Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Балочно-стоечный каркас индустриализировал процесс строительства домов и дал возможность неквалифицированному труду заменить опытных плотников. Дом с балочностоечным каркасом обходился в 60 процентов от стоимости каркаса с шипо-гнездовыми соединениями. Более того, поскольку не было необходимости в квалифицированных рабочих, можно было построить больше домов. В своей статье в газете New York Tribune от 18 января 1855 года Солон Робинсон писал: «Если бы не знание балочно-стоечных каркасов, Чикаго и Сан-Франциско никогда не выросли бы, как они это сделали, из маленьких деревень в крупные города всего за один год». После середины века балочно-стоечные каркасы стали называться «чикагской конструкцией».

В 1890-х годах, после того как Дженни построил здание для страховой компании, в Чикаго появилось много небоскребов со стальными каркасами. На самом деле именно чикагская школа довела до совершенства строительство небоскребов. В конце века термин «чикагская конструкция» уже означал не балочно-стоечный каркас, а небоскреб со стальным каркасом. Важно, что этот термин применим к двум типам каркасов. Представляется возможным, что балочно-стоечный каркас повлиял на стальной.

Три события в инженерии XIX века изменили образ жизни человека и оказали непосредственное влияние на исторический процесс. Первое – экспансия промышленной революции, описанной в главах 7—10. Второе – появление гражданской инженерии как профессии, сопровождавшееся осознанием важности научного и технического образования как обязательной предпосылки инженерной практики. Третье и самое важное событие, связанное с первым, – внедрение новой методики подхода к инженерным достижениям – метода прикладной науки. Тема этой главы – возникновение и развитие электротехники – яркий пример этой новой революционной методики.

Профессиональные инженеры – люди, зарабатывающие себе на жизнь инженерной практикой, – появились во Франции в XVII веке. Французы также создали первые школы для обучения инженерному искусству. Это произошло в XVIII веке. Первая школа гражданских инженеров – знаменитая Ecole des Ponts et Chaussees – Школа мостов и дорог, была создана в 1747 году. Французские институты такого рода использовали метод практического ученичества, и учительский персонал лишь иногда проводил общие теоретические лекции. Эти школы перестали работать в начале Французской революции. Впоследствии их заменили Ecole Polytechnique в 1794 году, позже – обновленная Ecole des Ponts et Chaussees, Ecole des’Arts et Metiers. В этих школах начали обучать таким базовым предметам, как математика, физика и химия. В самом начале XIX века Германия и еще одна или две европейских страны также создали инженерные школы по образу и подобию французских. Между тем к 1840 году в Соединенных Штатах было только две школы, дававшие инженерное образование, – Военная академия в Вест-Пойнте и Школа Ренсселера в Трое. За десять лет после принятия закона Моррила 1862 года, положившего начало государственной помощи системе образования путем предоставления земельных наделов образовательным учреждениям штатов, количество таких школ увеличилось с 6 до 70. В целом американские школы вплоть до 1900 года использовали европейские образовательные техники и напрямую не способствовали прогрессу в этой области. Только в конце XIX века в американских школах началось обучение электротехнике.

Быстрый подъем инженерной науки в XIX веке существенно изменил инженерную практику и придал существенный импульс эволюции технического образования. В широком смысле инженерная наука – по сути абстрактные теории, такие как статика и динамика, вместе с научными методами решения инженерных проблем. И снова французы были первыми. В XVIII веке они довольно быстро развили разные аспекты инженерной науки. Подъем инженерной науки был типичной чертой века разума, когда научные методы начали использоваться в изучении многих вопросов, в том числе социальных проблем. В начале XIX века стало очевидно, что, к примеру, конструкция механического прибора, созданного на основе научных методик для выполнения какой-то специфической функции и ничего больше, является более экономичной, чем подобный прибор, созданный на основе «опыта». И инженерная наука стала развиваться ускоренными темпами. Было также ясно, что технические школы являются более компетентными в обучении новой науке, чем старый институт ученичества.

Еще более важным представляется то, что подъем профессионализма и использование научных методик в инженерии являлись применением растущих научных знаний в инженерии. А.Н. Уайтхед в книге «Наука и современный мир» писал: «Суть в том, что профессионализм теперь породнился с прогрессом. Мир оказался перед лицом саморазвивающейся системы, которую невозможно остановить». Феноменальное развитие электротехники, насчитывающей едва ли 80 лет от роду, и электроники, еще более позднего явления, наглядно демонстрирует, как быстро развивается инженерная область, когда основывается на науке. Внедрение метода прикладной науки во второй половине XIX века было одной из самых важных инноваций в истории инженерии.

Поскольку с самого начала электрическая инженерия основывалась на науке электрике, необходимо дать краткий обзор развития человеческих знаний об электричестве. Электричество – одна из самых молодых отраслей физики. Греки знали, что, если потереть янтарь, он будет притягивать соломинки, однако впоследствии электростатическое притяжение янтаря на какое-то время спутали с магнитным притяжением магнетита. Итальянский врач Джероламо Кардано (1501–1576) различил эти два типа притяжения. В 1600 году Уильям Гилберт (1544–1603), придворный врач королевы Елизаветы, опубликовал De magnete, где описал разницу между притяжением янтаря и магнетита. Янтарь притягивает только небольшие легкие предметы, куда не входит железо, а магнетит притягивает только железо. Гилберт обнаружил, что и другие вещества, такие как стекло, некоторые камни, сера, твердый воск и твердая смола, если их потереть, тоже могут притягивать разные легкие предметы. Янтарь по-гречески – electron, и Гилберт использовал латинское слово electrum. Для других веществ, которые вели себя так же, как янтарь, он придумал слово electrica. Только в 1646 году сэр Томас Браун (1605–1682) впервые использовал слово «электричество».

В 1629 году итальянский иезуит Никколо Кабео (1585–1650) наблюдал электрическое отталкивание. Отто фон Герике из Магдебурга, который изобрел воздушный насос, около 1660 года построил первую электрическую машину. Правда, он, по-видимому, не исследовал явление собственно электричества, а, скорее, считал его проявлением virus conservatia, свойства притяжения земли и материи вообще. Только англичанин Фрэнсис Хоксби (умер в 1713 г.) использовал машину статического электричества с вращающимся стеклянным шаром для проведения первых важных опытов с электричеством. Работы Хоксби стимулировали развитие электрической науки в XVIII веке. Хотя фон Герике наблюдал электропроводимость, он, очевидно, ее не узнал. В 1731–1732 годах Стивен Грей (1696–1736) опубликовал в Philosophical Transactions of the Royal Society свои труды, в которых было показано, что некоторые вещества являются проводниками электричества, а другие, наоборот, электричество не проводят и являются изоляторами.