Текст книги "Чудеса техники"

Человек добывает пропитание и обустраивает быт

 
Я – попутчик
научно-технической
революции.
При всем уважении
к коромыслам
хочу, чтобы в самой дыре
завалющей
был водопровод и свобода
мысли.
 

А. Вознесенский

Самые земные, самые первые нужды человека – это потребность в пище и одежде. Какой бы отрезок истории мы ни взяли, везде обнаружим следы этих повседневных забот. И очень многие достижения науки и техники обязаны стремлению человека эти заботы облегчить.

Однако долгие века развитие земледелия, приготовление пищи, ткачество и пошив одежды и обуви продвигались случайными скачками. Появлялось какое-либо изобретение, которое сокращало время изготовления той или иной нужной в быту вещи, упрощало необходимые действия, а потом на сотни лет все словно застывало в неизменности.

Попробуйте справиться с таким заданием: оглядитесь в своей квартире и подумайте, чем бы можно было заменить окружающие вас бытовые приборы и приспособления тысяч десять лет назад, потом – тысячу, ну и наконец – лет сто назад. Задача окажется нелегкой, для этого надо неплохо знать историю цивилизации. Тем не менее вы без труда представите себе, что наши далекие предки и не помышляли о телевизорах и стиральных машинах, газовых плитах и кофеварках. А вот век назад многое из того, что сейчас нас окружает, вполне могло обрести свое существование.

Правда, здесь надо сделать оговорку. Современные методы датирования археологических находок, достигшие большого совершенства, постоянно переносят сроки первого появления тех или иных изобретений.

Например, считалось, что очень многое из того, что мы знаем о производстве продуктов или изготовлении одежды, возникло примерно десять тысяч лет назад. В это время от собирательства и охоты человек постепенно стал переходить к земледелию и разведению домашнего скота. Иными словами, к оседлой жизни.

Действительно, зачем охотнику нужен был громоздкий домашний скарб – ведь, как сказано в поговорке, «в дальнюю дорогу бери легкую поклажу». А люди, привязанные к земле, обрастали большим количеством, так сказать, стационарных приспособлений и устройств. Вот и полагали, что, к примеру, ткачеству они научились, когда перешли к жизни в постоянных поселениях.

Но не так давно следы сетей, корзин, тканей, сплетенных из волокон растений, были обнаружены в раскопках, возраст которых двадцать пять – двадцать семь тысяч лет.

Или такой пример. Представляя жизнь прошлых поколений как непрерывную борьбу за существование, мы думали, что сфера досуга развивалась лишь в последние столетия, достигнув в конце концов того, что мы сегодня называем «индустрией развлечений». Но вот совсем недавно археологи нашли… флейту неандертальца! Сделана она из бедренной кости медведя, в которой аккуратно проделаны отверстия, и лет ей далеко за 40 тысяч. Вот уже когда наши пращуры услаждали свой слух!

Так что археологи, видимо, преподнесут нам еще не один сюрприз. Пока же давайте коснемся того, что мы знаем достовернее, – более близких к нам времен.

Что легче сделать – насос или бочку?

Человек издавна пытался облегчить себе работу, взяв в помощники животных или механизмы. Для перемалывания зерна в муку он приспособил силу воды и ветра – стал строить вращаемые этими стихиями мельницы. Механизмы или приспособления, приводимые в движение волами, лошадьми, водой и ветром, сыграли неоценимую роль в росте производства продуктов питания и одежды. Но было немало вопросов, которые нельзя было решить простым увеличением силы или мощности.

До позднего Средневековья оставалось неясным, оказывает ли атмосферный воздух давление или нет. Даже такие великие ученые, как Галилей, заблуждались по этому поводу. А правильный ответ на этот вопрос позволял верно рассчитать и построить насосы, необходимые для откачки воды из рудников, для ее подачи из рек на поля для полива, для ее подъема из колодцев и скважин.

Еще проблема – хранение производимой продукции. Какими, например, должны быть бочки, в которые предстояло залить растительное масло или вино? Ведь им нужно быть и прочными, и вместительными. Расчет их формы оказался делом непростым, здесь не всегда хватало одного лишь здравого смысла, к задаче были привлечены даже крупные математики. Можно сказать, что с этого времени ведут начало точные способы вычислений площадей и объемов тел сложной формы. Таким образом «пищевые» задачи подталкивали развитие точных наук.

Что же касается многолетней работы над совершенствованием насосов, то она привела в конце концов к созданию паровой машины. Та практически сразу стала эксплуатироваться на ткацких фабриках для одновременного привода в действие как можно большего числа станков, благодаря чему экспорт продукции текстильной промышленности Англии, например, вырос за столетие более чем в 200 раз!

А вот в сельском хозяйстве практически до конца XIX века, несмотря на многие изобретения, труд оставался очень тяжелым, тягловой силой по-прежнему служили в основном волы и лошади. Это было не только несправедливо по отношению к сельским труженикам, но и не позволяло увеличить производство продуктов питания, в которых нуждалось непрерывно растущее население Земли, особенно – жители крупных городов. Ведь по мере их роста каждый крестьянин должен обеспечить пищей все большее число людей…

Какая техника пришла на поля?

Сто лет назад труд крестьян мало чем отличался от труда земледельцев древности.

Стало ясно, что для увеличения производства продуктов питания необходима механизация. Когда-то эффективность вспашки земли многократно выросла при переходе от сохи к плугу. На соху постоянно приходилось налегать всем весом тела, и все равно глубина рыхления почвы оставалась небольшой. Тяжелый плуг благодаря своему весу подрезал, поднимал и переворачивал толстые пласты земли, что сделало вспашку значительно более производительной.

В XIX веке паровую машину приспособили для молотьбы зерна – отделения зерна от колосьев. Затем пытались тянуть плуг с помощью канатов паровым двигателем, установленным на кромке поля. Но все это были полумеры – только с появлением самоходных машин работа в сельском хозяйстве пошла «веселее».

Вы, конечно, догадываетесь, что речь идет о тракторах и комбайнах. В основном именно с их помощью сейчас происходят вспашка, посев, обработка полей и сбор урожая. Однако рост их числа в XX веке хоть и расширил площади возделываемых угодий, но отнюдь не всегда приводил к повышению урожая.

Для больших засеваемых площадей нужно много воды, ее приходится отводить из рек и распределять по полям с помощью целой сети каналов. В пустынных местностях научились подавать воду непосредственно к корням растений, буквально по капле. Чтобы уменьшить потери влаги, кое-где покрывают их тончайшей полиэтиленовой пленкой или подмешивают в почву раскрошенный полимер, впитывающий и удерживающий воду. Истощение почв из-за интенсивной эксплуатации потребовало внесения удобрений, а борьба с вредителями – производства химических средств защиты растений.

Все эти способы повышения урожайности именуют этапами «зеленой революции». Да, правда, собирать зерновых, овощей и фруктов стали намного больше, но, с другой стороны, в них возросло содержание химических соединений, вредных для человека, а остающиеся в почве удобрения со временем вымываются водой и загрязняют реки, озера и моря, ухудшая питьевую воду.

Требовался какой-то иной выход из положения…

Как сохранить продукты?

Действительно, какую только технику не увидишь сегодня на полях – вплоть до авиации. Однако, сколько бы мы ни увеличивали число мощных и хитроумных устройств, с помощью которых хотели бы поднять урожай, есть естественные пределы, на которые способны растения. Давно задумывался человек, нельзя ли изменить сами растения или изобрести совершенно новые виды.

Не первое столетие идут попытки скрещивать между собой разнообразные растения или животных. Порой удается создать удивительные гибриды; так, в Японии получили необычный овощ, скрестив капусту с растением, напоминающим шпинат. На Филиппинах путем многолетнего отбора – селекции – вывели сорт риса, обладающий коротким стеблем и повышенным содержанием зерна в метелке.

Но все больше надежд связывают люди с генной инженерией, когда человек сможет воздействовать на растения и животных, начиная буквально с зародыша. Другими словами, вносить необходимые изменения на уровне «кирпичиков», из которых состоит ядро будущего организма, так сказать, программировать его.

Такие опыты ведутся уже в больших масштабах, и есть первые результаты. Конструируя растения этим путем, можно добиться существенного повышения их урожайности, противодействия болезням и вредителям, изменения вкусовых качеств, формы, цвета и даже влиять на сроки их хранения после сбора урожая.

Есть идеи о том, что в конечном итоге можно будет производить не пищу, из которой мы получаем все необходимое для нашего роста и существования, а непосредственно белки, жиры и углеводы. Тогда вообще отпадет необходимость в огромных посевных площадях и в развитии неисчислимого количества домашних животных, этим делом «займутся»… бактерии.

Но опять же – здесь нужно быть крайне осторожными. Изобретения в этой области, суля нам выгоду, могут иметь и невидимую пока оборотную сторону. Уж очень мы еще зависим от традиционных способов получения и переработки пищи, чтобы так просто перейти на искусственные.

Пока же приходится решать немало проблем, связанных с транспортировкой, переработкой и хранением продуктов питания. Из-за того, что человек не потребляет производимую пищу «на месте и сразу» и не может запасать ее в себе, как это удается, к примеру, медведю на зиму, необходимо было изобрести способы заготовки продуктов впрок.

Вялить, сушить, солить и мариновать их человек научился давно. А вот подолгу хранить в искусственном холоде или глубоко замораживать сумел лишь с появлением холодильных машин.

В основном они действуют за счет перегонки по трубчатому контуру вещества, которое, испаряясь, отнимает тепло у хранимых продуктов и отдает его окружающему воздуху. В этом вы легко убедитесь, потрогав заднюю стенку работающего холодильника, – она всегда теплее воздуха в комнате.

Однако для хранения продуктов важен не только холод…

Можно ли «удержать» тепло?

Почему пища довольно быстро портится, если ее специально не обработать? Ответ на этот вопрос был получен недавно. Обнаружение бактерий – мельчайших организмов – стало возможным, когда человек вооружился увеличительным стеклом. Правда, и не зная об их существовании, он чисто практически дошел до того, что продукты следует обрабатывать теплом – варить и жарить, тогда они не только становятся вкуснее, но и дольше хранятся.

Однако такие древние способы оказывались бессильны, если разговор шел об очень продолжительном многомесячном хранении продуктов. Предстоит длинное путешествие, экспедиция – как обеспечить себя надолго пищей? Сейчас это кажется очевидным – нужно просто приобрести консервы, и все дела! А вот появились они всего лишь около полутораста лет назад, причем обладали поначалу специфическим неприятным привкусом.

Прогресс в изготовлении долго сберегаемых без помощи холода продуктов питания начался с работ Луи Пастера. Это имя сегодня хорошо знакомо всем: на пакетах с молоком, срок хранения которых значительно больше, чем у разливного молока, стоит надпись «пастеризованное».

А заключается этот метод в том, что при нагреве до определенной температуры можно уничтожить бактерии, приводящие к порче продуктов, и продлить им «жизнь».

Если же вы хотите сохранить высокую температуру пищи подольше, то к вашим услугам термос. Для его работы не нужен никакой двигатель и не требуется постоянный подогрев. Достаточно создать хорошую теплоизоляцию, и ваш чай или бульон даже за сутки охладится совсем немного. С этой целью используют не только различного рода пористые вещества, как, например, в термосах для бутылочек с детским питанием, но и стеклянные вакуумные колбы. Лучший тепловой изолятор – это пустота, поэтому из колбы с двойными стенками откачивают воздух, дополнительно покрывают их зеркальной пленкой, чтобы и на излучение не тратилась тепловая энергия.

В каких-то случаях сохранить тепло удается с помощью водной пены. Скажем, в теплицах делают стенки из двух щитов прозрачного пластика. Каждый вечер между ними закачивают водную пену, обеспечивающую хорошую теплоизоляцию в ночное время. Утром под воздействием солнечного тепла пена оседает и превращается в жидкость, стекающую в коллектор, – так открывается доступ света. А вечером весь процесс повторяется заново.

Как вы поняли, роль тепла очень важна не только для роста растений, но и для приготовления пищи, и для ее сохранения. А вот способы его получения оказались отнюдь не исчерпаны тем, что человеку давно было известно…

На что способно электричество в быту?

Научившись добывать огонь, люди использовали его прежде всего для двух целей – для своего обогрева и для приготовления пищи. Проходили тысячелетия, но по-прежнему сохранялись эти два его предназначения, менялось лишь используемое топливо. Печи, камины, плиты – во всем этом должно было что-то гореть. И если сегодня в городские дома тепло все чаще подается с помощью централизованного водяного отопления, то на кухнях в основном продолжает сгорать газ.

И от того, и от другого способа «доставки» тепла помогает избавиться электричество. Энергия, транспортируемая по проводам, может быть преобразована и для выделения тепла, нужного для обогрева квартиры, и для приготовления пищи. В первом случае электрический ток нагревает металлические спирали, от которых либо с помощью отражателей – рефлекторов, либо благодаря циркулирующему маслу тепловые лучи распространяются по дому. Во втором случае вместо газовых горелок ставят подобные электрокипятильникам тепловыделяющие элементы или же заставляют электрический ток нагревать пищу излучением. Вот это и есть так называемые микроволновые печи.

Идею создания микроволновых печей подали сверхмощные радары. Птицы, попавшие под действие испускаемых ими электромагнитных волн, падали замертво, и хотя оперение их не обгорало, мясо было словно сварено – ну, буквально как в россказнях барона Мюнхаузена.

Конечно, такой способ использовать на кухне нельзя. Излучение необходимо было «запереть» в небольшом объеме. Этого и добились в микроволновых печах, где с помощью отражающих стенок удалось сфокусировать излучение на предназначенном для готовки продукте.

Как ни фантастично это звучит, но похожим методом пытаются сейчас передать тепло человеку, находящемуся в комнате. При этом и сама она, и воздух в ней, и все окружающие предметы остаются холодными. Разумеется, здесь еще многое предстоит десятки раз проверить, однако исследователи, испытавшие микроволновой нагрев на себе, утверждают, что он и безопаснее, и эффективнее, чем традиционное отопление.

Первые же бытовые электроприборы – электрические вентиляторы – появились чуть больше ста лет назад. За эти годы электричество кардинально изменило весь наш обиход. Действительно, мало что мы делаем в доме без того, чтобы не включить в сеть какой-либо из электрических приборов. Уборка квартиры – пылесос, заварка чая – электрочайник, сушка волос – электрофен, стирка белья – снова электрическая машина, да еще какая!

Мало того, что появились миниатюрные стиральные устройства, умещающиеся на ладони и стирающие с помощью ультразвука, способные не только идеально удалить загрязнения, но и уничтожить болезнетворную микрофлору на тканях. Разработаны такие машины, что могут запомнить привычки и требования хозяина и в соответствии с ними перестраивать свои программы, а поставленное задание выполнить при минимуме расхода энергии. Иначе говоря, они обладают гибкой, в чем-то похожей на человеческую, логикой. Но все-таки самые удивительные электроприборы служат нам не для облегчения физической работы, а для развлечения!

Мозаика изобретательства

• Довольно сложная машина – лентоткацкий станок – была изобретена в 1579 году в Данциге (ныне – польский город Гданьск), но муниципальный совет скрыл это изобретение из-за боязни безработицы среди ткачей, сам же изобретатель был тайно задушен.

• Замечательное изобретение – вязальный станок – было сделано выпускником Кембриджа, приходским священником Уильямом Ли в 1589 году. Стремясь освободить время своей девушки, с утра до вечера зарабатывавшей на жизнь вязанием чулок, он создал машину, которая делала 1200 петель в минуту вместо 100 при ручной вязке.

• Голландский инженер и физик Корнелиус Дреббл, прославившийся постройкой еще в XVII веке подводной лодки, разработал первый известный в истории термостат – устройство, автоматически поддерживающее заданную температуру. Идея этого прибора была развита им же при изобретении инкубатора – аппарата для искусственного выведения птенцов из яиц.

• Среди предметов меблировки, предлагаемых во французском «Каталоге невозможных объектов», было и такое курьезное изобретение, как изображенная на рисунке кровать для эквилибриста, позволяющая тренироваться и во время сна.

• Добывать огонь длительным трением или высекая искры ударами о кремень было неудобно и утомительно. В 1827 году английский изобретатель Дж. Уолкер предложил первые пригодные в быту фосфорные спички, зажигаемые в результате кратковременного трения.

• Сборочная линия, или конвейерное производство, берет начало с фабрики по выпечке морских галет, запущенной Британским адмиралтейством в 1833 году. Там изделие переходило от ра-бочего к рабочему на подносах, передвигавшихся по роликам. А полностью автоматизированная линия вошла в эксплуатацию в шестидесятых годах прошлого века на одном из американских мясокомбинатов и предназначалась для производства консервов.

• Впервые патент на хлопкоуборочную машину был выдан в США в 1850 году. И хотя за последующие сто лет число таких патентов подошло к тысяче, хлопок продолжали убирать вручную – настолько это было выгоднее механизации из-за дешевизны труда сборщиков.

• Изобретение застежки-молнии в 1851 году принадлежит американцу Элиасу Хоу, более известному, наряду со знаменитым Зингером, как создатель швейной машины.

• Сто лет назад изобретатель желатина П. Вейт не смог реализовать в Нью-Йорке свой товар и уступил права на патент соседу всего за 450 долларов. Но не прошло и десяти лет, как объем продажи желе перевалил за миллион долларов.

• В середине тридцатых годов стоимость телевизионного приемника равнялась стоимости автомобиля, а появившиеся через двадцать лет первые видеомагнитофоны размером были с доброе пианино.

• Не обошло изобретательство и посуду. На заварной чайник с двумя носиками, нарисованный рядом, был выдан патент в начале тридцатых годов нашего века. А сегодня во Франции изобретена «сковородка наоборот». Для приготовления блинов равномерной толщины ее сначала опускают в тесто, прилипающее к поверхности, а затем ставят обратной стороной на плиту.

• Шариковая ручка, изобретенная более полувека назад, была усовершенствована в конце шестидесятых годов XX в. по просьбе американских космонавтов, которые не могли вести ею бортовой журнал в невесомости. Несколько миллионов долларов, вложенных в разработку новой ручки, привели к появлению стержня, в который закачивался газ, выдавливающий пасту на шарик.

• Для компенсации дрожи в руках при съемке видеокамерой в ней устанавливают призму с жидким наполнением. На движения камеры она реагирует сжатием или растяжением, что позволяет устойчиво «держать» изображение.

• Один из немецких изобретателей предложил холодильник, источником энергии для работы которого служит Солнце. За доли секунды температура в его камере падает до минус десяти градусов по Цельсию.

• В Германии создана самая большая в мире стиральная машина весом 17 тонн и длиной 25 метров. Эта механическая «прачка» в час обрабатывает 2800 килограммов сухого белья, что примерно в тысячу раз превосходит возможности домашней стиральной машины. Во Франции же предложена таблетка, которую достаточно вставить в водопроводный кран, чтобы сразу получить мыльную воду.

• Один апельсин за три секунды – такова скорость сбора цитрусовых «четырехруким» роботом, созданным французскими и испанскими учеными. Находить в листве зрелые фрукты ему помогает ультразвук. В США изобретение дополнили способом обработки кожуры апельсинов натуральным ферментом, благодаря чему она спадает от легкого прикосновения и оставляет фрукты «голышом».

• На Олимпиаде в Нагано убыстряли бег не только коньки с подвижной пяткой – клапскейты, – но и искусственный лед, изготовленный местными умельцами из кристалликов округлой формы, уменьшающих трение. Еще одна новинка, поразившая гостей и спортсменов, – съедобные тарелки, сделанные на основе картофельного крахмала.

• Из шутливого прогноза: через четверть века на Луне будет открыт Диснейленд. В это вполне можно поверить, глядя, в какой аттракцион превратились сегодня воздушные шары, научить управлению которыми их разработчики берутся каждого желающего.

• Китайские исследователи внедрили гены коровы в организм карпа и добились ускорения роста этой рыбы на 30 %. Количество выведенных мальков такого карпа перевалило уже за полтора миллиона.

• Из обычной, неполовой клетки, взятой у взрослой овцы, английскими учеными была создана ее точная биологическая копия! Этот метод, получивший название клонирования, может произвести переворот не только в сельском хозяйстве, когда станут дублировать лучшие экземпляры растений и животных. Сейчас вполне серьезно обсуждают перспективы получения копий человека!