XVIII век и начало промышленной революции

В XVIII в., который называют веком Просвещения, идет дальнейшее развитие нового естествознания. Мыслители Просвещения (Вольтер, К. Гельвеций, Д. Дидро и другие) восхваляют науку и разум и считают своим долгом популяризацию научных знаний в обществе. В XVIII в. формируются более тесные связи между естествознанием и технической деятельностью, создается широкая математическая база для развития техники и начинается становление собственно научно-технического знания.

Бурное развитие претерпевает механика. После основополагающих работ И. Ньютона по математическим началам механики активно создается аппарат высшей математики, позволяющий выразить мышление механики на математическом языке. Важнейшую роль в этом сыграли работы Л. Эйлера (1707-1783), Ж. Л. д’Аламбера (1717-1783), Ж. Л. Лагранжа (1736—1813) и других ученых.

Л. Эйлер в 1737 г. опубликовал работу «Механика, или наука о движении, изложенная аналитически». В ней он впервые применил к построению механики новый математический аппарат (дифференциальное и интегральное исчисление), в том числе создал основы вариационного исчисления. Ж. Л. д’Аламбер в работе «Трактат о динамике» (1743) разработал общий метод сведения задач динамики к статике, а Ж. Л. Лагранж в своей знаменитой «Аналитической механике» (1788) завершил сведение задач механики к чистой математике. В итоге механика становится аналитической дисциплиной, изучающей все виды механического движения средствами высшей математики.

Одновременно развертываются исследования в области механики сплошных сред (изучающей механические явления в жидкостях, газах, деформируемых твердых телах).

Еще Ныотон занимался процессами внутреннего трения в движущейся жидкости. Он ввел понятие вязкости, изучал величину трения между соседними слоями жидкости.

Основополагающий шаг в механике жидкостей и газов сделал Д. Бернулли, который в фундаментальном труде «Гидромеханика» (1738) вывел основное уравнение стационарного движения идеальной жидкости (уравнение Бернулли), имеющее огромное значение для решения гидромеханических и гидротехнических задач. В этой же работе Бернулли разработал основы кинетической теории газов, а также описал принцип действия различных гидравлических устройств.

Ряд работ Л. Эйлера также посвящен проблемам механики жидкостей и газов. Например, в работе «Начала движения жидкостей» (1756—1757) излагаются начала статики жидкостей и газов, выводится уравнение неразрывности жидкости с постоянной плотностью. В 1742 г. вышла работа Б. Роббинса «Новые принципы артиллерии», к которой Эйлер позже написал большой комментарий с приложением собственных исследований; в нем Эйлер развивает такие темы, как теория обтекания твердого тела идеальной жидкостью, движение снаряда в стволе орудия и др.

Значительный вклад в развитие гидромеханики сделал Ж. Л. д’Аламбер. Среди его работ отметим «Трактат о равновесии жидкостей» (1744) и «Опыт новой теории сопротивления жидкостей» (1752). Ж. Л. д’Аламбер разработал основы механики идеальной жидкости, исследовал закономерности движения жидкости в трубах и сосудах, сопротивления при движении тел в жидкости. Наконец, Ж. Л. Лагранж обобщил результаты своих предшественников и систематически развил математические основы механики идеальной жидкости.

Проблемы трения в жидкости и движения тел в жидкой среде имели большое прикладное значение, в том числе для развития мореплавания и кораблестроения. Сами эти проблемы оказались довольно сложными, требовали и совершенствования математического аппарата, и проведения экспериментов.

Помимо указанных авторов, ряд важных научных результатов в гидродинамике получили такие ученые, как Ж. Борда (1733—1799), Ш. О. Кулон (1736-1806), А. Кондорсе"( 1743—1794), Ш. Боссю (1730-1814). Отметим также важный с практической точки зрения вклад французского инженера А. Шези (1718—1806), который ввел формулу, описывающую поток жидкости («формула Шези»), и коэффициент («коэффициент Шези»), связывающий различные параметры потока жидкости.

Вернемся к Эйлеру. Прикладные вопросы, связанные с движением в жидкой среде и кораблестроением, заняли немалое место в его творчестве. Прежде всего, следует назвать труд Эйлера «Морская наука, или Трактат о судостроении и управлении кораблями» (1749), в котором излагаются общая теория равновесия и устойчивости плавающих тел, вопросы конструкции и нагрузки кораблей. Впоследствии этот труд Эйлер использовал для создания руководства для морских школ («Полное умозрение строения и вождения кораблей», 1773). В 1759 г. Эйлер написал работу по теории качки корабля (позже полную теорию качки создал А. Н. Крылов, см. параграф 1.6). К проблемам корабельного дела Эйлер обращался и в ряде других работ.

Для науки нашей страны XVIII в. стал началом ее «выхода на сцену». Важную роль в становлении профессиональной отечественной науки сыграло учреждение в 1724 г. Санкт-Петербургской академии наук (по проекту Г. В. Лейбница). Приглашение на работу в Россию иностранцев — таких крупнейших ученых, как Н. Бернулли, Д. Бернулли, Л. Эйлер, — сразу вывело академию на международный уровень. С 1745 г. ее академиком стал М. В. Ломоносов (1711 — 1765) — первый русский ученый, получивший международное признание. В разносторонней деятельности Ломоносова немалое место занимал и интерес к техническим знаниям, в том числе к горному делу и металлургии (работа «Первые основания металлургии, или рудных дел» и др.).

Российские ученые XVIII в. внесли важный вклад в развитие представлений о теплоте. Учение о теплоте находилось тогда под влиянием теории флогистона («теплорода»), выдвинутой еще Р. Бойлем. Тепло и горение объяснялись с помощью гипотетической субстанции — флогистона. Еще до того, как А. Лавуазье провел свои основополагающие работы, опровергающие эти представления, М. В. Ломоносов создал корпускулярнокинетическую теорию тепла, доказывая, что тепловые процессы связаны с внутренним движением в физических телах. Его коллега Г. В. Рихман (1711 — 1753) разрабатывал проблемы калориметрии — количественного измерения и изучения тепловых эффектов.

Архаичная теория флогистона сильно тормозила развитие химической науки. В 1774 г. английский исследователь Дж. Пристли (1733—1804) открывает кислород. Правда, сам он оставался приверженцем теории флогистона и пытался согласовать с ней свое открытие. Но французский химик А. Лавуазье (1743—1794) быстро понял значение этого открытия и разработал в 1770-е гг. новую теорию горения как окисления, заложив основы учения о химических элементах. Вскоре после этого английский физик Г. Кавендиш (1731 — 1810) определяет состав воздуха (1781) и воды (1784). Так началась революция в химической науке.

Усилиями таких исследователей, как А. Вольта, Л. Гальвапи, С. Грей,

III. Дюфе, Б. Франклин и других, накапливались новые знания об электричестве. Были открыты электропроводность, существование положительных и отрицательных зарядов. В 1745—1746 гг. независимо друг от друга П. Мушенбрук и Э. Г. Клейст создают конденсатор — лейденскую банку, которая позволяет получать большие заряды. Российский физик Г. В. Рих- ман изобретает первый прибор для измерения электричества. В 1785 г. III. О. Кулон открывает основной закон электростатики о силе взаимодействия неподвижных точечных зарядов («закон Кулона»).

Важнейшим событием для развития техники стало формирование в XVIII в. специальной системы инженерно-технического образования. В итоге техническая деятельность вступает на путь профессионализации.

В России это происходит уже с начала века. Царь Петр I, ставя масштабные задачи модернизации страны, уделяет большое внимание подготовке отечественных технических кадров. При нем открывается целый ряд учебных заведений, среди которых Инженерная школа (1700), Школа математических и навигацких наук (1701), Морская академия (1715). Позже, в правление Екатерины II, открывается первое учебное заведение по горнозаводскому делу — Горное училище (1773).

Широкая сеть инженерно-технических учебных заведений развертывается во Франции. В их числе Парижская Национальная школа мостов и дорог (1747), школа Королевского инженерного корпуса в Мезьере (1748), а также ряд школ, появившихся во второй половине столетия — Школа коммерции и индустрии, Школа искусств и ремесел, Школа шахт, Агрономическая школа и др. Эти учреждения служили государственным потребностям в специалистах и подчинялись соответствующим министерствам.

Обучение в технических учебных заведениях носит преимущественно прикладной характер, хотя преподаются и начала научно-теоретических дисциплин.

Одновременно формируется фонд необходимых инженерно-технических руководств и учебников. Среди них стоит отметить работы инженера и математика Б. Ф. Белидора — «Полный курс математики для артиллеристов и инженеров» (1725), «Инженерная наука» (1729), «Гидравлическая архитектура» (1737—1730), которые широко использовались на практике в течение всего столетия. В 1790—1796 гг. Г. Прони создал свое руководство «Новая гидравлическая архитектура». В 1798 г. вышел первый учебник по основам важнейшей инженерной дисциплины — сопротивлению материалов (П. Жирар, «Аналитическая трактат о сопротивлении твердых тел»).

Фундаментальную значимость для становления системы инженерно- технического образования имело открытие во время Великой французской революции парижской Политехнической школы (Ecole Polytechnique, 1794). Ее основали по декрету Конвента такие известные ученые, как Г. Монж и Л. Карно. Она стала первым учебным заведением, дающим высшее инженерно-техническое образование.

С самого начала Политехническая школа была ориентирована на серьезную теоретическую подготовку будущих инженеров по базовым научным дисциплинам. Одновременно она выступила центром динамичного формирования и развития инженерно-технических паук, начала издавать собственный научно-технический журнал. По ее образцу организовывают технические учебные заведения и в других странах. До сих пор она имеет высочайший национальный и международный авторитет. Из нее вышло множество знаменитых ученых, инженеров, государственных деятелей.

Сам Г. Монж (1746—1818), один из основателей этой школы, внес немалый вклад в науку и инженерное дело. Помимо его крупных математических достижений следует отметить его работы по теории машин (по сведению сложных машин к составным элементам), артиллерийской технике; большое значение имела также разработка Г. Монжем начал начертательной геометрии, позволяющей геометрически представлять на плоскости сложные технические конструкции («Начертательная геометрия», 1799). Г. Монж ввел свой курс начертательной геометрии в программу для учащихся Политехнической школы.

Важнейшую роль для развития техники, технологии, экономики сыграло еще одно нововведение, появившееся в революционной Франции, — создание единой системы мер и весов. В 1790 г. правительство поручило Французской академии наук разработать научно обоснованные и неизменные стандарты мер. В решении этой задачи участвовали такие выдающиеся ученые, как Ж. Л. Лагранж, П. Лаплас и Г. Монж. В результате появились метр как единица длины и грамм как единица массы. Они лежат в основе современной Международной системы единиц (СИ).

На протяжении XVIII в. неоднократно возникают намерения обобщить технические знания. Приведем несколько примеров. В 1724—1727 гг. публикуется многотомное издание Я. Леопольда «Theatrum machinarum generale», в котором проводится систематический анализ машинной техники. (В том числе трактат содержал и новаторский проект варианта парового двигателя.)

Выдающийся русский инженер А. К. Нартов (1693—1756) пишет работу «Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище машин», в которой описывает множество оригинальных технических станков, приводит кинематические схемы. К сожалению, эта книга, имеющая фундаментальное значение для токарного дела, была утеряна почти па 200 лет. Сам А. К. Нартов изобрел много уникальных вещей, намного опередивших его время, особенно в области артиллерии: скорострельная батарея, орудие, способное стрелять снарядами, превышающими калибр основного ствола, оптический прицел и др.

В 1770-е гг. немецкий математик, физик и инженер И. Бекманн (1739— 1811) вводит сам термин «технология» для обозначения отдельной дисциплины, занимающейся производственными процессами. В книге «Введение в технологию» (1777) он описывает и анализирует множество мануфактурных и ремесленных техник, предлагает их классификацию. В своих последующих работах он исследует историю изобретений и разрабатывает программу общей технологии, которая должна развивать научные основы для создания и улучшения производственных процессов.

Период, охватывающий последние десятилетия XVIII в. и первую половину XIX в., называют промышленной (или индустриальной) революцией.

Первой страной, совершившей революционные преобразования в своей производственной системе, стала Англия. На протяжении XVIII в. в английской промышленности было введено множество технических новшеств.

Например, Д. Кей создает крутильную машину (1730) и затем механический прядильный станок (1733). В 1765 г. Д. Харгривс изобретает механическую прялку «Дженни»; в 1779 г. С. Кромптон строит прядильную «мюль-машину»; на основе предыдущих достижений Э. Картрайт создает механический ткацкий станок с ножным приводом (1785), который способен заменить ручной труд 40 ткачей. В 1771 г. Р. Аркрайт открывает фабрику, на которой станки приводятся в действие гидравлическим колесом.

Все эти новшества способствовали тому, что хлопчатобумажная продукция стала производиться фабричным путем и в гораздо больших объемах, чем это было достижимо в мануфактурной промышленности. Помимо нововведений в текстильной индустрии немало технических изобретений было сделано и в других производствах (токарные станки, деревообрабатывающие станки, металлургия и др.). Так, значительным событием для развития машиностроения стало нововведение, которое сделал выдающийся английский механик Г. Модели, создав токарно-винторезный станок с механизированным суппортом (1797). Это позволило в дальнейшем стандартизировать и механизировать изготовление винтов и гаек и других технических деталей.

Другая магистраль промышленной революции была связана с освоением паровой энергии и постепенным созданием парового двигателя. Человечество издавна интересовала идея паровой машины. Как мы видели, еще античный механик Герои создавал механические устройства, приводимые в действие паром. Над моделями паровой машины работали в эпоху Возрождения — Леонардо да Винчи, в XVII в. — французский изобретатель Д. Папен, английский инженер Т. Севери и другие.

К 1705 г. английский изобретатель Т. Ныокомен (1663—1729) сконструировал «пароатмосферную машину» — первый паровой двигатель, который получил практическое применение. Машина Ньюкомена использовалась для откачки воды из угольных шахт. Она была основана на цилиндровом механизме (в котором чередовались подача пара и охлаждение) и имела очень низкий коэффициент полезного действия.

Усовершенствованный вариант универсального парового двигателя создал позже (примерно к середине 1770-х гг.) шотландский изобретатель Д. Уатт (1736—1819); патент получен в 1784 г. В ходе разработок Д. Уатту удалось найти много новых технических решений. Его машина содержала цилиндр двойного действия, распределительный механизм, так называемый паралеллограмм Уатта и другие новшества. Именно этот вариант парового двигателя послужил основой для широкой механизации английской индустрии. Так, уже с 1790-х гг. паровая машина стала применяться в текстильной промышленности.

Раньше Уатта (к 1766 г.) действующую промышленную паровую машину создал в России (на Алтае) И. И. Ползунов (1728—1766). При этом ему пришлось преодолеть огромные технические и организационные трудности. Машина Ползунова имела высокую мощность и могла применяться как воздуходувная установка в металлургии. К сожалению, правительство отнеслось к ней безразлично и вскоре ее «за ненадобностью» разобрали...

В XVIII в. техника и производство развивались, конечно, не только в Англии, но и в других европейских странах. Например, немало технических изобретений было сделано и во Франции; сама система технического образования была во Франции (и России) более совершенной; активно развивалась французская техническая наука. Однако именно в Англии сложился ряд условий, способствовавших тому, что она опередила европейские страны в своем индустриальном прорыве.

Здесь сыграло свою роль много факторов: расширение колониальной системы Англии, что вело к росту рынков сбыта, притоку сырья и др.; ограничение королевской власти (на фоне абсолютистских государств Европы), разрушение феодальных отношений и становление условий для свободного предпринимательства; разорение крестьянства политикой «огораживания» и рост массы наемной рабочей силы; военное господство Англии на морях, обеспечивавшее ей активность и безопасность на морских торговых путях.

Центральным событием начала индустриальной революции, с сугубо технической точки зрения, можно считать комбинацию двух ключевых идей: 1) парового двигателя; 2) концепции машинного производства.

  • 1. Изобретение парового двигателя создало принципиально новые возможности для технологии по сравнению с гидравлическим колесом. В том числе это освободило промышленные объекты от зависимости своего местоположения от крупных рек. Здесь мы видим также фундаментальный сдвиг в энерготехнологии. Сокрытую в природе энергию топлива научились превращать в организованную механическую работу. Произошел переход от использования непосредственных сил природы (ветер, напор воды) к превращенным видам энергии, получаемым при горении.
  • 2. Концепция машинного производства означает широкое использование машин для самых разнообразных и универсальных нужд, а не только в тяжелых отраслях, где требуются мощности, намного превышающие обычные мышечные усилия. Применение машины в текстильном производстве привело к замене непосредственного человеческого труда работой машины. В пределе это ведет вообще к вытеснению ручного труда: машина работает точнее, она не устает, не требует перерывов и т.п.

Одновременно эта концепция неуклонно ведет и к идее массового производства: становится возможным вырабатывать гораздо больший и бесперебойный объем продукции; при этом ее себестоимость дешевле, а также достигается высокая степень ее стандартизации и однотипности.

Начавшаяся механизация промышленности имела многочисленные социальные следствия. Резко выросли объемы производимой продукции и сам общий уровень технологических возможностей общества. Промышленность становится основной индустриальной отраслью, а значение аграрной системы отходит на второй план. Повышается роль города как промышленного центра, и созревают предпосылки для массовой урбанизации.

Переход от мануфактуры к машинной индустрии привел к радикальному изменению структуры самого общества; стали формироваться новые социальные классы: наемных рабочих (пролетариата) и крупных предпринимателей — собственников средств производства (капиталистов). Тем самым создались условия для активного развития капиталистических отношений и прихода капитализма как главенствующей экономической системы.

В ходе ломки старых и становлении новых отношений обострялись множественные противоречия. Сам человек, «освобождаясь» от традиционных видов деятельности, должен был приспосабливаться к новым социальным условиям. Этот болезненный процесс очень рано проявился в массовых протестах бедных и разоряющихся социальных групп. Примером может служить известное движение луддистов во второй половине — конце XVIII в., выступавших за уничтожение машин (по имени рабочего Н. Лудда, сломавшего фабричный станок).

Итак, в течение XVIII в. происходит множество важнейших событий в развитии техники и технологии. Высокого уровня достигает математикомеханическая наука, создавшая и применяющая мощный математический аппарат. На базе экспериментально-математического естествознания образуются более тесные связи между техническим знанием и фундаментальной наукой. Появляется самостоятельная система технического образования и начинается активное развитие специальных технических дисциплин. На основе новых технических достижений (паровой двигатель, механизация производства) начинается промышленная революция, которая влечет дальнейшие фундаментальные социальные и технические следствия.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >