Нынешний паровоз может вести составы со скоростью более ста километров в час, а вес нормального товарного состава в наше время достигает 3–4 тысяч тонн!
Так изменилась техника за сто с небольшим лет!
Современный паровоз.
Эра механики
У людей не было с собой ничего. Нечем было добывать пищу, нечем было даже развести огонь. Но зато один из спасшихся, Сайрус Смит, был очень знающим человеком. Знания Сайруса Смита, трудолюбие, мужество и взаимная дружба обитателей Таинственного острова помогли им за несколько лет создать на острове все, что было необходимо для жизни.
Все вы читали эту интереснейшую книжку Жюля Верна, и я не буду пересказывать вам ее содержания. Я хочу только напомнить вам, что Жюль Верн в образе Сайруса Смита показал человека, знания которого были очень обширны. Но они не превосходили, а целиком были основаны на завоеваниях науки и техники того времени.
В фантастической книге Марка Твена «Янки при дворе короля Артура» тоже изображен герой подобного рода. Попав ко двору легендарного короля Артура, правившего, по преданию, в Англии во времена раннего средневековья, герой силой своих знаний умудряется вызвать переворот в технике того времени. Причем знания его не какие-то особо выдающиеся. Совсем нет; он знает не более того, что знал инженер второй половины XIX века.
Но инженеры тех времен действительно знали уже очень многое. И многое могли делать. Они располагали множеством величайших открытий, превратившихся со времен Ньютона в стройную и точную науку о движении тел — механику. Механика и математика — древние науки. Новая же математика и новая механика были заложены гениальным английским ученым Исааком Ньютоном задолго до начала промышленной революции.
Множество ученых и практиков обогатили и развили эти науки, и к середине прошлого столетия механика, одна из первых, вооруженных точными новыми методами наук, стала приносить обильные практические плоды.
Механика — великая наука! Она помогла объяснить и понять научные и технические завоевания человечества, сделанные до того времени. Ведь они все, хоть и бессознательно, основывались на законах механики. Но механика не только объяснила прошлые открытия и достижения, она помогла сознательно добиваться новых. Все изобретения, все новые машины, станки, огнестрельное оружие, строительные сооружения — все, что создавалось людьми в те годы, могла объяснить механика. Законам механики подчинялись не только наши, земные, явления, но и все известные явления, наблюдавшиеся астрономами. Впервые в истории стало возможным производить математический расчет действия машин и сооружений, рассчитывать их отдельные узлы и элементы. Машины стали строить более надежными, легкими и, главное, точными. Механические устройства стали распространяться повсеместно. Строились корабли, железные дороги, мосты, невиданных дотоле размеров здания, туннели, домны, шахты, огромные заводы. Ручные орудия труда все более и более заменялись машинами и механизмами.
Словом, казалось, что вся вселенная может быть объяснена законами механики. И действительно, все, что наблюдали ученые, все, что ни создавала техника в те годы, все подчинялось этим законам, а если и некоторые факты не подчинялись, то это пока еще не вызывало ни тревоги, ни сомнений в универсальности механики. Казалось, что механика рано или поздно сумеет объяснить и эти непокорные явления.
Что же способствовало столь бурному развитию механики?
Мы знаем, что толчком к ее расцвету послужила промышленная революция, начавшаяся с изобретения прядильных и ткацких машин и паровой машины. Мы также знаем с вами, какую роль в жизни человечества сыграло открытие и применение металлов. Бронзу, медь, золото и железо люди открыли очень давно. К началу промышленной революции были известны и использовались и многие другие металлы. Но их, далее железа, не требовалось особенно много. Железо главным образом шло на изготовление лемехов, колесных осей, подков, разнообразного инструмента, оружия, корабельных якорей, гвоздей и т. п. До начала промышленной революции редко ощущалась нехватка в железе.
Промышленная революция и в этой области вызвала громадные изменения, потому что без достаточного количества железа, чугуна и стали она попросту не могла бы развиваться. Если первые машины — ткацкие станки и прядильные машины — с грехом пополам можно было бы делать из дерева, то паровой двигатель мог быть выполнен только из металла, и не любого, а самого прочного и устойчивого — из стали. То же самое можно сказать и о железной дороге, название которой говорит само за себя, и о многих других сооружениях и машинах.
Металл сразу потребовался в громадных количествах: котлы, паровые машины, паровозы, рельсы, пароходы, всякого рода станки и машины начали выделываться из металла. И здесь такую же важную роль, как в свое время бронзе и железу, пришлось сыграть стали.
Применение стали, особенно при изготовлении машин, станков, инструмента, позволило резко улучшить машины, повысить точность и качество изготовления продукции. Не менее важную роль применение стали и повышение точности и качества изготовления машин сыграли в дальнейшем усовершенствовании двигателей. В 1884 году в Англии Ч. Парсонс и независимо от него в Швеции в 1889 году Г. Лаваль разработали паровые турбины. Первые паровые турбины работали при очень высоких оборотах (30 тысяч об/мин турбина Лаваля и 18 тысяч об/мин турбина Парсонса). Кроме того, они сначала не были достаточно экономичными. Широко они стали применяться позже, в начале нашего века.
Появились и другие тепловые двигатели, так называемые двигатели внутреннего сгорания. Само название этих двигателей говорит о том, что топливо, отдавая свою энергию, сгорает в самих двигателях, а не в топке котла, вне двигателя, как это было в паровых двигателях.
Надо сказать, что двигатели внутреннего сгорания были самыми первыми на земле тепловыми двигателями. Только применялись они не в промышленности, а в военной технике. Впервые двигатель внутреннего сгорания был изобретен в глубокой древности в Китае. Это— ракета. Применялась она главным образом для фейерверков. Позднее ракету использовали для военных целей в Индии, в России. Однако до сороковых годов нашего века ракетный двигатель интересовал в основном ученых, а техника обходилась без него. Зато уже с очень давних времен широко используется другой двигатель внутреннего сгорания, имеющийся в любом виде огнестрельного оружия, от старинной аркебузы или пищали до современного дальнобойного орудия.
Ведь что такое двигатель внутреннего сгорания? Это такой двигатель, в котором энергия или работа получается путем сжигания топлива (будь то порох или бензин) в специальных рабочих камерах. У пушки или винтовки такой рабочей камерой является ствол, а у наиболее распространенных двигателей внутреннего сгорания, поршневых двигателей, — цилиндр.
Ни ракетный двигатель, ни двигатель «огнестрельный» до сих пор не нашли широкого применения в промышленности, хотя бы потому, что очень трудно регулировать мощность и управлять такими двигателями. Зато поршневые двигатели применяются повсеместно. И, говоря о двигателях внутреннего сгорания, чаще всего имеют в виду именно поршневые двигатели, хотя, кроме них, есть еще и газовая турбина и некоторые другие типы.
Идея создания двигателя внутреннего сгорания для промышленности зародилась в годы, предшествовавшие промышленной революции, когда уже ощущались все недостатки водяных двигателей. Первый тепловой двигатель внутреннего сгорания был предложен X. Гюйгенсом, известным нам создателем волновой теории света и значительными усовершенствованиями в часовом деле. Занимался Гюйгенс и тепловым двигателем, который он называл «пороховой машиной». Действительно, пороховая машина была основана на том же принципе, что и огнестрельное оружие. Только вместо ствола у пороховой машины был цилиндр, а вместо ядра или пули — поршень. Построить такую машину в 1688 году безуспешно пытался работавший одно время помощником у Гюйгенса Д. Папен.