Глава первая

В ПОМОЩЬ ИЗОБРЕТАТЕЛЮ

Человек как машина или фабрика

Декарт, великий мыслитель XVII века, рассматривал человеческое тело, как машину. Современный ученый был бы более склонен назвать наш организм скорей фабрикой, чем только машиной. Человек — «завод», который имеет свою особую «технику». В этом заводе имеется разделение труда, — различные органы исполняют вполне определенную функцию, — и своя система управления при помощи нервов. Эти нервы, соединяющие различные органы тела с мозгом, напоминают собой телефонную сеть большой фабрики.

Один из главных органов человеческого тела — сердце.

Сердце-машина весом всего 300 г. Его мощность — около 1/375 лош. силы. Нормально эта живая машина работает 70–80 лет без перерывов и вовсе не требует — вернее, не допускает — ремонта.

При каждом ударе сердце-машина совершает работу, достаточную для подъема 400 г на высоту одного метра. С каждым ударом сердце прогоняет из вен 1/10 литра крови в правое предсердие, оттуда в правый желудочек и затем, через легочную артерию, к легким, где кровь очищается с помощью вдыхаемого нами кислорода. Из легких обновленная кровь через легочную вену прогоняется в левое предсердие, затем в левый желудочек и оттуда в большую аорту. Благодаря этой машине-сердцу кровь питает все органы, кожу, нервы…

В течение одной минуты сердце перекачивает 7 литров крови (около 30 стаканов); в сутки это составит больше 5000 литров, а за год жизни — 4000000 литров, т. е. восемь тысяч сорокаведерных бочек!

И эта машина, созданная природой, работающая без ремонта десятки лет, весит всего 300 г. Такой машине позавидует любая фабрика. Не потому ли многие изобретатели старались подражать природе?

Что наши руки — замечательные рычаги, знал еще Борелли, ученик Галилея, современник Декарта. Рисунок, который вы видите здесь, взят из замечательного сочинения Борелли — «О движении животных».

Рис. 1. «Когда протянутая рука держит на пальце 10 фунтов, то мышцы руки производят совместно тягу в 2000 фунтов». (Из сочинения Борелли, 1685 г.)

Этот ученый показал, что сила, действующая в мышце, приложена к меньшему плечу рычага и потому значительно превосходит груз, действующий на конец пальца (точка «В» нашего рисунка). По вычислению Борелли, если держать руку горизонтально и подвесить к пальцам 10 фунтов, то все мышцы руки вместе производят тягу в 2000 фунтов. Какою же огромною крепостью должен обладать тот материал, из которого сделана мышца!

Современная наука выяснила, кроме того, что мышцы обладают огромной эластичностью. Здесь есть чему поучиться технику. Французский ученый Марэй показал на опыте, что при перевозке тяжестей получается 26 % экономии усилия, если лошадь, запряженная в экипаж, тянет его при помощи эластических тяжей. Как видим, природа недаром создала эластические мышцы: в целях экономии силы человека.

Не менее интересна особенность костей у человека и животных. Надо заметить, что только со времени Галилея (XVII век) начали изучать то, что теперь называют сопротивлением материалов. В настоящее время установлено, что сопротивление сгибанию одинаково как для сплошного стержня, так и для полого, имеющего достаточной толщины стенку. Кости наших рук и ног внутри пусты. По типу наших костей строят теперь рамы велосипедов: пустые металлические трубки велосипеда дают, при своей легкости, весьма большую прочность. Как видим, за сотни тысячелетий естественного подбора животное царство выработало тип рычага, который одобряет современная техника. Физиологи установили, что для раздробления кости нужно употребить давление около 3 тонн.

Посмотрите рисунок, где приведены в связь техника природы и техника, созданная человеком. На рисунке даны — разрез бедренной кости, вычерчены линии давлений, т. е. кривые, вдоль которых передается усилие, и, наконец, показана схема действующих усилий в стрелке подъемного крана.

Рис. 2. Бедренная кость (налево) с вычерченными линиями давлений и стрелка подъемного крана (направо) с схемой действующих усилий.

Инженеры сознательно добиваются того, чего «инстинктивно», но целесообразно достигает природа!

Приведу еще пример из области того, как работает фабрика-организм. Он относится к органам наших чувств.

Наиболее совершенным является орган зрения — глаз. Впрочем, в отношении чувствительности чувство вкуса превосходит глаз: язык знатока вин, если можно так выразиться, «смеется» над самым тонким химическим анализом. По строению глаз напоминает собой фотографический аппарат, который стал орудием исследования лишь в средине XIX столетия. Вы, наверное, знаете, что матовое стекло фотографического аппарата и чувствительная фотографическая пластинка, устанавливаемая на его место по наведении аппарата на фокус, представляет подражание чувствительной сетчатой оболочке глаза. В последнее время физиологи идут еще дальше в сравнении процесса зрения с фотографированием. Высказывается предположение, что на сетчатой оболочке получается такое же химическое видоизменение ее поверхностного слоя, как в пленке чувствительного слоя фотографической пластинки, а роль так называемой пурпурной жидкости глаза — роль проявителя и фиксажа, вызывающих изображения на пластинке.

Что может почерпнуть изобретатель, наблюдая природу

Посмотрим теперь, какова «техника» в других уголках природы.

Вам, наверно, памятны полеты Амундсена и пролеты Нобиле на полюс? Помните форму их дирижаблей?

Форма аэростата была математически обоснована впервые Жиффаром примерно лет 75 тому назад. Его дирижабль представлял собой «тело вращения» дуги вокруг своей хорды, т. е. имел форму «чижа», в который играют дети.

Рис. 3. Форма дирижабля 75 лет назад (управляемый аэростат Жиффара).

В наше время конструкторы отказались от такой формы дирижабля. Современный «цеппелин» походит скорей на рыбу.

Рис. 4. Рыба и цеппелин.

Нужно ли упоминать, что современные быстроходные аэропланы похожи на птицу? Между тем первый летательный аппарат Райта (1903 г.) походил скорее на ящичный змей, чем на птицу.

Рис. 5. Аппарат Райта в полете напоминает большой змей.

И только через двадцать лет летательный аппарат принял ту форму, которую выработала природа.

Рис. 6. Аэроплан 1924 г. похож на птицу.

Не покидая мира птиц, приведу еще пример, показывающий удивительную технику природы. Посмотрите, как устроены ноги многих птиц. Природа снабдила птиц особым механизмом: как только птица садится на ветку и поджимает ноги, мускул-тяж тянет когти, и они автоматически обхватывают ветку. Вот тоже механизм, достойный подражания!

Рис. 7. Механизм птичьей ноги: когда птица садится на ветку, поджимая ноги, пальцы автоматически обхватывают ветку.

Мы живем в век электрификации. Интересно знать, мог ли бы электротехник почерпнуть свои знания из самой природы? Физиологи отвечают на этот вопрос утвердительно.

В морях водятся рыбы, вооруженные органами, производящими электрический разряд. К таким рыбам принадлежит, например, электрический скат («Торпедо мармората»), электрический угорь («гимнотус электрикус»).

Долгое время думали, что эти рыбы выпускают особый яд. Действие этого «яда» настолько значительно, что, например, ученый Гумбольт чувствовал полученный им удар от угря целые сутки: болели суставы.

Другой естествоиспытатель, Капплер, после удара угря упал в воду и в течение двух минут ощущал паралич ног.

Не даром жители южной Америки, где водится электрический угорь, называют его «арима», что на их языке значит «лишающий движения».

Современные физиологи изучали устройство и работу электрического органа угря. Оказалось, что он представляет собой как бы батарею из 8000 элементов и, по измерениям Дюбуа Раймонда, напряжение его доходит до 300 вольт. Такое напряжение почти в три раза больше напряжения тока, который питает наши электрические лампы.

Я мог бы привести много примеров из мира растений и животных, показывающих, насколько высока техника, созданная самой природой на протяжении тысячелетий. Для изобретателя, не только для ученого, природа является замечательной книгой, из которой он может черпать идеи, полезные для использования сил природы.

Два примера из истории

Великий инженер, естествоиспытатель и гениальный художник XV века Леонардо да Винчи в своих изобретениях старался подражать природе. Чтобы построить летательный аппарат, он наблюдал за полетом птиц. Леонардо написал замечательную книгу «О летании птиц», оказывающуюся полезной для конструкторов аэропланов еще и в наши дни.

Стараясь подражать природе, изобретатель не всегда, однако, сразу находит в ней ответ. Таких примеров можно было бы указать из истории техники очень много.

Изобретатели первого парового экипажа были уверены, что паровоз, стоящий на гладких колесах, не будет двигаться, — нужна «зацепка» для этого. Первые строители железной дороги снабдили поэтому паровоз зубчатыми колесами, а рельсы — зубчатой рейкой.

Но англичанин Брунтон решил выйти из этого затруднения иначе: чтобы заставить двигаться паровоз, он снабдил его искусственными ногами.

Рис. 8. «Паровоз-пешеход» Брунтона 1813 г.

Он следовал природе, но неудачно. Надо было очень много рычагов, чтобы при движении поршня вперед и назад заставить передвигаться искусственные ноги, которые подталкивали бы паровоз. Вот поучительный пример того, что сам по себе верный принцип «подражай природе» может иной раз привести изобретателя и к ложному направлению в его работе.

Как изобретал Эдисон

О том, что изобрел Эдисон, писалось много. Но многие ли знают, как он изобретал? Даже беглый перечень всех работ этого изобретателя потребовал бы солидного тома. На одну только систему электрического освещения со всеми ее деталями взято Эдисоном более 1000 привилегий! А ведь электрическое освещение — только часть того, что сделано этим изобретателем.

С именем Эдисона связаны почти все важнейшие изобретения конца XIX и начала XX века.

1. В 1877 г. Эдисон изобрел фонограф — прибор, записывающий и воспроизводящий человеческую речь и музыку. Недавно этому изобретению исполнилось 50 лет. А над усовершенствованием фонографа Эдисон упорно работал всю свою жизнь.

2. В 1879 году впервые засветилась «эдисоновская электрическая лампочка».

Правда, это изобретение является только развитием идеи А. Н. Лодыгина. С лодыгинской лампочкой Эдисон познакомился через некоего Хотинского. И все же вышло так, что всюду засветились именно американские лампочки. Причина — хорошо разработанная эдисоновская система освещения: удобная проводка, патроны, предохранители и пр. Все приспособления к освещению: патрон, способ включения лампочек, предохранитель («пробка») и пр. — это изобретено Эдисоном. Он первый осуществил центральную электрическую станцию и построил динамо — машину особой конструкции для своего освещения.

Рис. 9. Первый американский электрический трамвай системы Эдисона.

Рис. 10. Коллекция фонографов Эдисона, хранящаяся в его музее. Особенно интересны: 1 и 6 — кукла, говорящая помощью фонографа.

Впервые такая машина заработала на пароходе «Колумбия». Здесь в 1880 г. была пущена первая центральная установка электрического освещения с лампочками накаливания.

3. Аккумулятор, над которым Эдисон работал много лет, изобретен в 1903 г.

Сейчас этот источник тока получает все большее распространение. Эдисон поставил своей задачей получить такой источник тока, который имел бы малый вес при большом количестве энергии. Он стремился создать как бы конкурента углю: то, над чем работал и наш изобретатель «электрической свечи» — П. Н. Яблочков. Эдисону удалось отчасти разрешить ту задачу, которую он себе ставил.

Рис. 11. Автограф Эдисона: первый заказ на изготовление 350 ламп накаливания для парохода «Колумбия». Заказ помечен 20 сентября 1880 г.

Какими еще изобретениями прославился Эдисон?

4. Что Эдисон сделал много усовершенствований в телеграфном и телефонном деле — общеизвестно.

5. Меньше знают о замечательном изобретении Эдисона в строительном деле, изобретении, сделанном им еще в 1907 г. — об особом способе дешевой постройки домов, при котором дом не строится, а отливается при помощи форм. Получается очень простой «дом-монолит». Отлить его можно в 2–3 дня.

Рис. 12. Дом-монолит Эдисона.

6. Наш век часто называется «веком радио». И в этой молодой отрасли техники Эдисоном сделано много открытий. Еще когда никто не думал о радиопередаче, у Эдисона был уже взят патент (1885 г.) на беспроволочную передачу сигналов. Любопытно, что Маркони, при основании «Общества беспроволочного телеграфа», должен был купить этот патент у Эдисона.

7. Работа катодной лампочки, так хорошо знакомой нашим радиолюбителям, основана на явлении, открытом также Эдисоном (в 1885 году).

8. Эдисону первому удалось осуществить говорящий кинематограф — соединением кинематографа с фонографом.

9. В Америке первые трамваи были системы Эдисона. И т. д. и т. д.

Выло бы, однако, ошибкой думать, что все изобретения этого великого человека достались ему легко, что Эдисон — только человек с большой фантазией и что в этом причина успеха и его изобретений.

На самом деле успех Эдисона основан на других качествах его характера. Прежде всего он настойчив в работе. Работая, например, над лампочкой накаливания, Эдисон предпринимает ряд опытов, которым отдает по 15–20 часов в сутки. Необходимость изучить десятки томов, чтобы найти ответ на нужный вопрос, не останавливает Эдисона. Когда в процессе работы Эдисон пришел к исследованию угольной нити для накала, он изучает десятки тысяч видов древесины для изготовления нити. Наилучшей нитью оказалась нить из древесины бамбука. Но имеется до 1200 видов этого дерева. Какой взять? Надо испробовать все без исключения!

Эдисон командирует агентов во все части света и, после долголетних опытов и исследований, убеждается, что лучшие результаты дает именно японский бамбук.

Такова настойчивость этого человека в работе, настойчивость, не знающая границ.

Рис. 13. Форма для дома Эдисона, составляемая из отдельных частей.

Умение довести работу до конца — одна из характерных черт Эдисона.

В этом он напоминает знаменитого Фарадея, который на вопрос, чему он обязан успехам в своих работах, ответил: «Тем, что я, начиная, довожу дело до конца».

Не менее яркий пример дает работа Эдисона над фонографом и граммофоном. Об этих работах он рассказывает следующее.

«В продолжение семи месяцев по 18–20 часов в день я работал над одним только словом, которое „не умел“ сказать мой аппарат. Я говорил в фонограф „спешиал“, „спешиал“… (английское слово, которое означает— „особенный“). А мой аппарат отвечал „пешиа“, „пешиа“, и я не мог его заставить говорить другое. Было от чего сойти с ума!

Но я достиг того, что если даже произнести тысячу слов со скоростью 150 слов в минуту, прибор повторит их. Вы поймете всю трудность работы, если я скажу, что следы, оставляемые на цилиндре от слова „спешиал“ — в 1 000000 долю дюйма глубины^[1] и совершенно невидимы, даже в микроскоп. Отсюда вам ясно, как я работаю.

Легко изобрести удивительные вещи, трудно усовершенствовать их настолько, чтобы придать им практическую ценность. Вот над чем я работаю главным образом».

Такая же настойчивость наблюдается у Эдисона и в методах проведения им своих изобретений в жизнь: в уменьи заинтересовать общество и промышленные круги своим изобретением. Приведу один пример.

С изобретением способа записывать и воспроизводить речь, с фонографом, Эдисон познакомил публику следующим образом.

Это было в 1879 г. В редакцию крупной газеты явился молодой человек, который попросил аудиенции у редактора. Войдя в приемную, он молча пустил в ход свой аппарат, который довольно громко спел куплеты очень ходовой в то время американской песенки и затем сказал: «Здравствуйте, господин редактор, как вам нравится фонограф — новое изобретение Эдисона?»

На этой первой демонстрации фонографа перебывала вся редакция, и на следующий день в газете был помещен огромный фельетон о новом замечательном изобретении и его авторе — Эдисоне. Имя изобретателя сразу стало широко известным.

Другая черта изобретательской работы Эдисона — может быть самая существенная — уменье организовать работу. Хороший организатор в нем чувствуется на протяжении всей его жизни. Двенадцати лет мы видим Эдисона торгующим газетами на поезде. Но даже в такой обстановке мальчик-Эдисон нашел средство учиться и делать опыты. На гроши, остающиеся после отсылки денег родителям, он организует в поезде лабораторию, изучает химию. Пятнадцати лет он издает железнодорожную газету.

Рис. 14. Томас Эдисон (1847–1931).

Сделавшись инженером, Эдисон умело организует мастерскую, заинтересовав всех ее работников. Мастерская скоро получает известность. Заказы растут, и вместе с тем увеличивается и размах работы. В конечном итоге Эдисон создает замечательную лабораторию, которая является, может быть, самой обширной и богатой лабораторией в мире. Это целая «фабрика изобретений», фабрика из нескольких корпусов. В одном — находится библиотека и музей по истории техники, лаборатория и мастерская, оборудованные по последнему слову техники. В другом корпусе — химическая лаборатория. В третьем — лаборатория по чувствительным и точным измерениям. Есть специальное здание для кинематографии и т. д.

Под руководством Эдисона на этой фабрике изобретений работают несколько сот различных инженеров, ученых и изобретателей, которые по определенному плану исполняют задания великого изобретателя.

В работе Эдисона мы видим указание, как надо организовать изобретательскую работу и в СССР.

Одиночка-изобретатель и кустарь редко смогут добиться того, чтобы их изобретение имело практическую ценность. Только при коллективной работе, только группа изобретателей, работающая планомерно, сможет дать действительно практически полезную вещь.

Музей истории техники

В мае 1925 г. в огромном помещении на отдельном острове немецкого города Мюнхена обосновался знаменитый музей точных наук и техники — «Дейчес Музеум». Вот где изобретатель найдет много материала для ответа на вопрос, как делаются открытия!

По количеству собранных здесь оригинальных машин и приборов величайших германских инженеров, техников и физиков этот музей является единственным в мире. Он исключителен также по той цели, которую преследует, исключителен и по своему устройству. Мюнхенский музей не представляет собрания занумерованных редкостей, как большинство заграничных и русских музеев, редкостей, часто доступных пониманию только специалистов. Это «музей-школа» — музей, рассчитанный на широкие массы.

Мюнхенский музей возник по инициативе одного только энергичного человека — известного инженера-электрика Оскара Миллера. В 1903 г. в кругу небольшой кучки инженеров и ученых он впервые развил свой план создания музея замечательных с точки зрения истории наук и техники машин, физических приборов, технических установок. Музей должен был, с одной стороны, знакомить посетителя с историей точных наук и техники, с другой — служить памятником величайших произведений человеческой мысли в деле борьбы с природой и подчинения ее воле человека.

Привлекательный план Миллера нашел отклик у ряда германских инженеров и ученых, и скоро в совет музея вошли такие корифеи германской науки и техники, как Цеппелин, Рентген, Нернст, Планк, Вильгельм Сименс, Линде. Посыпались пожертвования со стороны отдельных ученых, заводов, фабрик, учебных заведений, научных и профессиональных организаций. Через три года, к началу 1906 г. Музей являлся уже обладателем 12000 редчайших оригинальных машин и приборов, моделей, портретов, картин, чертежей, рисунков, эскизов…

Сейчас, через каких-нибудь 25 лет, Мюнхенский музей, сделавшийся поистине национальной гордостью Германии, едва вмещает свои коллекции в мощном здании, выделяющемся своей башней с огромными вверху циферблатами.

Рис. 15. Верхняя часть башни Мюнхенского музея; на ней барометр.

Даже при беглом осмотре всего того, что в нем собрано, надо сделать до 16 километров!

А посмотреть и поучиться в этом музее есть чему.

Интересующийся физикой увидит здесь те оригинальные приборы германских ученых: Герике, Ома, Майера, Гельмгольца, Рентгена, Гертца, — благодаря которым был установлен ряд законов физики и открыты явления, составившие эпоху в истории наук.

Все отделы физики представлены здесь в ряде опытов, сопровождаемых описанием, часто словами самого автора, впервые произведшего тот или иной опыт. Это как бы развернутая книга истории наук и техники. Но вместо букв и чертежей перед вами те самые приборы и машины, при помощи которых добыто знание о природе. Часто достаточно нажать кнопку или повернуть ручку, чтобы произвести опыт.

Рис. 16. Старинные паровые машины Мюнхенского музея. Они могут быть приведены в действие.

В музее хранятся, например, знаменитые «Магдебургские полушария», которые послужили Отто Герике для публичных опытов по атмосферному давлению. Здесь же можно видеть первый воздушный насос. Огромная картина во всю стену наглядно изображает обстановку этого замечательного «опыта с полушариями», подготовившего, как известно, появление паровой машины. Посетитель легко поймет сущность этого опыта по описанию, находящемуся под картиной, и по чертежам самого Герике. Вокруг Магдебургских полушарий собраны другие опыты, служащие для доказательства существования атмосферного давления.

А вот установка Рентгена, которая привела его к открытию новых лучей. И вы, конечно, не удержитесь и повторите этот опыт, чтобы посмотреть скелет своей руки. Для этого вам предлагается войти в особую комнату и, поместив руку перед экраном, нажать кнопку.

При желании вы можете повторить почти все классические опыты по физике: Фарадея, Эрстеда, Ома, Ампера, Вольты. В музее искусно сочеталась теория с практикой. Возьмем для примера отдел акустики.

Помимо опытов с отражением, преломлением звука, с звучанием различных тел, вы имеете возможность слушать граммофоны и фонографы всех эпох. К вашим услугам пластинки лучших немецких музыкантов и певцов. В определенные часы вы можете в музее слушать оперу или концерт по радио. Если вы не любитель «машинной музыки», идите слушать орган или музыку на старинных инструментах: клавикордах, шпинетах, клавесинах. Слушайте произведения Моцарта, Баха на инструментах их эпохи. Вы только здесь поймете, почему Моцарт не мог дать той полноты и мощи в своих произведениях, какую дают Вагнер, Римский-Корсаков и современные авторы и которая возможна только на роялях нашей эпохи. И искусство зависит от состояния техники!

Рис. 17. Зал старинных клавишных инструментов Мюнхенского музея.

Интересующийся химией, астрономией, машиностроением, транспортом, технологией, авиацией, горным делом и пр. также найдет здесь огромное количество материалов, которого нет ни в одном из европейских музеев.

Вот вы вошли в комнату, и на вас сразу повеяло средневековьем. Это лаборатория алхимика, мечтавшего добыть искусственно золото, изобрести «жизненный элексир», «философский камень».

Вот аптека XVIII века. Банки, флаконы, реторты той эпохи. На пюпитре огромная книга, служившая для справок аптекарю, и вы имеете возможность перелистать ее. Нужно много дней, чтобы осмотреть как следует каждую из этих комнат. Зато вы воспримете дух химии средневековья и XVIII века. А вот залы, посвященные современной химии и химической промышленности.

Большие толпы посетителей привлекает знаменитый планетарий. Даже если вы не интересуетесь астрономией, вам нужно непременно побывать в этом отделе. Помимо замечательных старинных рисунков из различных сочинений по астрономии древнейших эпох, вы найдете здесь оригиналы и копии приборов, которыми пользовались Гиппарх, Птолемей, Коперник, Браге… Гвоздь этого отдела — замечательный планетарий, построенный для музея фирмой Цейсса. Это — искусственное небо. Лектор может по желанию представить вид звездного неба в различные времена года, показать, как на небе изменяют свое положение солнце, луна, планеты… При помощи такого планетария можно воспроизвести положения небесных тел в прошлом и будущем. После демонстрации этого планетария вам особенно любопытно будет побывать в другом планетарии, воспроизводящем систему Птолемея. Планетарий Цейсса сейчас поставлен во многих германских городах. Недавно построен он и в Москве.

Войдем в отдел двигателей.

По шуму, который слышится издали, вы догадываетесь, что машины не только собраны, как редкости, но что демонстрируется и их работа. Здесь имеются модели двигателей, приводимых в движение силой животных, воды, ветра. Вы можете наблюдать работу многих из них; ветер производится вентилятором, вода берется от водопровода.

Шум, который вы слышите издали, оказывается, происходит от модели огромной паровой машины XVIII в. Модель сделана в натуральную величину и движется при помощи электричества. Виден разрез цилиндра с поршнем и в движении, понятно, что происходит с отдельными частями этой машины. Поражает ее неуклюжесть и то, что в машине деревянные части еще смешаны с железными.

Свисток! Оказывается, в одном из залов пущен вход паровоз 1813 г. — знаменитый «Пыхтящий Билли».

Рис. 18. «Пыхтящий Билли» (Мюнхенский музей).

Он подарен музею «Обществом германских инженеров» и представляет собой точную копию с оригинала, хранящегося в Лондоне.

После осмотра коллекции велосипедов, автомобилей, вагонов разных эпох вы чувствуете усталость. Для отдыха поднимаетесь в отдел оптики. На огромной террасе можно несколько освежиться и испробовать силу различных зрительных и подзорных труб и биноклей.

Рис. 19. Терраса зрительных труб Мюнхенского музея.

Рядом здесь же библиотека. Она еще недостаточно полна, но в ней вы найдете все последние издания по истории техники и познакомитесь с различными немецкими журналами, и популярными и специальными. Удобные кресла располагают к чтению.

Из библиотечного зала сверху виден огромный зал авиации и мореходства. Здесь собраны коллекции авиационных двигателей, моделей, аэропланов, гравюр, изображающих первые полеты на аэростатах, фотографий первых успехов авиации.

Желая завершить беглый обзор всего того, что собрано в музее, вы спешите на третий этаж музея. Здесь пред вами в моделях представлена история плуга, серпа, мельницы, прялки, ткацкого станка, все, что касается типографского дела, бумажного, книжного. Все модели, машин демонстрируются служителями, или вы сами это делаете, нажимая кнопку.

Чтобы осмотреть отдел горного дела и металлургии, вы спешите вниз. Спускаетесь все ниже и ниже.

Вы в шахте! Рудокопы-манекены застыли в своих позах. Вот лошадь тащит тележку с рудой; она слепая. Рядом показана конюшня этих несчастных пожизненных пленников.

Идете все ниже, все дальше и дальше. Перед вами мелькают шахты различных эпох и рудников. Наконец, вы чувствуете, что заблудились… Так бывает и в настоящей шахте. Однако, благодаря стрелкам, указывающим выход, вы все же выходите наружу и — оказываетесь на пороге отдела металлургии.

Нет возможности хотя бы бегло познакомиться с различными способами обработки руд. Они представлены в огромных моделях, картинах на стенах. Вы идете дальше. Нельзя не обратить внимания на огромную коллекцию замков, которые пробуют посетители. Тут и древнеегипетские, и римские, и японские, и средневековые — вплоть до английского замка новейшей конструкции.

По каталогу вы убеждаетесь, что не осмотрели еще коллекции математических приборов, часов, весов, электротехнический отдел, отдел отопления, — хотя на беглый осмотр вы потратили около восьми часов!

Таков замечательный «Дейчес музеум» Мюнхена.

По типу он напоминает наш «Государственный Политехнический музей» в Москве. При случае посетите этот русский музей. Изучение технических музеев — один из способов не только пополнить свои знания по технике. Многое, что вы увидите здесь, даст вам богатый материал для размышлений, которые могут привести вас к новым идеям по технике, к новым изобретениям…

Глава вторая

ИЗ ПРОШЛОГО МАШИНЫ

Что такое машина?

«Человек — существо, способное создавать орудия», — так охарактеризовал человека Вениамин Франклин, один из замечательных американских ученых и общественных деятелей XVIII века.

Во времена Франклина (1706–1790) машина еще не получила такого значения в производстве, какое мы наблюдаем теперь и в производстве XIX века. Иначе Франклин охарактеризовал бы человека несколько шире — как «животное, способное создавать орудия и машины». Работа при помощи машин и ее полное торжество — вот что характерно для нашей эпохи.

Римский «инженер-строитель» Витрувий, живший 2000 лет назад, в своем сочинении «Об архитектуре» определяет машину, как «деревянное приспособление, оказывающее величайшие услуги при подъеме грузов».

Такое определение машины в то время вполне обнимало собой все области ее применения. Все машины того времени были деревянные и служили исключительно для подъема грузов. В портах были «портовые машины», при постройке больших зданий — «строительные машины» и т. д.

В наше время машина строится из металла, и, помимо машин для подъема грузов («краны»), мы различаем «машины-орудия», — добывающие и обрабатывающие железо, дерево, хлопок, шелк. Это всевозможного рода станки. Затем мы различаем «машины-двигатели», «машины для измерения » (весы, часы, счетные машины) и т. п.

Но что такое машина в современном смысле слова? Глубоко уверен, что с понятием «машина» у вас связано представление о чем-то сложном и хорошо прилаженном, о приспособлении, использующем какую-либо силу природы.

В действительности зачатки машины уже можно подметить в том камне, который схватил первобытный человек, защищаясь от нападения.

Из первобытного «камня-молота» выработался впоследствии молот, приводимый в движение водяным колесом, затем паровой молот — «молот-машина». Точно так же. наши «транспортные машины» ведут свое начало от того первобытного способа перевозки, который был в употреблении у египтян и вавилонян.

Рис. 20. Наш обезьяноподобный предок, вооруженный палкой и камнем — первыми орудиями.

Взгляните на древневавилонский рисунок (рис. 21). Из круглых бревен образовалось впоследствии колесо, — один из основных элементов транспортной машины.

Рис. 21. Перевозка статуи в древнем Вавилоне, 6000 лет назад.

Точно так же из заостренной палки, которой копал землю первобытный человек, образовался сначала сук, содержащий в себе уже все элементы современного плуга, а затем в наше время многолемешный плуг, влекомый мощным трактором, т. е. «плуг-машина».

Трудно указать в истории любого орудия, когда оно стало более всего походить на машину. Даже в ножном токарном станке кустаря уже имеется наличие «машины-двигателя» (сам кустарь) и «машины-орудия» (станок).

Машины древних культурных народов

У всех древних культурных народов рабочей силой служили рабы и скот. Поэтому, например, римские инженеры довольно забавно разделяли орудия производства: они говорили, что есть: 1) «немые» орудия — например, топор, плуг и пр., 2) «живые» орудия — домашние животные и 3) орудия, «обладающие даром речи», — рабы.

При помощи этих трех типов «орудий» и осуществлялись те грандиозные постройки Египта, Греции и Рима, многие из которых сохранились до наших дней.

В строительном деле, высоко развитом в этих древних государствах, земляные работы не представляли особых затруднений. Иначе обстояло дело с переноской камней из каменоломен. Здесь приходилось прибегать к специальным приспособлениям: к салазкам, каткам, рычагам.

Геродот (V век до н. э.) рассказывает, что «сто тысяч человек в течение трех месяцев тащили камни для пирамиды Хеопса — самой большой пирамиды, — и понадобилось десять лет, чтобы проложить дорогу от места добычи камня до Нила». Какая разница в сравнении с нашими способами переправления тяжестей при помощи кранов, поездов, пароходов, электровозов!

И все же древним инженерам удалось в некоторых областях техники достигнуть огромных результатов.

Благосостояние Египта зависело от разлива Нила, от орошения. Поэтому вопрос об орошении всегда был для Египта самым важным, — был вопросом жизни. И в области водных сооружений египетские инженеры не имели себе равных в античном мире. Обширные водоемы, искусственные озера и плотины запасали воду во время разлива Нила, чтобы потом использовать ее для орошения. Как в древнем Египте, так и сейчас на Востоке при орошении полей прибегают к «водочерпательным колесам».

Водяное колесо, появление которого знаменует собой новую эпоху в истории машины, возникло как раз из такого водочерпательного колеса. У Витрувия мы встречаемся с описанием того и другого колеса, так что, по-видимому, 2000 лет назад водяное колесо начало вытеснять силу раба. Это тем более вероятно, что как раз в то время, когда жил Витрувий, в I веке до н. э., иссякли источники свежих притоков рабов, и на рынке почувствовался недостаток в них. Глядя на два рисунка, воспроизводящих два водочерпательных колеса, описанных Витрувием, вы поймете, как напали на изобретение водяного колеса: раб случайно заметил, что колесо может вертеться само, если приделать к нему лопатки. Водяное колесо стало двигателем.

Рис. 22. Как было изобретено водяное колесо. Налево — водочерпальное колесо, движимое рабом. Направо — то же колесо, движимое силою воды (по Витрувию).

С точки зрения современной техники водяное колесо можно назвать уже «машиной» без всяких оговорок. Оно работает без усилия человека, — силами природы. Водяные мельницы с такими колесами появляются в Риме уже в I веке нашей эры. Таким образом, настоящая машина-двигатель возникла примерно две тысячи лет назад в Римской империи. Рим — родина двигателя.

Посмотрим теперь, как развивалось машиностроение в последующих веках.

Машины в средние века и в эпоху возрождения

Третий век был кризисом для Римской империи; основанная на рабском труде, встречая все больший отпор со стороны эксплоатируемых «варваров», Римская империя начала разлагаться. Усобицы из-за императорской власти, постоянные мятежи, вторжение варваров и т. п. нарушили порядок в империи, и вскоре мы наблюдаем попятное движение от сложной меновой хозяйственной системы к простым формам натурального хозяйства, которое не благоприятствует развитию машины.

Сильный удар натуральному хозяйству средних веков нанесла развивающаяся торговля с Востоком или «Левантом», как тогда говорили. Ткани, цветные стекла, вышитые золотом одежды, разные благовония, пряности, широким потоком полились с Востока на Запад, и роскошь, почти совершенно отсутствовавшая в жизни средневекового европейца, начинает выступать на сцену, требуя от него большого напряжения. В VIII и IX вв. Вся торговля была в руках арабов, потом она перешла к венецианцам. Начинается соперничество городов. Но все же техника развивается медленно.

Лишь в XI веке почти все производства Запада — мукомольное, лесопильное, суконное, бумажное, масляное и т. п. переходят на водяной — даровой двигатель.

В связи с появлением водяного двигателя усложняются «машины-орудия» благодаря увеличению мощности двигателя.

Вот (рис. 23) как была устроена лесопилка приводимая в движение водой. Этот рисунок взят из одного сочинения XVII в.

Рис. 23. Водяная лесопилка (из соч. 1621 г.)

На историю машины оказало влияние также открытие пороха.

При изготовлении пушек требуется искусство в обработке и отливке металла. Для пушек нужно много металла, и потому спрос на него растет: развивается горное дело и металлургия. Шахты приходится рыть глубже и глубже. Откачка воды делается все труднее. Строятся водоотливные машины. Для крепости приходится некоторые части делать железными. Начинается борьба дерева с железом.

Рис. 24. Мельница работающая помощью супального колеса; оно приводится в движение быками (из соч. Цонка 1621 г.)

Завоевание туркам Константинополя в 1453 г., занятие берегов Черного моря татарскими полчищами пересекло торговый путь, соединяющий Черное море с Балтийским, подорвало значение Средиземного моря. В связи с этим начинаются поиски «западного пути» в Индию.

Колумб думал, что он нашел этот путь, но только Васко да Гама, обогнув Африку, находит решение поставленной задачи, а затем Магеллан в 1521 г. совершает первое кругосветное путешествие, достигнув впервые Индии, плывя на запад.

Зарождается мировая торговля.

Прогрессирует судостроение. Судно Колумба в 1492 г. имело всего 246 тонн водоизмещения. Но через сто лет мореплаватели располагали уже кораблями водоизмещением в 700–800 тонн.

Рис. 25. Коллекция старинных ткацких станков, работу которых можно наблюдать в Мюнхенском музее.

Возникают новые промышленные центры. В развившейся борьбе за первенство на море побеждает сначала Голландия, потом Англия.

В XVI и XVII вв. в связи с ростом промышленности замечается особенное увеличение мощности машин, появляются сложные трансмиссии (передаточные механизмы).

Человек, овладев силой воды, начинает строить «машины-орудия». Так появляются водяные лесопилки, водяные сверла для пушек, водяные молота, но водяной двигатель, несмотря на все свои достоинства, имеет, однако, ряд недостатков. Хороший двигатель нужен очень часто как раз там, где мало воды: в городах, в центре «мануфактур». Кроме того зимою в умеренных странах — в Швеции, России и пр. — сила воды не действует. Является мысль использовать какую-либо другую силу. Кроме воды такой силой может служить ветер.

Рис. 26. Коллекция сверл, начиная от первобытного и кончая современными.

Ветер начали использовать очень давно — на морях, применяя парус. Ветряные же двигатели появились в XV–XVI вв. Наиболее раннее изображение такого двигателя мы находим в рукописях Леонардо да Винчи (1452–1519). Ветряный двигатель — даровой двигатель, но у него есть недостаток: часто, когда нужно, чтобы он работал, ветра нет. Вот почему даже в XVI и XVII вв. в порту, на мельницах и пр. продолжают работать всевозможные ступальные колеса, конные приводы и т. п.

Рис. 27. Ступальное колесо в порту XVIII века. Оно приводится в движение людьми.

Машины XVIII века

Делая набросок важнейших моментов в истории машины, я должен был бы перейти теперь к выяснению причин появления паровой машины и к описанию такой машины.

Однако, прежде чем это сделать, необходимо остановиться на тех изобретениях в области «машин-орудий», которые произвели промышленную революцию в конце XVIII века (главным образом, в Англии) и привели к зарождению нового класса — рабочего класса, состоявшего исключительно из наемных работников.

Рис. 28. Эскиз ветряной мельницы Леонардо да Винчи (около 1500 г.).

В конце XVIII века было сделано множество изобретений прежде всего в области машин по обработке «волокнистых веществ» — главным образом, хлопка. До середины XVIII бека бумажные ткани производились ткачами у себя на дому ручным способом по заказу скупщиков. Так как пряжа совершалась гораздо медленнее, чем тканье, то ткач постоянно нуждался в большем количестве пряжи. Спрос на пряжу еще повысился, когда появился «самолетный челнок». Это замечательное изобретение было сделано англичанином Кэем в 1733 г.

Улучшение, введенное Кэем, толкало мысль изобретателя на улучшение прядения, сильно отстававшего от тканья. Однако, только в 1769 г. была изобретена «прядильная машина» — тоже англичанином, Аркрайтом, и получила название «ватер-машина» (ватер или, вернее, «уотер» — английское слово, означающее «вода»). Машина Аркрайта получила название «водяной машины» потому, что приводилась в движение силой воды.

Затем в 1775 г. появляются улучшенные прядильные машины. Они сделали то, что теперь прядильщик начал обгонять ткача; чтобы последний мог «идти в ногу» с прядильщиком, надо улучшить ткацкий станок. Появление в 1785 г. механического ткацкого станка разрешило это затруднение. Замечательно, что все эти открытия сделали английские инженеры: только английская промышленность в них нуждалась.

Прядильные и ткацкие машины и произвели ту промышленную революцию, о которой я уже говорил. Исчезла мелкая мастерская, победила фабрика. Ткач-ремесленник уже не мог выдержать конкуренции ткацкой машины. Ему выгоднее было поступить на ткацкую фабрику — сделаться рабочим. Так зародился пролетариат.

Появившийся в 1808 г. знаменитый ткацкий станок Жаккарда только довершил эту революцию.

Зарождение паровой машины

Посмотрим теперь, чем было вызвано появление паровой машины. Родиной ее является также Англия.

Англия еще в XVII в., в связи с недостатком древесного угля, должна была перейти к выплавке чугуна на каменном угле. В летописях истории техники отмечено, что первый завод, который начал это делать, был завод Дерби (1735 г.).

При добыче угля из руд нужна постоянная откачка грунтовой воды, нужна работа насосов. Пока шахты неглубоки, как было в Англии в XVI и XVII вв., откачка воды еще может быть производима лошадьми или водяными колесами. Но по мере углубления борьба с водою становится все труднее и труднее. Как в древности мощность машины увеличивали числом рабов, так теперь мощность насосов начали увеличивать числом лошадей. В некоторых подъемных шахтенных устройствах число лошадей доходило до 500, а размеры колес, например, в Корнваллисе — до 14–16 м. Высота такого колеса равнялась высоте трехэтажного дома!

Настало, однако, время, когда понадобились не десятки лошадиных сил, чтобы бороться с природой, а сотни и даже тысячи. Хотя попытки построить паровую машину восходят еще к XVII в., однако первая практически пригодная машина была построена кузнецом Ньюкоменом в 1712 г., и это был как-раз паровой насос, откачивающий воду из шахт.

Паровой насос Ньюкомена был чрезвычайно просто устроен, работал больше атмосферным давлением, чем давлением пара. Полезное действие этой машины выражалось в сотых долях процента. Это значит, что больше 99 % топлива пропадали даром!

Посмотрите (рис. 29) на схему «парового насоса» Ньюкомена.

Рис. 29. Машина Ньюкомена. Вода вводится в цилиндр В из бака L при отвертывании крана.

Пар, получаемый в котле А, давит на поршень и заставляет его подниматься. Вниз поршень двигается под влиянием атмосферного давления, после того как пар путем впрыскивания воды из бака L конденсировался.

Несмотря на то, что машина Ньюкомена столь несовершенна, она все же лучше справлялась с задачей, чем «живые машины» или водяные двигатели. Угля было достаточно, жечь его даже в большом количестве не было убыточно для владельца каменноугольных шахт. Но на других производствах такая машина не годилась. Поэтому, днем «рождения» паровой машины следует признать тот день, когда Уатт взял свой главный патент — 5 января 1769 г.

Рис. 30. Джемс Уатт (1736–1819), изобретатель паровой машины.

Замечу, что Уаттом взято очень много патентов, касающихся паровой машины, в течение ряда лет, и этот великий изобретатель довел паровую машину до такого совершенства, что она стала экономически выгодной не только для владельцев шахт. Но патент 1769 г. — его главный патент. Уатта по справедливости обычно и считают изобретателем паровой машины. Он же был тот механик, который заменил последнюю деревянную часть машины железом. После Уатта паровые машины строятся уже целиком из металла.

Машины-орудия в XVIII веке

«Если вы хотите знать, в чем заключается главное препятствие к устройству машин, — пишет в одном из своих писем Уатт, — так я скажу вам, что самое важное затруднение это недостаток кузнечной работы. Кузнецы не умеют изготовлять такой цилиндр, чтобы поршень в нем ходил хорошо».

Уатту пришлось прибегнуть к ртути, стекольной замазке, войлоку, чтобы лучше «пригнать» поршень к цилиндру. Случалось, однако, что один конец цилиндра по диаметру был менее на целую восьмую дюйма в сравнении с другим. Как могли быть прилажены поршни к такому цилиндру? Вот почему одной из первых задач, вставших перед тогдашней техникой, было улучшение методов обработки металлов. И уже в 1797 г. появляется улучшенный токарный станок Модлея «с супортом», который позволил механизировать работу и изготовлять одинаковые блоки, шайбы и пр.

Рис. 31. Машина Уатта 1788 г. в одном из Лондонских музеев.

С появлением хороших станков возможно было дальнейшее улучшение паровой машины, которая, в свою очередь, позволила улучшать машины по обработке металла и т. д.

История паровой машины в XIX веке

Говорят, что XIX век — век пара. Такая характеристика станет вполне понятна, когда мы увидим те новые машины начала XIX в., которые позволили «парофицировать» почти все производства и транспорт.

В 1805 г. появился первый паровоз, перевозивший уголь; в 1807 г. заработал первый пароход.

В 1814 г. впервые паровой двигатель был применен к типографским машинам: немецкий изобретатель Кёниг поставил машину для английской газеты «Таймс», приводимую в действие паровым двигателем, и сразу стало возможно иметь до 1000 экземпляров газеты в час. Тогда эта цифра поражала типографов: сейчас, когда существуют «ротационные машины», эта цифра не велика^[2].

В 1842 г. на заводах Крезо начал работать паровой молот.

В 1855 году в Англии входят в употребление паровые плуги.

Однако, XIX век замечателен не только своей «парофикацией». В этом веке произошли и другие события, которые подготовили новый переворот в истории всей техники.

Вечный двигатель

Говоря о достижениях в области машины в XVIII веке, я не упомянул об одном интересном явлении, которое наблюдается на протяжении почти всей истории машины — о попытках построить так называемый «вечный двигатель».

Нельзя указать точно, когда возникла эта идея о «перпетуум мобиле» (латинское название «вечного двигателя»), кто был первый ее автор и вдохновитель. Нет сомнения, однако, что задача о вечном двигателе казалась чрезвычайно соблазнительной по своим последствиям. Вечный двигатель — это двигатель, который работает даром.

Магнит, по-видимому, благодаря своей неиссякаемой силе, должен был очень рано толкнуть на размышление о вечном двигателе. Есть основание предполагать, что использование воды и ветра как двигателей должно было навести также на идею (совершенно ложную) о вечном движении. Несерьезному созерцателю водяной мельницы казалось, что остается сделать один шаг, как-то приспособить колеса, которые подымали бы воду, — и вечный двигатель готов. Изобретение часов с гирями и различных автоматов — также должно было вдохновить механиков-часовщиков к созданию «вечных часов».

Увлечение вечными двигателями и всевозможными автоматами несколько ослабело, когда был установлен закон сохранения энергии (1847 г.). С тех пор перед техниками стал вопрос о так называемом «коэффициенте полезного действия машины». Все улучшения паровой машины в XIX и XX вв. были направлены на повышение их полезного действия (т. е. к уменьшению траты угля). Желая повысить полезное действие, изобретатели придумали ряд новых тепловых двигателей: паровую турбину, дизель. Самая лучшая паровая машина имеет коэффициент полезного действия — 18 %, дизель — 25 %, бензиновый мотор — 40 %. В этом виден прогресс XIX века.

Начало электрификации

Я должен упомянуть еще об одном замечательном изобретении XIX века — «динамомашине». Такую машину вы можете видеть на любой электрической станции. Можно точно сказать, кем она изобретена, указать не только год, но даже день рождения этой машины. Этот день — 1 января 1867 г., когда германским изобретателем Вернером Сименсом был сделан знаменитый доклад Берлинской Академии наук на тему — «О превращении механической энергии в электрический ток — без посредства постоянных магнитов».

Рис. 32. Знаменитый германский электротехник Вернер Сименс (1816–1892).

В этом состоит принцип динамомашины. Благодаря счастливой идее Сименса, стало возможным то развитие электротехники, которое мы наблюдаем в наше время, а вместе с тем и тот экономический переворот, который несет в себе электрификация промышленности.

Появление динамомашины, а затем изобретение методов передачи энергии по проводам — один из последних моментов не только в истории двигателя, но и в истории машин-орудий. Так, вместо «паровых орудий» и паровых транспортных машин мы наблюдаем в XX веке, благодаря развитию электротехники, — электрический телеграф, электрическую тягу, электрическое паяние, электрический плуг, электрическую швейную машину и т. п.

Рис. 33. Одна из первых динамомашин Вернера Сименса.

В борьбе с энергетическим голодом

Мне остается указать на многочисленные попытки изобретателей в строительстве машин, использующих различные другие виды энергии, которыми пренебрегал прежде человек.

В богатых солнцем странах строятся — «солнечные машины», которым, по-видимому, суждено сыграть большую роль в виду надвигающегося мирового голода энергии.

Не менее интересны машины, использующие энергию морских волн, энергию приливов и отливов…

Наконец, делаются попытки использовать при помощи специальных машин теплоту земного шара, — этот последний может быть источником имеющихся запасов энергии на земле, когда иссякнут запасы черного угля и будут до конца использованы угли «белый» (вода) и «синий» (ветер)…

Первые солнечные машины

Солнце — единственный пополнитель имеющихся запасов энергии на Земле. Когда иссякнут все запасы топлива, перед человеком будет стоять вопрос о том, чтобы как можно лучше использовать ту энергию, которую посылает нам Солнце.

Температура поверхности Солнца — около 6000° Ц. По подсчетам Аррениуса, в год температура поверхности Земли достигает 530·10 8 биллионов больших калорий^[3].Попробуем представить себе это число. Для сравнения возьмем количество тепла, содержащееся в том угле, который сжигается на всех заводах, фабриках, паровозах и пр. По подсчетам того же Аррениуса, это число равно около 7000 биллионов калорий (для 1921 г.). 530 000 000 и 7000 —вот те числа, которые вы должны сравнить.

Вы видите, что тепло, доходящее от Солнца на Землю, более чем в 75000 раз превосходит тепло, добываемое от топлива на Земле.

На квадратную поверхность, находящуюся на высоте 20 м над уровнем моря, перпендикулярную к солнечным лучам, размером в 1 кв. м, каждую минуту падает приблизительно 9 калорий лучистой энергии (по Аррениусу), при чем количество получаемой энергии увеличивается с высотой. По измерениям физика Крова, на высоте 1900 м количество «упавших» калорий уже будет 14, вместо 9. Русский ученый Ганский, пользовавшийся очень чувствительными приборами, произвел измерения на Монблане (высота 4810 м) и нашел, что там на каждый квадратный метр Солнце посылает 34 больших калорий в минуту.

Разница эта объясняется тем, что на высоте 1900 м содержится приблизительно в 5 1/2 раз меньше водяных паров, чем на высоте 20 м. Пары воды в атмосфере являются главными поглотителями лучистой энергии. Так как одна калория тепла соответствует 427 килограммометрам работы и так как одна лошадиная сила равна 75 килограммометрам в секунду, то 9 калорий в минуту равносильны приблизительно 0,86 лошадиной силы. Если подсчитать, сколько это выйдет на квадр. километр, то получим 860 000 лошадиных сил!

Сделаем небольшое отступление, чтобы помочь читателю уяснить себе, как велика мощность в одну лошадиную силу.

Лошадиная сила соответствует мощности такой машины, которая совершает 75 килограммометров работы каждую секунду, т. е. машины, которая, скажем, в состоянии поднимать ежесекундно 15 кг на высоту 5 м или 75 кг на высоту одного метра. Надо заметить, что лошадь такую работу может совершать лишь с перерывами.

Интересно происхождение этой единицы мощности. Ее установил Уатт. Одна из первых паровых машин, построенных этим изобретателем, должна была приводить в движение насос, работавший раньше с приводом в одну лошадь. При переходе на паровую силу было условлено, что машина должна делать в день такую работу, какую в состоянии произвести лошадь. При этом хозяин предприятия, где производилась установка, сам решил проверить, какова же мощность лошади. Чтобы получить машину возможно сильнее, заказчик при определении работы лошади заставил сильное животное работать под ударами кнута в течение 8 часов до полного истощения. При таких ненормальных условиях ему удалось получить от лошади работу, соответствующую мощности около 75 килограммометров в секунду. Впоследствии оказалось, что при длительной нормальной работе мощность лошади составляет всего 1/3 лошадиной силы.

Мощность человека, как машины, еще меньше. Чернорабочие совершают в час приблизительно ту же работу, что красноармеец при часовом ходе. Высчитано, что человек, например, при часовом нормальном переходе (около 5 км в час) совершает работу от 20 000 до 25 000 килограммометров. Поэтому мощность чернорабочего равна, самое большое, 1-й доле лошадиной силы.

Теперь вернемся к вопросу о том, сколько же лошадиных сил может дать Солнце. Если бы солнечные машины смогли работать в тех же условиях, что и паровые (с коэффициентом полезного действия от 10 до 15 %), то с каждого квадратного километра, заставленного такими машинами, мы могли бы получить не 860 000 лош. сил, а только от 86 000 до 129000 лошадиных сил.

На довоенных трансатлантических пароходах ставились паровые машины мощностью от 20000 и больше лошадиных сил; значит, солнечные двигатели, поглощающие солнечную энергию с площади в 1 кв. км, могут заменить около 5 или 6 таких крупных паровых машин.

Если теперь вспомнить о пустынях Азии (наш Туркестан), Африки (Сахара), Австралии и Америки, бесплодно накаляемых горячими лучами солнца, а также то, что температура в Туркестане бывает выше 60° Ц, а почва Аравийской пустыни накаляется даже до 90° Ц, то станет ясным, какой огромный запас энергии мы имеем в лучах Солнца.

Вот почему уже давно предпринимались попытки использовать солнечную энергию путем специальных солнечных двигателей.

Один из первых таких двигателей был устроен Соломоном де-Ко (рис. 34).

Рис. 34. Солнечный двигатель Соломона де-Ко (1615 г.). Лучи падают на 16 зажигательных стекол, в фокусе которых помещены герметически закрытые и налитые до половины водою ящики.

В нем солнечные лучи падали на 16 двояковыпуклых «зажигательных стекол», в главном фокусе которых были поставлены герметически закрытые металлические ящики. В ящики до половины их высоты была налита вода, а в нее почти до самого дна опущены трубы. Воздух в ящиках нагревался, расширялся, давил на поверхность воды, заставляя ее по трубе подниматься и бить фонтаном. Книга, в которой описана эта машина, относится к 1624 году (второе издание).

Первые опыты, рассчитанные на более серьезные применения, были произведены французом Мушо в Алжире в 1860 году. Его «солнечный котел» (рис. 35) состоял из приемника А, закрытого пробкой и прикрытого стеклянным колпаком В.

Рис. 35. Солнечная машина Мушо (1860 г.), где с помощью электрического зеркала С направляются лучи на котел А, прикрытый стеклянным колпаком В.

Рядом с ним ставилось зеркало, представляющее цилиндрическую посеребренную поверхность; фокус зеркала, — та точка, в которой собираются падающие на поверхность зеркала лучи солнца, — находился на котле. Образующийся пар может выходить через трубу, а вода, необходимая для питания котла, поступает по другой трубке. При помощи такого солнечного котла Мушо удавалось в 90 минут нагревать три литра воды до 85°, а два литра воды нагревались до 90° Ц и в один час. В общем Мушо получал только 0,03 лошадиной силы на квадратный метр, т. е. в 4 раза меньше, чем следовало ожидать. Полезное действие оказалось меньше 3 %. Такой низкий коэффициент объясняется, разумеется, несовершенствами паровых машин того времени.

Более 200 000 рублей затратил на опыты е солнечной машиной шведский инженер Эриксон. Вот некоторые данные об этих опытах. Зеркало, имеющее отверстие 9,3 кв. м, давало в Нью-Йорке в полуденное время приблизительно 0,1 лошадиной силы. В 1898 г. Эриксону в Калифорнии при помощи зеркала с общей поверхностью в 930 кв. м удалось получить всего 10 лошадиных сил. Изобретенное инженером Эриксоном зеркало имеет в диаметре 10 м и в глубину — 5 м и состоит из 1788 маленьких плоских зеркал, отражающих лучи к паровому котлу. Сам же котел представляет медный цилиндр, зачерненный поверху, и вмещает 670 литров воды.

Это зеркало-гигант вращается около своей оси в течение дня, все время будучи обращенным к Солнцу. Через час после восхода Солнца эта машина доводила давление в котле до 12 атмосфер, и котел мог приводить в движение девятисильную паровую машину, приводившую в действие насосы, которые доставляли воду для орошения. Но вследствие дешевизны угля и больших затрат на установку, машина оказалась невыгодной и разорила изобретателя.

Рис. 36. Шведско-американский инженер Эриксон, разорившийся на опытах с солнечными машинами.

В большем масштабе производились опыты американским инженером Шуманом, который в 1913 г. соорудил машину на 500 лошадиных сил в Египте, около Каира. Устройство машины следующее. В отличие от машины Эриксона, зеркала здесь возвышались невысоко над землей. Пять цилиндрических зеркал длиной в 60 м и шириной в 4 м были расположены горизонтально с севера на юг на общей площади в 3500 кв. м. В полуденное время зеркала затеняли приблизительно треть общей площади участка. Когда Солнце опускалось до 20° над горизонтом, тени зеркал сливались вместе, так что вся площадь оказывалась затененной. При дальнейшем опускании Солнца они уже начинали затенять друг друга. Паровые котлы помещены в фокусе зеркала и состоят из зачерненных цинковых коробок, проходящих по всей длине зеркала. С одной стороны в коробки поступает вода, а с другой принимается пар. Вся установка дала 0,06 лош. силы на каждый кв. метр. Стоимость каждой лошадиной силы в установке Шумана —300 рублей, втрое дешевле установки Эриксона. Поэтому машина Шумана, по-видимому, может получить распространение.

В последнее время предложено много проектов машин, устройство которых основано на новых началах. Назовем, например, опыты ленинградского физика проф. Б. П. Вейнберга, проектирующего устройство солнечных машин в Туркестане.

Знаменитые автоматы

В Америке имеется специальная фабрика, которая изготовляет чрезвычайно забавные игрушки для детей— «говорящие куклы». Куклы эти могут спеть песню, рассказать сказку: для этого нужно только переменить валик. Эти говорящие куклы — выдумка Эдисона; появились они почти одновременно с «фонографом» — первой говорящей машиной. Механизм их такой же, как у фонографа или граммофона. Пружина вращает валик, а игла, скользя по валику, передает колебания мембране…

Не таковы говорящие и поющие куклы-автоматы XVIII века, которые выставлены в Венском, в Парижском и Мюнхенском музеях… Среди этих автоматов есть много интересных, чрезвычайно сложных по устройству механизмов, на изготовление которых мастер тратил целые годы, если не всю жизнь. Любопытно, что изготовлением автоматов занимались такие ученые, как Рожер Бэкон, Леонардо да Винчи, Региомонтанус (астроном XVI в.), Альберт Великий (ученый XII в.).

Автомат Альберта Великого представлял человека, отпирающего дверь и кланяющегося входящим. Его разбил палкой испугавшийся приятель Альберта Великого — схоластик Фома Аквинский, решив, что автомат движет «нечистая сила».

Астроном Региомонтанус изготовил два автомата: бегающую муху и орла, хлопающего крыльями и кивающего головой. Своим орлом-автоматом Региомонтанус приветствовал императора Максимилиана при его въезде в г. Нюренберг. Надо заметить, что город Нюренберг (Германия) является родиной целого ряда искусных механиков. Изобретатель «карманных часов» с пружиной Петер Генлейн (1480–1542) — уроженец этого города: ему поставлен там памятник.

Леонардо да Винчи, находясь на службе у различных князей Италии, потешал их «хитрой механикой», строил ползающих черепах, слонов, поющих птиц.

Особенно богаты «автоматчиками» — XVII и XVIII вв. Еще сейчас, например, в Зальцбурге (Германия) можно видеть автомат 1613 г., который воспроизводит целую картину. Сначала вылетает из скалы дракон, затем слышится кукование кукушки и пение других птиц. На фоне этой «музыки природы» работает водяное колесо, приводя в движение молот; гончар, сидя за станком, работает над горшком, точильщик точит нож… Медленно выползает и прячется черепаха.

Наиболее знаменитые «автоматчики» жили в XVIII веке: наш Кулибин (1735–1818), французы: Вокансон (1709–1782), отец и сын — Дро (1721–1790 и 1752–1791).

Автоматы Вокансона появились перед публикой в 1838 г. Изобретатель разъезжал с ними по всей Европе (был и в России). На рис. 37 воспроизведена фотография афиши, которую расклеивал Вокансон.

Рис. 37. Афиша Вокансона о его автоматах. На ней изображены: флейтист, утка и барабанщик — знаменитые автоматы Вокансона.

Из афиши узнаем, что Вокансон, член Парижской Академии Наук, предполагает демонстрировать флейтиста; музыкант-автомат играет 11 арий, сопровождая свою игру теми движениями, которые производит человек. Будет демонстрироваться пастух, который играет 20 различных арий на флейте и барабане, и, наконец, — «утка».

Игрок на флейте имел натуральный рост человека и сидел на ящике, где был скрыт механизм. Особенно поражала публику физиономия и движения «музыканта», как бы старающегося очаровать своей игрой. Пружина приводила в действие девять свистков, которые при помощи барабана со штифтами (как в музыкальном ящике) попеременно замолкали или производили различный по силе и высоте свист.

Игра автомата сопровождалась движениями пальцев. Этот «флейтист» и сейчас хранится в Венском музее.

Самым интересным автоматом Вокансона была утка: она пила воду, крякала, двигала головой, крыльями, чистила перья, ела зерна, и, что самое поразительное, — выбрасывала из желудка переваренную пищу. Чертеж несколько поясняет устройство внутренности этой машины-утки. Эта утка сгорела в Нижнем-Новгороде во время пожара.