Текст книги "100 великих изобретений"

Мотыга. Плуг. Земледелие

Одним из основных видов деятельности первобытного человека было собирательство, то есть собирание пригодных в пищу семян, орехов, фруктов, корней, личинок, яиц и другого. Собирательством, как правило, занимались женщины, поскольку мужчины в основном охотились.

Палка-копалка

Основным орудием при сборе съестного была толстая палка-копалка. Один конец палки заострялся и обжигался на огне для прочности. Собственно, палку-копалку можно смело назвать первым сельскохозяйственным орудием труда. Ею можно было рыхлить землю, копать ямки для высаживания растений или извлекать из земли съедобные корни и клубни.

Наряду с копалкой использовалась палка с поперечным сучком, которая была более удобной для копания земли.

В древней Японии аналог палки-копалки называли кунаем, форма которого была похожа на наконечник копья или кинжал. Сперва кунай был сельскохозяйственным орудием, а позже превратился в оружие.

Со временем на смену палке-копалке пришли более специализированные инструменты для копания и рыхления.

Мотыга

Путь от простого собирания съедобных растений и плодов до сознательного возделывания земли и выращивания культурных растений был долгим и непростым. С земледелием в истории человечества началась новая эра, люди стали сознательно производить то, что можно было употреблять в пищу. Жизнь человека теперь зависела не столько от капризов природы, сколько от результатов собственного труда.

Когда люди приступили к культурному возделыванию растений, главным сельскохозяйственным орудием стала мотыга. Изображения людей, держащих в руках приспособления, похожие на мотыгу, можно увидеть на стенах египетских пирамид, на античных фресках, японских гравюрах и в средневековых манускриптах. Древние шумеры считали, что столь замечательный инструмент даровало человеку верховное божество Энлиль. Мотыга изображена на гербах некоторых стран, таких как Ангола, Мозамбик, Танзания, Зимбабве. В Чон-Кемине (Киргизия) даже установили памятник кетменю.

Делали мотыгу очень просто: к заостренной палке прикрепляли рабочую часть. Длинная рукоять-рычаг умножала силу, прилагаемую человеком, облегчала прополку и рыхление земли. Со временем появилась кирка-мотыга с двусторонней рабочей частью: с одной стороны – мотыга, а с другой – кирка.

Кирка и кирка-мотыга – до сих пор являются инструментами строителей и шахтеров: они приспособлены для работы с каменистым и очень плотным грунтом.

Мотыга и сейчас остается распространенным сельскохозяйственным инструментом. В разных местностях ее также называют тяпкой, полольником, цапкой, сапкой, полотиком, кувой, кетменем.

Плуг

Со временем человек начал осваивать земли, поросшие травами, в которых было много корней. Для земледелия подобные почвы были крайне неблагоприятными, приходилось тратить много труда и времени для подготовки почвы. Появилась острая необходимость в таком орудии труда, которое не только вскапывало бы землю, но и подрезало пласты дерна снизу. Таким универсальным орудием стал плуг.

Его изобретение тесно связано с еще одним примитивным инструментом древних земледельцев – «бороздовой палкой». Ее назначение понятно из названия – ею прокладывали в поле борозды. Палка состояла из рукоятки и рабочей части, прикрепленной к рукояти под острым углом. Неизвестно, когда появилась раздвоенная палка с заостренным основанием – прообраз плуга. Землепашец тянул его за собой, проделывая борозду. Такое орудие, правда, облегчало труд на тех землях, которые уже много лет взрыхлялись и обрабатывались и на которых не было камней и дерна.

Чтобы обработать более твердую почву, «прошитую» корнями растений, необходимо было усилить давление на лемех – так появился плуг с рукояткой. Позже плуг усовершенствовали и стали делать из трех основных частей: рукоятки, дышла и лемеха.

Для обработки земли с помощью такого плуга требовалась слаженная работа двух человек – один тащил плуг, другой его направлял. Чтобы облегчить труд, люди стали впрягать в плуг животных, в основном быков. Это значительно ускорило обработку земли. Сначала плуг привязывали к рогам животных, но позже изобрели ярмо и упряжь (еще одно важное приспособление, которое указывает на то, что человек изобретает только то, что необходимо).

Первые плуги делали из цельного куска дерева твердых пород, позже лемех стали укреплять металлом. В I в. н. э. плуг уже имел колесо, нож и отвальные доски. Благодаря колесу плуг входил в землю на нужную глубину, а нож срезал дерн. Изобретение отвала стало огромным шагом вперед. Раньше плуг только рыхлил землю, а с помощью отвала стал еще и переворачивать подрезанный дерн так, что сорная трава оказывалась под землей. Такой плуг использовали до конца Средневековья. Неудивительно, что древние люди считали плуг даром богов.

Земледелие

Толчком к развитию земледелия и скотоводства послужил экологический фактор, то есть неблагоприятные изменения климата. Считается, что первой возделываемой зоной земледелия явилась «арка», образованная предгорьями и межгорными долинами хребтов Тавр и Загрос. Здесь были практически идеальные условия для выращивания растений и разведения скота. Эту зону, где зародилось земледелие, американский археолог Дж. Г. Брэстод назвал «плодородным полумесяцем».

В конце эпохи верхнего палеолита люди постепенно переходили к оседлому образу жизни, расселяясь на небольших территориях. Человек был вынужден перейти к сбору растительной пищи и дикорастущих злаков на одних и тех же полях, поскольку был «привязан» к одной местности. Кроме того, люди научились охотиться на определенных животных в зависимости от их сезонных циклов. Накопленный опыт позволял человеку приступить к искусственному выращиванию злаков и одомашниванию животных.

Другие гипотезы объясняют возникновение земледелия избыточным населением. Археологи утверждают, что благоприятные природные условия в зоне «плодородного полумесяца» способствовали значительному увеличению населения на данной территории. В конце эпохи плейстоцена там уже появились оседлые поселения. Это еще более усилило рост народонаселения, что, в свою очередь, привело к необходимости поиска и создания постоянных источников пищи. В этих условиях люди предприняли попытку искусственного выращивания съедобных растений.

Население уже имело опыт употребления в пищу дикорастущих злаков, поэтому старались селиться в оазисах, обеспеченных водой. Люди понемногу пытались имитировать естественные травостои и пробовали высевать семена злаков на увлажненных участках. Наблюдая за естественным циклом размножения животных, сосредоточившихся у источников воды, люди проводили первые эксперименты по их одомашниванию.

Примерно 10 тыс. лет назад закончился ледниковый период, климат стал более теплым и влажным. Это повлекло за собой увеличение вегетационного периода, что, в свою очередь, создало благоприятные условия для развития земледелия. Благодаря массовому росту растений увеличилось количество пастбищ для скота. Такими были естественные предпосылки для развития домашнего хозяйства.

Обработка камня

Хозяйственная деятельность человека усложнялась, и появилась необходимость в более совершенных инструментах, особенно с качественно отделанными режущими кромками. Изготовление таких инструментов требовало новых приемов обработки камня. Примерно 8 тысяч лет назад были освоены техники пиления, сверления и шлифовки. Это была настоящая революция в развитии общества.

Человек научился пилить, заметив, что нож с зазубринами режет лучше, чем гладкий. Самая древняя примитивная пила, найденная археологами, сделана целиком из кремня. Работать с такой пилой было достаточно тяжело, требовались большие физические усилия, но зато с ее помощью можно было распилить дерево или кость.

Распилка камня отнимала гораздо больше времени и сил. Пила представляла собой кремневую зубчатую пластину. В процессе работы под пилу подсыпали влажный кварцевый песок. Сквозное пиление не практиковалось – мастер делал глубокий надпил, а затем ударом деревянной колотушки разламывал камень. С помощью даже таких примитивных приемов у человека появилась возможность получать изделия правильной геометрической формы, а это было чрезвычайно важно при изготовлении инструментов.

Одновременно с пилением развивалась и техника сверления камня. Проделывание отверстий в камне было необходимо для изготовления составных инструментов. Уже тогда было замечено, что самыми удобными и прочными топорами были инструменты, в которых рукоятка была плотно вбита в отверстие каменной рабочей части, а не привязана к ней.

Но как выполнить отверстие правильной формы в твердом камне? Первым шагом к получению ответа стал… процесс добывания огня (при трении торца одной палки в углублении другой во время вращения), что и послужило толчком к освоению приема сверления. Скорее всего, древний мастер обнаружил, что если вращать в деревянном углублении каменный пробойник, то высверливание требует относительно меньших усилий. Еще одним неоспоримым достоинством метода сверления было то, что с его помощью можно было выполнять отверстия в твердых и хрупких материалах. Первое сверло, по-видимому, представляло собой палку с закрепленным каменным острием, которую мастер просто вращал между ладоней.

В эпоху неолита был изобретен лучковый способ, при котором вращение сверла достигалось за счет движения своеобразного лука. Смысл этого способа состоял в том, что на сверло наматывался длинный шнур, концы которого соединялись с помощью изогнутой палки. Одной рукой мастер двигал «лук», а другой сверху прижимал сверло.

Позже каменное сверло заменили полой костью крупного диаметра. Внутрь кости насыпали кварцевый песок, который играл роль абразива. Во время работы песок высыпался из сверла и ускорял сверление камня.

Качество отверстия и скорость работы зависели от силы давления на сверло, поэтому были изобретены искусственные утяжелители.

Когда, кроме пиления и сверления, человек овладел техникой шлифовки камня, это был значительный прогресс, поскольку теперь обрабатываемому изделию можно было придать любую форму. С помощью шлифовки можно было удалять ненужный материал с той или иной стороны заготовки небольшими и ровными слоями. Теперь стало возможным создание изделий правильных геометрических форм с гладкой поверхностью.

Шлифовка позволила обрабатывать камни любой формы, структуры и твердости. Вначале заготовку просто терли о шершавый камень. Затем между заготовкой и шлифовальным камнем стали подсыпать влажный кварцевый песок, что заметно ускоряло процесс обработки.

Последней был освоена мокрая шлифовка: шлифовальную плиту обильно поливали водой. Теперь время обработки даже очень твердого материала сокращалось до нескольких часов.

Для окончательной отделки и полировки древние мастера иногда применяли очень мелкий пемзовый порошок, который наносили на заготовку с помощью кусочка кожи. Искусство полировки было отточено до такого мастерства, что в некоторых местах практиковалось производство каменных зеркал, пригодных для использования (на Гавайях такие зеркала делали из базальта, в доколумбовой Мексике – из обсидиана).

Шлифование и полировка стали последними этапами в истории обработки камня.

Стекло

Стекло было изобретено очень давно. Автор этого ценного открытия неизвестен. Появление стекла связывают с развитием гончарного ремесла. Скорее всего, на изделие из глины в процессе обжига попала смесь соды и песка, и на поверхности появилась стекловидная пленка – глазурь.

В египетских Фивах были найдены изображения стеклодувов. Возраст этих изображений составляет примерно 3,5 тыс. лет. Кроме изображений, при раскопках в древнеегипетских городах были найдены урны, вазы, статуи, колонны и кувшины из стекла. Это доказывает, что в Египте находился центр стеклоделия.

Древнее стекло существенно отличалось от современного. Это была фритта – плохо сплавленная смесь песка, поваренной соли и окиси свинца. Ни сам материал, ни античная техника обработки не позволяли изготавливать из стекла крупные предметы.

По сути, стекло в Египте использовали для создания декоративных украшений и разных поделок. Для своих целей изготовители создавали не прозрачное, а окрашенное стекло. Исходными материалами были природная сода и песок с небольшим количеством карбоната кальция. Низкое содержание кремнезема и кальция, высокое содержание натрия облегчало плавку стекла, снижая температуру плавления. Однако получаемый материал был менее прочным и с низким уровнем атмосферостойкости. Компоненты смешивали в глиняных тиглях и сильно нагревали в специальной печи, сложенной из огнеупорного кирпича, пока не получалась однородная светлая масса. По окончании плавки ее разливали по формам или давали остыть в тигле.

Из стекла научились изготавливать бисер и бусины. Сначала металлический прутик вводили в расплавленное стекло ― стеклянная масса прочно «приклеивалась» к прутику. Затем прутик медленно вытягивали из тигля ― за прутиком тянулась стеклянная нить. Толщина нити зависела от скорости вытягивания прутика и густоты стеклянной массы. Тонкая нить получалась, если прутик быстро вытягивали из жидкой стекломассы. Получившуюся стеклянную нить обвивали вокруг тонкого медного стержня. Стержень удаляли, а стеклянную нить снова нагревали и разрезали на бисерины.

Стеклянные вазы делали с помощью заготовки из глины, обернутой тканью и насаженной на медный прут, как на рукоятку. Глиняную заготовку опускали в стекломассу. Чтобы стеклянная масса равномерно распределилась на заготовке, ее несколько раз быстро поворачивали или прокатывали по каменной плите.

Цвет стекла зависел от состава смеси. Аметистовый цвет изделиям придавали соединения марганца, черный – добавки меди, марганца или большого количества солей железа. Синие стекла окрашивались медью и кобальтом, желтые – свинцом и сурьмой. Для создания красного стекла добавляли окись меди.

Стеклоделие из Египта и Финикии перешло в другие страны и достигло такого уровня, что хрустальная посуда начала вытеснять керамическую.

Переворот в производстве стекла произошел после изобретения процесса выдувания стекла. Теперь из готового стекла можно было делать стеклянные цилиндры, которые затем «раскрывали» и выпрямляли, получая плоское стекло. Подобным образом изготовляли оконное стекло до начала ХХ в., а для художественных работ этот способ используется и по сей день.

В античности зеркала изготавливали преимущественно из металла, и стекло вначале не находило широкого применения. Но в более поздние времена его стали использовать все чаще и чаще. Позднее Средневековье и начало Нового времени ознаменовались широким распространением стекла и развитием стеклодувного производства. Стеклоделие стало своего рода «привилегией» Венеции. Эта сильнейшая морская держава Средиземного моря усиленно торговала со странами Востока и Запада, и определенный доход приносила торговля стеклом, которое отличалось необыкновенным разнообразием и высокой художественной ценностью. Стеклоделы получали многочисленные льготы от власти. Однако венецианцы ревниво хранили секреты производства стекла, а разглашение этой тайны каралось смертью.

Особенное стекло выпускали на острове Мурано близ Венеции. Для окрашивания стекла применяли окиси цветных металлов. Первые сосуды из цветного стекла появились во второй половине XV в., почти все они были расписаны эмалевыми красками. Любимым цветом в XVI в. был синий (azurro). Фиолетовое стекло (pavonazzo) также пользовалось большим успехом.

Эмалированное и позолоченное стекло из Мурано представляет самый большой интерес. Роспись стекла эмалью связывают с именем выдающегося мастера и химика Анджело Беровьеро. Изначально эмалью расписывали сосуды из цветного прозрачного стекла, позже росписью стали покрывать и стекло молочного цвета. Венецианские сосуды раннего периода отличаются необыкновенно богатой росписью: на них изображались картины с триумфальными шествиями, свадебными процессиями, сценами мифологического содержания, эротическими сюжетами. Часто стекло украшали золотыми чешуевидными узорами.

Прозрачное бесцветное стекло было изобретено во второй половине XV в. ― это знаменитое венецианское cristallo, которое существенно отличалось от ранее производившегося стекла зеленоватого оттенка.

Филигранное стекло ― это бесцветное прозрачное стекло, которое украшали стеклянными нитями, введенными в массу. Чаще всего это были нити белого или молочного цвета. Еще одна разновидность филигранной техники – сетчатое стекло. Два слоя прозрачного стекла с филигранным рисунком накладывались друг на друга, и получался рисунок в виде сетки.

Молочное стекло – непрозрачное белое стекло молочного оттенка (latticinio или lattimo). Оно образуется при добавлении окиси олова в стеклянную массу. Сосуды XVI в., выполненные из окрашенного молочного стекла и расписанные эмалевыми красками и золотом, по-видимому, были первыми попытками подражать европейскому фарфору. Сегодня такой «поддельный фарфор» ценится чрезвычайно дорого и представляет собой величайшую редкость.

Агатовое стекло ― так принято называть стекло из различно расположенных и по-разному окрашенных слоев. Агатовое стекло, в котором цветные слои имитируют окраску натуральных агатов, чрезвычайно разнообразно по окраске и узорам.

Авантюриновое стекло ― это особый род стекла, который был изобретен в начале XVII в. муранскими мастерами. По виду оно похоже на камень авантюрин: на плоской поверхности мерцает бесчисленное множество блестящих точек. Эти мерцающие точки на желтовато-коричневом фоне получаются путем прибавления к стеклянной массе меди, которая при остывании стекла кристаллизуется. Изобретение авантюринового стекла приписывается династии Миотти, долгие годы хранившей тайну его изготовления.

Способ изготовления мозаичного стекла весьма интересен: разноцветные стеклянные нити спаивают в узкий цилиндрический прут, поперечный разрез которого имеет вид звездочки, розетки или другой симметричной фигуры. Затем стеклянный прут разрезают на множество дисков, которые вводят в стеклянную массу. Готовые изделия из мозаичного стекла представляют собой пестрое поле, сотканное из звездочек, розеток и т. п.

Производство бус было практически самой доходной отраслью венецианской стеклянной промышленности. Бусы назывались «conterie». Сейчас этим термином обозначают не только бусы, но и бисер, стеклянные пуговицы, искусственный жемчуг, поддельные стразы и другие мелкие предметы из стекла.

Первым трудом по стеклоделию как науке считают вышедшую в 1612 г. во Флоренции книгу монаха Антонио Нери. Здесь были собраны рекомендации по использованию окислов свинца, бора и мышьяка для осветления стекла, приведены составы для изготовления цветного стекла.

Во второй половине XVII в. алхимик Иоганн Кункель опубликовал сочинение «Экспериментальное искусство стеклоделия».

В 1615 г. в Англии для нагрева стеклоплавильных печей начали применять уголь, что значительно повышало температуру в печи. В XVII в. во Франции предложили способ отливки зеркальных стекол на медных плитах с последующей прокаткой. Примерно тогда же был открыт метод травления стекла смесью плавикового шпата и серной кислоты, развивалось производство оконного и оптического стекла.

На Руси стекло в виде бус встречалось еще в XIII в., но своих заводов там тогда не было. Первый русский завод был построен лишь в 1634 г. шведом Елисеем Коетой. На заводе производили столовую и аптекарскую посуду. Первыми мастерами были немцы, оказавшие большое влияние на развитие русской стекольной промышленности.

В 1720 г. был издан указ «Об учреждении зеркальных заводов в Киеве». Во время царствования Елизаветы Петровны (1741–1761) около Москвы существовало уже шесть стекольных заводов. В 1752 году появилось «позволение профессору М. В. Ломоносову завести фабрику для отделывания разноцветных стекол, бисера, стекляруса и других галантерейных вещей с привилегией на 30 лет». Среди прочей продукции завод был знаменит изготовлением стекла для мозаичных работ.

Вплоть до середины XIX в. стекло варили в тиглях. В 30-х годах XIX в. появились первые ванные печи для промышленного производства стекла. В 1856 г. Фридрих Сименс изобрел регенеративную стекловаренную печь. Отработанные газы подогревали камеры предварительного нагрева, облицованные огнеупорными материалами. После того как камеры достаточно раскалялись, в них подавали горючие газы и воздух. Газы, возникавшие при горении, равномерно перемешивали расплавленное стекло. Температура в регенеративной печи достигала 1600 °C. Позже этот же принцип применили в сталеплавильном производстве.

Следующим заметным этапом в развитии производства стекла стал метод машинной вытяжки. Его в 1902 г. разработал Эмиль Фурко. Стекло вытягивалось из печи через прокатные вальцы непрерывной лентой и поступало в охлаждающую шахту, в верхней части которой оно сразу разрезалось на листы. Машинный способ производства стекла в дальнейшем был усовершенствован в первой половине XX в. Из самых современных способов следует выделить так называемый метод Либби-Оуэнса и Питтсбургский метод.

Важным этапом в производстве стекла был запатентованный в 1959 г. флоат-метод, разработанный англичанином Аластейром Пилкингтоном, благодаря которому появились тонированные стекла и стекла с покрытиями, которые широко используются в строительстве и автомобилестроении. Стекло из печи плавления выливали в ванну с расплавленным оловом. Стекло равномерно разливалось поверх него, и у стекла формировалась идеально ровная поверхность. Главным преимуществом флоат-метода является более высокая производительность, стабильная толщина стекла, высокое качество и отсутствие дефектов.

Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. В нем отсутствуют кристаллы, не существует резкого перехода при какой-то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). По сути, твердое стекло можно назвать жидкостью с бесконечно высокой вязкостью. Открытие особой природы стекла состоялось в XX в., когда с помощью рентгеновских лучей проводились масштабные исследования атомарной и молекулярной структуры самых разных веществ.