Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Наука и техника на рубеже XIX – начале XX вв



Проблематика лекции

Развитие науки. Достижения физики. Н.Бор. Теория спектров. Первое расщепление атома. Новая квантовая теория. Дирак. Теория электронов. Космические лучи. Искусственный распад. Достижения химии. Электронная теория химии. Геохимия. Структура волокон. Пластичность металлов. Химические технологии. Получение пластмасс. Бензин из угля. Полимеризация. Нейлон. Развитие техники. Трактора и широкое распространение сельскохозяйственной техники. Бурильные машины. Добыча и переработка нефти. Энергетика. Динамо-машины, электродвигатели и электропередачи. Электростанции. Электрификация. Паровые турбины. Двигатели внутреннего сгорания. Достижения в других отраслях промышленности. Специализированные станки. Производство бумаги и искусственных материалов. Производство стекла. Керамическая промышленность. Деревообработка. Строительная техника. Железобетон. Использование железных и стальных конструкций. Железнодорожное строительство. Первые электровозы. Появление автотранспорта. Судостроение. Строительство кораблей из металла. Развитие военной техники. Урбанизация. Средства связи. Развитие телеграфа. Изобретение телефона. Ротационная печатная машина. Наборные машины. Линотип. Пишущие машинки. Развитие фотографии. Возникновение кинематографа.

 

* * *

На ситуацию в науке в конце XIX – начале ХХ вв. существуют разные взгляды. Многие ученые, признавая крупные открытия этого периода: радиоактивность, теорию эволюции, атомную теорию и т.д., – тем не менее считают их лишь крупными достижениями научно-технического прогресса. Иначе говоря, никакой смены научной картины мира, по их мнению, не произошло. Весь процесс научных свершений сводится лишь к этапам научно-технической революции. Подобная оценка неверна и исторически, и философски.

В отечественной историографии мнение практически всех исследователей однозначно. XIX – ХХ вв. рассматриваются как третья глобальная естественнонаучная революция, кардинально преобразовавшая все естественные и гуманитарные науки. Естествознание вступило в свой новый «золотой век». Это было явление, сравнимое по значению и результатам с научной революцией XVI – XVII вв. Начавшись в физике, революция затем продолжилась в других естественных науках, кардинально изменив философские, гносеологические и методологические основания науки в целом, создав новую, постклассическую, современную науку. Толчком к этому стал ряд крупнейших эпохальных открытий в физике, разваливших картезианско-ньютоновскую космологию.



Как полагал английский физик, общественный деятель и иностранный член АН СССР Джон Бернал, эта революция представляла собой не единовременный процесс, а включала, по крайней мере, три фазы (этапа), каждая из которых была обусловлена общественной, экономической и культурной ситуацией в Европе и мире.

Первую фазу научной революции, охватывающую период с 1895 г. по 1914 г., Бернал назвал «героической», периодом энтузиазма первооткрывателей новой физики. Новые открытия и явления в это время исследуются в основном теоретическими средствами прежней физики – классической динамики Галилея-Ньютона. Это период главным образом индивидуальных достижений, поскольку физические науки в основном были достоянием университетских кафедр и лабораторий, мало связанных с промышленностью; исследовательский «инструментарий» ученых был примитивен, как говорится, «на уровне сургуча и веревки». И хотя в ряде случаев университеты сотрудничали с промышленностью (криогенная лаборатория Лейденского университета – с холодильной промышленностью), это были лишь исключения, подтверждающие правило.

Данный этап ознаменовался крушением прежних представлений о материи, ее строении и формах движения, свойствах пространства и времени. Возник глубокий кризис в физике, явившийся симптомом еще более глубокого кризиса в философских основаниях всей классической науки. Самыми фундаментальными открытиями этапа были электромагнитные волны (Генрих Герц), коротковолновое электромагнитное излучение (Вильгельм Рентген), явления радиоактивности (Антуан Беккерель), электрон (Джозеф Томсон), идея квантаэнергии (Макс Планк), планетарная модель атома (Эрнст Резерфорд) и др. Но самым эпохальным событием этого периода было одно из величайших достижений в истории человеческой мысли – создание физиком-теоретиком Альбертом Эйнштейном частной и общей теории относительности (1905 – 1916 гг.).



Между тем, как писал Бернал в книге «Наука в истории общества», – относительность, по сути дела, принадлежит скорее науке XIX, чем ХХ в. Основной чертой ХХ в. была прерывность и атомистика; с другой стороны, теория относительности представляет собой континуум и теорию полей; однако поля относительности значительно шире, чем электромагнитные поля Максвелла. Это новые поля пространства- времени. Через 10 лет А. Эйнштейн ввел в общую картину пространства-времени силу тяготения, но для этого ему понадобилось порвать не только с механикой Ньютона, но и с геометрией Евклида. Он показал, что характер движения свободного тела (т.е. не взаимодействующего с другими телами или полями) выражает лишь качества пространства-времени в тех местах, через которые проходит данное тело. Теория относительности смогла объяснить видимое смещение положения звезд вблизи Солнца отклонением их лучей изогнутым пространством, а также разъяснить неравномерность передвижения планеты Меркурий. Сама же нъютоновская теория оказалась лишь частным случаем более общей теории движения тел в пространстве-времени.

Еще более революционным достижением этого периода явилось создание квантовой физики, точнее, осознание квантово-механической сущности материи на уровне микромира. Понадобилось немалое мужество ученых, чтобы отказаться от казалось бы незыблемых, надежных, апробированных представлений классической механики и электродинамики. На новом уровне мышления приходилось искать и находить не новые модели явлений, а новые законы.

Пришедший первым к этому выводу творец квантовой модели атома датский физик Нильс Бор писал: «…надеюсь, что я выразился достаточно ясно, чтобы Вы поняли, в каком резком противоречии находятся предложенные представления к достойному восхищения объединенному кругу представлений, который по праву можно назвать классической электродинамикой. В то же время я приложил усилия к тому, чтобы донести до Вас впечатление о том, что – именно с помощью акцентирования этой противоположности – вероятно, возможно со временем привнести определенную связь также и в новые представления». В качестве таких «новых представлений» Н. Бор взял квантовую теорию немецкого физика Макса Планка, основанную на гипотезе о существовании кванта света-фотона, что было уже началом перехода к неклассической физике.

Вторая фаза научной революции началась в середине 20-х гг. ХХ в. – завершением квантовой динамики и объединением ее с теорией относительности – в новейшей квантово-релятивистской картине мира. Эту модель мировидения и следует считать главным результатом естественнонаучной «перестройки» ХХ в. Она практически полностью «переиначила» все предыдущие научные представления о веществе, взаимодействиях, формах движения. Твердые атомы оказались почти целиком заполненными «пустотой», трехмерное пространство и одновременное время превратилось в частные проявления четырехмерного пространственно-временного континуума, в котором время может течь по-разному, в зависимости от скорости движения объекта. Вблизи массовых объектов оно замедляется, а в «черных дырах» может вообще остановиться. Законы Евклидовой геометрии вообще не применимы в масштабе Вселенной: планеты движутся по орбитам не из-за силы тяготения, а потому что вблизи их пространство искривлено. Элементарные частицы – первокирпичики веществ – обнаружили двойную природу, проявляя свойства и частицы, и волны. Оказалось, что невозможно зафиксировать одновременно координату частицы и ее импульс (или ускорение): это выражает «принцип неопределенности», в корне подрывающий причинно-следственную связь в физических процессах.

Физический мир оказался не четко работающей машиной, а спонтанно эволюционизирующим, трудно предсказуемым феноменом. «Беспокойство и смятение» воцарилось в царице наук – физике. А. Эйнштейн произнес знаменитые слова: «Прости меня, Ньютон. Понятия, созданные тобой, и сейчас являются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя мы теперь знаем, что если мы будем стремиться к более глубокому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта».

Немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг, характеризуя ситуацию в физике в начале ХХ в., отмечал, что созданию квантово-релятивистской картины мира предшествовал этап неуверенности и замешательства. С одной стороны, ни у кого не было желания разрушить классическую динамику, а с другой – было очевидно, что описывать внутриатомные процессы в понятиях старой физики невозможно. Он писал: «…все понятия, с помощью которых они (физики) до сих пор ориентировались в пространстве природы, отказывались служить и могли лишь употребляться в очень неточном и расплывчатом смысле». Возник своеобразный мировоззренческий «вакуум», который предстояло заполнить физикам, чтобы в рамках новейшей парадигмы упорядочить систему нового естествознания. Иначе говоря, создать новое физическое мышление, что и стало актуальнейшей задачей научной революции ХХ столетия.

Эта фаза научной революции ознаменовалась первым массовым внедрением промышленных методов и организационных принципов в физические науки. Фундаментальные исследования по-прежнему в основном проводились в университетских лабораториях, однако отдельные крупные ученые возглавили научно-исследовательские группы в промышленности, стали пользоваться дорогостоящим современным оборудованием, поддерживали тесные контакты с крупными промышленными исследовательскими лабораториями. Физика стала расширять сферу своей деятельности. Возросло число ученых-физиков, и им были предоставлены огромные возможности и средства. Наука становится доходной статьей в промышленности, особенно в области автоматизации процессов, организации технологических циклов и др.

Особенностью данного этапа научной революции, безусловно, является влияние военных приготовлений стран Европы, Америки и Японии, формирование военно-промышленного комплекса (ВПК), огосударствление науки. В военных целях устанавливаются тесные связи между руководителями исследовательских работ в физике, химии и государственными научно-исследовательскими организациями, возрастает секретность исследований и публикаций результатов, связанных с разработкой военных технологий.

«Военный период» можно выделить между первым и вторым этапом (1914 – 1918), но наиболее характерен он для третьего этапа (1939 – 1945). Это период наибольшего вовлечения, по сравнению с предшествующим периодом, физиков и химиков в военную сферу. Физика, по существу, становится приоритетной государственной наукой, имея как огромные материальные и интеллектуальные возможности, так и жесткие ограничения. То обстоятельство, что прогресс науки стал непосредственно связан с прогрессом военной промышленности и вооружений, обусловило следующее: крупные исследовательские программы могли себе позволить лишь самые экономически развитые государства (США, Германия, СССР).

Третьим этапом научной революции, ставшим, с одной стороны, ее завершением, а с другой – началом новейшей научно-технической революции ХХ века, явилось овладение в 40-е гг. атомной энергией, а также создание вычислительной техники, кибернетики, биохимических технологий. Произошло окончательное и неразрывное сращивание науки с техникой и технологией, что и определяет развитие культуры и общества во второй половине ушедшего столетия и требует отдельного пристального рассмотрения.

До этого естествоиспытатели, бессильные перед разгадкой сущности живого, признавали лишь его «особость», недоступность, проявление своего рода «витализма» – загадочной природной силы. С появлением учения об эволюции видов стало ясно, что мир и человек – результат естественного эволюционного процесса. Человек оказался таким же существом, что и другие; все отличия заключались лишь в том, что он достиг высшей ступени развития и обладает интеллектом. Само же его появление в эволюционном процессе могло быть и сугубо случайным явлением. В этом факте ярко проявились диалектические свойства науки, которые обнаруживались и ранее. Каждое новое научное открытие порождает больше вопросов и ставит больше проблем, чем было до него. Теория Дарвина лишила человека ореола божественного творения. Он стал лишь высшим достижением эволюции Природы, ее животного мира. На фоне гигантских периодов времени (в миллионы лет) ощущение случайности возникновения жизни лишь усугубилось.

Такой пессимистический взгляд подтверждала и теория «тепловой смерти Вселенной», вытекающая как следствие из 2-го закона термодинамики. Чисто случайно история человечества проходила в благоприятных биофизических условиях, обеспечивших человеку выживание, но в этой случайности не было признаков надежности космического состояния человечества. Данная ситуация подтолкнула к созданию еще в XIX в. таких пессимистических направлений в философии, как экзистенциализм, персонализм, философия жизни и другие, в которых больше не ставились вопросы глобального мироустройства, а главными были проблемы сущности бытия человека, его места в обществе и т.п.

Классическое естествознание стремилось объяснить все явления природы (включая социальные) посредством законов динамики (Ньютона-Галилея), создавая механическую модель мироустройства (Универсума). Когда в XIX в. стала очевидна ограниченность этой модели, ей на смену пришла электромагнитная картина мира (Фарадея-Максвелла). Однако в начале ХХ в., после открытия атомной структуры веществ, теории относительности и т.д., выявилось несовершенство и этой научной парадигмы. Стало ясно, что все предшествующие модели Универсума – «научные картины мира» – лишь идеализации с ограниченной сферой применения, ясно иллюстрирующие только идею исторической обусловленности научного знания, зависимость его от социально-культурных особенностей той или иной эпохи.

Современная научная картина мира приобретает общекультурный смысл, активно формирует мировоззренческие ориентиры, определяет стратегию цивилизационного развития общества. Можно утверждать, что научная революция сформировала новый тип научного мышления.

Важнейшим результатом научной революции рубежа XIX – ХХ вв. стало активное развитие цикла биологических наук, формирование нового отношения к биологическим формам материи, к их уникальному свойству – саморазвитию и эволюции. Эволюционные идеи из биологии постепенно, но неуклонно стали проникать во все сферы естественнонаучных знаний: химию, геологию и др. Стала выкристаллизовываться естественно-историческая концепция развития, основанная на идее всеобщей связи явлений в природе и в мире. Живая материя стала осознаваться как активно действующий элемент биосферы и даже космосферы. Были заложены основы развития широкого спектра биосферных наук.

Хотя механистическая картина мира прошлого была вседовлеющей, внутри ее уже вызревала иная парадигма, связанная прежде всего со взглядами ученых на живые организмы – биоструктуры. Еще Иоганн Гердер, немецкий философ, критиковал механицизм как мировоззрение, считая, что методами классической физики и математики могут быть объяснены лишь процессы в неорганической природе. Гердер проводит окончательное и отчетливое различие между механическим и организмическими подходами – между мировым механизмом и мировым организмом.

Антимеханические тенденции были особенно сильны именно в биологии, изучавшей биологические явления как целостные, не сводимые к элементарным структурам (теории витализма, холизма и др.). Немецкий биолог и натурфилософ Ханс Дриш сформулировал особое направление в философии – организм, в котором живое (органическое) противопоставляется механистическому, организм – машине, поскольку, в отличие от последней, содержит в самом себе собственный организационный принцип действия. Дриш пытался экспериментально доказать, что физические и химические принципы недостаточны для объяснения деятельности биологических систем. Он утверждал, что организм представляет собой целостность, и все явления в органическом мире подчиняются «целостной причинности»; идея целого внутренне присуща его частям. Доказательствами автономии жизненных процессов для Дриша были способность клеток размножаться, образуя «сложную эквипотенциальную систему», в которой каждый отдельный элемент совокупности клеток может выполнять функции составного целого; способность животных к регуляции своего поведения на основе опыта (обучаемость). Однако верная по сути антимеханистическая позиция Дриша и других ученых из-за недостаточной развитости биологических исследований на молекулярно-генетическом уровне постепенно приобрела окраску «витализма» – веры в особую жизненную силу, присущую лишь живым организмам.

Более перспективным стал системный подход австрийского биолога Людвига фон Берталанфи, который, отвергая витализм в своих биологических исследованиях, формулирует новый организмический подход: биологические структуры – это явление особого порядка, выходящее за пределы закономерностей неживой природы. Биологические объекты должны рассматриваться как особые динамические системы, взаимодействующие с окружающей средой на принципах активности и реактивности, а задача «организмической биологии» заключается в отыскании естественных законов, которым подчиняются свойства этих систем. По его мнению, механизм не способен объяснить основополагающие проблемы жизни (организация, целостность, регуляция), но и витализм также рассматривает «живой организм как сумму частей и машин, которые просто дополняются и контролируются душеподобным инженером».

В 1968 г. Берталанфи сформулировал теорию открытых систем, т.е. систем, которые обмениваются с окружающей средой энергией и материей, объясняющую процессы роста, приспособления, регуляции и принципы равновесия биологических систем, ставшую основой его общей теории систем – отправного пункта системного подхода во всех областях современной науки и техники.

Принцип системности, последовательно применяемый к живым объектам на уровне клетки, организма, вида и популяции, естественно приводит к анализу взаимоотношений живых организмов с окружающей средой, к пониманию взаимообусловленности этой связи в рамках экологической системы. Российский естествоиспытатель Владимир Иванович Вернадский совершенно верно заметил: «Резкое отличие живого от мертвого является аксиомой, точно так же, как является аксиомой положение о существовании неразрывной связи между живым и мертвым и круговорот химических элементов в живом веществе». Природа в этом аспекте представляется как иерархическая система объектов, процессов (явлений) и взаимосвязей. Любой природный феномен может быть представлен в виде совокупности физических, химических, биологических, исторических и экологических подсистем. При этом каждая из них отражает лишь какой-то один аспект. Под экологической системой понимается модель взаимосвязей между живыми организмами и природой, окружающей средой. Биосфера по определению является такой системой. В 1926 г. в книге «Биосфера» Вернадский сформулировал три основных принципа эволюции биосферы как целостной системы.

Первый принцип – живое вещество неуклонно стремится к расширенному освоению окружающей среды, т.е. биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда ориентирована на максимум. Осваивая неорганические вещества в биотическом круговороте, живое проникает во все более недоступные сферы, увеличивая перерабатывающие возможности в основном за счет увеличения разнообразия живых организмов, но сохраняя при этом основу своего химического состава. Данный принцип называют «правилом постоянства химического базиса эволюционных процессов органического мира».

Второй принцип связывает эволюцию отдельных видов и популяций с эволюцией биосферы в целом. Эволюция видов, в ходе геологического времени приводящая к созданию устойчивых форм жизни, идет в основном в направлении, увеличивающем биогенную миграцию элементов биосферы. Эволюционная перспективность видов обусловливается их способностью к усилению общей перерабатывающей функции живого вещества, биосферы в целом. В рамках этого принципа появление человека есть закономерный результат, этап эволюции биосферы, так как выделение его из животного мира привело к резкому возрастанию темпов переработки окружающей среды. Отметим и другую особенность. Некоторые виды упрощают свою морфологическую структуру, но при этом усиливают перерабатывающую способность. В их жизненном цикле начинает доминировать процесс размножения. Данный принцип можно сформулировать как «правило направленности эволюционных изменений органического мира».

Третий принцип выражает темп размножения живого на планете. В течение всего геологического времени заселение Земли должно быть максимально возможным для всего живого вещества. Темп заселения планеты отражает закон геометрической прогрессии размножения живых организмов. Вернадский предложил рассматривать скорость заселения Земли тем или иным видом как характеристику его геохимической функции. Чем больше перерабатывающая способность вида, тем быстрее он заселяет земную поверхность.

Принцип универсального эволюционизма как итог постклассического естествознания стал одновременно и началом «великого объединения» естественных, технических и социальных наук. В ХХ в. человечество осознало свою роль как основу для новой планетарной общности – ноосферы (сферы разума).

Выдающийся русский религиозный мыслитель конца XIX – начала ХХ вв. Николай Федорович Федоров отмечал, что есть два материализма – материализм подчинения слепой силе материи и материализм управления материей, не в мысли, не в игрушечных, кабинетных или лабораторных опытах, а в самой природе. Переход к концепции ноосферы выражает освоение второго типа материализма. Для этого человечеству придется пересмотреть многие исходные установки. Ноосферная парадигма должна стать теорией управления развитием человеческого общества, его эволюцией в планетарном и даже космическом масштабе.

В конце XIX в. наступила «Эпоха электричества». Если первые машины создавались мастерами-самоучками, то теперь наука властно вмешалась в жизнь людей – внедрение электродвигателей было следствием достижений науки. «Эпоха электричества» началась с изобретения динамо-машины – генератора постоянного тока, его создал бельгийский инженер Зеноб Грамм в 1869 г. Вследствие принципа обратимости, машина Грамма могла работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Она могла быть легко переделана в генератор переменного тока. В 1880-х гг. работавший в Америке на фирме «Вестингауз электрик» югославский изобретатель Никола Тесла создал двухфазный электродвигатель переменного тока. Одновременно работавший в Германии на фирме АЭГ русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский создал эффективный трехфазный электродвигатель. Теперь задача использования электроэнергии упиралась в проблему передачи тока на расстояние. В 1891 г. состоялась открытие Всемирной выставки во Франкфурте. По заказу организаторов этой выставки Доливо-Добровольский создал первую ЛЭП высокого напряжения и трансформатор к ней. Заказ предусматривал столь сжатые сроки, что не проводилось никаких испытаний. Система была включена и сразу заработала. После этой выставки Доливо-Добровольский стал ведущим электротехником того времени, а фирма АЭГ стала крупнейшим производителем электротехники. С этого времени заводы и фабрики начали переходить от паровых машин к электродвигателям, появились крупные электростанции и линии электропередач.

Большим достижением электротехники было создание электрических ламп. За решение этой задачи в 1879 г. взялся американский изобретатель Томас Эдисон. Его сотрудники проделали свыше 6 тыс. опытов, опробуя для нити накаливания различные материалы. Лучшим материалом оказались волокна бамбука, и первые лампочки Эдисона были «бамбуковыми». Лишь спустя двадцать лет по предложению русского инженера Лодыгина нить накаливания стали изготовлять из вольфрама.

Электростанции требовали двигателей очень большой мощности. Эта проблема была решена созданием паровых турбин. В 1884 г. английский инженер и промышленник Чарлз Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину. Турбина Парсонса стала использоваться не только на электростанциях, но и как двигатель быстроходных судов, крейсеров и океанских лайнеров. В 1889 г. шведский инженер и изобретатель Карл Густав де Лаваль получил патент на турбину, в которой скорость истекания пара достигала 770 м/с. Появились также гидроэлектростанции, на которых использовались гидротурбины, созданные еще в 30-х гг. французским инженером Бенуа Фурнероном. Американский инженер А. Пелтон в 1889 г. запатентовал струйную турбину, работавшую под большим давлением. Гидротурбины имели очень высокий КПД, порядка 80 %, и получаемая на гидростанциях энергия была очень дешевой.

Одновременно с работами по созданию сверхмощных двигателей шла работа над малыми передвижными двигателями. Поначалу это были газовые двигатели, работавшие на светильном газе. Они предназначались для мелких предприятий и ремесленных мастерских. Газовый двигатель был двигателем внутреннего сгорания, то есть сгорание топлива осуществлялось непосредственно в цилиндре и продукты сгорания толкали поршень. Работа при высоких температурах в цилиндре требовала системы охлаждения и смазки. Эти проблемы были решены французским инженером Этьеном Ленуаром, создавшим в 1860 г. первый практически пригодный двигатель внутреннего сгорания (газовый). Однако получаемый из древесных опилок светильный газ был дорогим топливом.

Более перспективными были разработки двигателя, работавшего на бензине. Бензиновый двигатель потребовал создания карбюратора – устройства для распыления топлива в цилиндре. Первый работоспособный бензиновый двигатель был создан в 1885 г. немецким инженером Готлибом Даймлером. Этот двигатель открыл эру автомобилей. В 1886 г. Даймлер поставил свой двигатель на четырехколесный экипаж. Эта машина была продемонстрирована на выставке в Париже, где лицензию на ее производство купили французские изобретатели и промышленники Рене Панар и Этьен Левассор. Они, используя двигатель Даймлера, создали свой автомобиль, оснастив его системой сцепления, коробкой передач и резиновыми шинами. В 1894 г. он выиграл первые автомобильные гонки Париж – Руан. В следующем году Левассор на своем автомобиле выиграл гонку Париж – Бордо. «Это было безумие! – сказал победитель, – Я мчался со скоростью 30 км/час!». Однако Даймлер сам решил заняться производством автомобилей. В 1890 г. он создал компанию «Даймлер моторен», и десять лет спустя эта компания выпустила первый автомобиль марки «Мерседес». «Мерседес» стал классическим автомобилем начала XX в. Он имел четырехцилиндровый двигатель мощностью 35 л.с. и развивал скорость 70 км/час. Эта красивая и надежная машина положила начало массовому производству автомобилей.

КПД двигателя Даймлера составлял около 20 %, а КПД паровых машин не превосходил 13 %. Между тем, согласно теории тепловых двигателей, разработанной французским физиком С. Карно, КПД идеального двигателя мог достигать 80 %. Идея идеального двигателя волновала умы многих изобретателей. В начале 90-х гг. XIX в. ее попытался воплотить в жизнь молодой немецкий инженер Рудольф Дизель. Идея Дизеля состояла в сжатии воздуха в цилиндре до давления порядка 90 атмосфер, при этом температура достигала 900 градусов, затем в цилиндр впрыскивалось топливо. Цикл работы двигателя получался близким к идеальному «циклу Карно». Дизелю не удалось полностью реализовать свою идею, из-за технических сложностей он был вынужден понизить давление в цилиндре до 35 атмосфер. Первый двигатель Дизеля, появившийся в 1897 г., произвел сенсацию – его КПД составлял 36 %, вдвое больше, чем у бензиновых двигателей. Многие фирмы стремились купить лицензию на производство двигателей, и уже в 1898 г. Дизель стал миллионером. Однако производство двигателей требовало высокой технологической культуры, и Дизелю многие годы пришлось ездить по разным странам, налаживая производство своих двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания использовался не только в автомобилях. В 1901 г. американские инженеры Харт и Парр создали первый трактор с таким двигателем. В 1912 г. фирма «Холт» освоила выпуск гусеничных тракторов. К 1920 г. на американских фермах работали уже 200 тыс. тракторов. Трактор использовался не только на полевых работах, его двигатель приводил в действие молотилки, косилки, мельницы и другие сельскохозяйственные машины. С созданием трактора началась массовая механизация сельского хозяйства.

Появление двигателя внутреннего сгорания сыграло большую роль в зарождении авиации. Поначалу думали, что достаточно поставить двигатель на крылатый аппарат – и он поднимется в воздух. В 1894 г. знаменитый изобретатель пулемета Хайрем Максим построил огромный самолет с размахом крыльев в 32 м и весом 3,5 т – эта машина разбилась при первой попытке подняться в воздух. Оказалось, что основной проблемой воздухоплавания является устойчивость полета. Эта задача решалась в ходе долгих экспериментов с моделями и планерами. В 1870-х гг. француз Пенно создал несколько маленьких моделей, приводимых в действие резиновым моторчиком. Результатом его экспериментов был вывод о важной роли хвостового оперенья. В 1890-х гг. немецкий инженер Отто Лилиенталь совершил около 2 тыс. полетов на сконструированном им планере. Он управлял планером, балансируя своим телом, и мог находиться в воздухе до 30 сек, пролетая за это время 100 м. Опыты Лилиенталя закончились трагически, он не смог справиться с порывом ветра и разбился, упав с высоты 15 м.

Работу над созданием планеров продолжили американские авиаконструкторы и летчики, братья Уилбер и Орвилл Райт, владельцы велосипедной мастерской в г.Дейтоне. Братья Райт ввели вертикальный руль, поперечные рули-элероны и измерили подъемную силу крыльев с помощью продувания в изобретенной ими аэродинамической трубе. Построенный братьями Райт планер был хорошо управляемым и мог держаться в воздухе около минуты. В 1903 г. братья Райт поставили на планер небольшой бензиновый двигатель, который они изготовили сами, в своей мастерской. 14 декабря 1903 г. Уильбур Райт совершил первый полет на самолете с двигателем внутреннего сгорания, пролетев 32 м. 17 декабря дальность полета достигла 260 м, продолжительность 59 секунд. Это были первые полеты в мире, до братьев Райт еще не один аэроплан не мог подняться в воздух.

Однако достижения братьев Райт остались незамеченными, и их обращенные к правительству просьбы о помощи остались без ответа. В том же году братья Райт были вынуждены из-за недостатка средств прекратить свои полеты. В 1907 г. Райт посетили Францию, где общественность с большим интересам относилась к полетам первых авиаторов.

Рассказы и фотографии братьев Райт произвели во Франции такую сенсацию, что ее эхо докатилось до Америки, и правительство немедленно предоставило Райтам заказ на 100 тыс. долл. В 1908 г. новый аэроплан Райтов совершил полет продолжительностью в 2,5 часа. Заказы на аэропланы посыпались со всех сторон, в Нью-Йорке была основана самолетостроительная компания «Райт» с капиталом 1 млн. долл.

В 1909 г. французский авиаконструктор и летчик Луи Блерио совершил перелет через Ла-Манш. В этом же году Фарман создал первую массовую модель аэроплана – знаменитый «Фарман-3». Он стал основной учебной машиной того времени и первым аэропланом, который выпускался серийно.

В конце XIX в. продолжалась работа над созданием новых средств связи. На смену телеграфу пришли телефон и радиосвязь. Первые опыты по передаче речи на расстояние проводились немецким физиком и изобретателем И.Ф. Рейсом в 60-е гг. В 70-е гг. этими опытами заинтересовался Александр Белл, шотландец, эмигрировавший в Америку и преподававший сначала в школе для глухонемых детей, а потом в Бостонском университете. Белл скопировал барабанную перепонку, поместив металлическую мембрану рядом с электромагнитом, добился удовлетворительной передачи речи на небольшие расстояния. В 1876 г. Белл взял патент на телефон и в том же году продал более 800 экземпляров. В 1877 г. была построена первая телефонная станция. В 1878 г. английский изобретатель Дэвид Юз изобрел угольный микрофон, а американский изобретатель и предприниматель Томас Эдисон применил трансформатор для передачи звука на большие расстояния. Белл создал фирму по производству телефонов, и через 10 лет в США было уже 100 тыс. телефонных аппаратов.

При работе над телефоном у Эдисона возникла мысль записать колебания микрофонной мембраны. Он снабдил мембрану иглой, которая записывала колебания на цилиндре, покрытом фольгой. Так в 1877 г. появился фонограф. В 1887 г. американский изобретатель Эмиль Берлинер заменил цилиндр круглой пластинкой и создал граммофон. Граммофонные диски можно было легко копировать, и вскоре появилось множество фирм, занимавшихся звукозаписью.

Новый шаг в развитии связи был сделан с изобретением радиотелеграфа. Научной основой радиосвязи была созданная Дж. Максвеллом теория электромагнитных волн. В 1886 г. Г. Герц экспериментально подтвердил существование этих волн с помощью прибора, называемого вибратором. В 1891 г. французский физик и инженер Э. Бранли обнаружил, что металлические опилки, помещенные в стеклянную трубку, меняют сопротивление под действием электромагнитных волн. Этот прибор получил название когерера. В 1894 г. английский физик О. Лодж использовал когерер, чтобы регистрировать прохождение волн. В следующем году российский физик и электротехник Александр Степанович Попов приделал к когереру антенну и приспособил его для принятия сигналов, испускаемых аппаратом Герца. В марте 1896 г. Попов продемонстрировал свое изобретение на заседании Российского физико-химического общества и произвел передачу сигналов на расстояние 250 м. Одновременно с Поповым свою радиотелеграфную установку создал молодой итальянский радиотехник и предприниматель Гульельмо Маркони. Он первым сумел запатентовать это изобретение, а в следующем году организовал акционерное общество для его использования. В 1898 г. Маркони включил в свой приемник джиггер – прибор для усиления антенных токов, это позволило увеличить дальность передачи до 85 миль и осуществить передачу через Ла-Манш. В 1900 г. Маркони заменил когерер магнитным детектором и осуществил радиосвязь через Атлантический океан. Американский президент Теодор Рузвельт и английский король Эдуард VIII обменялись по радио приветственными телеграммами. В октябре 1907 г. фирма Маркони открыла для широкой публики первую радиотелеграфную станцию.

Одним из замечательных достижений этого времени было создание кинематографа. Появление кино было прямо связано с усовершенствованием изобретенной французским художником и изобретателем Луи Дагером фотографии. Англичанин Мэддокс в 1871 г. разработал сухобромжелатиновый процесс, который позволил сократить выдержку до 1/200 сек. В 1877 г. поляк Л.В. Варнеке изобрел роликовый фотоаппарат с бромсеребряной бумажной лентой. В 1888 г. немецкий фотограф О. Аншютц создал моментальный шторный затвор. Появилась возможность делать моментальные снимки. После этого вся проблема свелась к созданию скачкового механизма, чтобы производить снимки через промежутки в долю секунды. Этот механизм и первый киноаппарат были созданы французскими изобретателями, братьями Огюст и Луи Люмьер в 1895 г. В декабре этого года был открыт первый кинотеатр на бульваре Капуцинов в Париже. В 1896 г. Люмьеры объехали все европейские столицы, демонстрируя свой первый кинофильм. Эти гастроли имели колоссальный успех.

В конце XIX в. впервые создаются вещества, именуемые теперь пластмассами. Перед Первой мировой войной были изобретены бакелит и другие пластмассы, носящие общее название фенопластов. Производство искусственного волокна началось после того, как в 1884 г. французский инженер И. де Шардонё разработал метод получения нитрошелка; впоследствии научились производить искусственный шелк из вискозы. В 1899 г. русский химик-органик Иван Лаврентьевич Кондаков положил начало получению синтетического каучука.

Последние десятилетия XIX в. были временем технических сдвигов в строительном деле. Строительство высотных зданий, или, как их стали называть, «небоскребов», началось в Чикаго в 80-х гг. XIX в. Первым зданием нового типа считается 10-этажный дом чикагской страховой компании, построенный в 1883 г. американским архитектором У. Дженни, который применил как железные, так и стальные перекрытия. Усиление стен стальным каркасом, на который начали опирать балки междуэтажных перекрытий, позволило увеличить высоту зданий вдвое. Самым высоким зданием тех времен был нью-йоркский 58-этажный небоскреб, высотою в 228 м, построенный в 1913 г. Но высочайшим сооружением была Эйфелева башня, своеобразный памятник «века железа». Воздвигнутая французским инженером Гюставом Эйфелем на Марсовом поле в Париже в связи со Всемирной выставкой 1889 г., эта ажурная башня имела 300 м в высоту.

Наряду с металлическими, широкое применение получили в это времяжелезобетонные конструкции. Человеком, открывшим железобетон, считается французский садовник Жозеф Монье. Еще в 1849 г. он изготовил кадки для плодовых деревьев с каркасом из железной проволоки. Продолжая свои опыты, он в 60-х гг. запатентовал несколько способов изготовления труб, резервуаров и плит из бетона с железной арматурой. Наиболее важным был его патент на железобетонные сводчатые перекрытия 1877 г.

Конец XIX в. был временем бурного роста мировой железнодорожной сети. С 1875 г. по 1917 г. протяженность железных дорог выросла в 4 раза и достигла 1,2 млн. км. Знаменитыми стройками того времени были магистраль Берлин – Багдад и Великий Сибирский путь (Транссибирская магистраль), его протяженность к 1916 г. составила 7,4 тыс. км. На новых железных дорогах укладывали стальные рельсы, они пересекали величайшие реки мира и на них возводились гигантские стальные мосты. Начало «эре стальных мостов», как выражались современники, положили арочный мост инженера Дж. Идса через р.Миссисипи в 1874 г. и висячий Бруклинский мост в Нью-Йорке архитектора Дж. Реблинга в 1883 г. Центральный пролет Бруклинского моста имел в длину около 1/2 км. На новых дорогах работали мощные локомотивы системы компаунд с многократным расширением и высоким перегревом пара. В 90-е гг. XIX в. в США и Германии появились первые электровозы и электрифицированные железные дороги.

Строительство железных дорог потребовало многократного увеличения производства стали. В период 1870 – 1900 гг. выплавка стали возросла в 17 раз. В 1878 г. английским металлургом Сидни Томасом был введен томасовский способ передела чугуна на сталь. Этот способ позволил использовать фосфористые железные руды Лотарингии и обеспечил рудой металлургическую промышленность Германии. В 1888 г. американский инженер Ч. Холл разработал электролитический способ производства алюминия, открыв дорогу широкому использованию алюминия в промышленности. В 1892 г. французский химик Анри Муассан создал дуговую электрическую печь.

Новые технические возможности привели к совершенствованию военной техники. В 1883 г. американец Х. Максим создал первый пулемет. Знаменитый пулемет Максима имел прицельную дальность 3000 м, производил 250 – 300 выстрелов в минуту и по огневой мощи был равнозначен роте солдат. Появились скорострельные трехдюймовые орудия и тяжелые 12-дюймовые пушки со снарядами весом 200 – 300 кг.

Особенно впечатляющими были перемены в военном кораблестроении. В Крымской войне 1853 – 1856 гг. еще участвовали деревянные парусные гиганты с сотнями пушек на трех батарейных палубах. Вес самых тяжелых снарядов составлял в то время 30 кг. В 1860 г. в Англии был спущен на воду первый железный броненосец «Варриор», и вскоре все деревянные корабли пошли на слом. Началась гонка морских вооружений. Англия и Франция соревновались в создании все более мощных броненосцев. Позднее к этой гонке присоединились Германия и США. В 1881 г. был построен английский броненосец «Инфлексибл» водоизмещением в 12 тыс. т. Он имел лишь 4 орудия главного калибра, но это были колоссальные пушки калибром 16 дюймов, размещенные во вращающихся башнях, длина ствола была 8 м, а вес снаряда – 700 кг. Через некоторое время все ведущие морские державы стали строить броненосцы этого типа (правда, в основном с 12-дюймовыми орудиями). Новый этап гонки вооружений был вызван появлением в 1906 г. английского броненосца «Дредноут». Он имел водоизмещение 18 тыс. тонн и десять 12-дюймовых орудий. Благодаря паровой турбине, он развивал скорость в 21 узел. Перед мощью «Дредноута» все прежние броненосцы оказались небоеспособными, и морские державы стали строить такие корабли. В 1913 г. появились броненосцы типа «Куин Елизабет» водоизмещением 27 тыс. тонн с десятью 15-дюймовыми орудиями.

В 1914 г. началась Первая мировая война. Причиной мировой войны было несоответствие реальной мощи европейских держав и размеров их владений. Англия, воспользовавшись ролью лидера промышленной революции, создала огромную колониальную империю и захватила большую часть ресурсов, необходимых другим странам. Однако к концу XIX в. лидером технического и промышленного развития стала Германия. Она стремилась использовать свое военное и техническое превосходство для нового передела мира.

Германское командование надеялось разгромить своих противников за пару месяцев, однако в этих расчетах не была учтена роль появившегося тогда нового оружия – пулемета. Пулемет дал решающее преимущество обороняющейся стороне. Германское наступление было остановлено, и началась долгая «окопная война». Тем временем английский флот блокировал германские порты и прервал поставки продовольствия. В 1916 г. в Германии начался голод, который, в конечном счете, привел к разложению тыла, к революции и поражению Германии.

Развитие науки и техники на Урале на рубеже XIX – XX вв. требует самостоятельного исследования. Следует отметить:

· включенность Урала в мировые научно-технические процессы;

· Урал стал одним из крупных индустриальных регионов мира;

· научные база и потенциал региона соответствуют мировым стандартам;

· высшие учебные заведения Урала готовят специалистов современного уровня.

 

Список рекомендуемой литературы

1. Афанасьев Ю.Н. История науки и техники [Текст]: конспект лекций / Ю.Н. Афанасьев, Ю.С. Воронков, С.В. Кувшинов. М., 1998.

2. Бакс К. Богатства земных недр [Текст] / К. Бакс. М., 1986.

3. Беккерт М. Железо. Факты и легенды [Текст] / М. Беккерт. 2-е изд. М., 1988.

4. Боголюбов А.Н. Творения рук человеческих. Естественная история машин [Текст] / А.Н. Боголюбов. М., 1988.

5. Виргинский В.С. Очерки истории науки и техники XV – XIX веков [Текст]: пособие для учителя / В.С. Виргинский. М., 1984.

6. Виргинский В.С. Очерки истории науки и техники. 1870 – 1917 гг. [Текст]: книга для учителя / В.С. Виргинский, В.Ф. Хотеенков. М., 1988.

7. Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики [Текст] / Я.М. Гельфер. М., 1981.

8. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала XIX века до середины XX века [Текст] / Я.Г. Дорфман. М., 1979.

9. Запарий В.В. История науки и техники [Текст]: курс лекций / В.В. Запарий, С.А. Нефедов. Екатеринбург, 2004.

10. Иванов Н.И. Философия техники [Текст] / Н.И. Иванов. Тверь, 1997.

11. История науки и техники [Текст]: курс лекций / А.В. Бармин, В.А. Дорошенко, В.В. Запарий, А.И. Кузнецов, С.А. Нефедов; под ред. проф., д-ра ист. наук В.В. Запария. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005.

12. История науки и техники [Текст]: курс лекций / А.В. Бармин, В.А. Дорошенко, В.В. Запарий, А.И. Кузнецов, С.А. Нефедов; под ред. проф., д-ра ист. наук В.В. Запария. 2-е изд., испр. и доп. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006.

13. Колчинский Э.Л. Эволюция биосферы [Текст] / Э.Л. Колчинский. Л., 1980.

14. Наука и культура [Текст]: сб. ст. / АН СССР, Ин-т истории естествознания и техники; отв. ред. В.Ж. Келле. М., 1984.

15. Научный прогресс: когнитивные и социокультурные аспекты [Текст]: сб. ст. /Рос. АН, Ин-т философии; отв. ред. И.П. Меркулов. М., 1993.

16. Рузавин Г.А. Концепции современного естествознания [Текст] / Г.А. Рузавин. М., 1997.

17. Рыжов К.В. Сто великих изобретений [Текст] / К.В. Рыжов. М, 2000.

18. Соломатин В.А. История науки [Текст]: учебное пособие / В.А. Соломатин. М., 2003.

19. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах [Текст] / Г. Хакен. М., 1985.

20. Эрден-Груз Т. Основы строения материи [Текст] / Т. Эрден-Груз. М., 1976.

 

 

Лекция 9


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!