Текст книги "История и философия техники"

Улица Деревянного человечка

В XIII в. средневековый философ Альбертус Магнус изготовил механического человека, способного совершать очень правдоподобные движения. Он открывал двери гостям и почтительно приветствовал входящих.

Знаменитый средневековый астроном Иоганн Региомонти (1436–1476), живя в Германии, сконструировал механических муху и орла. Рассказывают, что, когда император Священной Римской империи Максимилиан II Габсбургский въезжал в Нюрнберг, этот орел приветствовал его хлопаньем крыльев и наклоном головы.

Большой известностью пользовался часовщик императора Карла V Хуанело Турриано, изготовивший водоподъемный механизм, вызывавший всеобщее удивление и даже восхищение правителя. И все-таки не этот сложный и в высшей степени точный механизм принес имени мастера такую славу, что весть о нем из глубины веков дошла и до наших дней. Славу ему принесли изящные заводные игрушки в виде животных, человечков и кукол. Пружинный часовой механизм приводил их в действие и заставлял двигаться. Перед входом в мастерскую изобретателя в Толедо расхаживал деревянный человечек, тем самым давая знать, что там, внутри, рождаются подвижные куклы. Улицу, где располагалась эта мастерская, впоследствии так и стали называть «улица Деревянного человечка».

В самом деле, здесь было создано множество заводных игрушек. Например, лошадь, которая шарахалась и прыгала, когда на нее садился наездник; солдатики, трубившие в трубы; танцовщица, которая, танцуя, пощелкивала кастаньетами, и т. д.

В Бретани, вероятно, в XVI в. было поставлено необыкновенное распятие. На нем была укреплена фигура человека ростом полтора метра, с двигающимися глазами и губами. Время от времени сбоку распятия высовывался длинный прут, окрашенный в красный цвет, изображая этим хлынувшую струю крови. Другие человеческие фигуры распятия тоже могли двигаться. Четыре женских фигуры, находившиеся у ног Христа, воздевали к небу руки, выражая этим мольбу и страдание. Фигуры приводились в движение деревянной осью через посредство рычагов.

Пастушечья романтика эпохи рококо побудила часовщиков изготовлять такие фигурки, которые являли бы собой пастушечью идиллию. На часовых устройствах стали появляться придворные дамы, рыцари, придворные, пейзане и пейзанки в народных костюмах, даже коровы и собаки и разыгрывали пасторали.

Особенно много часовых фигурок появилось после изобретения карманных часов, связанного с именем Петера Хелла (1480–1542).

Часы – чудо света

В 1352 г. были установлены первые башенные часы на Страсбургском соборе. Хотя сам механизм не уцелел, описание его до нас дошло. Механизм указателя времени занимал три этажа, и на каждом из них появлялись фигурки животных и людей, обозначавшие отдельные моменты времени. Появление фигурки в нижнем этаже указывало на дату, кукареканье петуха было сигналом рассвета. В среднем этаже проходили по кругу фигуры, представлявшие двенадцать знаков Зодиака. Период обращения их точно соответствовал действительному периоду движения зодиакальных созвездий над нашей головой, т. е. составлял 23 часа 56 минут. На верхнем этаже через каждый час появлялись три библейских царя и степенно склонялись в поклоне перед небом. В свое время эти часы считались одним из чудес света.

Но первоначальная конструкция их, созданная в XIV в., постепенно пришла в негодность, так что в 1547 г. часы пришлось реконструировать. Работа по восстановлению их продолжалась в течение десятилетий и была закончена лишь в 1574 г.

О том, какими были эти вновь рожденные часы, дает представление запись венгерского путешественника Мартона Чомбора, сделанная в 1620 г.: «Среди всех украшений оного храма наибольшей знатности достойным усматриваю часовой механизм, в оном находящийся, коего искуснее не думаю, что в нынешнем всем мире сотворить могли бы. По правую руку петух поставлен. После того как часы отобьют время, оный петух крыльями своими три раза машет и кукарекает. В самом верхнем положении статуя Господа Иисуса Христа купно со статуей Смерти поставлены. В руках Смерти огромная палица есть, ею же часы отбивают, когда целый час пробить надобно. А ежели четверти пробить нужно, то и тогда выходит Смерть, но Господь наш Иисус Христос, с другой стороны являясь, как бы выговаривает Смерти; сия же бежит от него и исчезает в каморке своей. Однако, ежели целый час пробить надобно, тогда Смерть уже более не бежит при виде Иисуса Христа, а большой палицей начинает колотить по колоколу и так проходит перед ним. Рядом пониже – четыре истукана, которых служба – всякому в свою четверть часа выходить. И тот, которого четверть настает, выходит и пробивает свое время. А Луна на синем небе точно так же растет и убывает, как на небесах. А под Луной циферблат есть, градусы положения солнца показывающий, и указатель звезд, планет, знаков небесных, и зимы, лета, осени и весны… Лики Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Венеры, Сатурна, Юпитера каждый день выезжают всяк в своей колеснице…»

В 1842 г. знаменитый часовой мастер Иоганн Баптист Швилге (1776–1856) произвел вторую реконструкцию страсбургских часов. Теперь уже часы стали приводить в движение целый ряд символических фигур. Четыре из них каждый час изображают течение жизни человека. В первую четверть часа выходит крохотный ребенок, во вторую – юноша, полный молодых сил, в третью – зрелый муж, а по истечении часа, ковыляя, проходит старик, сопровождаемый Смертью с косой за плечами. В 12 часов по полудни по террасе церковных часов следуют 12 апостолов и раздается крик петуха. Часы уведомляют о приближении больших праздников, а в високосный год добавляют к февралю 29-й день. Любопытным способом возвещают они о приближении Нового года. В новогоднюю ночь, ровно в 12 часов, раздается тихий шорох и вслед за ним из одного из окон собора вылезает… первый день нового года.

В наши дни страсбургское чудо еще и заговорило. Венгерский писатель и журналист Иван Болдижар в своей книге «Родные и чужие» так передает свое впечатление от них: «Средневековую картину внезапно нарушает громкий голос диктора, который на французском, а затем на немецком языках объясняет устройство «Мировых часов», всю их премудрость. Слушаю, и какое-то смятение охватывает меня, какое-то странное чувство вновь и вновь возвращается ко мне: как будто где-то уже слышал или читал про это. Ангелы пробивают четверти… Смерть бедренной костью отбивает 12, божества – покровители дней недели – проезжают в своих колесницах… в полдень 12 апостолов проходят перед Христом… начинается представление; на самой верхушке трехэтажных часов петух все так же хлопает своими крыльями… кукареканье, бой часов, кукольное представление, танец Смерти… Я бы не удивился, если бы в конце публика разразилась аплодисментами».

Век часов и часовых механизмов

Самыми старыми, документально не подтвержденными сообщениями о механических часах считаются косвенные упоминания о них, идущие еще из X в. Изобретение приписывают римскому папе Сильвестру II (950–1003), который, еще будучи простым монахом Гербертом из Ориллака, имел возможность во время своих учебных поездок не раз знакомиться с принципами построения различных арабских астрономических приборов, и прежде всего водяных часов. Он ввел в Европе «арабские» цифры и слыл «чернокнижником». Избранный Папой Римским, он вскоре умер: предполагают, что был отравлен. В качестве изобретателей механических часов называют и других лиц. Во всяком случае, схемы первых башенных часов были различными.

С другим, немного более поздним сообщением о механических часах мы встречаемся в «Божественной комедии» Данте Алигьери (1265–1321).

В конце XIII в. распространилось производство башенных часов, начиная с английских Вестминстерских часов 1288 г. Следующее сообщение от 1292 г. говорит о часах храма в Кентербери, далее есть сообщения о часах, построенных в 1300 г. во Флоренции, затем в 1314 г. – в Каннах, в 40-х гг. XIV в. – в Модене, Падуе и т. д.

Первые карманные часы назывались «Нюрнбергское яйцо». В 1504 г. нюрнбегскому часовщику Петеру Генлейну удалось уместить весь сложный часовой механизм в корпус, размеры которого не превышали размеров куриного яйца. Для современников Генлейна это была настоящая сенсация.

Только с начала XVIII в. стала появляться на циферблате минутная стрелка. А с начала XIX в. появилась и секундная стрелка.

Маятник, изобретенный Гюйгенсом в 1657 г., используется в часовом деле до сих пор. Изначально принцип часового механизма был похож на простые ходики – система грузов (гири, которые надо было перетягивать), стрелки. Затем появился маятник Гюйгенса – его надо было периодически подталкивать. Потом Гюйгенс изобрел балансовый регулятор, совершающий колебания независимо от положения часов в пространстве, причем стоило этому колесику сбиться, как оно начинало совершать колебательные движения, возвращаясь к нормальному режиму работы. Большим достижением было то, что регулятор имел постоянный период колебания.

Появившиеся тому времени пружинные часы значительно усовершенствовались, но не обошлись без изобретений Гюйгенса.

Изобретенное в 1695 г. Т. Томплионом спусковое устройство продвинуло часовое искусство еще дальше. Именно этот механизм Томплиона вместе с балансиром Гюйгенса до сих пор используется в производстве приборов для измерения времени.

Любой часовой механизм можно разделить на четыре основные группы: проводной и передаточный механизм, спусковой механизм, осциллятор и индикаторная часть. Источник энергии привода у механических часов обычно бывает встроен в сам механизм часов и является его составной частью, например, барабаны с гирями или же пружинный механизм с пружиной.

Требуемое количество энергии отмеривается в механических часах специальным устройством, так называемым спусковым механизмом или спуском, являющимся соединительным элементом между механизмом часов и осциллятором. Этот механизм постоянно соединен с передаточным механизмом часов, от которого он получает энергию привода.

С осциллятором, который в современных часах имеет форму маятника или баланса, спуск взаимодействует лишь в определенные моменты, выполняя свою основную задачу, весьма важную в для обеспечения хода часов, – разделение постоянной энергии привода на отдельные силовые импульсы, поддерживающие колебания осциллятора.

XVIII в. по праву называют «веком часов». В это время стали более совершенными не только сами часы, но и различные устройства, работавшие по их принципу. Это было время, когда и человеческий организм уподобляли часовому механизму, когда всерьез говорили, что человек – не что иное как механическое устройство, которое заводится в момент рождения и останавливается со смертью, а в промежутке действует с точностью часов. В то время с помощью часовых механизмов могли воспроизводить движения человека и животных во всех мельчайших подробностях и оттенках.

Древнейшее из документальных известий о часах в России относится к 1404 г., когда в Москве на одной из башен Кремля были установлены одни из самых замечательных по тому времени часов в мире. На циферблате славянскими цифрами были обозначены часы от 1 до 12. Летописи повествуют об этом событии: «В лето 6912 князь великий замысли часник и постави е на своем дворе за церковью за святым благовещением. Сей же часник наречется часомерье; на всякий же час ударяет молотом в колокол, размеряя и расчитая часы нощные и дневные, не бо человек ударяше, но человековидно, самозвонно и самодвижно, страннолепно некако створено есть человеческою хитростью преизмечтано и преухищрено. Мастер же художник сему бяше некоторый чернец, родом сербин, именем Лазарь; цена же сему беяше вящыпе полувтораста рублев».

Из летописи известно также, что в 1436 г. архиепископ новгородский Евфимий «над палатою у себя часы звонящие устрой». Другой новгородский архиепископ Феофил, приехав в 1477 г. во Псков, велел своим мастерам на Светогорском дворе поставить «часы самозвонные». В XVII в. в Москве появилось несколько башенных часов: английский мастер Христофор Головей установил их в 1626 г. на Спасской башне; Андрей Данилов сделал то же на Троицкой башне Московского Кремля; на завершении Сухаревой башни под шатром в 1695 г. были устроены часы, погибшие во время московского пожара 1812 года. На голубом, покрашенном лаком циферблате Сухаревой башни были раскиданы золотые и серебряные звезды и изображены солнце и луна.

Медные циферблаты часов Адмиралтейской башни в Петербурге, построенной по проекту архитектора Андриана Захарова в 1806–1823 гг., были окрашены в белый цвет, а цифры и стрелки – в темно-синий.

Башенные часы встречаются также в Пскове, Нижнем Новгороде, на часовой башне тульского оружейного завода.

Французский механик Жак де Вокансон (1709–1782), «кукольный король» своего времени, в 1736 г. в Париже демонстрировал механическую утку, которая «все» могла: ходила в перевалку, крякала, жадно хватала зерна кукурузы и злаков, «переваривала» их (перемалывала, смешивая с водой) и выпускала через заднее отверстие. При этом «организм» этой удивительной утки располагался не в теле, а вне его – в ящике, откуда она приводилась в движение с помощью различных рычажков. В свое время эта утка с позолоченной «кожей» приобрела всемирную известность. Балаганщики объехали с ней Англию, Германию, Россию, Италию. Позже ее механизма коснулись руки непосвященных, и это решило судьбу утки.

Вокансон, кроме всего прочего, сконструировал и пастуха, играющего на свирели. Он представил его заседанию Парижской академии наук в тот же год, когда произвел мировую сенсацию своей уткой. Пастух играл на свирели превосходно. Пальцы его бегали быстро, мелодия звучала красиво, так что даже среди ученых многие стали сомневаться, что перед ними механизм, и заподозрили обман, хотя сам Вокансон, чуждый ревности и подозрительности, описал принцип действия механизма.

Наряду с семьей Вокансон большой известностью пользовалась семья Дроз. Автоматы, изготовляемые членами этой семьи, тоже копировали действия животных и человека. Была, например, у них механическая собака. Она стояла около корзины с яблоками, и, если кто-нибудь пытался взять яблоко, собака начинала сердито лаять. Ее лай подхватывали соседние собаки, и концерт их продолжался до тех пор, пока яблоко не возвращали на место.

Удивительный механизм описан в «Романе о часах» А. Хорвата: «Наиболее интересным и ошеломляющим творением их был всемирно известный пишущий автомат. Вообразите себе в ее натуральную величину фигуру ребенка, сидящего за столом. Время от времени «ребенок» обмакивает перо в чернильницу, аккуратно стряхивает лишние капли, затем принимается писать. Он пишет тексты, имена, рисует парусную яхту. В конце строки он делает перенос, заканчивая предложение, ставит точку и т. д. Время от времени он заглядывает в раскрытую перед ним книгу, откуда списывает текст. Движениями манекена управляли профильные диски. Поворотом рычага можно было менять действующие диски, от этого менялся текст или рисунок…

Совершенно ослепительным был механический кукольный театр, разыгрывавший целый спектакль. На фоне декорации, изображающей швейцарский пейзаж, верхом на осле ехал на мельницу крестьянин. Сначала он проезжал мимо стада коров, и собака пастуха лаяла на него. На ее лай из пещеры выходил пастух. Он вынимал свою свирель и исполнял на ней мелодию. Звуки свирели эхом отдавались в горах. Потом всходило солнце и поднималось над горами. Крестьянин заходил на мельницу и выносил оттуда два мешка муки. Взвалив их на осла, он пускался в обратный путь, а пастух возвращался в пещеру. Заходило солнце… Так заканчивалась сцена. Всеми этими движениями управлял огромный часовой механизм – устройство, состоявшее из тысячи пружин, рычагов, шатунов и невообразимой сети проволоки».

Во второй половине XVIII в. большую известность приобрел механический шахматист, которого по желанию императрицы Марии-Терезии изготовил венгр Фаркаш Кемпелен. Слава о нем дошла до наших дней. Шахматист сидел по-турецки и попыхивал чубуком. Он играл с членами королевской семьи и всегда выигрывал. Уровень развития техники того времени вряд ли позволял снабдить чучело таким устройством, которое сделало бы его способным в самом деле разыгрывать дебюты, оценивать позиции, выбирать ходы и т. д. Все это даже в наши дни представляет собой не до конца решенную проблему. Поэтому, пожалуй, следует согласиться с предположением, что турок «плутовал», вернее говоря, за него плутовали: в нем, точнее, в ящике под ним был запрятан человек, который с помощью рычагов управлял руками автомата.

17 июня 1666 г. «часовнику» Моисею Терентьеву выдали на расходы 10 рублей из сумм на содержание царского дворца в селе Измайлове под Москвой. За счет этих денег он должен был соорудить три образца: «1. Как молотить колесами и гирями без воды. 2. Как воду привесть из пруда к виноградному саду. 3. Как воду выливать из риг гирями и колесы».

Указание на то, что Терентьев сооружал молотилку для обмолота хлеба «колесами и гирями без воды», показывает, что в то время русским были уже известны молотилки, действовавшие за счет воды, т. е. водяные приводы.

Во второй половине XVI в. соловецкий игумен Филипп Колычев ввел в монастырское хозяйство любопытные механические установки для перекачки пива. Он установил также системы каналов между монастырскими озерами, сооружал мельницы.

Ветряные мельницы

Основные технологические машины Средневековья – это мельницы: водяные, унаследованные от Римской империи, и ветряные, заимствованные с Востока. Ветряные мельницы впервые появились в Афганистане в IX в.: лопасти ветряного колеса располагались в вертикальной плоскости и были прикреплены к валу, который и приводил в движение верхний жернов. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства. Необходимость в таких устройствах диктовалась тем, что крылья мельницы были связаны с жерновом практически напрямую, и следовательно, скорость его вращения сильно зависела от «капризов» ветра. В Афганистане все мельницы и водочерпальные колеса приводились в движение господствующим северным ветром, и поэтому ориентированы только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы сила ветра была то больше, то меньше, поскольку при сильном ветре «мука горит и выходит черной, порой даже жернов раскаляется и разваливается на куски».

В X в. они попали в Испанию, а с XII столетия начинают распространяться по всей Европе, правда, очень медленно. Изобретение мельниц было встречено с восторгом: о мельницах слагались песни, поэты посвящали им оды – так машина входила в жизнь человека. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства.

С древнейших времен человек использовал энергию ветра сначала в судоходстве, а затем для замены своей мускульной силы. С началом сельскохозяйственной деятельности тысячелетия тому назад люди стали использовать силу ветра, чтобы с помощью ветряных колес подавать воду из колодцев в оросительные каналы.

Изобретателями ветряных мельниц считают персов. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте, около города Александрии, сохранились остатки ветряных мельниц барабанного типа, построенных еще во II–I вв. до н. э. В VII в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции – крыльчатые. Несколько позднее, по-видимому в VIII–IX вв., ветряные мельницы появились на Руси и в Европе. Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъема воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.

Со Средних веков и вплоть до изобретения машин ветряные мельницы вращались во всех европейских странах, где было много ветра и мало рек – от Испании до Северной Европы.

15 декабря 1593 г. в Нидерландах была запатентована ветряная мельница с коленчатым валом. Самая старая мельница, имеющая традиционную конструкцию, находится в городе Маасланд в Нидерландах. Она была построена в 1718 г. Расстояние от конца одного крыла до конца другого составляет 29 м.

До Октябрьской революции в крестьянских хозяйствах России насчитывалось около 250 тыс. ветряных мельниц, которые ежегодно перемалывали половину урожая (около 33 млн т, или 2 млрд пудов зерна).

Существует в мире и единственный музей ветряных колес, созданный в конце XX столетия американцем Фрэнком Медина в калифорнийском городе Стоктон. Несколько десятилетий он собирал ветряные колеса всех типов и выставлял их в своем личном музее под открытым небом.

На севере острова Оаху (Гавайи) находится самая мощная ветровая электростанция. Электрогенератор, приводимый в действие ветром, производит до 7300 кВт электроэнергии. Эта рекордная мощность достигается при скорости ветра 50 км/ч. Электрогенератор начинает вырабатывать электричество уже при мягком бризе 20 км/ч, и сам останавливается при штормовых ветрах со скоростью 90 км/ч, так что ему не страшны даже ураганы.

Рабочим органом ветрового двигателя обычно служат лопасти воздушного винта, который называют ветроколесом. Теорию ветродвигателя в начале XX в. разработал Н.Е. Жуковский (1847–1921). В 1902 г. под руководством Жуковского при механическом кабинете Московского университета была сооружена одна из первых в Европе аэродинамических труб. В 1904 г. под его руководством в поселке Кучино под Москвой был создан первый в Европе аэродинамический институт. Для описания явлений, связанных с прохождением воздушного потока через колесо, Жуковский применил теорию подъемной силы крыла самолета и определил значение максимально возможного коэффициента использования энергии ветра идеальным колесом. Коэффициент полезного действия оказался равным 59,3 %.

Наиболее распространенным типом ветровых энергоустановок (ВЭУ) является турбина с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3. На верху мачты устанавливается гондола, в которой размещаются турбина, мультипликатор и электрогенератор.

Ветровые электростанции считаются выгодными в регионах, где средняя скорость ветра составляет 6 м/с и выше и которые бедны другими источниками энергии, куда доставка топлива очень дорога. В России это прежде всего Сахалин, Камчатка, Арктика, Крайний Север. В начале 1990-х гг. в России была создана ветроустановка небольшой мощности «Конвет-1Э» двух модификаций – с асинхронным генератором (2 кВт, 230 В) и индукторным генератором постоянного тока (12 или 24 В). Применение инвертора или выпрямителя может заряжать аккумуляторную батарею, обеспечить энергией телевизор, радиоприемник, холодильник.

В Испании известна необычная ветроустановка, отличающаяся от других установок подобного рода тем, что она сама создавала для себя ветер. Достигалось это следующим остроумным способом. Широкий круг земли в основании высокой трубы покрыли полиэтиленовой пленкой на каркасных опорах. Жаркое испанское солнце нагревало и землю, и воздух под пленкой. В результате в трубе возникала ровная постоянная тяга, а встроенная в трубу крыльчатка вращала генератор. Земля долго хранила тепло, поэтому тяга не прекращалась не только в пасмурные дни, но и ночью. Однако содержание такой установки было очень дорого. Постепенно металлическая труба проржавела, пленка разрушилась. После одного из ураганов восстанавливать систему не стали.

Использование силы ветра может внести существенный вклад в энергоснабжение – к такому выводу в 1981 г. пришли после изучения проблемы «энергетического голода» нидерландские специалисты. Они предложили построить в стране 17 тыс. ветряных генераторов общей мощностью в 2,5 тыс. МВт. Большую часть этой энергии, по замыслу исследователей, должны поставлять ветряки-гиганты с размахом лопастей в 60 м.

В 80-х гг. XX в. большую коллекцию ветряных мельниц собрал житель американского города Стоктон (штат Калифорния) Ф. Медина. На принадлежащей ему земле были установлены 103 мельницы, а амбаре в разобранном виде лежали еще 53. Надо сказать, что коллекционированием он занялся для того, чтобы попасть в Книгу рекордов Гиннесса.