Текст книги "Удивительные изобретения"

Сергей Юрьевич Нечаев
Удивительные изобретения

Предисловие

Что такое изобретение? Это принципиально новое техническое решение какой-то задачи, это «двигатель» прогресса.

Удивительных изобретений за всю историю человечества было сделано великое множество. Соответственно, вся история человечества – это история изобретений. Поэтому рассказать обо всех изобретениях и изобретателях в одной книге просто невозможно: одно их перечисление потребовало бы нескольких огромных томов.

Автор и не ставил себе задачу рассказать обо всем.

Бумага, карандаш, часы, консервы, автомобиль, самолет, вертолет, парашют, подводная лодка, телевизор… Без всего этого невозможно себе представить жизнь современного человека. А ведь когда-то их не было…

Как все это появилось? Когда? Кто это придумал?

Книга, которую вы держите в руках, – об этом. Об истории появления бумаги и первых бумагоделательных машинах. О спичках и первых «летучих кораблях».

О вольтовом столбе и изобретении консервов. О первом в мире программисте и о первых часах. И еще о многом-многом другом.

Не менее важным кажется автору поведать и о людях, сделавших в свое время все эти удивительные изобретения, рассказать о судьбах тех, чьи имена сейчас можно найти в энциклопедиях и на страницах школьных учебников.

Люди, вошедшие в историю мирового изобретательства, были как профессиональными инженерами, получившими отличное специальное образование, так и простыми самоучками.

Но ни одно из великих изобретений не было сделано случайно. На самом деле, такие «случайные» открытия делают только подготовленные умы, только люди, чем-то очень сильно увлеченные, упорные, терпеливые и умеющие мыслить нестандартно.

Всем не боящимся делать изобретения посвящает автор свою книгу.

ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ БУМАГИ

На чем писали до появления бумаги

Сейчас просто невозможно представить себе жизнь без бумаги. Появилась она очень и очень давно, и история ее возникновения и множества последовательных преобразований не так уж и проста. Безусловно, происхождение бумаги было обусловлено появлением письменности – ведь нужно же было на чем-то писать.

А самые первые формы письменности появились примерно за 4 000 лет до н. э. Чуть позднее были изобретены особые графические знаки для фиксации и передачи информации – эти древние схематические рисунки ученые называют пиктограммами.

Сначала писали на сырых глиняных табличках. Наши далекие предки сушили их на солнце или обжигали в огне, чтобы закрепить текст. После этого таблички можно было посылать друг другу, в том числе и на весьма большие расстояния. Но эти письма-плитки были очень неудобными (тяжелыми и хрупкими), а их изготовление отнимало слишком много времени.

Более легким и надежным материалом для письма стало дерево. Например, в Древнем Китае люди использовали бамбуковые дощечки, на которых они выжигали иероглифы при помощи раскаленной иглы. Писали в Китае до изобретения бумаги и на шелке, но он всегда был очень дорогим, а на бамбуковой дощечке помещалось не больше 30 иероглифов. Можно себе представить, как выглядела «бамбуковая книга». Наверное, чтобы ее перевезти, требовалась запряженная волами телега.

А вот наши предки-славяне наносили свои тексты на бересту, то есть на наружный слой березовой коры. Их древние письма называют берестяными грамотами.

^{Берестяная грамота XII века}

В Древней Греции и в Риме люди писали на деревянных дощечках, покрытых воском. Это уже был существенный прогресс, так как слой воска позволял стирать старый и писать на той же дощечке новый текст. На Руси такие покрытые воском дощечки называли церами.

А еще в поисках более подходящих носителей люди пробовали писать на больших листьях, на коже, на кости и т. д. Например, в странах с жарким климатом для этого часто использовали высушенные пальмовые листья. Они были огромными по площади, и на них можно было уместить целые сочинения. Более «продвинутые» египтяне использовали для письма папирус, материалом для изготовления которого служили трехгранные стебли тростника, в изобилии росшего на берегах Нила. Отметим, что самый ранний из существующих зарегистрированных папирусов, возможно, использовался за 3000–3500 лет до н. э. Однако технология изготовления папируса – этой первой «бумаги» – была достаточно сложной, а потому папирусы получались очень дорогими.

Во II веке до н. э. в Малой Азии развилось производство нового материала для письма – пергамента. Свое название он получил от города Пергам Пергамского царства (ныне это территория северо-западной Турции).

Пергамент изготавливался из кожи молодых телят и овец по весьма сложной технологии, но зато он был гораздо более прочен и долговечен, чем папирус. Другим огромным плюсом пергамента было и то, что на нем можно было писать с двух сторон. Но, к сожалению, и он был дорог, поэтому для того, чтобы написать новые документы, иногда приходилось смывать чернила со старых пергаментов.

Рецепт самых древних чернил до нас не дошел, но зато известно, что египтяне на своих папирусах писали смесью сажи и масла. Подобным составом пользовались и древние китайцы.

Естественно, человечество нуждалось в более практичном и дешевом материале, и таким материалом, в конечном итоге, стала бумага. Ее название (в английском языке – paper) очень похоже на слово «папирус». Некоторые ученые считают, что слово «бумага» пришло в русский язык от итальянского bambagia, другие уверены, что это слово произошло от татарского бумуг. И то и другое, кстати, переводится как «хлопок».

Изобретение бумаги

Согласно древним летописям, бумага была изобретена в Китае. То, что изобретателями бумаги стали именно китайцы, совсем не случайно. Эта страна уже в самой глубокой древности славилась сложнейшей системой бюрократического управления и огромным количеством чиновников, от которых правители требовали постоянной отчетности. Именно поэтому в Китае всегда ощущалась потребность в удобном, а главное недорогом материале для письма.

Принято считать, что бумагу изобрел в 105 году некий Цай Лунь (50–121). Впрочем, некоторые ученые утверждают, что бумага появилась в Китае гораздо раньше. Скорее всего, китайский чиновник Цай Лунь, служивший у императора Хэ Ди, изобрел не первую бумагу, а первый в мире «промышленный» способ ее изготовления. Будучи очень образованным человеком, он усовершенствовал уже известные к тому времени технологии. В любом случае, император пожаловал Цай Луню высокий титул и сделал его богатым.

До Цай Луня бумагу в Китае делали из пеньки (волокон стеблей конопли), а еще раньше, как мы уже говорили, – из шелка.

А Цай Лунь предложил для получения бумаги готовить волокнистую массу (суспензию) из практически любого измельченного растительного сырья и отходов: волокон тутового дерева, побегов бамбука, соломы, травы, мха, водорослей и т. д. Жидкая масса зачерпывалась специальной формой-сеткой (неким подобием сита из бамбука), вода просачивалась сквозь отверстия в сетке и оставляла в ней ровный слой будущей бумаги. После сушки на солнце заготовки разглаживали с помощью плоских камней, и получались достаточно прочные листы.

Вскоре в бумажную массу для повышения прочности стали добавлять крахмал и клей, а также естественные красители.

Примерно в III–IV веках бумага полностью вытеснила из употребления всевозможные дощечки, которые широко использовались для письма.

Следует особо подчеркнуть, что изобретение бумаги имело огромные последствия, причем не только для Китая, но и для остального мира – ведь впервые в истории люди получили отличный и относительно недорогой материал для письма, равноценной замены которому, по большому счету, не найдено и по сей день. Таким образом, имя Цай Луня с полным основанием входит в число самых великих изобретателей за всю историю человечества.

^{Ручное производство бумаги}

В VI–VII веках производство бумаги было налажено и в других странах Азии: например, в 600 году бумага появилась Корее, в 625 году – в Японии.

В июле 751 года произошла битва на реке Талас (на границе современных Казахстана и Киргизии), в которой арабы нанесли поражение китайцам и сумели взять в плен нескольких бумажных мастеров. От этих ценных пленников арабы переняли опыт производства бумаги, а потом сами усовершенствовали его.

Первым «западным» центром развития бумажного производства стал Самарканд. В 800 году бумага появилась в Багдаде, а в 1100 году – в Каире.

Удивительно, но европейцы оказались последними, кто научился изготавливать бумагу. Очевидно, что в Европу это искусство перешло от арабов в XI–XII веках. Сначала бумагу стали делать в Испании, Италии и Франции, а позже – в других странах (в 1228 году – в Германии, в 1309 году – в Англии).

Так началась «бумажная эра». Каждый народ вносил в процесс производства бумаги что-то свое. Изобретательные итальянцы, например, придумали способ нанесения на нее водяных знаков, применили для ее проклейки животный клей и др.

В Россию производство бумаги пришло в средине XVI века, во время правления царя Ивана IV, более известного по прозвищу Грозный. Но настоящий подъем российской бумажной промышленности пришелся на период правления Петра I. В частности, в 1703 году стала выходить первая русская газета, было издано множество книг по различным вопросам науки и техники, что потребовало много бумаги. Для поощрения собственного бумажного производства в России дальновидный Петр I запретил применять в канцеляриях заграничную бумагу.

Первые машины для производства бумаги

Переломное событие в развитии бумажного производства произошло в XVII веке, когда была изобретена роллмашина (от немецкого слова rolle — «ролик, каток») для размола волокнистых материалов. Это позволило существенным образом увеличить объемы производства.

До того бумага изготовлялась весьма примитивно – ручным размолом массы деревянными молотками в ступе, а потом черпанием ее формами с сетчатым дном. Сделанная таким способом бумага имела следы сетки.

В середине XVIII века британский фабрикант Джеймс Ватман 1-й (1702–1759) изобрел новую бумажную форму, позволявшую получать листы бумаги без всяких следов сетки.

Чтобы на бумаге не было видно следов сетки, он придумал использовать для просушки не обычную конструкцию из продольных и поперечных металлических прутьев, а новое подобие сетки, сделанное из тонкой ткани. Теперь после стекания воды и остывания бумага становилась плотной и отличалась большой сопротивляемостью к истиранию, а также приятной шероховатой поверхностью. Эту бумагу по достоинству оценили художники, и она стала широко использоваться для создания акварелей и печатания литографий.

Вскоре эта «шероховатая» бумага в честь ее изобретателя стала называться ватманом.

Джеймс Ватман 1-й родился в графстве Кент, которое в то время было центром бумажного производства в Англии. В 1733 году он решил открыть собственное предприятие с твердым намерением если не прославиться, то уж точно разбогатеть.

В осуществлении мечты ему помог удачный брак. В 1740 году он женился на некоей Энн Харрис и, воспользовавшись немалым капиталом супруги, купил бумажную фабрику с полным набором оборудования. Потом он пригласил к себе лучших британских мастеров и начал делать качественную бумагу исключительно из тряпичного сырья.

После смерти Джеймса Ватмана 1-го предприятие унаследовал его сын, Джеймс Ватман 2-й (1741–1798). При нем фирма стала одним из лидеров в мировом бумагоделательном производстве.

К сожалению, отлив бумаги производился практически вручную, и это сильно тормозило работу. А бумаги требовалось все больше и больше.

В связи с этим большое значение имело изобретение в 1799 году французом Луи-Николя Робером (1761–1828) бумагоделательной машины, которая позволяла механизировать отлив бумаги при помощи использования непрерывно движущейся сетки.

Машина Робера выглядела так: на деревянной станине стоял чан с бумажной массой, над которой на двух валиках была натянута медная сетка. На эту сетку с помощью черпального колеса, сделанного из тонких медных полос, подавалась бумажная масса. Масса равномерно растекалась по сетке. Потом вода возвращалась в чан, а на сетке образовывалось влажное полотно, которое еще более уплотнялось между двумя валиками, обтянутыми сукном. Потом еще влажное бумажное полотно наматывалось на приемный валик, а затем разматывалось и сушилось на воздухе. Производительность этой машины составляла около 100 кг бумаги в сутки. Она позволяла производить 12-метровые и 15-метровые рулоны бумаги.

После появления машины Робера, практически полностью автоматизировавшей процесс изготовления бумаги, объемы ее производства выросли в разы.

Луи-Николя Робер с 19 лет служил в армии, участвовал в войне за независимость Соединенных Штатов. По возвращению во Францию он поступил на работу в типографию Пьера-Франсуа Дидо. Эта типография была очень большой (в ней работало более 300 человек), и она сама производила бумагу для своих нужд. В ней-то Луи-Николя Робер и создал проект своей первой бумагоделательной машины. Заявку на патент он подал 9 сентября 1798 года. Сначала его работу финансировал господин Дидо, но потом, в 1799 году, он договорился со своим родственником англичанином Джоном Гэмблом, который пообещал оказать поддержку в строительстве крупногабаритной машины по проекту Робера.

Патент на машину Робера был выдан 18 января 1799 года, и изобретатель получил за это 3 000 франков.

Потом изобретение Робера «перехватили» вездесущие британцы – лондонские издатели братья Генри Фурдринье (1766–1854) и Сили Фурдринье (1774–1847). Они с 1801 года работали над созданием своей бумагоделательной машины. В 1806 году они запатентовали свое изобретение, которому было дано их имя – Fourdrinier machine.

В этой машине бумага формовалась из тряпичной ветоши и хлопка в виде нескончаемой ленты, или рулона. Она состояла из следующих основных частей: сеточной, прессовой, сушильной и отделочной.

В результате к середине XIX века изготовление бумаги дошло до стадии полнейшей автоматизации. К этому времени машина Фурдринье, претерпев ряд изменений, превратилась в очень сложный агрегат, который мог работать непрерывно, давая на выходе бумагу весьма высокого качества.

Успех братьев Фурдринье был ошеломляющим. В 1810 году Луи-Николя Робер опомнился и даже попытался судиться с предприимчивыми британцами, но безрезультатно. В результате, ему ничего не оставалось, как до самой смерти с горечью наблюдать за триумфом тех, кто лишь немного усовершенствовал его собственное изобретение.

С 1827 года бумагоделательные машины начали производиться в Соединенных Штатах.

В 1856 году англичанин Эдвард Хейли получил патент на изобретение гофрированного картона. Это изобретение тут же перекочевало в Америку, где был зарегистрирован патент на использование этого нового материала для упаковки. А потом была создана машина для изготовления двухслойного гофрокартона и сматывания его в рулоны.

Первый образец такой машины для гофрирования выглядел весьма примитивно: ее рифленые валы, для изготовления которых были использованы два старых пушечных ствола, приводились в движение вручную. А нагрев сначала производился через газовые горелки, но потом он, в связи с частым загоранием бумаги, был заменен паровым обогревом.

^{Машина для производства бумаги 1851 года}

В 1857 году в США начали делать туалетную бумагу, а также открыли способ получения бумаги из целлюлозы и древесной массы (измельченной до уровня пыли древесины). А вот самая первая картонная коробка была изготовлена в США в 1895 году.

Бумага сегодня

В XX веке бумага получила повсеместное распространение, причем сейчас она является не только признанным информационным носителем, но и отличным упаковочным материалом. А также прекрасным отделочным материалом (обои), платежным средством (бумажные деньги), фильтром и т. д. Из бумаги делают детские пеленки, больничные простыни, салфетки, одноразовые полотенца… Этот перечень каждый может продолжать так долго, как позволят его осведомленность и фантазия. Сейчас существует такое великое множество видов бумаги (от толстых картонов до тончайших калек), что просто невозможно представить себе, как могло бы выглядеть современное общество, если бы ее не существовало…

ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ. ИЗОБРЕТЕНИЯ, ОПЕРЕДИВШИЕ ВРЕМЯ

Наследие Леонардо

Мысль о том, что великий Леонардо да Винчи (1452–1519), незаконнорожденный сын простого нотариуса из провинциального флорентийского городка Винчи, был не человеком, а пришельцем из других миров, возникала у многих – настолько многогранным был его талант.

Говорят, что его учитель – знаменитый художник Андреа дель Верроккио, – увидев одну из работ своего 15-летнего ученика, навсегда перестал заниматься живописью. Конечно, это всего лишь красивая легенда, но, право, если бы Леонардо оставил после себя лишь одну таинственную улыбку Джоконды (портрет Лизы Джокондо, или Моны Лизы, был написан им примерно в 1503–1505 гг.), одного этого хватило бы для того, чтобы он вошел в историю.

^{Леонардо да Винчи (автопортрет)}

Архив Леонардо составляет около 7 000 страниц большого и малого формата… Чего там только нет! Как известно, Леонардо да Винчи занимался исследованиями в области математики, физики, химии, медицины, анатомии и астрономии. Кроме того, после себя он оставил множество чертежей и рисунков придуманных им механизмов и аппаратов.

Многие его идеи намного опередили свое время и были воплощены в жизнь только через несколько столетий: теперь доказано, что именно Леонардо да Винчи принадлежат «авторские права» на акваланг, парашют, вертолет, автомобиль, пулемет и на множество других вещей, без которых невозможно представить современную цивилизацию.

Водолазный костюм Леонардо

Леонардо да Винчи очень увлекался морем, и эта его страсть вылилась во множество набросков приспособлений для изучения подводной жизни. При этом он не был первым, кого интересовала возможность человека долгое время находиться под водой. Считается, например, что еще в 332 году до н. э. сам великий завоеватель Александр Македонский спускался под воду в некоем подобии стеклянного сосуда, ставшем прообразом водолазного колокола. Гораздо позднее генуэзский ученый Леон-Баттиста Альберти (1404–1472) серьезно планировал поднять затонувшие римские суда со дна итальянского озера Неми.

Однако Леонардо да Винчи пошел значительно дальше просто планов: он создал настоящий подводный скафандр (водолазный костюм), который был выполнен из толстой кожи, имел стеклянные линзы для глаз и даже специальный сосуд для мочеиспускания. К скафандру была присоединена тростниковая трубка, которая вела к плавучему куполу, находившемуся на поверхности воды. Эта система позволяла водолазу дышать.

В комплект снаряжения входили также балластные мешочки с песком (для погружения) и большой нагрудный карман, который при заполнении его воздухом облегчал всплытие водолаза на поверхность. Кроме того, водолаз должен был иметь длинную веревку, нож и рожок, при помощи которого он мог подавать сигнал об окончании работы под водой.

А еще для ускорения плавания Леонардо разработал особые перчатки с перепонками, которые со временем превратились в широко известные ныне ласты.

Самолет, вертолет и парашют Леонардо

Покорение воздушной стихии интересовало Леонардо да Винчи не меньше, чем освоение стихии морской. В частности, им был разработан планер с открытой кабиной, оборудованный системой управления для пилота и приводившийся в движение подвижными крыльями.

Для создания этого «самолета» мастер начал изучать анатомию стрекозы и ее поведение в воздухе, затем придумал машущее крыло – в сущности, это был механизм для «отталкивания» от воздуха. Фактически при помощи хитроумной системы передаточных веревок и рычагов аппарат («махолет») Леонардо должен был как бы «грести» по воздуху, используя мускульную силу человека.

Расчеты, проведенные Леонардо да Винчи, показали, что длина крыла, например, утки численно равна квадратному корню ее веса. Исходя из этого, он установил, что для поднятия в воздух машины с человеком (общий вес примерно 140 кг) необходимы крылья длиной 12 м.

К сожалению, попытки воспроизвести машущее крыло, созданное природой, к успеху не приводили, и неутомимый Леонардо обратился к планирующему полету. В результате, он придумал конструкцию планера с неподвижными крыльями: аппарат крепился к спине человека, позволяя ему как бы балансировать в полете. Для этого окончания крыльев должны были изгибаться при помощи тросов, что позволяло также изменять направление полета.

^{Летательный аппарат Леонардо да Винчи. 1490 год}

А еще гениальный изобретатель, одержимый идеей полета, придумал устройство, которое в наше время принято считать прообразом современного вертолета. Устройство это называлось «воздушным винтом».

Суть изобретения заключалась в следующем: Леонардо да Винчи предлагал сделать металлическую окантовку с натянутым на нее покрытием из тонкого льна, пропитанного крахмалом. Таким образом, получался воздушный винт радиусом около 5 м. Этот винт должен был приводиться в движение четырьмя людьми, ходившими вокруг оси и толкающими рычаги.

«Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх», – писал Леонардо.

Однако современные ученые утверждают, что эта конструкция никак не могла взлететь, что мускульной силы четырех человек недостаточно для ее «ввинчивания» в воздух. Более того, даже взлетев, она стала бы вращаться вокруг своей оси, и полет все равно стал бы невозможен.

Тем не менее, эта идея Леонардо да Винчи до сих пор остается одной из самых известных, и остается лишь сожалеть о том, что в XV–XVI веках еще не существовало двигателей.

Между делом Леонардо да Винчи стал изобретателем и первого парашюта. Его он описывал так: «Если у вас есть достаточно льняной ткани, сшитой в пирамиду с основанием в 12 ярдов[1]1
  Что составляет примерно 720 см.


[Закрыть], то вы сможете прыгать с любой высоты без всякого вреда для своего тела».

Эта запись датируется промежутком между 1483 и 1486 годом. А первый в мире прыжок с парашютом с воздушного шара (подробнее об этом будет рассказано ниже) был совершен 22 октября 1797 года в парижском парке Монсо, и это произошло более чем через 300 лет после изобретения Леонардо…

Леонардо да Винчи, в конечном итоге, так и не удалось создать действующую модель летательного аппарата. В своих мечтах он просто слишком опередил свое время. Однако в 2002 году в Великобритании был воссоздан «дельтаплан» великого Леонардо: в небе над графством Суррей был успешно испытан аппарат, собранный точно по старинным чертежам великого изобретателя. Экспериментальные полеты осуществила тогдашняя чемпионка мира по дельтапланеризму Джуди Лиден, и ей удалось поднять изобретение Леонардо на высоту 10 м, продержавшись в воздухе 17 секунд. А это означало лишь одно – аппарат, внешне напоминавший скелет птицы, на самом деле мог работать…

А вот «парашют» Леонардо да Винчи, созданный точно по его рисунку, был успешно испытан на практике в 2000 году: британский парашютист Адриан Николас спустился на нем с высоты 3 000 м и остался цел и невредим.