Текст книги "Удивительные изобретения"

Военно-технические разработки Леонардо

Несмотря на свой миролюбивый нрав, Леонардо да Винчи уделял внимание и военно-техническим разработкам. Например, он предлагал делать закрытые броней колесницы, которые не боялись бы вражеского обстрела. По форме они были похожи на перевернутые суповые тарелки – своеобразные «черепахи», покрытые металлическими листами и вооруженные пушкой.

Двигателем этого прообраза современного танка должны были стать лошади, находящиеся внутри, однако позднее мастер отказался от этой идеи – ведь животные могли запаниковать в закрытом пространстве, и это привело бы к беде. Поэтому для приведения всей этой конструкции в движение Леонардо предлагал использовать мускульную силу экипажа в восемь человек.

Впрочем, это была очередная гениальная фантазия – не более того. В реальных условиях эффективность таких машин была бы практически нулевой. При своем весе и ручно-ножной тяге эти «черепахи» не могли бы передвигаться на большие расстояния, тем более по пересеченной местности.

Считается, что в 1495 году Леонардо да Винчи впервые сформулировал идею «механического человека», иначе говоря – человекоподобного робота. По замыслу мастера, это устройство должно было представлять собой манекен, одетый в рыцарские доспехи и способный воспроизводить ряд человеческих движений.

Первое механическое устройство, отдаленно напоминавшее то, что было предложено Леонардо, сконструировал в 1738 году французский механик Жак де Вокансон (1709–1782). Это был флейтист-автомат, внутри которого изобретатель поместил пружины и меха, проводившие воздух в различные части механизма таким образом, что губы и пальцы совершали движения по флейте.

Еще одна военно-техническая новация Леонардо заключалась в оснащении обычной пушки подъемным блоком, позволявшим менять угол стрельбы и тем самым повысить ее поражающую способность. Позднее эта идея была применена в рисунках многоствольных пушек, которые, в отличие от обычных крайне медленно заряжавшихся орудий того времени, вполне могли бы стать страшным оружием на поле боя (это был прообраз пулемета или «Катюши» для ведения залпового огня).

Разрабатывая новую военную технику, Леонардо да Винчи не забывал и о традиционных видах оружия, бесконечно модернизируя их. В частности, он создал модели огромных арбалетов (до 24 м в ширину), в том числе двойных, а также мощных катапульт для метания камней.

Кроме того, Леонардо придумал простейший прототип подводной лодки, корабль с гребными колесами, лодку с педальным приводом.

Автомобиль Леонардо

Один из самых потрясающих рисунков Леонардо представляет собой древнюю разработку «автомобиля». Самодвижущаяся деревянная телега да Винчи была трехколесной. Она должна была двигаться с помощью сложного пружинного механизма и системы шестеренок, передавая на колеса запасенную энергию плоских пружин.

Два задних колеса имели дифференцированные приводы, то есть могли вращаться независимо друг от друга. Кроме переднего колеса, было еще одно – маленькое, поворотное. Оно было соединено с рулем, при помощи которого можно было управлять телегой.

Более того, при «расшифровке» внешне не всегда четких рисунков Леонардо (все-таки столько времени прошло) современным исследователям удалось обнаружить даже придуманный мастером тормоз, что, по мнению специалистов, для прогресса автомобилестроения является едва ли не таким же важным моментом, как создание двигателя внутреннего сгорания.

^{Велосипед Леонардо да Винчи}

Первоначально это транспортное средство размером 1×1 м предназначалось для развлечения королевского двора. Эта идея родилась у Леонардо да Винчи в 1478 году, и лишь в 1752 году (то есть через 274 года) русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков (1687–1758) смог собрать в Санкт-Петербурге «самобеглую коляску», то есть четырехколесный экипаж, приводившийся в движение мускульной силой двух человек (более подробно об этом будет рассказано ниже).

Отметим, что и «автомобиль» Леонардо был воссоздан в 2004 году. Ученые одного из музеев Флоренции воплотили задумку да Винчи в жизнь, и, к их великому удивлению, она заработала в точности так, как предполагал гениальный «homo universalis» (универсальный человек) итальянского Возрождения.

Колесцовый замок Леонардо

Плодовитость Леонардо да Винчи действительно не может не впечатлять. К вышеперечисленному достаточно добавить, что он разработал прообраз современной дрели, вращающийся подъемный кран, прибор для шлифовки стекла, механический ходометр (устройство для измерения пройденного расстояния), машину для резки бумаги, двухколесный велосипед и даже… подобие экскаватора.

Тем не менее, как ни странно, лишь одно изобретение мастера получило практическое воплощение и признание при его жизни. Это был так называемый колесцовый замок для пистолета. Устройство работало так: специальным ключом заводилась пружина, которая после нажатия на спусковой крючок приводила в движение колесико с насечкой и опускала на него курок с кремнем; в результате возникшего трения высекалась искра, поджигавшая пороховой заряд.

^{Колесцовый замок ружья. Россия. XVI век}

Уже к середине XVI века этот механизм, заменивший ненадежный фитиль, приобрел популярность у дворян, особенно служивших в кавалерии. Более того, колесцовый замок для пистолета, изобретенный Леонардо да Винчи, был настолько совершенен, что продолжал использоваться и в XIX веке.

Акваланг, танк, дельтаплан, автомобиль, вертолет, парашют… Этот перечень можно было бы продолжать и продолжать.

К сожалению, потрясающие воображение изобретения великого Леонардо да Винчи на протяжении столетий оставались практически невостребованными. На практике все это было придумано намного позднее другими людьми, как бы заново и без опоры на гениальные фантазии великого флорентийца. А что если бы власть имущие в свое время прислушались к его словам? Как сложилась бы история Европы и всего человечества? Быть может, уже царь Иван Грозный передвигался бы по Москве на автомобиле, а Бородинское сражение было бы выиграно при помощи танков и самолетов…

ИСТОРИЯ СПИЧКИ

Жизнь человека без спичек

Это сейчас трудно себе представить, но было время, когда человек не умел добывать огонь. Для него существовал лишь «естественный огонь», получавшийся, например, от удара молнии. Этот огонь нужно было при помощи факела перенести домой, чтобы зажечь там очаг, а потом стараться поддерживать горение всеми известными способами. Конечно же, это было крайне неудобно, так как, несмотря на все старания, такой огонь часто угасал, а новый «естественный огонь» можно потом было ждать неделями.

И вот, наконец, человеку удалось изобрести способ добывать огонь тогда, когда он был нужен, не дожидаясь милостей от природы. И какими только способами люди не получали огонь до появления спичек! Они, например, терли друг о друга деревянные поверхности, выбивали искру ударами камня о камень, пытались поймать солнечный луч сквозь кусочек стекла. А когда это удавалось сделать, бережно поддерживали горящие угли в глиняных горшках.

Бертолетова соль и «макательные» спички

И только в начале XIX века жить стало намного проще: химик Клод Бертолле (1748–1822) опытным путем изобрел новый способ получения огня – химический метод.

Клод Бертолле не был уроженцем Франции (его предки эмигрировали оттуда во время религиозных войн), однако мало кто сделал для ее величия столько же, сколько этот выдающийся ученый.

Бертолле родился близ местечка Аннеси, принадлежавшего тогда Швейцарии, а образование завершил в Италии. Окончив в 1768 году Туринский университет и получив ученую степень доктора, он четыре года работал в аптеках Пьемонта. В 1772 году он покинул Италию и переселился в Париж, где занял должность лейб-медика при дворе герцога Орлеанского. На этой службе молодой врач был не слишком обременен обязанностями и с увлечением отдался изучению естественных наук. Больше всего его интересовали исследования в области химии, и они быстро принесли ему славу. В 1780 году, то есть в неполных 32 года, Бертолле уже был членом Академии наук.

Вместе со знаменитым французским химиком Антуаном-Лораном Лавуазье (1743–1794) Бертолле разработал основы современной химической терминологии. Вместе с Лавуазье он основал в 1789 году один из первых в мире научных журналов «Анналы химии», издающийся и в наше время. Вместе с Лавуазье он совершенствовал и пороховое дело.

Занимаясь созданием пороха, Клод Бертолле открыл соль (хлорат калия – КСIO₃), которая потом была названа его именем. Бертолетова соль в смеси с серой, углем или сернистой сурьмой обладала свойством взрываться при ударе или трении.

Взрывчатые свойства КСIO₃ Клод Бертолле обнаружил случайно. Он начал растирать сухие кристаллы соли в ступке, в которой на стенках, как потом выяснилось, остались от других опытов почти незаметные следы серы. Вдруг раздался сильный хлопок, пестик вырвался из рук Бертолле, лицо его было обожжено. Продолжив эксперименты, Бертолле заметил, что, если капнуть серной кислоты в эту смесь хлората калия, образуется пламя.

^{Клод Бертолле}

Так в 1805 году в Европе появились так называемые «макательные спички» – тонкие деревянные лучинки с головками, смазанными бертолетовой солью, которые зажигались после опускания их в раствор концентрированной серной кислоты (H₂SO₄).

Таким образом, спички – сравнительно «молодое» изобретение (недавно ему исполнилось 200 лет). По тем временам все выглядело очень удобно: спичку достаточно было обмакнуть в кислоту, и она тут же воспламенялась. Вещества просто соединялись химически, порождая огонь.

Однако такие спички стоили очень дорого. Кроме того, с собой постоянно нужно было носить с собой пузырек с серной кислотой, а она, как известно, очень едкая и легко поражает кожу, слизистые оболочки и дыхательные пути. В результате, очень часто спичка, погруженная в кислоту, производила дым и брызги, которые портили одежду и мебель. Поэтому «макательные спички» так и не смогли вытеснить старый способ получения огня – механический (при помощи огнива).

Но все равно, изобретение Клода Бертолле оказалось очень важным для создания современной спички, которую по праву можно назвать химико-механической спичкой. Дело в том, что открытие Бертолле позволило подойти к проблеме добывания огня совсем с другой стороны. И тут же в разных странах начались активные изыскания по созданию спичек с концом, намазанным тем или иным химическим веществом, способным возгораться при тех или иных условиях.

Практически одновременно с Бертолле первые самозажигающиеся спички изобрел его соотечественник Жан-Жозеф-Луи Шансель (1779–1837), аптекарь из Бриансона.

Спички Шанселя представляли собой деревянные палочки с головкой из смеси серы, бертолетовой соли и киновари. Последняя – это сульфид ртути (HgS) – самый распространенный ртутный минерал, имеющий красивую алую окраску, напоминающую свежие пятна крови. Помимо этого, Шансель добавлял в смесь еще немного сахара и клея. В солнечную погоду такая спичка зажигалась при помощи двояковыпуклой линзы, а в других случаях – при соприкосновении с капелькой концентрированной серной кислоты.

Эти спички также были очень дороги и, кроме того, опасны, так как серная кислота разбрызгивалась при воспламенении головки и могла вызывать ожоги. Более того, химическая реакция порой развивалась очень бурно и носила взрывной характер.

Понятно, что спички Шанселя не получили широкого распространения.

Немецкий химик Вагеманн из Тюбингена использовал в 1806 году изобретение Шанселя, но добавил в свой состав кусочки асбеста для замедления процесса горения. Асбест был пропитан концентрированной серной кислотой, и это было гораздо удобнее: и спички зажигались, и кислота не разбрызгивалась, как раньше, удерживаясь на поглотителе – асбесте. Подобное приспособление получило название «берлинская зажигалка».

Позднее, в 1828 году, спички Шанселя усовершенствовал Сэмюель Джонс (1801–1859) из Лондона. В новых спичках головка состояла из крохотного стеклянного пузырька с каплей серной кислоты, обмазанного смесью бертолетовой соли, сахара (сахарозы) и клея.

К спичкам прилагался специальный пинцет, которым нужно было раздавить пузырек-головку. Сама спичка, которая тут же воспламенялась, состояла из плотного картона.

Эти спички стали известны как «прометеи» или «дьявольские спички Джонса». Они некоторое время были предметом роскоши у состоятельных особ и светских щеголей.

Кстати сказать, смесь сахара и бертолетовой соли активно применяли в своих самодельных бомбах русские революционеры конца XIX – начала XX веков. Такая смесь даже получила в России название «запал Кибальчича» по имени революционера-народовольца Н. И. Кибальчича, заведовавшего лабораторией взрывчатых веществ своей тайной организации и являвшегося «главным техником» при организации покушений на императора Александра II.

А вот во время Второй мировой войны подобной смесью заполняли бутылки советские партизаны. Такие «снаряды» очень эффективно применялись против немецких автомобилей и бронетехники. Главное – при броске нужно было точно попасть в моторное отделение.

Эти самодельные зажигательные бомбы, наводившие ужас на фашистов, получили название «коктейль Молотова» – по имени министра иностранных дел СССР В. М. Молотова.

По одной из версий, этот термин появился во время советско-финской войны, в ходе которой финская столица подвергалась постоянным бомбардировкам. При этом В. М. Молотов в своих радиовыступлениях говорил, что Советский Союз не бомбардирует Хельсинки, а доставляет продовольствие голодающим финнам. В ответ финны стали готовить свое «угощение» – зажигательную смесь в бутылках, которая называлась «коктейль для Молотова». Считается, что именно это название потом исказилось при переводе с одного языка на другой и превратилось в «коктейль Молотова».

«Сухие» спички

А вот зажигать спички трением о наждачную бумагу придумал в 1826 году аптекарь Джон Уокер (1781–1859) из английского городка Стоктон-он-Тис, который в свободное от основной работы время занимался различными химическими опытами.

Его способ состоял в том, что он погружал спичку в смесь из сульфида сурьмы, бертолетовой соли и гуммиарабика (это такая вязкая жидкость, выделяемая акацией), высушивал это «тесто» на воздухе, а затем заставлял его воспламеняться при трении о наждачную бумагу. Спички Уокера уже не требовали серной кислоты, но они были весьма плохого качества: воспламенялись лишь при очень сильном трении и разбрасывали искры по всем направлениям.

В 1827 году Уокер наладил небольшое производство своих спичек, которые упаковывались в оловянные пеналы по 100 штук, однако больших денег на своем изобретении он не заработал. Дело в том, что эти спички, которые изобретатель назвал «Friction Lights», что дословно переводится как «Огни трения», имели совершенно отвратительный запах.

В 1831 году 19-летний французский студент-химик Шарль Сориа (1812–1895) изобрел фосфорные спички, состоявшие из смеси бертолетовой соли с серой, к которой для ослабления взрывчатых свойств был добавлен белый фосфор (Р₄ – белое вещество, плавящееся при температуре 44, Г С и по внешнему виду похожее на очищенный воск или парафин; химически очень активное и весьма ядовитое).

^{Шарль Сориа}

Эта идея оказалась удивительно удачной, так как смазанные полученным составом лучинки легко воспламенялись при трении о любую твердую поверхность, например, о шершавую подошву сапога. К тому же спички Сориа не имели запаха, однако они были чрезвычайно вредны для здоровья. Температура воспламенения таких спичек оказалась небольшой – всего 30 °C.

Шарль Сориа был сыном наполеоновского генерала, и тот готовил его к военной карьере, но мальчик в 12 лет сильно покалечился, и о мечте отца пришлось забыть. Зато ребенок постоянно что-то изобретал. Увлекшись химией, он, например, готовил к праздникам составы для фейерверков. Работая с фосфорными смесями, Шарль Сориа часто получал сильные ожоги.

Изобретение спичек произошло во многом случайно: однажды Шарль Сориа размазал по стене фосфор, а потом чиркнул по ней лучинкой, пропитанной серой и «опудренной» бертолетовой солью. Лучинка ярко вспыхнула.

Юноша долго совершенствовал состав смеси и даже попытался получить патент на свое изобретение, но, к сожалению, это оказалось сделать гораздо сложнее, чем придумать новые спички. За патент нужно было внести слишком крупную сумму (около 1 500 франков), а таких денег у молодого экспериментатора не было.

В результате год спустя фосфорные спички были запатентованы немецким химиком Якобом-Фридрихом Каммерером (1796–1857). Многие даже считают, что именно он их и изобрел. Как бы то ни было, Каммерер стал первым, кто начал промышленное производство фосфорных спичек.

В Россию первые фосфорные спички были завезены в 1836 году. Стоили они дорого – рубль серебром за сотню. Для сравнения: в то время крепостная крестьянка с малолетним сыном стоила 50 рублей серебром плюс 10 рублей ассигнациями.

Первая фабрика по производству спичек была построена в Санкт-Петербурге в 1837 году, а через пять лет в одной лишь Петербургской губернии уже существовало 9 спичечных фабрик, производивших ежегодно 10 миллионов спичек. Соответственно, и цена на спички резко снизилась – до 3–5 копеек медью за сотню.

И лишь в 1855 году шведский химик Йохан-Эдвард Лундстрём (1815–1888) сумел получить полностью безопасные спички. При этом он использовал красный фосфор, химическая активность которого значительно ниже, а ядовитость в тысячи раз меньше, чем у белого фосфора. Кроме того, это вещество не растворимо в воде и не самовоспламеняется на воздухе; зато воспламеняется при трении или ударе.

^{Спичечный коробок второй половины XIX века (Франция)}

^{Французские безопасные спички середины XX века}

Ученый нанес красный фосфор на поверхность наждачной бумаги, приклеенной к небольшой коробочке, и добавил такой же фосфор в состав головки спички. Помимо этого в состав головки входил хлорат калия в смеси с гуммиарабиком (который применял как клеящее вещество), толченым стеклом и диоксидом марганца.

Таким образом, спички уже не приносили вреда здоровью и легко зажигались о заранее приготовленную поверхность. Более того, спичка теперь не могла зажечься случайно.

Так появились знаменитые «шведские спички», получившие широкое распространение в быту.

В том же 1855 году спички Лундстрёма были удостоены медали на Всемирной выставке в Париже.

А потом в дело включились американцы, и оно стало большим и очень прибыльным бизнесом. В 1889 году Джошуа Пьюси (1842–1906) изобрел очень удобный картонный спичечный коробок-книжечку. Однако патент на это изобретение был отдан американской компании «Даймонд Мэч» (Diamond Match Company), которая придумала точно такой же, но с зажигательной поверхностью снаружи (у Пьюси она располагалась внутри коробки).

В 1910 году компания «Даймонд Мэч» первой получила патент на производство безопасных для здоровья человека спичек со ставшей обязательной противопожарной пропиткой, но потом, по просьбе президента США Уильяма Тафта, она отказалась от прав на изобретение, и теперь спички принадлежат фактически всем.

Спички и современность

В настоящее время спичечная промышленность является основным потребителем красного фосфора.

В состав головки современной спички входит бертолетова соль (46,5 %), хромпик (1,5 %), сера (4,2 %), сурик (15,3 %), цинковые белила (3,8 %), молотое стекло (17,2 %) и костяной клей (11,5 %).

Состав «тёрки», находящейся на спичечном коробке, таков: красный фосфор (30,8 %), трехсернистая сурьма (41,8 %), сурик (12,8 %), мел (2,6 %), цинковые белила (1,5 %), молотое стекло (3,8 %) и костяной клей (6,7 %).

Объемы производства спичек в мире настолько огромны, что практически не поддаются исчислению. В одной лишь России сейчас работают 5 крупных спичечных заводов и еще несколько мелких. В общей сложности только они выпускают около 250 млрд спичек в год. Из них на так называемые тёрочные спички (то есть зажигающиеся при трении о специальную поверхность – тёрку) приходится более 99 %. Кроме того, производятся и бестёрочные спички, зажигающиеся при трении о любую поверхность.

ПЕРВЫЕ «ЛЕТУЧИЕ КОРАБЛИ»

Беспилотные монгольфьеры и шарльеры

Первый воздушный шар, сделанный из бумаги и наполненный горячим дымом, запустили в 1782 году французы братья Жак-Этьен Монгольфье (1745–1799) и Жозеф-Мишель Монгольфье (1740–1810). За десять минут этот шар, имевший почти 12 м в поперечнике, с грузом около 200 кг поднялся на некоторую высоту и упал примерно в километре от места подъема.

25 апреля 1783 года был совершен еще один запуск, и тогда шар достиг высоты 300 м. 4 июня 1783 года шар братьев Монгольфье поднялся уже на высоту 1 800 м.

Братья Монгольфье родились в небольшом городке Видалон-лез-Аннонэ. С детства они посвятили себя изучению математики и физики, а потом вместе приняли в управление бумажную фабрику, принадлежавшую их отцу.

Надо отметить, что изобретение воздушного шара было сделано братьями Монгольфье практически случайно: на идею создания такого летательного аппарата их натолкнули наблюдения за сжигаемой на костре использованной бумагой и улетающими в небо ее обгоревшими клочками.

После этого во Франции начался настоящий бум воздухоплавания, а 4 июня 1783 года по праву считается официальным днем рождения воздушного шара или аэростата, то есть летательного аппарата, в котором для полета используется подъемная сила заключенного в оболочке газа (или нагретого воздуха).

^{Первый воздушный шар братьев Монгольфье. 1783 год}

Уже через два с половиной месяца, 27 августа 1783 года, имел место первый старт воздушного шара профессора-физика Жака-Александра-Сезара Шарля (1746–1823), наполненного уже не теплым воздухом, как у братьев Монгольфье, а водородом.

Заслуга профессора Шарля тут очень велика: он первым сумел придумать такую оболочку шара, которая не пропускала бы через себя водород (для этого он использовал шелк, пропитанный каучуком). А вот братьям Монгольфье не удалось изготовить оболочку, которая могла бы удержать этот легкий газ. Именно поэтому они вели опыты с нагретым воздухом.

К сожалению, при первом испытании на высоте от 1 000 до 1 500 м шар профессора Шарля лопнул и упал неподалеку от Парижа. Местные крестьяне подумали, что с неба на них свалилось какое-то чудовище, и они напали на него с косами и вилами, быстро превратив остатки шара в лохмотья. Таким образом, вещь, на изготовление которой было израсходовано около 10 000 франков, погибла безвозвратно.

Тем не менее, стало ясно, что летательный аппарат, названный по имени своего изобретателя «шарльером», намного эффективнее «монгольфьера» (так в противоположность «шарльеру» назывались воздушные шары братьев Монгольфье). Но при этом он был и намного опаснее, поскольку наполнявший его водород, который в 14,5 раз легче воздуха, чрезвычайно взрывоопасен.

Водород открыл в 1766 году британский физик и химик Генри Кавендиш (1731–1810). Он назвал его «горючим воздухом». Антуан-Лоран Лавуазье, осуществив в 1783 году синтез воды, дал «горючему воздуху» название hydrogène («рождающий воду»). Русское наименование водород в 1824 году предложил химик М. Ф. Соловьев (1785–1856).

В 1781 году итальянский физик Тибериус Кавалло (1749–1809) провел опыты с мыльными пузырями, наполненными водородом: они легко уносились вверх. Так был придуман принцип воздушного шара.

Жак-Александр-Сезар Шарль получил водород следующим образом. Он положил в бочку железные опилки и налил на них воды. На крышке бочки он просверлил два отверстия. В одно он вставил кожаный шланг, соединенный с воздушным шаром, а в другое влил серной кислоты. Но поначалу реакция шла очень бурно, вода разогревалась и в виде пара увлекалась вместе с водородом внутрь шара. В воде, правда, содержалась и кислота, которая тут же начинала разъедать оболочку шара. Чтобы избежать этого, профессор Шарль придумал пропускать получаемый водород через сосуд с холодной водой. Таким образом, газ охлаждался и одновременно очищался.

Братья Монгольфье приняли вызов профессора Шарля, и уже 19 сентября все того же 1783 года в Версале состоялся полет их «монгольфьера» с бараном, петухом и уткой на борту. Этот эксперимент, проводившийся в присутствии короля Людовика XVI, закончился успешно: шар пролетел около 3 км на высоте 550 м.