Текст книги "История и философия техники"

Виктор Захарович Черняк
История и философия техники

© Черняк В.З., 2021

© ООО «Издательство «КноРус», 2021

Введение

Техника прошла исторически длительный путь развития – от примитивных орудий первобытного человека до сложнейших автоматических устройств современной промышленности. Сегодня, в самом начале XXI в., мы живем в окружении всевозможных машин и механизмов и не можем себе представить жизни и деятельности без них. Но для того, чтобы понять до конца значение техники в современном мире, необходимо знать трудную историю открытий и изобретений. Многие исторические примеры, приведенные в этой книге, говорят о безграничных возможностях человека, о силе знаний, внушают веру в мощь человеческого разума.

«…Осмысление сущности техники, – по словам доктора философии В. М. Розина, – это ответ на такие фундаментальные вопросы, как: в чем природа техники, как техника относится к другим сферам человеческой деятельности – науке, искусству, инженерии, проектированию, практической деятельности, когда техника возникает и какие этапы проходит в своем развитии, действительно ли техника угрожает нашей цивилизации, как это утверждают многие философы, каково влияние техники на человека и природу, наконец, каковы перспективы развития и изменения техники».

«Сообщая знания в том самом виде, как они впервые были получены, – писал академик И. П. Бардин, – история науки и техники показывает приемы работы и ход творческой мысли, учит смелости и инициативе, воспитывает чувство нового и побуждает к действию».

Машины, особенно так называемые рабочие, выполняющие определенные технологические функции, сыграли исключительно важную роль не только в развитии общественного производства, но и вообще в развитии цивилизаций. Изобретение прядильных машин и создание универсальной паровой машины дали толчок промышленному перевороту конца XVIII – начала XIX вв., к переходу от ручного способа производства к машинному. Усовершенствованная паровая машина могла приводить в движение уже не одну, а целый ряд рабочих машин. Это явилось предпосылкой создания различных передаточных механизмов, образовавших во многих случаях широко разветвленную механическую систему. Характеризуя эволюцию механических средств труда (орудий и машин), являющихся важнейшей составной частью техники, ученые предлагают следующую схему их развития: простые орудия, накопление орудий, сложные орудия; приведение в действие сложного орудия одним двигателем – руками человека, приведение этих инструментов в действие силами природы; машина; система машин, имеющая один двигатель; система машин, имеющая автоматически действующий двигатель.

Если первоначально механические станки, паровые и другие машины создавались отдельными искусными изобретателями кустарным способом, то в дальнейшем, с увеличением размеров двигательного и передаточного механизмов и рабочих машин, возникла объективная необходимость массового (промышленного) производства и применения машин в промышленности. Начав производство «машин машинами», крупная промышленность создала тем самым адекватный ей технический бизнес.

Технические средства труда проникли не только в отдельные звенья производственных процессов, но и последовательно завоевали все отрасли промышленности, вытеснив традиционные формы производства, покоившиеся на ручном труде и ремесленной технике.

Машинное производство получило исключительно широкое распространение во всех индустриально развитых странах мира. С развитием крупной промышленности совершенствовались конструкции, увеличивались мощности и производительность технических средств.

Ученые выделяют следующие основные этапы эволюции машин:

♦ от времени изобретения первых механизмов до конца первой трети XVIII в. – машина заменяет физическую силу человека, ее составляют двигатель, передача, рабочий орган;

♦ с середины XVIII в. до середины XX в. – машина заменяет физическую силу человека и его умение; в ее состав начинают входить элементы регулирования и управления;

♦ с середины XX в. до настоящего времени – машина заменяет физическую силу человека, его умение и некоторые его физиологические и психические функции; в ее структуру входят элементы регулирования, управления, искусственного интеллекта.

Немецкий механик Якоб Леупольд (Лейпольд) (1674–1727), автор десятитомной энциклопедии технических знаний «Театр машин», был вероятно, первым автором, сделавшим попытку разделить машины на отдельные механизмы, их описать и классифицировать. Девизом его книг были замечательные слова: «Сила без искусства беспомощна».

В нашей книге приведено большое количество ярких примеров изобретения и конструирования машин в разные периоды истории человечества, изумлявших современников и продолжающих удивлять нас, живущих сотни и тысячи лет спустя. Эти примеры изобретательской и инженерной деятельности людей характеризуют огромные возможности человеческого разума, способного решать любые технические задачи.

Глава I
От мифов к познаниям

Самые первые

Древние люди сделали множество поразительных открытий. Человечество обязано им не только возникновением языка, семьи, искусства, не только овладением огня, но и изобретением простейших (а по существу, самых необходимых) механических приспособлений, таких как нож, пила, сверло, клин, рычаг, скребок, молоток, топор… Поговорка права: «Нужда была матерью изобретения».

Первые, наиболее древние из всех найденных человеческих орудий необычайно примитивны. Мало разнообразные орудия найдены были близ города Шелля, расположенного к востоку от Парижа. Этот городок Шелль дал свое имя первой, самой низшей ступени техники ископаемого человека, получившей в свое время у археологов название шелльской эпохи.

Орудия труда человека этой эпохи довольно однообразны: куски камня, слегка обработанные с одной, редко с двух сторон, для придания им режущей или колющей формы. Орудия употреблялись для самых различных целей, т. е. они были универсальными.

Начальный период предыстории человечества называется палеолитом – древним каменным веком. Но это только так говорится, на самом деле на этот «век» приходится 98 % всего времени существования человека.

Улучшение техники обработки орудий идет очень медленно вплоть до четвертого ледникового периода. Холода загоняют человека в пещеры, борьба с тяжелыми климатическими условиями отнимает у него так много времени, что развитие техники почти приостанавливается. Человек ищет более мягкий, более податливый материал, и начинает пользоваться рогом и костью. При этом каменные орудия сохраняют свою прежнюю доледниковую форму и почти совершенно не изменяются, а кое в чем даже ухудшаются.

Характерные для этого периода ручные топоры мустьерской эпохи (найдены близ местечка Ле-Мустье во Франции) оббиты весьма небрежно, но зато появляется множество орудий мелкого типа, похожих на сверла и скребки.

Послеледниковый период поражает ученых улучшением техники обработки каменных орудий. Изделия из рога и кости получают новую форму и новое назначение. Хорошо обработаны наконечники для копий и дротиков, костяные иглы с ушком, гарпуны из кости, каменные топоры с приспособлением для прилаживания рукоятки, костяные (позже даже каменные) пилы, очевидно, для обработки дерева – такова ископаемая техника человека этого периода, которая необычайно схожа на огромных территориях.

Первобытный человек использовал всякий подходящий материал для орудий труда. Палка, дубина, вероятно, использовались им не менее часто, чем камень, просто камень более долговечен и каменные орудия дождались археологов.

Улучшение каменной техники, наметившееся в послеледниковый период, вылилось в конце этого периода в форму так называемой «отжимной» обработки каменных орудий. Камень обрабатывался не путем отбивания, а путем осторожного надавливания на край его костью или другим камнем и путем последующей тщательной оббивки обломанных краев. Тонкая обработка краев каменных орудий придавала им большую режущую силу. Развитие техники не останавливалось на этой стадии. Отжимная техника приводит к шлифованию орудий сначала путем оттачивания их на кости, покрытой мокрым песком, а потом путем обработки всей поверхности каменного орудия, что придает ему гладкий блестящий вид. Новые шлифованные орудия дают возможность перейти к обработке дерева. При помощи шлифованных орудий человек имеет возможность заострить колья, прорубить довольно толстые деревья, выдалбливать в них пространства (каменным долотом), проделывать в дереве ряд отверстий (сверлом). В древнейшем каменном веке орудия держались первобытным человеком непосредственно в руке. Теперь к ним приделываются рукоятки из дерева и кости, что значительно увеличивает силу и меткость удара. Обработка дерева приводит к новым техническим открытиям, непосредственно связанным с работой по дереву; будучи вновь применена к обработке камня, она изменяет технику обработки каменных орудий.

За палеолитом следует неолит – новый каменный век – период, когда каменные орудия подвергаются все более тщательной обработке в зависимости от их назначения. Этот «век» длился 10–12 тыс. лет.

Около 7 тыс. лет назад возникают первые цивилизации на берегах Нила, Тигра, Евфрата, несколько позже – на берегах Инда и Желтой реки.

В V тыс. до н. э. начинается плавка бронзы и изготовление бронзовых орудий; в первой половине II тыс. до н. э. для изготовления орудий стали применять железо – начался железный век.

Человеческая техника развивалась чрезвычайно медленно. Проходит не одно тысячелетие, прежде чем в отделке каменных орудий замечается какой-либо прогресс. Ангельская эпоха (названная так по месту нахождения орудий близ города Сент-Ашель во Франции) отличается лучшей обработкой поверхности каменных орудий, мелкой тщательной оббивкой краев, придающей топорам большую режущую силу. По сравнению с предыдущей эпохой разница в отделке орудий неоспорима, хотя и не так уж велика.

Современные ученые не сомневаются: в дописьменные времена люди знали и умели очень много. Умели, например, пользоваться рычагом и клином, приспособлениями, без помощи которых нельзя было изготовить никакие орудия; и орудия эти, в сущности, также представляли либо комбинации рычага и клина, либо их многочисленные варианты.

Первым великим изобретением древнего человека было ручное рубило, благодаря которому значительно облегчилась жизнь. При помощи рубила, как установили ученые, держа его то за тупой, то за острый конец, можно было растирать и размельчать растительную пищу, соскабливать и очищать кору, дробить орехи, отделять корни и ветви, рыхлить землю в поисках корнеплодов, убивать мелких животных, освежевывать тушу, разрезать шкуру, разделывать мясо на куски. Это был универсальный, со множеством разнообразных форм, инструмент на все случаи жизни.

В процессе обработки каменного орудия люди пользовались скалыванием и трением, а позже, уже после освоения бронзы, узнали, что под влиянием удара можно изменить форму орудия и придать ему желательный вид.

Топоры из камня были у наших предков уже, по меньшей мере, четверть миллиона лет тому назад, ножи из металла – 8 тыс. лет тому назад.

Обыкновенный молоток, один из первых вариантов: палка с естественным утолщением на конце. Затем – палка, в расщепленный конец которой втиснут камень. Далее: к палке привязан камень, каменный молоток с деревянной рукояткой. Серия молотков бронзового и железного века. И наконец, наш современный молоток. Тысячи лет он служил человеку. Идея молотка породила большое семейство разнообразных видов: кузнечный, столярный, сапожный, переплетный, медицинский, фортепьянный, аукционный, председательский – все это было давно известно. Но вот молоток, не требующий большой мышечной работы. Ультразвуковой вибратор, встроенный в молоток, создает необходимые колебания ударной части. Это уже принципиально новая идея, в основе которой все тот же молоток. Вот молоток, который сам «хватает» гвозди за шляпки и ориентирует их точно на удар. Все просто – в пятке молотка делается отверстие и в нем укрепляется постоянный магнит.

Своими первобытными орудиями люди научились владеть с большим искусством. Об этом свидетельствуют, например, образцы скульптуры, оставленные первобытным человеком. От рельефных изображений на стенах пещер человек переходит к воспроизведению фигур, которые вытачивались из мягких пород камня или кости и рога. Эти скульптурные изображения воспроизводят чаще всего человеческую фигуру, реже – животных.

Самые старые ножи были найдены на Ближнем Востоке и датируются 3500 г. до н. э. Медными гвоздями была скреплена листовая медь одной статуи.

Египтяне пользовались пилами уже 5000 лет тому назад. Ими пилили дерево и камень. Следы этого можно видеть на блоках пирамид.

Самый старый рубанок, который нам известен, относится ко времени Древнего Рима. Когда производились раскопки Помпеи, разрушенной вулканом, в руинах были найдены рубанки, очень похожие на современные.

Очень древними являются зернотерки – возвратно-поступательное движение одного камня относительно другого. Значительно позже появляется зерновая мельница, в которой используется вращательное движение камня.

В джунглях Восточной Боливии обычны ножи из бедренных костей обезьян с заячьими зубами вместо лезвия. Такого же типа ножами с деревянными ручками и клинками из бобровых зубов вооружены охотники канадских охотничьих племен. С течением веков эти орудия почти не изменились и по сей день употребляются в таком же виде, как и в первобытные времена.

Индейцы Северной и Южной Америки до прибытия туда завоевателей не только употребляли в пищу такие растения, как маис, картофель, подсолнечник, артишок и бобы, они не только занимались разведением ламы, мускусной утки и индюка, знали хлопок и кокаин, применяли во время военных походов отравляющие вещества вроде паров кайенского перца и умели приготавливать яды вроде знаменитого кураре, они изобрели гамак, резиновый мяч и способ изготовления водонепроницаемых веществ.

В Африке задолго до века электричества пользовались телефоном из тыквенных чаш и крысиных шкурок, а эскимосы и в XXI в. сносятся по «телефону» при помощи обтянутых шкурами сосудов на довольно больших расстояниях.

Охлаждаемые воздухом башни на Бахрейнских островах, которые Марко Поло описал как «искусственные легкие в форме четырехугольных небоскребов», и по сей день принадлежат к древнейшим сооружениям.

Современные очки, защищающие глаза от солнца и снега, имеют своих предшественников в вырезанных из кости защитных приспособлениях для глаз, которые делают эскимосы и индейцы Арктики. В Маланезии, Полинезии и Южной Америке до сих пор употребляют тканые козырьки для глаз, в то время как на Тибете с этой же целью носят тонкие войлочные покрывала в виде наглазных повязок.

В то время как еще на рубеже XIX и XX столетий у хирургов гибло при трепанации черепа 90 % оперируемых, североафриканские врачеватели уверенно вскрывали черепа своих пациентов, не зная при этом почти ни одного смертного случая, то же можно сказать и о кесаревом сечении.

Каменными ножами и сейчас еще пользуются многие племена эскимосов и индейцев. Такие ножи либо изготавливают из одного куска с концом, отполированным для захвата рукой, либо прочно скрепляют каменный клинок с деревянной рукояткой. Так, индейцы Калифорнии употребляют кварцевые или обсидиановые ножи для снятия шкур с убитых на охоте крупных животных, в то время как более мелкими каменными клинками с деревянными рукоятками пользуются в домашнем хозяйстве. Древние ацтеки для человеческих жертвоприношений пользовались каменными ножами из обсидиана. Об этом древнем обычае до сих пор еще напоминают каменные ножи, применяемые некоторыми народами при обряде обрезания.

У современных нам первобытных народов и теперь еще встречаются каменные пилы, в точности похожие на пилы, обнаруженные при раскопках доисторических свайных построек Швейцарии. Такие пилы состоят из деревянного основания со вставленными в него каменными осколками.

Даже высококультурные народы Индии до сих пор пользуются каменными сверлами.

У первобытных народов всего мира применялись каменные ступки и зернотерки. Основанием зернотерки служил большой плоский камень, по которому двигали меньший круглый камень, предназначенный для растирания или размалывания зерен или овощей. Такого рода каменные ступки и зернотерки употребляют как народы – собиратели урожая Северной Америки, так и земледельческие племена Африки и Океании.

К древнейшим ремеслам человечества принадлежит искусство плетения. Из простого сплетения пальмовых листьев, лубяных волокон и стеблей травы в конечном итоге развилось ткацкое искусство. Африканские бамбути (вамбутти) плетут корзины сразу же после того, как убивают животное, на которое они охотились, для того чтобы отнести домой его мясо. Конструкция корзины в точности копирует хижину и в высоту достигает около одного метра. Техника плетения была разнообразна.

У американских индейцев искусство плетения корзин достигло высокого совершенства, так что они часто плетут даже такие предметы, которые другими народами изготавливаются из дерева или глины. Например, они до сих пор еще пользуются плетеными тарелками, мисками, детскими люльками, горшками для варки пищи и сосудами для воды.

Плетеный кувшин для воды, или тус, емкостью около десяти литров, перед употреблением смазывается снаружи и изнутри разогретой кедровой смолой.

К важнейшим изобретениям южноамериканских индейцев на реке Шингу относят так называемые типити – трубчатый пресс для отжимания несъедобного сока из клубней маниоки, раздробленных для изготовления муки. Трубка эта сплетается из диагонально расположенных растительных волокон, которые стягиваются, если тянуть трубку за оба конца, в результате чего из мучной кашицы удаляется весь сок.

А.Н. Боголюбов считает, что «овладение вращательным движением шло, по-видимому, следующим путем: вращение деревянной палочки для получения огня, изобретение гончарного круга, использование круглого бревна при перевозке тяжестей, изобретение колеса, изобретение подъемных приспособлений, блока и ворота…».

На протяжении многих тысячелетий охотничьи племена изобретали ловушки для поимки диких зверей, многие из которых представляли собой сложные кинематические цепи, срабатывающие при нажиме на одно из звеньев.

Ученые считают, что самые первые люди, имевшие орудия, были ростом всего 120 см – примерно как сегодняшний семилетний ребенок. Останки этих первобытных людей и их орудия были найдены палеонтологами в одном ущелье в Танзании. Ученые, которым принадлежит эта находка, назвали людей, живших почти 2 млн лет тому назад, homo habilis – человек искусный, умелый.

Долгие тысячелетия люди пользовались огнем, годами поддерживая его в своих пещерах, прежде чем научились добывать его при помощи трения. Умение добывать огонь, и притом различными приемами, засвидетельствовано этнографией для очень многих, даже отсталых племен. Однако знаменитый русский ученый путешественник Н.Н. Миклухо-Маклай рассказывал, что туземцы Новой Гвинеи, среди которых он жил, этого искусства не знали и в XIX в. «Папуасы, – пишет он, – не умели добывать огонь, и, когда я спрашивал их об этом, они положительно не понимали моего вопроса и даже находили его смешным. Они говорили, что если у одного погаснет огонь, то он найдется у другого; если во всей деревне не будет огня, то найдется в другой».

Даже тогда, когда было известно активное добывание огня, некоторые племена предпочитали по мере возможности сохранять горящий или тлеющий огонь либо при случае его занять. Кочующая группа австралийцев, например, обычно всегда таскала с собой тлеющую головешку. Занимать и уступать огонь было делом, освященным традицией, одолжить огонь – обязанностью.

Изобретение добывания огня составляет интересную главу в истории первобытной техники. Впервые это произошло, вероятно, в то время, когда люди уже научились сверлить деревья, – благодаря трению могло произойти воспламенение.

В простейшем приборе, основанном на сверлении, палочку вертели между ладонями, в более высокой форме вращение производится при помощи обернутого вокруг палочки ремня и, наконец, в еще более усовершенствованном приборе зажигательную палочку вращают при помощи тетивы специального смычка или лучка. Добывание огня при помощи этих приборов достигается при нормальных условиях в несколько секунд. Однако для этого требовалась большая сноровка.

Немецкий этнограф профессор Карл Вейле рассказывает в одной из своих книг, что он со своими студентами не раз пытался добыть огонь сверлением, причем они работали, руководствуясь всеми литературными описаниями этого приема, в том числе и теми, которые принадлежали самому профессору, и все же, несмотря на все усилия и настойчивость, никакого результата не получалось.

Механизм для добычи огня состоял из двух палочек сухого дерева. В одной из палочек делали лунку. Первая палочка прижималась коленом к земле, вторая вставлялась в лунку и быстро с силой вращалась между ладонями. При этом ладони постепенно сползали вниз, приходилось то и дело поднимать их, чтобы продолжить вращение. Гораздо проще оказалось добывать огонь трением, работая вдвоем. В этом случае один человек удерживал горизонтальную палочку и давил сверху на вертикальную, а второй – вращал ее между ладонями. Своего совершенства такой способ добычи огня достиг, вероятно, тогда, когда механизм стал состоять из четырех частей: двух палочек (неподвижной и вращающейся), ремешка и верхнего костяного колпачка, прилаженного для удобства работы. При помощи такого устройства огонь можно было добывать и в одиночку, прижимая нижнюю палочку коленом к земле, а колпачок – зубами.

Пожалуй, нет другого способа проверить технические возможности первобытного мастера, как воспользоваться его же орудиями труда. Попробовали срубить каменным полированным топором дуб диаметром около 20 см. Лезвие совершенно не пострадало. Провели сравнительный анализ рабочих качеств тесаного и полированного топоров; последний оказался лучше. Сосну диаметром 17 см тесаным топором свалили за 7 минут, такое же дерево полированным топором – за 5 минут. Следовательно, когда у древних возникала потребность в древесине для своих жилищ, каменные топоры служили исправно. Ученые лаборатории первобытной техники Ленинградского института археологии АН СССР провели аналогичный эксперимент на берегах Ангары. Сосну диаметром 25 см срубили каменным топором за 75 минут беспрерывной работы, а медным – за 25 минут. Так выяснили, что медный топор рубит в три раза быстрее твердокаменного.

Появление металлических орудий в бронзовом веке позволило резко увеличить производительность труда. Опыты показали, что медным ножом можно обстрогать сук в 10 раз скорее, чем каменным, медным сверлом просверлить березовое полено в 22 раза быстрее, преимущество медных пил также явное – в 15–20 раз быстрее!

Исследования механических свойств древнерусских топоров (XI–XII вв.) показали, что коэффициент полезного действия их близок к коэффициенту полезного действия современных топоров: у современных – 0,80–0,85, у некоторых древнерусских – 0,72–0,97. Это привело к распространению этой формы на территории Восточной Европы.