Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Шрифт:
Честь изобретения первого паровоза, послужившего основой для новых разработок, нашедших практическое применение, принадлежит англичанину Г. Стефенсону. Свой паровоз он построил в 1814 г. Любопытно, что во время опытных испытаний этого транспорта на специально сооруженной для этого железнодорожной ветке перед стефенсоновским паровозом шествовал человек. Скорость хода машины была смехотворной и позволяла легко обойти шагом первый паровоз. Человек-сопроводитель же (по профессии боксер) защищал устройство от разъяренных обывателей, которые сочли паровоз дьявольской машиной, отравляющей воздух.
Окрыленный успехом Стефенсон построил первую настоящую железную дорогу. Открытие этой дороги, над проектом которой Стефенсон работал еще с 1825 г., состоялось в 1829 г. Дорога связала города Ливерпуль и Манчестер.
На станции Рейнхилл состоялись паровозные гонки, в которых приняли участие 4 машины. Фактически должны были участвовать 5 паровозов, но отстраненный от состязания оказался лишь макетом: внутри устройства находились лошади. Паровоз Стефенсона назывался «Ракета» («Рокет»). Со стороны остальных изобретателей были выставлены паровозы «Упорство» («Персеверанс»), «Несравненный» («Сан-парей») и «Новинка» («Новелт»). Победила «Ракета», закрепив за своим создателем почетный титул первооснователя паровозного транспорта. Если нынешний век сотрясает компьютерофобия, то в те далекие времена многих охватила самая настоящая «паровозофобия».
Баварское медицинское общество резко критиковало новомодные транспортные средства, утверждая, что они вредят здоровью. Паровоз может вызвать у человека болезнь скорости. «Совершенно очевидно, — вынесли свой приговор доктора, — что быстрое движение должно вызвать у пассажиров заболевание мозга, своего рода буйное помешательство… Государство обязано защитить по крайней мере зрителей, ибо вид быстро мчащейся паровой машины может вызвать подобное заболевание у них».
Первый автомобиль, как и следовало ожидать, не был оснащен двигателем внутреннего сгорания. Это была паровая колесница, похожая на трехколесную телегу. Двигатель представлял собой паровой котел, сильно напоминающий чайник, который размещался в передней части машины. Создателем авто был французский изобретатель, капитан артиллерии Н.-Ж. Кюньо, который сконструировал свое детище в конце 1770-х гг. Уже в 1779 г., т. е. задолго до изобретения паровоза (!), машина была построена и использовалась как транспортное средство.
Вода в котле кипела не постоянно, а с перерывами в 15 мин. Четверть часа автомобиль двигался за счет накопленной энергии и покрывал за это время до 1 км. В течение последующих 15 мин воду вновь кипятили. Несмотря на сравнительный успех паровозной техники в начале 1830-х гг., паровые автомобили тогда не пользовались популярностью. Английское правительство издало к 1831 г. около полусотни указов, ограничивающих свободу передвижения посредством автотранспорта.
В 1865 г., когда паровоз и пароход окончательно отстояли свои позиции, автомобиль подвергся еще большим гонениям. Кульминацией этих гонений стал выход в свет «Закона о локомотивах». Изданный английскими властями, этот «Закон» строго регламентировал правила езды на авто. Ни один паровой автомобиль не мог в пределах города двигаться быстрее 4 км/ч (!), причем такую машину должен был сопровождать человек с флажком — всадник, который ехал перед автомобилем и оповещал о движении транспорта пешеходов и извозчиков.
Британские власти всячески препятствовали распространению паровых автомобилей и инженерным работам по их усовершенствованию.
Сходной позиции придерживались и прочие правительства во всем мире, хотя сегодня ясно, что паровой транспорт экологически чистый и безопасный. Помощниками правительств в начале XX столетия стали автомобильные магнаты — компании «Форд», «Олдс» и др. После того как паровой автомобиль победил на гонках во Флориде (США) в 1906 г., монополисты поняли, что проиграют в этой конкуренции. Паровой автомобиль развил скорость 205 км/ч, о чем в те времена не могли мечтать разработчики бензиновых двигателей.
Что касается бензинового двигателя, то он был изобретен только в 1868 г. французом Авелем. Судьба этого устройства интересна.
Когда закончились конструкторские работы по созданию «газолиновой
повозки», как ее окрестили историки, началась франко-прусская война. Изобретатель, желая скрыть свое детище от прусской армии, зарыл повозку в защитный насыпной вал, перекрывавший неприятелю подступы к Парижу. После расчистки вала автомобиль обнаружить так и не удалось.В течение длительного времени разработки в данном направлении не велись, и только расцвет нефтяной промышленности привлек внимание к газолиновым устройствам. Газовый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был впервые построен спустя 10 лет после машины Авеля. Автором проекта выступил в 1878 г. немецкий изобретатель Н. Отто.
Законы газов
Учение о теплоте успешно развивалось во многом благодаря прогрессу в ряде остальных физических наук. Фундамент теоретических и практических знаний ученых и изобретателей XVII–XIX вв. опирается на положения о способности водяного пара совершать работу и о молекулярном строении вещества. Однако эти положения и сами должны иметь некий базис. Таковой возник после открытия давления воздуха, а впоследствии дополнился изучением свойств газообразных веществ. Механика и кинетическая теория газов, бурно развивавшиеся с середины XVII в., обогатили представления физиков о процессах в системах молекул и способствовали разработке замечательных технических изобретений.
Открытие параметров газа
Термин «газ» ввел голландский химик Я. Ван-Гельмонт для обозначения всех веществ, пребывающих в газообразном состоянии. Это слово происходит от древнегреческого «хаос», которое имеет два значения — беспорядок и сияющее пространство. Ван-Гельмонт выбрал, в чем он сам впоследствии признавался, последний вариант. Тем самым химик намеревался уже в самом названии показать, что газ «ничем не отличается от хаоса древних».
Сегодня физикам известно, что для описания газа вполне подходят оба значения слова «хаос», потому что молекулы газа находятся в крайне беспорядочном состоянии. И все же мы всегда имеем дело с газом как сколько-нибудь упорядоченной физической системой. Дело в том, что подлинный беспорядок в газе возникает лишь во время рассеивания его в мировом пространстве.
Огромные, растянувшиеся подчас на сотни миллиардов километров туманные скопления холодного газа во Вселенной расширяются во всех направлениях, встречая лишь слабое сопротивление космической среды, а именно одиночных частиц и излучения. Молекулы и атомы расходятся по разным направлениям. Лишь конечность скорости препятствует стремительному рассасыванию газовых туманностей.
На Земле и других планетах газ пребывает в более или менее упорядоченном состоянии. Во-первых, благодаря силе тяжести, действующей на все без исключения планетные тела, газ здесь обладает весом. Далее (о чем уже сообщалось в разделе о давлении воздуха) в замкнутом пространстве газообразное вещество приобретает давление. Если в мировом пространстве значительно разреженные туманности не обладают реальной температурой, то газы в ограниченном объеме способны аккумулировать лучистую энергию солнца.
Температура, в свою очередь, влияет на давление. Например, земной воздух от неоднородного нагрева становится легче в одной местности и вытесняется более прохладным и тяжелым, поступающим из соседних регионов. Перемещения легких и тяжелых масс связаны с неравномерным распределением воздушного давления и порождают потому ветер и перемены погоды. Воспетые романтиками морские бризы являют собой типичный пример замены воздушных теплых и холодных масс на границе суши и моря в течение суток.
Не менее часто случается наблюдать и другой процесс. Знаете ли вы, отчего на больших высотах воздух холоден, хотя он там ближе к потоку солнечной энергии? Солнце не нагревает воздух напрямую, он получает солнечное тепло, отраженное землей или отданное океаном. Поэтому теплые массы воздуха скапливаются в приземном слое. Они легче, чем вышележащие холодные массы, а потому постепенно вытесняются ими. Легкий воздух вытесняется тяжелым вверх, расширяется в высших слоях атмосферы, где пространство больше, и оттого остывает.