Чтение онлайн

Большую известность получили также автоматы, которые построили швейцарские механики Пьер-Жак Дроз и его сын Анри-Луи Дроз. Дроз-отец построил «писца», движениями которого управляла сложная система кулачков, а Дроз-сын — «чертежника», который не только рисовал, но воспроизводил и другие движения. Совместно они создали механическую куклу — «девушку, игравшую на клавесине», которая поворачивала голову, двигала глазами, как бы следя за нотами, а закончивши игру, вставала и раскланивалась. Эти автоматы произвели большое впечатление на современников. •

Как уже говорилось, врач по профессии Жюльен Ламетри находил подобие и даже тождество между физиологией человека и «физиологией» часов. Принимая во внимание только механический аспект в поведении человека и животных, так же, как и некоторые другие современные ему врачи, он был далек от истины, но был прав в одном: поиски механиков следовало продолжить.

Но и без того они сделали немало. Если им и не удалось механически воспроизвести физиологические функции человека, тем не менее они впервые решили основную задачу автомата: разделили движения двигателя на целую серию частных движений и привели их в согласование, т. е. сделали то, что сейчас выполняется с помощью циклограммы. При этом им удалось решить и вторую важную задачу: они нашли тот тип механизма, при помощи которого удалось воспроизвести самые сложные по своему характеру движения, им оказался кулачковый механизм, иногда с очень сложной формой ведущего звена.

Таким образом, еще два века назад было решено несколько задач, относящихся к построению машин. Были созданы рабочие органы машин, которые смогли заменить движения человеческой руки, найдены схемы построения автоматов, работающих от одного ведущего звена, изобретена паровая машина, рабочим телом которой был пар, и найдена рациональная конструкция машины. Были поставлены и ближайшие задачи, связанные с улучшением работы механического оборудования вообще. Это повышение коэффициента полезного действия паровой машины, что повлекло за собой изучение свойств пара и его работы в машине, а также рост производительности рабочих машин, что в первую очередь требовало снижения трения в шарнирах и иных кинематических парах машин. Попытки решения первой проблемы привели к созданию термодинамики, второй — к разработке учения о трении.

В прошлом столетии наряду с развитием общей науки о машинах проводилось исследование в области и тех специальных наук, которые исследуют отдельные виды машин, их части, технические процессы. Машины все больше и больше внедряются в производство, принимая на себя значительную часть работы, выполняемой человеком. Появляются и такие машины, которые выполняют операции, вообще невозможные для человека. Естественно, что все это требовало более глубокого изучения процессов, происходящих в машинах. Если два века назад машины работали без помощи ученых, а их строители считали таковую помощь не только бесполезной, но и вредной, то в следующем столетии положение в корне меняется: научное образование постепенно становится обязательным для каждого квалифицированного инженера.

Приведение в движение машин с помощью воды, ветра, тепла и электричества. Даже когда была изобретена паровая машина, древнейшие водяные двигатели продолжают оставаться важным источником энергии. Продолжается исследование водяных колес и улучшается их конструкция.

Так, в первой четверти XIX в. математик и механик Жан Виктор Понселе представил Французской академии наук «Мемуар об улучшении теории и конструкции водяных колес», который и получил премию академии,

Дело заключалось в том, что во Франции того времени водяные колеса доставляли существенную часть энергии для промышленных предприятий. Как правило, механики, строившие колеса, применяли плоские лопатки: ученый предложил лопатки вогнутого типа и тем самым повысил полезное действие колес; его лопатки получили признание не только во Франции, но и за рубежом.

В середине прошлого века английский инженер Уильям Фэйрберн внес в водяное колесо дальнейшее совершенствование: он придал лопаткам форму" сосудов, в которые поступала вода. При дальнейшем вращении колеса вода полностью выливалась из лопаток. Такая конструкция лопаток на одну четверть увеличила отдачу колеса.

Многие установки подобного типа были способны заменить силу ста лошадей. Некоторые из этих колес работали целое столетие. Постепенно их заменяли турбинами. Первые турбины появились еще в середине XVIII в., когда венгерский ученый Янош Сегнер предложил модель турбины, так называемое сегнерово колесо. Колесо это усовершенствовал Леонард Эйлер. Но его изобретение не привлекло внимания инженеров, вполне удовлетворявшихся водяными колесами, которые они умели строить. Лишь в 1827 г. французский инженер Бенуа Фурнейрон создал практически пригодную к эксплуатации модель радиальной центробежной турбины. Она вращалась при значительно более высоком числе оборотов, чем водяные колеса. Оказалось, что вода вновь может соперничать с паром. Однако лишь в конце XIX в. появляются новые конструкции водяных турбин: впрочем, тогда у них появился новый потребитель энергии — динамо-машины, преобразовывавшие механическую энергию, получаемую от турбин, в электроэнергию.

Тем временем развивались паровые машины, которые сначала служили лишь для откачки воды из шахт и только через несколько десятилетий начали испытываться в качестве промышленных двигателей. Одновременно начинается изучение свойств пара и проблем, связанных с его распространением и передачей. Основную роль в этом сыграли исследования французских ученых: во главе французской школы теплотехников стоял Жан Батист Жозеф Фурье. После организации в Париже Политехнической школы он учился в ней, а затем стал преподавателем. Известно, что он принял участие в Египетской кампании Наполеона и при организации Египетского института стал его непременным секретарем. Здесь он развил большую научную и организационную деятельность. Благодаря своим работам по теории тепла он стал основоположником математической физики, любопытно, что он же внес заметный вклад и в египтологию.

Особую значимость приобрело учение о тепле после изобретения локомотива. В результате быстрого железнодорожного строительства и развития сети железных дорог вопросы теории тепла стали весьма животрепещущими. Ведь в топках локомотивов сжигался уголь, и от того, какую теплоотдачу можно было получить от пара и от лучшей конструкции парового котла, зависели экономия топлива, а значит, и расходы на его приобретение. Число локомотивов быстро росло, но, кроме них, мощные паровые установки были и на промышленных предприятиях, появились паровые двигатели и на морских и речных судах. Все это повысило интерес к изучению всех явлений, связанных с получением пара и с его работой в паровых машинах, а также с вопросами его экономии. Так развивалась новая наука — термодинамика, у истоков которой стоял великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.

Выше мы говорили о французском математике Лазаре Карно. Его сын Сади Карно опубликовал работу «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», в которой рассмотрел вопрос о преобразовании механического движения в тепло. Он построил замкнутую кривую теплового процесса (цикл Карно) и пришел к заключению, что полезную работу можно получить лишь при переходе тепла от более теплого тела к более холодному. При этом он сформулировал теорему о том, что величина работы зависит только от разности температур обоих тел и не зависит от вида вещества, работающего в машине. Так пар был заменен газом, и процесс горения был осуществлен в самой машине. По словам Карно, «целесообразно сжимать воздух насосом, затем переводить его в закрытую камеру, вводя в нее маленькими дозами топливо при помощи механизма, легко осуществляемого, затем предоставить газам возможность действовать на поршень в том же цилиндре или в каком-либо другом расширяющемся сосуде и, наконец, вытолкнуть их в атмосферу или предварительно направить к паровому котлу для использования их теплоты».

Идеи Карно оказались плодотворными, и на протяжении первой половины прошлого века шли более или менее успешные поиски двигателей, работающих на газе. Одним из первых эту задачу решил французский изобретатель Этьенн Ленуар, который в 1857 г. построил двигатель, работавший на светильном газе. Затем в 1876 г. немецкий конструктор Николаус Отто построил двигатель внутреннего сгорания, и двигатели подобного типа, работавшие на нефти, керосине и бензине, быстро распространились: они нашли применение как в промышленности, так и на транспорте — в автомобилях, а затем и в самолетах.

Двигатели Отто не допускали высокого сжатия. Чтобы добитьс^ этого и поднять коэффициент полезного действия, немецкий инженер Рудольф Дизель в 1897 г. создал четырехтактный двигатель (названный его именем), который работал по другому принципу: в течение первого такта в цилиндр всасывался воздух, за второй он сжимался и нагревался. В конце второго такта в камеру сжатия поступало через форсунку распыленное горючее, третий такт был рабочим; в течение последнего (четвертого) такта продукты сгорания выбрасывались в атмосферу.