Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)

Гидравликой и пневматикой интересовались и механики эпохи Возрождения. Интересно еще одно обстоятельство: когда врачи начали изучать тело животных и человека (что было сопряжено с большим риском), они обнаружили некое подобие между системой кровеносных сосудов и известными им очень несовершенными гидравлическими системами. В анатомических эскизах Леонардо да Винчи рядом с чертежами сердца и кровообращения художник изобразил схемы гидравлических механизмов. И совершенно несомненно, что теория Рене Декарта, увидевшего в животных лишь высокоорганизованные машины, в основной своей части базировалась на сходстве кровообращения и гидравлического механизма. Интересно, что основоположник гидродинамики петербургский академик Даниил Бернулли одну из своих первых работ посвятил исследованию течения крови в живом организме.

Другие виды механизмов. Мы уже говорили о том, что еще два столетия назад механизмы не отличались особым разнообразием, правда, некоторые из них уже были известны техникам того времени в разных вариантах. Несколько механизмов изобрел куратор Лондонского королевского общества замечательный английский ученый Роберт Гук. Особую известность приобрел изобретенный им шарнир, который позволил управлять телескопом, т. е. направлять его на произвольную точку неба.

В связи со становлением и развитием машиностроения изобретение механизмов для передачи и преобразования движений убыстряется. В особенности этот процесс ускорился в последней четверти прошлого века. Появляются новые виды устройств, включающие механизмы комбинированные (с рычажными и зубчатыми элементами), механизмы движения с остановками, механизмы с упругими звеньями, механизмы переменной структуры и др. В новых механизмах применяются электромагнитные и электронные элементы.

Таким образом, оказалось возможным, получив «движение», передать его в нужном направлении, а если это необходимо, то и преобразовать его так, чтобы выполнить необходимую работу. Тем не менее следует вспомнить, что машина состоит не только из тех механизмов, которые управляют движением: движение нужно еще получить и использовать. Еще Леонард Эйлер установил на основании изучения машин своего времени, что они обязательно должны включать двигатель или приемник, который производит или воспринимает движение и посредством Механизмов передает его дальше, к рабочему органу, который и производит необходимую полезную работу.

На протяжении почти двух с половиной тысячелетий вплоть до начала прошлого века основным двигателем было водяное колесо, и лишь в XI в. таковым стала также ветряная мельница. Правда, одновременно с ними роль двигателя доставалась также человеку и животным, но в этом случае следовало бы включить в состав машины не двигатель, а приемник. Другими словами, на протяжении многих лет основой двигателя служил гидравлический или соответственно пневматический механизм.

Как упоминалось выше, рабочий орган, для которого, собственно, и строилась та или иная мельница, находился в соответствии с технологическим процессом. Сперва это были жернова, т. е. мельница выполняла свою первоначальную функцию, затем толчея, пила, молот и т. д. Но все это составляло единое целое, и поэтому мельница первоначально составляла одну машину. Но с течением времени к одному двигателю начали присоединять несколько механических устройств, приводившихся в движение одним валом. Можно ли и в этом случае считать мельницу единой машиной? Представляется, что да. Действительно, если мы рассмотрим какой-либо современный автомат, снабженный несколькими рабочими органами, исполняющими различные операции, то от этого он не становится совокупностью машин. Поэтому мельницы в том виде, в котором они строились механиками прошлых столетий, следует также считать едиными машинами.

Водяные колеса не оставались неизменными. Было замечено, что те колеса, лопатки которых поворачиваются под влиянием потока текущей воды, дают меньшее количество работы, чем те, на которые вода падает сверху (так называемые верхнебойные колеса). В середине XVIII в. английский инженер Джон Смитон изменил во втором случае форму лопаток, придав им форму сосудов, и получил еще большую эффективность. Дальнейшее совершенствование двигателя привело к изобретению турбин, первой из которых была турбина Фурнейрона. Но это произошло уже после выделения двигателя в отдельную машину.

Совершенствовались и ветряные мельницы. Принципиально по своей структуре они не отличаются от водяных мельниц: тот же самый механизм, только повернутый на 180°, колесо наверху, а не внизу. Несмотря на то что ветряные мельницы появились в Европе в конце XII столетия, первые изображения их появились относительно поздно — уже в XVI в. Это не были чертежи, но искусный механик мог по этим изображениям соорудить работающую мельницу. И только в самом начале XVIII в. были опубликованы не только чертежи, но и описание ветряной мельницы, но их строили уж четыреста лет!

Европейская практика выработала два основных типа этих машин: с вращающимся корпусом и башенного типа, когда поворачивалась только «головка» мельницы вместе с крыльями и валом. Как в том, так и в другом случае передача к рабочему органу осуществлялась через зубчатый передаточный механизм, колеса были, как правило, деревянными, а зубья вырубались топором.

Не забудем, что водяные мельницы были привязаны к воде, а ветряные можно было поставить лишь в местах, доступных для ветра. Там же, где не было ни того, ни другого, роль двигателя приходилось выполнять или животным, или самому человеку.

И вот два века назад человек опять столкнулся с той же задачей, которая была решена (в отношении мукомольных мельниц) еще его пращурами прошлых тысячелетий. Новые технологические машины стали улучшенными органами человека, они делали ту же самую работу, что и ремесленник, но лучше и быстрее. Впрочем, вначале, вероятно, не лучше. Но управлять ими, приводить их в движение приходилось самому человеку или животным. По словам Карла Маркса, когда изобретение прядильной машины возвестило о промышленной революции, ее изобретатель ни звуком не обмолвился о том, что осел, а не человек приводит эту машину в движение, и тем не менее эта роль действительно досталась ослу.

Не следует недооценивать роли «живых сил» в развитии промышленной революции: человек далеко не сразу передал «силовую часть» производства машине. Мы видели, что ранее машина заменяла лишь физическую силу человека. Теперь она заменила его руку, и стало ясно, что физических сил-то и не хватает. Интересно, что в то время когда промышленный переворот завершился в Англии и завершался во Франции, математик и механик академик Шарль Дюпен (ученик Гаспара Монжа) дал сравнительную оценку продуктивных сил обеих стран, приравняв силу одной лошади силе семи человек. Он подсчитал также силы водяных и ветряных мельниц, кроме того, силы паровых машин в промышленности и судоходстве. У него получилось, что к концу первой четверти прошлого века во Франции действовало (округленно) 49 000 сил, а в Англии — 60 000 сил. Как следовало из его расчетов, во-первых, в результате промышленного переворота Англия удвоила свой энергетический потенциал, а Франция лишь на одну треть увеличила его; во-вторых, в сельском хозяйстве оказалось занято более половины производительных сил, в-третьих, эти цифры показали, какая значительная доля промышленного труда (6000—8000 сил) падала на «живые силы». И наконец, из расчетов с очевидностью вытекало, каким колоссальным энергетическим потенциалом становилась паровая машина.