Текст книги "Технологии. Детская энциклопедия"

Борис Ицкович
Технологии. Детская энциклопедия

Научный редактор Алексей Бондарев

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

© ИП Томисонец Д. А., брендбук, 2023

© Захарова Е. В., иллюстрации, 2023

© Оформление. ООО «Манн, Иванов и Фербер», 2024

* * *

Давайте знакомиться!

Здравствуйте, ребята! Меня зовут Чевостик. Я живу на книжной полке в библиотеке у дяди Кузи. Не удивляйтесь: я небольшого роста, а нижняя полка в книжном шкафу дяди Кузи очень высокая и просторная, поэтому мне на ней хорошо и удобно. Какой я? Похож на обыкновенного мальчишку, волосы рыжие, характер весёлый. Дядя Кузя в шутку зовёт меня Чевочкой с хвостиком. Но никакого хвоста у меня нет, зато есть ушки на макушке. Больше всего на свете я люблю узнавать новое, поэтому всё время задаю дяде Кузе всякие вопросы. О чём бы я ни спросил, он всё знает и мне рассказывает. Это потому, что дядя Кузя очень умный. Он прочитал много-много разных книг. А ещё мы с ним любим путешествовать! В путешествиях нам помогает времяскок. Это такой прибор, его дядя Кузя изобрёл. Набираешь на времяскоке место и время, куда хочешь попасть, раз, два – и уже там! Сегодня мы наверняка тоже куда-нибудь отправимся!

Путешествие начинается!

– Чевостик!.. Чевостик! Где ты?

– А, это ты, дядя Кузя? Здравствуй! Я здесь, на книжной полке.

– Привет, Чевостик! Чем это ты так заинтересовался, что даже меня не услышал?

– Вот рассматриваю твои книжки. Они все разные, а называются похоже: «Технология металлов», «Технология строительства», «Информационные технологии». Что такое «технология» и почему вещи – разные, а технологии – у всех?

– Это название произошло от двух греческих слов. Первое означает «искусство», «мастерство», «умение»; второе – «слово», «мысль», «смысл». Проще говоря, технология – это описание того, как что-то сделать.

– Выходит, когда я хочу что-нибудь сделать, я думаю о технологии?

– Да, именно так. И очень хорошо, что ты думаешь, прежде чем что-то сделать.

– Получается, всюду-всюду вокруг нас – технологии?

– Да, всюду. Всё, что за нашу историю было сделано человеком, построено на технологиях.

– А технологии всегда остаются одинаковыми или меняются?

– В жизни всё постоянно меняется и развивается. Люди стремятся сделать свою жизнь удобнее, хотят, чтобы работалось легче, а продукции выходило больше, чтобы передвигаться можно было быстрее. Они получают новые материалы, изобретают новые инструменты, приспособления, машины, и для работы с ними нужны новые технологии. А самые сложные технологии, разработанные на основе новейших научных достижений, называются высокими.

– А вокруг нас есть высокие технологии?

– Конечно, есть. Смартфоны, планшеты, компьютеры основаны на высоких технологиях. Космические полёты, роботы – это всё видимые примеры высоких технологий.

– Значит, технологии зависят от изобретений и научных открытий? А какие изобретения самые важные?

– Любые изобретения вносят в жизнь что-то новое, меняют её, пусть и не всегда сразу, а значит, благодаря им появляются новые технологии. Вот ты смотрел книги. А знаешь, какие технологии с ними связаны, как эти технологии менялись?

– Какие уж тут технологии? Писатель написал, в типографии напечатали.

– Всё значительно сложнее, но об этих сложностях мы даже не будем говорить. Давай начнём, казалось бы, с простого. На чём написал и на чём напечатали?

– Дядя Кузя, это даже самые маленькие дети знают – конечно, на бумаге.

– А ведь люди умели писать, когда и бумаги-то ещё не было.

– И на чём же они тогда писали?

– Ну, например, на глиняных табличках. На пластинках из мягкой глины заострёнными деревянными палочками выдавливали знаки, которые обозначали слова.

– Чтобы так написать книгу, наверное, нужен целый воз табличек. Где же так писали?

– Такое письмо – оно называется клинопись – появилось около шести тысяч лет назад в Месопотамии. Его изобрёл древний народ этой страны – шумеры. А древние египтяне создали свою письменность из красивых значков-рисунков – иероглифов.

Иероглиф

– Это, наверное, очень сложная система.

– Очень, и современная письменность отличается от древнеегипетской. Но вот посмотри, как развитие в одной области вызывает прогресс в другой. Раз появилась возможность записывать сложные мысли и длинные тексты, значит, для этого нужен материал.

– Ну да, на глиняных табличках большую книгу не напишешь.

– Написать-то напишешь, но представляешь, какой большой и тяжёлый получится этот, как ты сам сказал, воз табличек. Вот египтяне и изобрели папирус, прототип бумаги.

– Папирус? Что это такое?

– Папирус – это материал, на котором можно писать. Его делали из растения, которое тоже называется «папирус». Его собирали на заболоченных берегах реки Нил. Обработанные листы папируса не складывали в книжку, а склеивали край к краю, так что получался длинный свиток. А рассказываю я это тебе, чтобы ты понял, что изобретения появляются тогда, когда в них возникает необходимость.

– А кто же изобрёл бумагу?

– Считается, что это сделал советник китайского императора – монах Цай Лунь. Произошло это в 105 году нашей эры. Хотя, скорее всего, Цай Лунь усовершенствовал уже известный к тому времени процесс изготовления бумаги. Тем не менее в истории осталось именно его имя.

– Конечно, бумага – очень важное изобретение. Без неё не было бы книг. А без книг мы бы ничего не знали.

– Ты правильно думаешь, Чевостик. Именно при помощи книг распространяются по миру знания. Но технология изготовления книг тоже менялась и развивалась. Ведь раньше не было ни печатных станков, ни типографий.

– Как же тогда получались книги?

– Их писали вручную на папирусе, пергаменте, бумаге специально обученные люди – писцы.

– Так ведь много книг не напишешь.

– Конечно, в лучшем случае получалось всего по несколько экземпляров каждой книги, а порой вообще по одному. Поэтому изобретение печатного станка, который изменил технологию изготовления книг, сделал их массовыми и доступными, позволило людям обмениваться знаниями и создавать новые технологии.

– Теперь я понимаю, как одни технологии влияют на другие и как изобретения меняют технологии. Интересно узнать, как менялись технологии, которые нас окружают.

– Обязательно узнаем. И попутешествуем. Но начнём с нашей кухни.

– Какое же путешествие, если мы дома всё посмотрим? И на времяскоке не полетаем.

– Уверяю тебя, и времяскок нам пригодится, и разные места мы посетим. Будет интересно. В путь?

– В путь!

Технологии вокруг нас. Как приходят в дом вода, электричество и газ

– Вот мы и на кухне. И где же здесь технологии?

– Открой водопроводный кран.

– Ну, открыл. Потекла вода. Она всегда течёт, когда открывают кран.

– А ты знаешь, какой путь должна проделать вода, чтобы попасть к нам на кухню? Через сколько разных процессов пройти? И у каждого процесса своя технология.

– Как интересно, дядя Кузя. Не терпится поскорее узнать. И ты мне всё покажешь? Куда мы сейчас отправимся на времяскоке?

– Не так уж далеко. 1977 год, город Зубцов Тверской области (тогда она называлась Калининской), берег реки Вазузы. Стартуем!

– Дядя Кузя, ты говорил про берег реки, а здесь целое море.

– Это не море, это Вазузское водохранилище. Можно сказать, искусственное море.

– Искусственное? А как оно образовалось?

– Посмотри, видишь плотину?

Плотина – преграда, которая сдерживает или контролирует поток воды в реке.

– Я понял, дядя Кузя. Она похожа на стенку, которая перегородила реку. Река не может течь дальше, и вода широко разлилась. А зачем это сделали?

– Да, Вазузу перегородила плотина высотой тридцать пять метров, и образовалось водохранилище, в котором накапливается вода для нашего водопровода. Именно отсюда она попадает к нам в кран.

Водохранилище

– Зачем брать воду так далеко от нашего города и так много накапливать? Ведь есть же реки поближе.

– Воды в ближних реках уже не хватает, ведь город разросся, людей стало больше. Когда искали новые источники, выбрали Вазузу именно потому, что она протекает вдали от больших городов и поэтому очень чистая. Ты ведь хочешь пить чистую воду?

– Конечно, дядя Кузя, никто не хочет пить грязную воду. Но ведь, наверное, не очень легко провести воду отсюда до Москвы?

Гидроузел

– Очень нелегко, Чевостик. Сама она, как река, не потечёт. Ведь настоящие реки текут из возвышенных мест в более низкие, вверх вода не пойдёт. А Москва расположена на сорок пять метров выше водохранилища. Это высота пятнадцатиэтажного дома. Поэтому на каждом водохранилище построен гидроузел – сложное сооружение с мощными насосами, которые перекачивают воду вверх из одного водохранилища в другое, и только из самого верхнего она попадает в Москву-реку и течёт по её руслу. Когда строили эту сложную систему, прокопали каналы длиной двадцать километров между реками Вазузой, Гжатью и Яузой. А всего до Москвы воде надо пройти больше двухсот километров.

КАРТА ВОДОХРАНИЛИЩ

– Ну вот пришла вода из Вазузы в Москву. А как она попадает к нам на кухню?

– Прежде всего она попадает на станцию водоподготовки.

– Зачем её готовить?

– Её подготавливают, чтобы она стала чистой и безопасной для здоровья.

– Но ведь ты говорил, что в Вазузе и так чистая вода.

– В ней действительно нет вредных химических веществ, но в любой природной воде, которая течёт по поверхности земли, есть грязь, микробы, вызывающие болезни. И всё это надо устранить, прежде чем ты сможешь эту воду пить.

– А по пути от такой станции до нашего дома вода не испачкается?

– Не должна испачкаться, потому что дальше она пойдёт уже в закрытых трубах. Но не сразу к нам в дом.

– А куда же?

– Сначала насосы погонят её на водопроводную станцию. А уже оттуда другие насосы подают воду в трубы, которые приведут её к нам в квартиру.

КАК ВОДА ПОПАДАЕТ В ДОМА

– Но в древности не было таких технологий, как же люди обходились без воды? Ведь во все времена людям надо пить, готовить еду, умываться.

– Конечно, надо. Вода – это жизнь. Человек может обходиться без еды почти два месяца, а без воды – не больше пяти дней. Поэтому люди никогда не селились там, где не было достаточного количества воды, пригодной для питья. Брали её в реках, озёрах, ручьях, носили вёдрами, возили в бочках на повозках. Вот такая была технология. А первые водопроводы появились больше шести тысяч лет назад.

– Интересно посмотреть, какими они тогда были.

– Давай! Настраиваю времяскок. Египет, 300 год до нашей эры.

– Какая большая река, дядя Кузя.

– Это Нил, главная река Египта и основной источник воды в стране.

– И здесь есть водопровод?

– И очень давно. Примерно за две тысячи семьсот лет до нашего с тобой прибытия сюда правитель Египта фараон Менес начал строить каналы и канавы для орошения земли. Это и были первые водопроводы. Сейчас мы можем увидеть обширную систему каналов и водоводов с трубами.

– А как же вода текла по трубам? Разве в Древнем Египте были насосы?

– Ты задал хороший вопрос, Чевостик. Видно, ты уже разобрался, как должен работать водопровод. Но в древности сначала обходились без насосов. Вода текла сама под уклон, сверху вниз.

– Но ведь иногда путь идёт в гору, надо же воду как-то подать наверх.

– Конечно. А как бы ты поступил в таком случае?

– Я думаю, что надо наверху устроить бассейн и наполнить его водой, текущей внизу.

– Это хорошая идея. Только как наполнять этот бассейн?

– Да, это проблема, дядя Кузя. Вёдрами, конечно, было бы очень тяжело и долго.

– Ты удивишься, Чевостик, но сначала наполняли действительно вёдрами. Учёные считают, что ещё в период Древнего царства, то есть примерно в две тысячи пятисотых годах до нашей эры, египтяне уже изобрели простейшее устройство – шадуф, с помощью которого они поднимали воду из Нила.

Шадуф

– И на что же похоже это устройство?

– Это длинный шест, который укреплён на стойке так, что его конец может подниматься и опускаться. К концу шеста привязывали кожаное ведро, им зачерпывали воду из реки и поднимали его. Даже в наше время кое-где в деревнях ещё сохранились колодцы с такими приспособлениями для подъёма воды. У нас и в некоторых других странах они называются «журавлями».

– Ну, на большую высоту таким шестом воду сложно поднять.

– Ты прав, Чевостик. Поэтому устраивали несколько уровней. Сначала поднимали на один, потом с этого уровня другим шадуфом поднимали ещё выше, и так несколько раз.

– Наверное, очень медленно наполнялся бассейн?

– Учёные подсчитали, что с помощью такого механизма можно за один час поднять на высоту шесть метров больше полутора тысяч литров воды. Но к нашему прибытию сюда у древних египтян появилось новое устройство, более совершенное.

– Расскажи мне о нём, пожалуйста, дядя Кузя.

– А ты сам посмотри. Видишь это большое колесо?

– Вот это да! Наверное, как шестиэтажный дом. Только оно стоит в реке. И к нему прикреплена цепь, а к ней – какие-то ковши.

– Это колесо называется «нория». К нему приделаны дощечки-лопасти. Течение реки давит на эти лопасти, и колесо поворачивается. Ковши или кувшины, прикреплённые к цепи, зачерпывают воду и при вращении колеса поднимаются. В верхней точке они переворачиваются, и вода из них выливается в бассейн наверху. Вот так река сама поднимает воду вверх.

– Здорово древние египтяне придумали. А эта вода идёт в дома, её можно пить?

– Вообще-то, эта вода идёт по каналам и трубам на поля для орошения. Я бы не рекомендовал тебе пить из такого источника. А настоящие водопроводы строили в Древнем Риме.

– Я знаю, дядя Кузя. Там вода шла по акведукам, это такие большие красивые мосты.

– Правильно, Чевочка с хвостиком. Но акведуки были не только в Древнем Риме. Даже сейчас можно увидеть акведук почти в самом центре Москвы. Включаю времяскок. Наше время, Москва, проспект Мира.

– Дядя Кузя, а мы точно в Москве, а не в Древнем Риме? Это же вылитый римский акведук.

– Не римский, а Ростокинский. По нему проходил первый в Москве водопровод, по которому вода поступала из источников около села Большие Мытищи. Причём источники эти очень интересные – это ключи, которые били из земли фонтанами высотой почти три метра. Водопровод открыли в 1804 году.

– А сейчас он работает?

– Да, работает, хотя с тех пор сильно изменился. И по этому акведуку вода больше не идёт, её пустили в трубах под землёй. А акведук стал просто пешеходным мостом, который украшает наш город.

– Дядя Кузя, мы узнали, как в дом приходит вода, но у нас в квартире есть и другие технологии.

– Конечно, есть. И ты прекрасно знаешь, какие именно.

– Наверное, электричество, да, дядя Кузя?

– И электричество тоже. Продолжим наше знакомство с «домашними» технологиями.

– А я уже много знаю про электричество. Знаю, что электрический ток – это движение невидимых, крошечных электрически заряженных частиц – электронов. И что при протекании тока образуется электрическое поле. А иногда это движение можно даже увидеть. Например, молния – это электрический разряд.

Электрон

– Молодец, Чевостик, хорошо запомнил наши прежние путешествия. Хотя электричество никто не изобретал и оно всегда существовало в природе, учёные не один век изучали это явление и изобрели множество механизмов, инструментов и приспособлений, прежде чем электрический ток смог попасть к нам в дом, в наши розетки и выключатели.

– И мы всё это увидим и узнаем?

– Ну, конечно, не всё, Чевостик. На всё у нас времени не хватит. Но многое постараемся узнать и понять. И начнём с путешествия в Англию, в 1831 год. Настраиваю времяскок.

– Куда это мы попали? Какой-то подвал без окон, непонятные устройства на столах. Очень загадочная комната.

– Эта комната не загадочная, а разгадочная. Здесь великий учёный и изобретатель Майкл Фарадей сделал важные открытия, которые помогли разгадать некоторые секреты, и поставил опыты, благодаря которым мы можем пользоваться электричеством. Мы находимся в его лаборатории в Королевском институте Великобритании в Лондоне.

– Значит, этот человек в старинной одежде и есть знаменитый Фарадей? А что это он делает за столом? Прямо как будто колдует.

– Он ставит интересный опыт. Видишь катушку, на которую намотан провод? И он вставляет в неё магнит. Ты ведь знаешь, что такое магнит?

Магнит

– Конечно, знаю. Это металл, к которому притягиваются другие металлы.

– В принципе, верно. И магнит обладает собственным полем, которое всегда существует вокруг него.

– И что же получается у Фарадея?

– Получается, что при изменении магнитного поля (а при движении магнита поле меняется) в проводах катушки появляется электрический ток. Это явление называется электромагнитной индукцией.

– И какая польза от этой индукции?

– Открытие этого явления позволило создать электрические генераторы, которые вырабатывают электрический ток. Фарадей изобрёл простейший генератор, потом другие учёные и изобретатели усовершенствовали его. Мощные генераторы, которые сейчас работают на всех электростанциях мира, используют принцип электромагнитной индукции.

– На электростанциях тоже вставляют магниты в катушки?

– Нет, ещё сам Фарадей сделал генератор, в котором медный диск вращается около неподвижных магнитов. При вращении диска или катушки с проводами магнитное поле меняется, и вырабатывается ток. В современных генераторах вращается электромагнит, а катушки (они называются обмотками) установлены неподвижно. Вращающийся элемент генератора называется ротором, а неподвижный – статором.

– А кто вращает ротор на электростанциях?

– Отличный вопрос, Чевостик. Есть два основных вида электростанций: тепловые и гидроэлектростанции (ГЭС). На тепловых ротор вращает паровая турбина, на ГЭС – давление воды.

– Как же вода давит?

– Сейчас увидишь сам. Мы посетим Красноярскую ГЭС, одну из крупнейших в нашей стране. Настраиваю времяскок: город Дивногорск, наше время.

– Какая огромная плотина, дядя Кузя!

– А как ты догадался, что это плотина, Чевостик?

– Ведь я уже видел плотину на Вазузском водохранилище, они похожи, только эта значительно больше.

– Да уж. Высота плотины Красноярской ГЭС достигает ста двадцати восьми метров, она почти в четыре раза выше той, которую мы видели на Вазузе. И её длина больше километра.

– А как получается давление воды?

– Вот видишь, с одной стороны плотины уровень воды выше, а с другой – ниже. В теле плотины устроены специальные водоводы, по которым вода устремляется сверху вниз и падает на гидротурбины.

– А на что похожа гидротурбина?

– Она похожа на колесо с лопаточками. Вода ударяется о лопаточки, и колесо вращается. Турбина соединена с ротором генератора, который тоже вращается, и генератор вырабатывает электрический ток.

– Дядя Кузя, мы побывали на гидроэлектростанции, а как работает тепловая?

– Ток вырабатывается так же: турбина вращает ротор генератора. Только сама турбина вращается под действием не воды, а пара.

– А я знаю, что пар можно получить из котла, как у паровоза. А чем топят котлы на теплоэлектростанциях?

– Всё-то ты уже знаешь, Чевочка с хвостиком. Котлы можно топить разным топливом: углём, нефтью, газом.

– Газом, как у нас на кухне? Это ещё одна технология рядом с нами?

– Совершенно верно, Чевостик. И тоже с богатой историей.

– Значит, снова попутешествуем, чтобы её узнать?

– Обязательно попутешествуем. Включаю времяскок. Древний Китай, две тысячи триста лет назад.

– Из земли выходят деревянные трубки, проходят по земле к каким-то печкам, под которыми горит огонь, а на них стоят баки с водой. Что здесь происходит, дядя Кузя, при чём здесь технологии?

– Ты, Чевостик, видишь первую технологию использования природного газа.

– Что значит «природного»?

– Это значит, что его никто не создавал, он существует так же, как леса, горы, реки. Во многих местах нашей планеты под землёй и под водой находятся большие запасы природного газа. Они называются месторождениями. Изредка кое-где через трещины в земле этот газ сам выходит на поверхность. И люди научились им пользоваться. Вот здесь по бамбуковым трубам они подводят его к печке, поджигают и кипятят солёную жидкость, которая тоже пробивается из-под земли.

– Зачем они это делают?

– При кипячении жидкость испаряется, на дне остаётся соль, которая в старину стоила очень дорого. Вот видишь, здесь перед нами сразу две технологии – получения и использования газа и получения соли. Так одна технология тянет за собой другую.

– А как люди догадались, что под землёй есть газ?

– В древности внимание людей привлекали места, где по непонятной причине возникало пламя, которое поднималось в виде свечи кверху или стелилось над небольшим участком земли или воды. В местах выхода на поверхность газ часто сам воспламеняется, иногда от попадания молнии, иногда от случайной искры. Выходы газа, названные «вечными огнями», были известны человеку ещё за шесть тысяч лет до нашей эры.

– А как получают газ, которым мы пользуемся дома? Какая здесь технология?

– Его добывают на месторождениях – там, где под землёй есть большие скопления газа. Такие места находят геологи, а потом туда приходят газовики и строят газовые промыслы – гигантские комплексы для добычи газа. Сейчас мы отправимся на одно из крупнейших газовых месторождений нашей страны, и ты сам сможешь увидеть всю технологию. Настраиваю времяскок: полуостров Ямал, Бованенковское газовое месторождение, 23 октября 2012 года.

– Дядя Кузя, мы попали на какой-то праздник? Сколько людей собралось! И у всех радостные лица. Только очень холодно.

– Можно сказать, что праздник. Сейчас запускают первый газовый промысел на Бованенковском месторождении. Это сложнейшее сооружение. А холодно потому, что мы находимся за Северным полярным кругом, здесь земля никогда не оттаивает, вечная мерзлота. Ещё ни в одной стране в мире не строили такие промыслы так далеко на Севере. Посмотри, что ты видишь вокруг?

– Вот высокие металлические вышки, всё опутано трубами, как змеями, стоят большие цистерны, разные здания. Как всё это работает? Какая здесь технология?

– Металлические вышки – это буровые скважины. Чтобы добыть газ, в земле бурят скважины на большую глубину, вставляют в них металлические трубы. Когда скважина доходит до места залегания газа, он устремляется по трубе вверх. Наверху он попадает в другие трубы, ведущие к цистернам, которые ты видишь: это так называемые газосборные пункты. Потом газ очищают от разных загрязнений и отправляют по трубам дальше. Чтобы он мог продвигаться на большое расстояние, его надо закачивать под давлением, и для этого на газовом промысле установлены мощные насосы – компрессоры. Ну вот, скоро дадут команду на запуск технологического комплекса, давай перенесёмся в диспетчерский пункт и проследим весь процесс.

КАК ГАЗ ПОПАДАЕТ В ДОМА

– А нас туда пустят?

– Конечно, посторонним людям там нельзя находиться, но нас выручит времяскок, благодаря ему нас никто не заметит, и мы никому не помешаем.

– Дядя Кузя, какой огромный пульт управления, сколько на нём лампочек и разных приборов.

– Да, промыслом управляет автоматика, диспетчер следит, чтобы всё было в порядке, и вмешивается в работу только в крайнем случае. Внимание, диспетчер получил команду и включил комплекс.

– Смотри, дядя Кузя. Загорелись указатели, побежали огоньки на пульте.

– Эти огоньки показывают, как идёт газ из скважины. Вот он поступает в цех осушки, потом компрессоры поднимают его давление, газ пошёл в трубопровод и на контрольный факел.

Компрессор

– Что это за факел?

– А вот видишь, на одной вышке загорелся огонь? Это значит, что промысел работает нормально и газ идёт по трубе.

– Теперь я понимаю, как сложно устроено то, что на кухне кажется таким простым. Дядя Кузя, а мы про все «домашние» технологии узнали?

– Нет, Чевостик, их очень много, за один раз обо всём узнать невозможно. Ну что ж, мы с тобой много попутешествовали, слегка подустали, пора и пообедать.

Задание

Тебе понадобятся: пёрышко, пластмассовая ручка и любое шерстяное изделие, например шарф. Сначала возьми ручку и прикоснись к пёрышку. Ничего не произошло. Теперь потри её о шарфик, а потом поднеси к пёрышку. Что происходит? Пёрышко наэлектризовалось, и волшебное электричество притянуло его к шерсти!