первые тяжелые плуги, которые не только разрыхляют почву, но и перевертывают ее верхний слой. В Европе плуг подобной формы стал распространяться позже и стал основным орудием в сельскохозяйственных работах.

На западной части Балканского полуострова в Илаирии, впервые конструируется водяное колесо. В следующем столетии водяные колеса появятся в Малой Азии, о чем свидетельствует римский архитектор Марк Витрувий (2-я половина I в. до н. э.). В Древнем мире водяные колеса еще не имели широкого распространения. Только в период феодализма они становятся универсальным двигателем, а в век промышленной революции – основным источником энергии, пока не появился паровой двигатель. Первые водяные колеса были горизонтальными, но в I в. до н. э. известны и вертикальные водяные колеса, причем такой же формы, что была известна позже.

Около 1038 г.

А. Бируни измерена плотность различных веществ.

I в. до н. э.

В 70-х годах I века до нашей эры, согласно Плинию Старшему, появились первые жилые дома, облицованные мрамором.

В Индии часто применялся метод сооружения цельнокаменных храмов. Искусство сооружения таких храмов, вероятно, восходит к опыту выдалбливания пещер. Одним из ранних пещерных храмов является храм в Карли. Он изваян как скульптура. В длину, идущую в глубь скалы он имеет 38 метров, в ширину – более 30 метров. Храм разделен по кругу двумя рядами колонн, замыкающихся в торце здания. Потолок над главным пролетом (более 7 м) высечен в виде подковообразной арки. Сложные капители и абаки колонн, скульптурные группы людей на слонах над каждой колонной зрительно создают впечатление, будто все собрано из отдельных элементов.

Сформировалась конструкция деревянной стропильной фермы, которая с тех пор стала активно применяться в строительстве.

Столяры начинают применять рубанок.

В Риме один из египетских обелисков, вывезенных в качестве военного трофея, был размещен императором Августом (63 г. до н. э. – 14 г. до н. э) на Марсовом поле и служил в качестве солнечных часов указателем времени.

Герон Александрийский был выдающимся техником и строителем. Он оставил своеобразное руководство по производству строительных работ с помощью элементарных устройств: лебедок, рычагов, блоков, а также более сложных механизмов. В своей работе Герон Александрийский освещал многие области механики, описывал различные насосы, метательные военные машины, подъемные краны с педальным приводом, пневматические автоматы-игрушки, измеритель расстояния с зубчатой передачей, разновидность теодолита и др. Известно его описание устройства типа примитивной паровой турбины и ветряной мельницы. Эти механизмы он применил в игрушках. Только в следующем тысячелетии ветряные мельницы становятся действенным механизмом, а паровые турбины только через две тысячи лет превратились в главный источник движущей силы.

Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное некоторые греческие механики использовали кулачки. В широком масштабе в различных конструкциях использование кулачков началось только в Средние века.

В Риме для строительства применяют бетон. Изобретение бетона является значительным вкладом в развитие техники. Однако в последующий период бетон потерял свою значимость и был забыт. Через две тысячи лет о нем вспомнили вновь.

Технические усовершенствования римляне заимствовали у греков и других народов. Однако в некоторых отраслях они сумели повысить уровень производства за счет внедрения новой организации труда. Например, на римских шахтах в Испании золото добывали почти 60 тысяч рабов, ежегодно добывая около 7 т золота. Протяженность сети шоссейных дорог, построенной римлянами, составила 150 тыс. км, а длина некоторых водопроводов – 130 км. Имелись фильтрационные установки, сооружались подвесные акведуки. Некоторые жилые помещения отапливались горячим воздухом. В Риме появляются застекленные окна.

Высокий уровень техники и производства наблюдается у кельтов в металлургии и некоторых других ремеслах. Ими освоен метод получения стали. Возникают металлургические цехи. На территории чешских земель впервые пахали колесным плугом с небольшим симметричным железным лемехом. Кельты изобрели также первую жнейку, приводимую в движение с помощью быков.

В Сирии выдувают стекло.

Герон Александрийский известный, как изобретатель различных автоматов, написал труд «Механика», состоящий из трех книг и представляющий собой развитие кинематографического направления статики. Герон изобрел так называемый геронов шар, из которого водная струя выбрасывается посредством сжатого воздуха, и паровой шар, который приводился в движение паром, выходившем через вставленные в него две трубки.

25 лет до н. э.

В Риме представитель Александрийской научной школы архитектор и инженер Марк Витрувий написал «10 книг об архитектуре», в которых обобщил не только опыт античного строительства, но и развитие отдельных областей науки и техники, описаны различные механизмы для поднятия тяжестей и дано определение машины. Машиной в то время называли двигатель. Это понятие также сформулировал Марк Витрувий, писавший, что машина представляет собой связное соединение деревянных частей, обеспечивающее большие преимущества для поднятия грузов. Такое понятие о машине просуществовало много веков. В современном понимании машина – это механическое устройство с согласованно работающими частями, осуществляющее целесообразные движения для преобразования энергии, материалов или информации.