Михаил Стародумов
Самые популярные изобретения из прошлых веков, актуальные сегодня, или Кто придумал первого робота
© «Центрполиграф», 2021
Предисловие
Чтобы иметь будущее, нужно быть готовым сделать что-то новое.
Питер Дракер
Какие бы потрясения ни случались, люди долго и упорно создавали те вещи, которые сегодня используются повсеместно. Сейчас многое из этого прилично модернизировалось, но тем не менее некоторые открытия важны сами по себе.
Для первобытных людей одной из главных задач для выживания являлась охота. На помощь пришёл камень, из которого впоследствии сделали топор. Орудие позволяло не только охотиться на животных, но и строить жилище, возделывать землю.
Сегодняшнее сельскохозяйственное производство и продолжительность жизни – самые высокие за всю историю человечества! Появление телефона сделало огромный прорыв в коммуникации людей. Впервые стало возможно общаться с человеком на большом расстоянии. Если телефон произвел революцию в проводной связи, то радио поразило мир передачей информации по воздуху. Сотовая связь, Wi-Fi, Bluetooth и многое другое – всё это прямо или косвенно пошло от невероятного изобретения XIX века.
Появление интернета напрямую связано с противостоянием СССР и США во второй половине XX века. Американцы хотели создать некую сеть, которая бы позволила сохранить связь даже после ядерного удара. После нескольких десятилетий развития мир увидел привычный нам интернет. Сейчас интернет объединяет миллиарды людей в единое пространство, которое покрывает многие потребности человека.
Мы обязаны этими огромными достижениями небольшому количеству великих умов – учёным, изобретателям и ремесленникам, которые придумали и разработали продукты и механизмы, на которых и строится современный мир.
В этой книге вы найдете сведения о тех ключевых моментах в истории человечества, которые навсегда изменили этот мир.
А
Автоматическая коровка передач
Идея создания автоматической коробки передач появилась практически одновременно с появлением автомобиля, оснащенного механической коробкой передач. При этом автопроизводители, изобретатели и энтузиасты из разных стран начали работать над ней.
В результате уже в самом начале ХХ века стали появляться опытные образцы, которые имели трансмиссию, похожую на современный автомат. В 1904 году изобретатели братья Стартевенты из города Бостон, США, представили раннюю версию автоматической коробки.
«Отцом автоматической трансмиссии» считается американский изобретатель Оскар Бэнкер, он же эмигрант из турецкой части Армении Асатур Сафарьян.
Приехав в США, он поселился в Чикаго. Там он и поменял имя на «Оскар Бэнкер» и начал работать в механическом цехе. Когда «Дженерал Моторс» стала работать с системой полуавтоматической трансмиссии, у этого механизма было много недостатков. Оскар Бэнкер предложил компании систему автоматической трансмиссии, которая должна была быть более безопасной и долговечной. Предложение было принято не сразу. Восемь лет Бэнкер боролся с автомобильными инжиниринговыми компаниями, но все-таки в итоге «Дженерал Моторс» приняла именно его автоматическую коробку передач.
Его система состоит из гидротрансформатора и планетарной коробки. Принципы и основы планетарной передачи были известны еще в средние века, а гидротрансформатор создал немец Герман Феттингер в начале ХХ века. Оскар Бэнкер запатентовал автоматическую коробку передач в 1935 году.
Автоматическая телефонная станция (АТС)
Автоматическая телефонная станция – это система устройств, обеспечивающая автоматическое (без участия оператора или телефонисток) соединение и поддержание телефонной связи между абонентами данной сети.
Возникновение первых АТС происходило параллельно и независимо в США и в России.
Патент на АТС был выдан еще в 1889 году американскому изобретателю Элмону Строуджеру, создавшему работающую модель в 1888 году.
По одной из версий, причиной его изобретения была недобросовестная конкуренция. Э. Строуджер был владельцем похоронного бюро в городе Канзас-Сити (Миссури). Но телефонисткой на телефонной станции была жена его конкурента, и все звонки по поводу похорон она направляла мужу. Чтобы избавиться от зловредных телефонисток, Строуджер и изобрёл автоматический телефонный коммутатор декадно-шагового типа ёмкостью до 99 абонентов. Эти АТС оказались настолько удобны и надежны, что находились в эксплуатации во всех странах мира до 1970-х годов. Элмон Браун Строуджер также изобрел вращающийся диск для набора телефонного номера.
Аналогичную автоматическую АТС, но несколько иного принципа действия создали русские инженеры М. Ф. Фрейденберг и С. М. Апостолов-Бердичевский в 1893 году. Работая при кафедре прикладной физики и механики Императорского Новороссийского университета, они сконструировали «телефонный соединитель» на 250 номеров. Это изобретение было в 1895 году запатентовано в Великобритании. В том же 1895 году они добавили к своей АТС предыскатель ёмкостью в 10 тысяч номеров и тоже получили на него патент.
В СССР первые АТС производились с 1927 года на заводе «Красная заря» в Ленинграде, однако это была машинная АТС.
Автоматический выключатель
«По-научному» этот прибор называется «автомат защиты линии». Самый первый вариант изобрел американец Чарльз Графтон Пейдж, который в 1838 году создал прерыватель. Он представлял собой ртутный резервуар с контактным стержнем. При увеличении тока появлялось электромагнитное поле, заставляющее стержень подниматься из ртути. Цепь размыкалась, а когда магнитное поле исчезало, все элементы возвращались на свои места.
В 1880 году плавкий предохранитель запатентовал Томас Эдисон: плавкая вставка из фольги или проволоки помещалась в стеклянную колбу. Внешне предохранитель напоминал привычную лампочку, но качественно обеспечивал разрыв сети при перегрузке: вставка сгорала – цепь размыкалась.
В конце XIX века появились рубильники с автоматической защитой от короткого замыкания. Первую модель создал русский изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Это был аппарат на пружинных контактах, которые во включенном состоянии удерживались защелкой. Под действием электромагнита она открывалась и приводила в действие отключающую пружину. Этот принцип оказался настолько эффективным, что используется в промышленных автоматических выключателях до сих пор.
В начале ХХ века в Европе начался настоящий бум автоматических выключателей. На Всемирной выставке в Париже «Электрическое акционерное общество братьев Шуккерт в Нюрберге» представило трехфазный генератор с новым автоматическим выключателем.
В 1910 году появился выключатель с двумя реле. Аппарат отключал сеть мгновенно лишь при больших перегрузках. Если же мощность в сети повышалась незначительно, выключатель срабатывал с регулируемой задержкой.
Однако при размыкании контактов возникала электрическая дуга, которая разрушала элементы автоматического выключателя. И Михаил Доливо-Добровольский изобрел дугогасительное устройство: металлическая решетка из изоляционного материала с узкими щелями гасила электрическую дугу за счет дробления на мелкие части.
В 1911 году на выставке в Турине был представлен первый масляный автоматический выключатель. Французы продемонстрировали сразу два варианта: трехфазный и однофазный. Однако масляные выключатели могли взорваться, были пожароопасными и обладали весьма внушительными размерами.
В 1914 году все тот же Доливо-Добровольский изобрел деионную решетку со специальными электромагнитами для втягивания электрической дуги в щель дугогасительной камеры. Принцип, примененный 105 лет назад, используется в автоматических выключателях до сих пор.
Немецкие инженеры Хуго Штоц и Генрих Шахтнер объединили тепловой и магнитный расцепители в единый блок многократного использования. В итоге аппараты стали защищать не только от перегрузок, но и от коротких замыканий. Теперь вставку не надо было менять после каждого срабатывания – достаточно было нажать кнопку и перезапустить выключатель. Патент на изобретение инженеры получили в 1924 году, а через четыре года на рынке появился первый в мире модульный автоматический выключатель, который без конструктивных изменений выпускался потом на протяжении почти 30 лет.
Акведук
Водовод (канал, труба) для подачи воды к населённым пунктам, оросительным и гидроэнергетическим системам из расположенных выше их источников.
Акведуком в более узком значении называют часть водовода в виде моста над оврагом, рекой, дорогой. Достаточные по ширине акведуки могли также использоваться судами (водный мост). Акведук по своей структуре аналогичен виадуку, с тем отличием, что его используют для переноса воды вместо организации дороги или железнодорожного пути.
Акведуки сооружаются из камня, кирпича, железобетона или стали. Такие сооружения состоят из основания, на котором возводят каменные, чугунные или кирпичные опоры (обычно между ними для устойчивости помещают каменные арки), и берегового устоя, на которые укладываются трубы или устраиваются кюветы.
Хотя акведуки больше всего ассоциируются с римлянами, они были изобретены столетиями ранее на Ближнем Востоке, где вавилоняне и египтяне строили сложные ирригационные системы. Акведуки римского стиля использовались уже в VII столетии до н. э., когда ассирийцы строили акведук из известняка высотой 10 метров и длиной 300 метров, чтобы переносить воду поперёк долины в свою столицу Ниневию; полная длина акведука составляла 80 километров. Примерно в то же время акведуки использовались в городах майя.
Известно, что в Древней Греции также строились акведуки. Самым выдающимся акведуком Геродот считал Эвпалинов тоннель на острове Самос. Этот акведук историк включил в список чудес света.
Считается, что древние народы строили акведуки, потому что не знали закон сообщающихся сосудов и не умели изготавливать трубы, способные выдерживать высокое давление воды в дюкере (обратном сифоне). В действительности известны сифон в Пергаме, относящийся ко времени правления Эвмена II (197–159 годы до н. э.) и более 20 сифонов, относящихся ко времени Римской империи, главным образом на территории современной Франции.
Римляне строили многочисленные акведуки для доставки воды в города и к промышленным центрам. В сам город Рим вода поставлялась через 11 акведуков, которые были построены в течение 500 лет и имели общую длину почти 350 километров. Однако только 47 километров из них были наземными: большинство проходили под землёй (Айфельский акведук в Германии – очень хорошо сохранившийся пример тому). Самый длинный римский акведук был построен во II столетии н. э., чтобы поставлять воду в Карфаген (сейчас это место находится на территории Туниса), его длина составляла 141 километр.
При строительстве применялись передовые строительные материалы – такие как водостойкий пуццолановый бетон.
В XIX веке Англия стала ведущей державой в строительстве акведуков, обеспечивая водой свои крупнейшие города, такие как Бирмингем, Манчестер и Ливерпуль. Самые большие акведуки были построены в Соединённых Штатах, чтобы поставлять воду в самые крупные города этой страны. Акведук Катскилл доставлял воду в Нью-Йорк на расстояние 190 километров, но это достижение было превзойдено акведуками на крайнем западе страны; наиболее примечательным был акведук Колорадо, который снабжал водой Лос-Анджелес и окрестности с расстояния в 400 километров к востоку. Хотя такие акведуки – несомненно, большие технические достижения, огромное количество воды, которое они переносили, привело к серьёзному экологическому ущербу из-за истощения питающих рек.
Акупунктура
Акупунктура – традиционная медицинская практика введения игл в тело. Китайские медики начали ее разрабатывать примерно 2000–2500 лет назад. А как сложившаяся система она известна со времён правления династии Шан (1600–1100 до н. э.). Иероглифы и пиктограммы, датируемые временем правления династии Шан, указывают на то, что наряду с укалыванием использовалось также прижигание. Развитие металлургии в Китае теоретически позволяло изготовление стальных игл уже в III веке до н. э., однако наиболее ранние археологические находки подобного рода относят лишь к династии Хань, и свидетельств об использовании этих игл в медицинских целях нет.
В настоящее время акупунктура как часть традиционной китайской медицины сохраняет своё распространение в Китае, где преобладает мнение о её научности. В западных странах акупунктура получила заметное распространение в XX веке в качестве альтернативной медицины.
Одной из разновидностей акупунктуры является иглорефлексотерапия, широко распространённая в России, однако в клинических испытаниях последнего времени эффективность этого вида иглоукалывания во всех областях медицины не подтверждена.
Согласно меморандуму ВОЗ о стратегии развития альтернативной медицины, акупунктура, как и прочие методы нетрадиционной медицины, должна соответствовать критериям доказательной медицины.
В 2010 году ЮНЕСКО включил акупунктуру и игнипунктуру в Список нематериального культурного наследия человечества.
Алгоритм
Так называется набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения некоторого результата.
Алгоритм – это конечный набор правил, позволяющих чисто механически решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных задач.
Само слово «алгоритм» происходит от имени хорезмского учёного аль-Хорезми. Около 825 года он написал сочинение «Китаб аль-джебр валь-мукабала» («Книга о сложении и вычитании»), из оригинального названия которого происходит слово «алгебра» (аль-джебр – восполнение). В этой книге он впервые дал описание придуманной в Индии позиционной десятичной системы счисления. Персидский оригинал книги не сохранился. Аль-Хорезми сформулировал правила вычислений в новой системе и, вероятно, впервые использовал цифру 0 для обозначения пропущенной позиции в записи числа (её индийское название арабы перевели как as-sifr или просто sifr, отсюда такие слова, как «цифра» и «шифр»). Приблизительно в это же время индийские цифры начали применять и другие арабские учёные.
В первой половине XII века книга аль-Хорезми в латинском переводе проникла в Европу. Переводчик, имя которого до нас не дошло, дал ей название «Algoritmi de numero Indorum» («Алгоритми о счёте индийском») – таким образом, латинизированное имя среднеазиатского учёного было вынесено в заглавие книги. Сегодня считается, что слово «алгоритм» попало в европейские языки именно благодаря этому переводу. В течение нескольких следующих столетий появилось множество других трудов, посвящённых всё тому же вопросу – обучению искусству счёта с помощью цифр, и все они имели в названии слово algoritmi или algorismi.
Алкоголь
Производство алкогольных напитков и их употребление отражает культурные и религиозные особенности населения разных стран.
Обнаруженные сосуды каменного века с остатками ферментированных напитков позволяют судить о том, что производство и употребление алкогольных напитков существовало уже в эпоху неолита.
Старейшие свидетельства приготовления ферментированных напитков относятся к эпохе 10 тысячелетия до н. э. Одни из древнейших сосудов со следами алкоголя были найдены в неолитической деревне Цзяху в провинции Хэнань Китая. Согласно исследованию, опубликованному в трудах Национальной Академии наук, химический анализ подтвердил наличие остатков сброженного напитка, сделанного из винограда, боярышника, меда и риса в 7000–6650 годах до н. э. Это примерно то время, когда на Ближнем Востоке начали производить ячменное пиво и виноградное вино. Это открытие доказывает, что китайцы опередили предыдущих правообладателей изобретения, древних арабов, на 1000 лет.
По данным археологии, в Месопотамии (впоследствии Вавилон, нынешний Ирак) алкогольные напитки употребляли уже около 5000 лет до н. э.
Виноделие возникло после освоения людьми виноградарства – культивирования винограда; это произошло в эпоху неолита. Виноделие начало развиваться около 6000 лет до нашей эры в районе Закавказья, Восточной Анатолии и севера гор Загрос (современный Иран).
А около 3000 лет назад китайцы создали высокоалкогольное пиво, содержание спирта в котором было более 11 % – невозможная вещь по тем временам. К примеру, лишь в XII веке в Европе появился дистилированный алкоголь.
Ампер
Единица измерения силы электрического тока в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. В амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов. Кроме того, ампер является единицей силы тока и относится к числу основных единиц в системе единиц МКСА (электрических и магнитных величин).
Ампер равен силе такого постоянного тока, который, пропущенный по двум прямым параллельным бесконечным проводникам с незначительным поперечным сечением, помещенными на расстоянии 1 метр друг от друга в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу 2 -10 7 ньютонов на метр длины.
Магнитодвижущая сила 1 ампер (ампер-виток) – это такая магнитодвижущая сила, которую создает замкнутый контур, по которому протекает ток, равный 1 амперу.
Названа эта величина в честь Андре-Мари Ампера (1775–1836), французского физика, математика и естествоиспытателя, члена Парижской Академии наук. Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма, он ввел в физику понятие электрического тока. Джеймс Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества». Работал также в области механики, теории вероятностей и математического анализа.
Изучение электромагнетизма позволило Амперу сформулировать закон взаимодействия между электрическими токами и доказать теорему о циркуляции магнитного поля. Поэтому в его честь и названа единица силы электрического тока.
Анемометр
Анемометр или ветромер – прибор для измерения скорости движения газов, воздуха в системах, например, вентиляции. В метеорологии применяется для измерения скорости ветра.
Описание первого механического анемометра составил около 1450 года Леон Баттиста Альберти в своём труде «Математические забавы», приложив его чертёж. Его действие основывалось на отклонении ветром висящей доски. Похожий анемометр начертил в «Атлантическом кодексе» (лист 675) Леонардо да Винчи тремя десятилетиями позднее Альберти.
По принципу действия различают механические анемометры, в которых движение газа приводит во вращение чашечное колесо или крыльчатку (подобие воздушного винта), тепловые анемометры, принцип действия которых основан на измерении снижения температуры нагретого тела, обычно накаливаемой проволоки, от движения газа, ультразвуковые анемометры основаны на измерении скорости звука в газе в зависимости от движения его. Ведь навстречу ветру скорость звука ниже, чем в неподвижном воздухе, по ветру – наоборот, выше.
Многие современные модели электронных анемометров позволяют измерять не только скорость ветра (это основное предназначение прибора), но и снабжены дополнительными удобными сервисными функциями: вычисления объёмного расхода воздуха, измерения температуры воздуха (термоанемометр), влажность воздуха (термоанемометр с функцией измерения влажности).
Российскими предприятиями также выпускаются многофункциональные приборы, которые содержат в себе функции как термоанемометра, так и гигрометра (измерение влажности) и манометра (измерение дифференциального давления в воздуховоде). Такие приборы используются при создании, обследовании, ремонте, поверке вентиляционных шахт в зданиях любого типа.
Арифмометр
Название этого вычислительного устройства происходит от сложения греческих слов со значением «число», «счёт» и «мера», «измеритель». Так называли настольную или портативную механическую вычислительную машину, предназначенную для выполнения арифметических действий.
Схема подобного арифмометру механизма встречается среди набросков к изобретениям у Леонардо да Винчи. Рисунок датируется 1500 годом и представляет собой 13-разрядную суммирующую машину на десятизубых колёсах. Однако это так и осталось в теории.
Более 100 лет спустя, в 1623 году, подобную машинку нарисовал Вильгельм Шиккард. По его чертежам устройство представляло собой 6-разрядную машину из трёх узлов: устройства сложения-вычитания, множительного устройства и блока записи промежуточных результатов. Также в XVII веке были созданы «паскалина» Блеза Паскаля и арифмометр Лейбница, в 1674 году появилась машина Морленда.
В 1709 году итальянский учёный маркиз Джованни де Полени представил свою модель арифмометра. Но только еще сто лет спустя, в 1820 году, Тома де Кольмар начал серийный выпуск арифмометров, более всего похожих на арифмометр Лейбница.
В 1850-х годах российский математик и механик Пафнутий Чебышёв создал первый автоматический арифмометр. В 1876 году Чебышёв выступил с докладом на V сессии Французской ассоциации содействия преуспеванию наук с докладом «Суммирующая машина с непрерывным движением». Один из первых экземпляров суммирующей машины Чебышёва сохранился в Санкт-Петербурге. Чебышёв построил еще один вариант своей машины, усовершенствованный, в 1878 году, и передал ее в Парижский музей искусств и ремесел, а затем создал множительно-делительную приставку к суммирующей машине. Эта приставка также была передана в музей в Париже в 1881 году.
Фрэнк Стивен Болдуин в 1873 году создал машину под названием «арифмометр», патент был выдан 28 июля 1874 года.
В России первым массово производимым устройством для автоматизации вычислений был арифмометр Однера, изобретённый в 1874 году. Серийно он начал выпускаться с 1890 года на Санкт-Петербургском механическом заводе. Модель оказалась столь удачной, что девяносто лет, до конца 1970-х, производилась лишь с небольшими усовершенствованиями (модель «Феликс-М»). Общий тираж этих машин составил несколько миллионов, было произведено более двух десятков модификаций.
