Читать книгу "Приключения изобретений"

Набирать быстрее!

Но в технике одно улучшение всегда вызывает потребность в других. Плоские машины дали возможность печатать гораздо быстрее, чем прежде, а набор оставался ручным и шел медленно. Возникло несоответствие между скоростью печатания и медленным процессом набора. Надо было попытаться сделать набор машинным.

И в таких попытках недостатка не было. Да вот беда – удобной наборной машины никак не удавалось создать. За полвека были предложены в разных странах десятки систем – ни одна не выдержала испытания. Но во многих машинах были удачно придуманы отдельные детали. И, хотя изобретатели не добились успеха, труд их оказался не вовсе напрасным. Нашелся наконец человек, который, продумав все, что было сделано за полвека, создал в 1885 году на основе работ своих предшественников наборную машину. Она называется линотип. Не буду рассказывать вам подробно устройство этой сложной машины.

На ней работают, как на пишущей машинке. Линотип заменил не только ручной набор, он избавил от огромной работы словолитни – фабрики, где отливались шрифты. В линотипе есть котел с расплавленным металлом, и машина сама отливает литеры. Отливает их не каждую отдельно, а целыми строками. Работать на линотипе намного быстрее, чем вручную. И труд гораздо легче. А типографиям не приходится покупать и держать у себя огромные запасы шрифтов. Отлитые линотипом строчки, когда книга напечатана, бросают в котел, они расплавляются, и из того же металла отливаются строки другой книги.

Как старое возрождается в новом

Есть изобретения, которые живут тысячелетия. Например, самый обыкновенный стол. Ведь кто-то его изобрел в седой древности, кто-то первым догадался укрепить доску на четырех ножках. И мы до сих пор не чувствуем необходимости заменить эту вещь другой, более удобной. За тысячелетия стол, конечно, менялся. Но незначительно. Сперва были каменные столы, потом стали делать деревянные, потом пластмассовые. Кроме четырехугольных, давно уже появились столы круглые и овальные. Иногда делают стол на одной или на шести ножках, но, в общем, это все тот же стол.

Или другой пример – радио. Это изобретение молодое, ему еще нет и ста лет от роду[2]2
  На момент печати этой книги радио исполнилось 129 лет.


[Закрыть]. Но насколько можно предвидеть будущее – это изобретение вечное. Конечно, радиотехника непрерывно совершенствуется, требуя все новых и новых изобретений. Нынешние приемники и мощные передатчики уже совсем не похожи на те, что создал гениальный изобретатель Александр Степанович Попов. Мы научились с помощью радиоволн передавать не только звуки, но и изображения, обнаруживать самолет в воздухе, применять радиоволны для астрономических исследований. Будут, конечно, и новые, очень важные усовершенствования радиотехники. Но основа изобретения – использование радиоволн как средства слуховой и зрительной связи между людьми на любом расстоянии – вряд ли когда-нибудь устареет.

А. С. Попов

Вещь может не устареть за тысячелетия, а вот что всегда стареет – и чем ближе к нашим дням, тем быстрее, – это способы ее изготовления. Столы делали сперва камнетесы, потом плотники вручную. Теперь дерево обрабатывают машинами, и эти машины все время улучшаются. Первые радиоприемники были детекторные, потом появились приемники с электронными лампами, а теперь изготовляют и полупроводниковые. Каждый из этих способов изготовления приемников был важным изобретением.

К чему постоянно стремятся люди? Делать вещи лучшего качества; делать их быстрее; изготовлять их с меньшей затратой труда. Вот задачи, которые всегда стоят перед изобретателями. И чем больше совершенствуется техника, тем быстрее они решаются.

Ручной печатный станок существовал три века, плоская печатная машина – меньше столетия, а теперь способы изготовления книг и газет меняются, совершенствуются каждые несколько лет.

Растут потребности людей, растет количество образованного населения и уровень образования. До революции редок был тираж книги больше десяти тысяч и газеты больше ста тысяч экземпляров. Теперь у нас многие книги печатаются в сотнях тысяч, а газеты – в миллионах экземпляров.

Нужно за два-три часа отпечатать два миллиона экземпляров газеты. Нужно за две-три недели выпустить пятьсот тысяч экземпляров толстой книги. Это было невозможно еще в начале XX века. Изобретателям пришлось искать новые способы быстрого печатания.

И вот что интересно: в поисках нового нередко возвращаются к самому старому, давно и, казалось, навсегда исчезнувшему, – возвращаются на новой ступени техники.

До Гутенберга, вы помните, печатали книги с деревянных досок, на которых был вырезан текст. И об этом самом медленном способе производства вспомнили, когда понадобилось печатать книги и газеты быстро, в огромном количестве экземпляров. На новой ступени техники самый медленный способ удалось сделать самым быстрым. Теперь можно не вырезать текст на доске вручную, а переводить его с набора на металлическую доску механически.

Набор накрывают куском картона и кладут под пресс. Текст оттискивается на картоне. Называется такой лист картона с оттиснутым на нем текстом – матрицей, так же, как формочки, в которых отливают литеры.

Матрицу заливают тонким слоем расплавленного типографского металла (сплав свинца, сурьмы, олова и меди). Когда металл затвердеет, получается металлическая копия набора. Ее называют стереотипом.

Зачем вообще нужны матрицы и стереотипы? Не проще ли печатать прямо с набора, как делали четыреста лет? Да, проще, когда нужно отпечатать всего несколько тысяч экземпляров книги.

А если надо отпечатать миллион экземпляров? Во-первых, набор не выдержит – литеры сотрутся уже на первой сотне тысяч экземпляров, потому что типографский металл мягкий; во-вторых, с набора можно печатать только на одной машине, потому что набор один. А если изготовить с набора матрицы и отлить десять стереотипов, можно печатать на десяти машинах сразу.

И это еще не самое главное. Ведь теперь газеты, журналы и большая часть книг печатается не на плоских машинах, какие изобрел Кениг, а на ротационных.

Тут вот в чем дело. В плоской печатной машине талер – доска, на которой укрепляют набор, – движется взад и вперед. Один ход холостой. Это замедляет печатание. Каждый лист приходится пропускать через машину два раза – сперва печатают одну сторону листа, потом другую. Вот и выходит, что самая лучшая плоская машина дает только две тысячи пятьсот оттисков в час. Миллион экземпляров газеты при непрерывной работе такая машина отпечатает за семнадцать дней – куда это годится! А чтобы отпечатать миллион экземпляров газеты за ночь, понадобилось бы около семидесяти машин – тоже невыгодно.

Почти всегда в технике вращательное движение дает возможность изготовлять вещь быстрее, чем движение взад-вперед (возвратно-поступательное).

Изобретатели придумали вот что: заменить талер цилиндром, круглым валом, чтобы движение вместо возвратно-поступательного стало вращательным.

Эта мысль им была подсказана изобретением, которое сделал еще в XIX веке владелец текстильной фабрики Иван Гребенщиков. Он создал машину, печатавшую рисунок на тканях. В машине было два металлических цилиндра – один над другим. Нижний цилиндр гладкий, а на верхнем вырезан узор. Ткань проходила между двумя цилиндрами, и на ней отпечатывался узор.

Произошло то же, что с Гутенбергом, когда он использовал станок, выжимавший виноградный сок, для печатания книг. Изобретатели ротационной машины использовали то, что было придумано в другой области техники, для другой цели – машину, печатавшую рисунок на тканях. Конечно, они воспользовались только принципом машины, пришлось внести много изменений, чтобы сделать ее пригодной для печатания книг и газет. Но как же изобретателям удалось плоский набор поместить на круглый вал? Вот тут и выручил стереотип. Ведь можно согнуть картонную матрицу и отлить стереотип так, чтобы надеть его на цилиндр ротационной машины.

Типография получает с фабрик бумагу, свернутую в большие рулоны. Для печати на плоской машине бумагу надо резать на листы. А для ротационной не нужно – в машину заправляется рулон таким, каким он получен с фабрики.

Да что рулон! У нас теперь есть такие огромные ротационные машины для газет, в которые заправляют сразу несколько рулонов бумаги, ставят несколько стереотипов. И выпускает такая машина каждый час миллионы экземпляров газет – да не просто развернутых газетных листов, а сложенных и отсчитанных по сотням.

Печатается «Правда» в Москве. Утром от типографии мчатся на аэродром грузовики. Поднимаются в воздух самолеты – к вечеру газета доставлена в Новосибирск, в Ташкент и в другие далекие города. На следующий день утром их получат подписчики в этих городах, а на второй день и в селах Узбекистана, Сибири, Киргизии. Здорово? Несколько лет назад мы сказали бы «здорово»! Ведь прежде, когда газету отправляли поездами, жители Новосибирска читали «Правду» только через пять дней после выхода номера. А теперь жители Сибири не хотят и вчерашнюю московскую газету читать – дай им сегодняшнюю!

Пожалуйста, получайте! Жители Ташкента, Новосибирска и многих других городов теперь читают «Правду» в тот же день, что и москвичи.

Как же это устроили? Поздно вечером в типографии кончают набор завтрашней газеты, быстро готовят с набора матрицы, десятки матриц. И вот не начала еще московская типография печатать завтрашнюю газету, а на аэродром уже мчатся автомобили. Они везут матрицы. Ночью самолеты доставляют их в города Сибири, Средней Азии, Дальнего Востока, и завтрашнюю «Правду» в этих городах начинают печатать всего на несколько часов позже, чем в Москве.

Если бы Гутенберг мог сто лет назад посмотреть типографию того времени, он бы удовлетворенно улыбнулся: набирают и печатают, как я научил четыреста лет назад.

А если бы он попал в сегодняшнюю типографию «Правды», то не узнал бы своего детища, не сразу догадался бы, что в основе молниеносного изготовления газет все же лежит его изобретение – набор.

Подведем итог

Пожалуй, вспомнив все, что здесь написано о книгопечатании, вы не сможете ответить на вопрос: когда же оно изобретено? На этот вопрос и впрямь невозможно ответить: книгопечатание начали изобретать шесть тысяч лет назад, не кончили до сих пор и не кончат, пока существует печатное слово.

На этом огромном пути были большие узловые станции. Например, печатание с досок, потом процесс набора и печатания, изобретенный Гутенбергом, потом появление плоской печатной машины. Следующая станция – наборная машина. А за ней – изобретение матрицы и стереотипа. Следующая узловая станция – появление ротационной машины. И сейчас мы подходим к новой станции – фотонаборной машине.

Так и в любой другой области техники – каждая совершенствуется. Иногда медленнее, иногда быстрее.

От чего же зависит темп этого движения? От двух причин: потребностей общества и уровня развития техники.

Гутенберг сделал свое изобретение, когда общество готово было его принять: грамотных людей стало много и всем им понадобились книги. Гутенберг великолепно использовал возможности, которые давала современная ему техника. Потому его изобретение оказалось таким прочным.

А почему наборную машину удалось построить только через полвека после того, как в ней ощутили нужду? Почему десятки изобретателей потерпели неудачу в попытках создать наборную машину? Когда они пробовали механизировать набор, люди вообще не умели еще строить сложных машин с тонкими механизмами. Изобретатели пытались создать простую машину для набора, а это не удавалось. За полвека машиностроение сделало большой шаг вперед, научились строить уже довольно сложные машины – вот тогда и удалось создать линотип.

И чем больше совершенствуется техника, тем быстрее изобретаются новые способы изготовления вещей, появляются новые, невиданные машины, новые, невиданные вещи – и весь наш мир меняет свой облик. XX век стал веком полного технического переворота – веком огромных скоростей, веком создания огромной мощи и тончайших приборов.

Но разве всегда изобретатели создают только то, в чем люди уже почувствовали настоятельную потребность? Нет, они часто, очень часто идут впереди своего времени, изобретают то, в чем люди почувствуют нужду только через десятилетия, иногда через века. Велика заслуга таких изобретателей, но трудна их судьба.

Об этом вы прочтете в следующих главах.

Ты машины будешь двигать…
На рубеже двух эпох

Школьные товарищи

В 30-х годах XVIII века в горнозаводской школе Екатеринбурга учились два мальчика. Один был солдатский сын Иван Ползунов, а другой – сын мастерового Козьма Фролов.

В то время на Урале было уже много рудников и заводов. Добывали железную руду, медь, золото, выплавляли из руды металл. Чугун уральских заводов славился на всю Европу – он был лучше английского и шведского.

От отца к сыну передавались секреты плавильного дела, ковки и закалки металла, умение строить заводские печи. Но почему надо работать так, а не иначе, нельзя ли изменить, улучшить отцовские приемы работы, молодые мастера не знали. Они ничему, кроме своего мастерства, не учились, часто даже читать не умели.

Чтобы мастера были образованнее, лучше разбирались в своем деле, и завели на Урале горнозаводские школы. Там учили не только грамоте, арифметике, но и начаткам механики, черчению.

Ползунов и Фролов были очень способными учениками. Мы не знаем, дружили ли они в школе, – Фролов был в старшем отделении, когда Ползунов только начинал учение. И потом всю жизнь они почти не встречались, хотя и работали рядом. Не только рядом: у обоих с молодости была одна и та же мечта. Оба талантливо, упорно, побеждая множество препятствий, добивались своей цели – одной и той же. Но хотя цель была одинаковая, пошли они к ней разными путями. И все же оба к цели пришли.

Что же за мечта у них была, какая цель стояла перед ними? Облегчить бесконечно тяжелый труд крепостных рабочих в рудниках и на заводах и в то же время увеличить его производительность.

Облегчить труд – это значило переложить самую тяжкую его часть на машины и механизмы. Их было тогда мало. А создавать новые мешало главным образом то, что не было сильного, надежного двигателя, который приводил бы машины в движение.

Вот этим самым важным для того времени вопросом – как создать хороший двигатель – и занимались всю жизнь оба изобретателя.

Единственной энергией, которой умели в то время пользоваться для заводских нужд, была сила текучей воды. На пути водяного потока ставили колесо с насаженными по ободу лопатками, которые толкала вода, или с ковшиками, в которые вода лилась сверху. От вращающегося водяного колеса движение передавалось насосам, заводским механизмам.

Неудобство водяных колес было в том, что они привязывали завод к реке. Да и маломощным был этот двигатель.

Фролов, работая после школы на уральских золотых приисках, изобрел немало механических приспособлений, которые облегчали труд рабочих и увеличивали добычу. Но он мог использовать только часть своих изобретений: у него не было достаточно сильного двигателя, чтобы приводить в движение новые механизмы. И тогда он стал думать, как можно заставить водяные колеса делать больше работы, как увеличить их мощность. Он придумал удивительные вещи – об этом вы прочтете немного дальше.

А Иван Ползунов считал, что водяные колеса отживают свой век. Надо создать двигатель для рудников, расположенных далеко от реки. И заводам нужен новый двигатель, – удобнее, мощнее водяного колеса. Но как же без него обойтись?

Ползунов читал о новых двигателях для насосов, откачивавших в Англии воду из шахт и рудников. Это было важно и для наших рудников. Подземные воды делали невыносимо тяжким труд рабочих. Приходилось добывать руду, стоя иной раз от зари до зари по грудь в воде.

Если рудник был далеко от реки, воду вычерпывали вручную бадьями или конным приводом – поднимали бадьи на веревках, как из колодца. Тем же способом и руду доставляли на поверхность земли.

А если рудник был близко от реки, ставили насосы, которые приводились в движение водяными колесами. Но и это не спасало. Обычно вода заливала выработки быстрее, чем ее откачивали. Насосы, о которых читал Ползунов, приводились в движение силой пара.

Что придумали прежде Ползунова

Еще в древности знали, что пар может работать, – стоило только посмотреть, как он подбрасывает крышку сосуда, в котором кипит вода. Но прошло около двух тысячелетий, пока сумели использовать силу пара для полезной работы, создать паровой двигатель.

Первые паровые машины как раз и строились для откачки воды из шахт. Над их созданием трудилось много изобретателей – одним из первых французский врач Дени Папен, бросивший медицину ради техники.

Это было в конце XVII века. Самые важные части будущих машин – цилиндр и двигающийся в нем поршень – существовали уже давно и применялись в ручных, конных и водяных насосах. В поисках нового двигателя, который мог бы приводить в движение насосы, Папен попробовал использовать порох.

Он придумал вот что: нужно удалить из цилиндра под поршнем воздух – и тогда поршень опустится под давлением атмосферного воздуха. А как заставить поршень подняться кверху цилиндра? Папен насыпал в нижнюю часть цилиндра порох, подвел к нему фитиль и поджег. Он рассчитывал, что от взрыва пороха поршень подскочит и под ним, в цилиндре, образуется безвоздушное пространство (вакуум). Тогда поршень опустится. Машина получилась очень неудобной – каждый раз насыпать порох, поджигать фитиль, ждать взрыва, потом ждать, пока остынут пороховые газы… Все это так долго, что практически машина оказалась никчемной.

Дени Папен

Вот тогда и решил Папен использовать для подъема поршня силу пара, его свойство очень сильно расширяться, занимать большой объем (пар, расширяясь, может занять место в 1700 раз большее, чем вода, из которой он приготовлен).

Налил Папен на дно цилиндра немного воды, а под цилиндр поставил жаровню. Вода закипела, и пар поднял поршень. Тогда изобретатель убрал жаровню, а стенки цилиндра полил холодной водой. Пар обратился в воду (конденсировался), и под поршнем образовалось безвоздушное пространство. Силой атмосферного давления поршень опустился. А опускаясь, он проделал полезную работу: поднял груз, привязанный веревкой к стержню (штоку), на котором держится поршень. Значит, он мог проделывать и другую работу – приводить в движение насос.

Все же и в этой машине были большие недостатки. Самый серьезный – то, что вода кипятилась в самом цилиндре, а не в специальном котле. Опять получалось слишком медленно: вскипятить воду, убрать жаровню, полить цилиндр холодной водой, чтобы пар конденсировался, – и тогда только опускался поршень. А потом опять ставь жаровню и все начинай сначала.

Но вот какие неожиданности случаются с самым талантливым изобретателем. Работая над паровой машиной, Папен и не вспомнил, что сам же он за несколько лет до этого изобрел паровой котел! Случилось так потому, что он котел изобрел для изучения свойств пара, а не для какой-либо определенной работы. Котел был закрыт наглухо, и пар поэтому сжимался в котле до нескольких атмосфер. Чтобы котел не разорвался от давления пара, Папен сделал клапан, открывавшийся, когда давление в котле становилось слишком большим. Этот клапан был важным изобретением. Он позже применялся во всех паровых машинах.

Все же Папен нашел практическое применение для своего котла. Он его использовал, как… кастрюлю. Варил в котле мясо с костями и хвалился, что получается превосходный студень.

А что этот котел можно соединить с цилиндром, чтобы впускать под поршень уже готовый пар, догадался современник Папена, механик Севери. Он построил паровой насос, работавший быстрее папеновского, потому что уже не надо было кипятить воду в самом цилиндре.

И когда Папен решил строить еще одну паровую машину, он свое собственное изобретение заимствовал у Севери…

Я в другом месте расскажу, как Папен еще пробовал использовать силу пара для полезной работы.

Машины, созданные Папеном и Севери, называют пароатмосферными, потому что пар заставлял поршень только подниматься, а опускался он силой атмосферного давления.

Насосы Папена и Севери, даже с отделенным от цилиндра котлом, все же работали медленно. Это машины прерывного действия – после каждого рабочего хода поршня, пока пар конденсируется и поступает новая его порция из котла, до следующего рабочего хода (то есть хода вниз) была довольно длинная пауза.

Машину Папена усовершенствовал английский кузнец Томас Ньюкомен. Подробное описание парового насоса Ньюкомена Ползунов нашел в книге Ивана Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу».

Ньюкомену удалось сократить время, нужное для охлаждения пара. Он устроил два крана. Один впускал пар в цилиндр и закрывался, когда пар поднял поршень. Тогда открывался другой кран, и в цилиндр вбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался, и поршень опускался.

Рассказывают, что сперва краны надо было открывать и закрывать вручную. Ньюкомен приставил к машине мальчика, Гемфри Поттера. А мальчику скучно было стоять целые часы у машины и все время то открывать, то закрывать краны.

Рядом играют товарищи. Завидно. Хочется и самому поиграть с ними. Как же быть? Взял Поттер две проволочки и соединил ими рукоятки кранов с концами коромысла, которое поднималось и опускалось вместе с поршнем. Коромысло, качаясь, натягивало то одну, то другую проволоку. Натянутая проволочка закрывала кран, а висевшая свободно открывала другой.

Приделал Поттер проволочки и побежал играть, а машина без него стала работать вдвое быстрее! Оказалось, что приспособление Поттера работает гораздо проворнее рук.

Вряд ли правдив этот рассказ. Может быть, Ньюкомен сам придумал приспособление. А вернее, это важное усовершенствование сделано позднее опытным механиком. Ведь очень редко изобретение дается в руки без большого труда, без подготовки. Так или иначе, но машина Ньюкомена с «автоматическими» кранами уже работала достаточно хорошо, чтобы использовать ее для откачки воды из шахт. А к большему Ньюкомен и не стремился.