ист_тех. Учебник СанктПетербург 2003 Утверждено редакционноиздательским советом спбгиэу рецензенты

• Название: Учебник СанктПетербург 2003 Утверждено редакционноиздательским советом спбгиэу рецензенты
• Анкор: ист_тех.doc
• Дата: 07.04.2018
• Размер: 29.41 Mb.
• Имя файла: ист_тех.doc
• Тип: Учебник; #17761
• страница: 13 из 19

7.8. Изобретение телеграфа

С


редства электрической связи: телефон, телеграф, радио позволяют передавать нужную информацию на большие расстояния. Первоначально тревожные сигналы передавались с помощью барабанных звуков, огня. Так, во времена Цезаря (102-44 г. до н.э.) (рис.7.6а) важные сведения передавались при помощи факела в виде некоторых условных сигналов. Взмах факела вверх означал приближение врага, а движение факела вправо означало, что все спокойно.



а) б) в)

г) д)

Рис. 7.6. Неэлектрические способы передачи информации с помощью: а – факелов; б – огня на сигнальных вышках; в – почтовых карет; г – оптического телеграфа; д – флажков

В период борьбы украинского народа против чужеземных захватчиков в XV-XVII вв. оповещение народа о внезапном появлении врага производилось с помощью огня от соломы, которую поджигали на верхней площадке стородевой вышки (рис.7.6б). Заметив столб огня на соседней вышке, тотчас же поджигали свою кучу соломы. Таким образом, от вышки к вышке передавали сигнал о появлении неприятеля.

Галлы и персы применяли рупоры для передачи известий громким голосом с поста на пост. Китайцы вели передачу сигналов ночью с помощью света вдоль громадной китайской стены. Древние греки применяли систему зажженных костров, передавая сигналы с одного холма на другой. Во время татарского нашествия русские передавали известия о нападении врага при помощи зажженных снопов, которые помещали на длинных шестах.

Позже информацию передавали с помощью почтовых карет (рис.7.6в).

В 1794 г. И.П. Кулибин создал оптический телеграф для передачи условных сигналов на расстояния.

В 1791 г. французский аббат Клод Шапп (1763-1805) установил в Париже модель семафора (греч. sema – знак, phoros – несущий) с крыльями.

Первая линия оптического телеграфа (греч. tele – далеко, phoros – пишу), т.е. система связи, обеспечивающая быструю передачу сообщений на большие расстояния при помощи световых сигналов, была построена во Франции. Она связывала города Лилль и Париж. На протяжении 225км было построено 22 станции, которые представляли собой башни с шестами и подвижными планками. Три подвижные планки семафора могли принимать 196 различных положений, соответствуя определенным условным знакам (букве или слову). На передачу одного знака тратилось 2 минуты. Положение планок менялось наблюдателями на башнях, которые вели наблюдения при помощи зрительных труб. Широко использовал телеграф для военных целей Б. Наполеон (1762-1821), построив в 1805 г. оптический телеграф между Парижем и Миланом.

В России оптический телеграф в 1825 г. был установлен между Петербургом и Шлиссельбургом, в 1835 г. между Петербургом, Гатчиной и Царским Селом, а в 1839 г. между Петербургом и Варшавой (рис.7.6г). Телеграммы от Петербурга до Варшавы передавались за 20 минут с помощью 148 вышек с семафорами. На вышке находился наблюдатель, который с помощью подзорной трубы определял букву и по его сигналу телеграфист устанавливал соответствующую букву. Этот телеграф просуществовал в России 16 лет.

Оптический телеграф можно использовать при хорошей видимости и ясной погоде, кроме того, нельзя было скрыть передаваемую информацию. С 70-х гг. XX в. неэлектрические способы передачи информации использовались крайне редко, например на флоте для передачи информации между кораблями с помощью флажков (рис.7.6д), на железнодорожном транспорте (проводники выбраcывают красный флаг при аварийном состоянии вагона и т.д.)

Наиболее надежной является электрическая связь. Основы электромагнитного телеграфа были заложены изобретателем П.Л. Шиллингом (1786-1837). Он служил в Генштабе и одновременно занимался электричеством. Он изобрел устройство для дистанционного взрыва мин электрическим током, применив изолированные провода. Первый экспериментальный взрыв мин с электрическим запалом Шиллинг произвел в 1812 году на реке Неве в Петербурге.

В 1832 году П.Л. Шиллинг изобрел клавишный телеграфный аппарат, основанный на действии тока на магнитную стрелку. Аппарат состоял из клавиатурного передатчика и шестистрелочного приемника (рис.7.7а). В приемнике шесть электромагнитных индикаторов, состоящих из двух соосно закрепленных магнитных стрелок, которые были ориентированы в противоположных направлениях. Эти индикаторы управлялись отдельной парой приводов (шесть сигнальных, один вызывной и один общий – итого восемь приводов). В зависимости от направления тока диск в соответствующей паре поворачивался к индикатору черной или белой стороной. По числу повернувшихся черных и белых сигнальных дисков в соответствии с телеграфным кодом Шиллинга легко определялась буква или цифра сообщения.

В 1836 году Шиллинг по поручению русского правительства проложил подземную телеграфную линию между помещениями Адмиралтейства, а также между Зимним Дворцом и Министерством путей сообщения.

В 1832 году американский художник и изобретатель Семюэл Морзе (1741-1871) изобрел электромагнитный телеграфный аппарат. В основе этого аппарата положено явление намагничивания при пропускании тока и размагничивании сердечника из мягкого железа электромагнита. При намагничивании сердечники притягивают якорь (железные полоски), представляющий рычаг, который на одном конце имеет пружины, а на другом колесико. При замыкании тока электромагнит притягивает якорь, и колесико ударяет на бумажные ленты и делает знак (лента равномерно протягивается пружинным часовым механизмом) чернильной пастой, т.к. колесо находится в чаше с пастой. При очень коротком замыкании тока на ленте появляется “точка”, а при более продолжительном – “черточки” (тире). С помощью различных комбинаций тире и точек можно обозначить разные цифры и буквы алфавита, например,  - – (л); -    (б) и т.д. Более совершенные конструкции аппарата Морзе изобрели в 1844 г. (рис.7.7б) и в 1944 г. (рис.7.7в).

В 1838 году Морзе разработал телеграфный код для своего электромагнитного аппарата, получившего название азбуки Морзе, который применяется до сих пор. Одновременно им был разработан телеграфный ключ.






а) б) в)

г) д)

Рис. 7.7. Электромагнитные телеграфные аппараты: а –П.Л. Шиллинга; б – С. Морзе, 1844 г.; в – С. Морзе, 1944 г.; г – пишущий Б.С. Якоби; д – буквопечатающий Б.С. Якоби

В 1844 году в США была построена телеграфная линия с аппаратами Морзе, а в 1860 году было построено свыше 27 тысяч телеграфных линий и 160 телеграфный станций.

Русский физик Б.С. Якоби в 1837 году сконструировал пишущий телеграф (рис.7.7г), а в 1850 году – буквочитающий телеграфный аппарат (рис.7.7д). В 1843 году он построил телеграфную линию между Петербургом и Царским селом. Телеграфная связь стала широко распространяться в мире, соединяя различные континенты и материки.

7.9. История телефонной связи

На ряду с телеграфной начинает развиваться телефонная связь, которая берет начало и изобретения телефона в 1876 году американским ученым Беллом Александером Грейамом (1847-1922).

Телефон Белла прост по устройству. Он состоит из металлической диафрагмы, помещенной в поле подковообразного магнита, диафрагма, вибрирующая под действием звуковых волн, генерировала колебания электрического тока, которые передавались по проводам, а специальное устройство на другом конце провода превращало электрические колебания в звуковые. Аппарат Белла был одновременно и передатчиком и приемником, работал от батареи. Сила тока, возбуждаемого в результате вибрации мембраны микрофона, была мала, и аппарат был пригоден для связи на малые расстояния. Следовательно, нужно было как-то усилить ток в микрофоне. С этой целью Т.А. Эдисон изобрел в 1877 году угольный микрофон. В нем электромагнитный ток, создаваемый источником постоянного тока модулируется сигналами звуковой частоты. Угольный микрофон сохранился для наших дней и используется в качестве передатчика в телефонных аппаратах, а приемная часть – это усовершенствованный телефон Белли, который нашел применение в различных громкоговорителях электродинамических микрофонах и т.д.

Первая телефонная станция была установлена в 1878 году в Нью-Хейвени (США). Через год телефонная станция, обслуживающая 8 линий была установлена в Лондоне. В ранних телефонных станциях для соединения абонентов оператор пользовался штеккером вручную. В ту минуту, когда гроб с телом Белла опустился в могилу, в США умолкло 13 миллионов телефонных аппаратов (1922 г.).

В России первые городские телефонные станции стали действовать в 1882 году в Петербурге, Москве, Одессе, Риге.

В 1889 году американский предприниматель А.Б. Строуджер создал шаговый искатель, позволяющий переключать соединения абонентских линий на телефонных и телеграфных станциях. Это позволило в 1896 году построить первую автоматическую станцию в городе Огасте (США). На АТС вся работа по соединению абонентов осуществлялась искателями, движениями которых управляют реле.

Пионером русской телефонии является Павел Михайлович Голубицкий (1845-1911), который в 1878 году создал телефон-вибратор, затем им создана телефонная гарнитура, телефонный ответчик, аппарат с рычагом автоматического переключателя и другие оригинальные приборы. В 1885 году он разработал систему питания микрофонов абонентов от одной общей батареи, находящейся на центральной телефонной станции, что позволило создать телефонные сети больших городов. П.М. Голубицкий первый внедрил телефонную связь на железнодорожном транспорте, а также разработал телефон, допускающий фонографическую запись переговоров.

Дальнейшее развитие телеграфно-телефонной связи привело к созданию фотографии, видеотелефона, телетайпа, радиосвязи.

7.10. Создание радио

В 1830 г. М. Фарадей раскрывая сущность электромагнитной индукции, пришел к идее электромагнитных волн, названных им “индукционной волной электричества”, которые распространяются в пространстве подобно процессу распространения колебаний взволнованной водной поверхности или же звуковым колебаниям за счет частиц воздуха.

Теорию электромагнитных колебаний разработал английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879), изложенную им в работах “О физических линиях силы” и “Динамическая теория поля”.

Теория электромагнитного поля Максвелла получила подтверждение благодаря работам Генриха Герца (1857-1894), который в 1887 г. экспериментальным путем получил электромагнитные волны.

Г. Герц разработал удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний, названного впоследствии вибратором Герца и метод их обнаружения с помощью резонатора.

Русский физик и электротехник Александр Степанович Попов (1859-1966) в 1883 г. подтвердил опыты Герца и высказал возможность их использования для передачи сигналов на расстоянии. В результате 6 лет кропотливой работы Попов создал первый в мире приемник электромагнитных колебаний. 7 мая 1895 г. он сделал сообщение на заседание физического отделения Русского физико-химического общества “Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям” и продемонстрировал свой грозоотметчик (радиоприемник). В сообщении он высказал мысль о возможности применения своего грозоотметчика для передачи сигналов на расстояние. Этот день – день рождения радио.

Усовершенствуя свою аппаратуру А.С. Попов 24 марта 1896 г. на заседании физического отделения Российского физико-химического общества произвел передачу сигнала на расстояние 1250м, передав первую в мире радиограмму, состоящую из двух слов “Генрих Герц”.

В 1899 г. была установлена радиосвязь на слух при помощи телефонной трубки и разработан первый в мире радиоприемник с телефонной трубкой. В ноябре 1899 г. броненосец “Генерл-адмирал Апраксин” во время шторма сел на мель у пустынного берега острова Гогланд в Финском заливе. От этого острова до ближайшего на материке города Котка Финляндии было около 44км. Между этими пунктами были установлены 2 приемно-передающие радиостанции, с помощью которых передано 440 радиограммы с февраля по апрель 1990 г., пока велись спасательные работы.

Несколько позднее начал работать над созданием беспроволочного телеграфа итальянский физик Гульельмо Маркони (1874-937). В 1897 г. он получил патент на применение электромагнитных волн для беспроволочного телеграфа (А.С. Попов свои изобретения не патентовал). В 1901 г. он осуществил радиосвязь через Атлантический океан и в 1909 г. получил Нобилевскую премию.

7.11. История телевидения

С давних пор люди мечтали наблюдать за происходящими вдалеке событиями через естественные и искусственные преграды, используя в сказках и былинах волшебные зеркальца и блюдца. Для этой цели были изобретены бинокль, телескоп, перископ. Однако неисчерпаемые возможности в этом имеет телевидение.

Первые проекты телевизионных систем копировали строение глаза человека. Для этого в передатчике применялась панель с большим количеством фотоэлементов, моделирующих светочувствительные элементы сетчатки глаза, а в приемнике была панель с набором лампочек накаливания (“зрительные центры головного мозга”), дающие передаваемое изображение. Такая схема не нашла практического применения из-за ее несовершенства.

Наибольшую известность получила оптико-механическая система немецкого инженера Пауля Нипкова (1860-1948). В 1884 г. он получил патент на свой “электронный телескоп”, позволяющий разложить изображение предметов на элементы при помощи диска с отверстиями. Изобретение Нипокова было положено в основу механической системы телевидения.

Русский физик Борис Львович Розинг (1869-1933) в 1917 г. выдвинул предложение об использовании электронно-лучевой трубки для воспроизведения телевизионных изображений. Сохраняя механическую развертку изображения, он сконструировал приемное устройство на базе электронно-лучевой трубки, которая является прообразом современного кинескопа.

В 1911 г. Б.П. Розинг продемонстрировал в лабораторных условиях передачу телевизионных изображений простых геометрических фигур и прием их с воспроизведением на экране электронно-лучевой трубки.

Впервые термин “телевидение” ввел в употребление в 1900 г. военный инженер русской армии, преподаватель Артиллерийской академии Константин Дмитриевич Перский в образном докладе о системах электровидения на международном электротехническом конгрессе в Париже.

Наряду с разработкой кинескопов (термин был введен В.К. Зворыкиным) и телевизоров начинается разработка передающих телевизионных трубок и установок.

В 1931 г. была изобретена первая передающая трубка иконоскоп (греч. eikon – изображение, skope – смотри). С появлением этой трубки начинается эра электронного телевидения. Заявки на “передающую телевизионную трубку с накоплением электрических зарядов на мозаичном фотодиоде” были поданы почти одновременно – в России Семеном Исидоровичем Катаевым (24 сентября 1931 г.), в США Владимиром Кузьмичем Зворыкиным (13 ноября 1931 г.).

В настоящее время телевизионного вещания, в зависимости от назначения условий работы, применяются такие передающие телевизионные трубки, как суперикоскоп (иконоскоп с переносом изображения), изобретенный русскими учеными П.В. Шмаковым и П.В. Тимофеевым в 1933 г., суперортикоп (иконоскоп с двухсторонней мишенью, позволяющий проецировать изображение на одну сторону мишени, а снимать изображение с другой стороны), созданный в 1939 г. русскими учеными Г.В. Брауте; видикон (иконоскоп, использующий внутренний фотоэффект), сконструированный в 1956 г. по схеме, предложенной русским ученым А.А. Чернышевским в 1925 г. Эти трубки обладают высокой чувствительностью, малой инертностью, высокой разрешающей способностью. Они могут работать в широком диапазоне яркостей и правильно воспроизводят все световые оттенки изображения.

7.12. Создание записи и воспроизведения звука и изображения

Сохранение звука, запись и воспроизведение его стало возможным только в XIX в.

В 1807 г. английский физик Томас Юнг (1773-1829) впервые произвел запись ножки звучащей камертона на закопченном стекле.

Французский наборщик Леон Скотт в 1857 г. сконструировал фоноавтограф, позволяющий записывать звук на чувствительном слое вращающегося валика.

В 1887 г. Эдисон впервые создал первую “говорящую машину”, позволяющую производить запись и воспроизводить звуки. Эдисон рассказывал: “Однажды, когда я еще работал над улучшением телефона, я как-то запел над диафрагмой телефона, к которой была прикреплена стальная игла. Благодаря дрожанию пластинки, игла уколола мне палец, и это заставило меня задуматься. Если бы можно был записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по этой записи, отчего бы пластинке не заговорить.

Я попробовал сначала провести телеграфную ленту под острием телефонной диафрагмы, и заметил, что получилась какая-то азбука. Пропуская ленту во второй раз, я крикнул в телефон: ”Алло, алло”. И потом, когда я заставил ленту с записью вновь пройти под иглой, мне послышалось, правда, очень слабо, “алло, алло”.

Тогда я решил построить прибор, который работал бы отчетливо, и дал указания моим помощникам, рассказав, что я придумал. Они надо мной посмеялись. Вот и вся история. Не уколи я тогда палец – не изобрел бы фонограф”.

Фонограф (греч. phone – звук, grapho – писать) Эдисона (рис.7.8а) представлял собой латунный валик со спиральной канавкой, обернутый тонкой оловянной фольгой. Рупор направлял звук на металлическую мембрану, касающейся стальной иглы, которая укреплялась на тонкой пружинке. Острый конец иглы прижимался к фольге всегда над канавкой; шаг червяка, на который был насажен валик, ровнялся шагу между канавками. Маховик на валике поддерживал скорость вращения на постоянном уровне. Когда под действием звуковых волн мембрана начинала дрожать, игла вдавливала фольгу в канавку пропорционально силе звука. Вернув валик в первоначальное положение и вращая ручку можно воспроизвести звук – игла и мембрана вибрируют из-за углублений в фольге, возникших при записи звука.

Экспериментируя с прибором, Эдисон запел популярную песенку о Мэри и ее маленькой овечке, кончая мелодию припевом “ха-ха-ха”. При воспроизведении песенки повторилась и так же весело засмеялась голосом изобретателя. Это первая в мире запись звука (фонограмма) с голосом ее изобретателя. Вскоре фольгу заменили слоем воска, и в 1894 году братья Эмиль (1860-1937) и Ширль (1863-1957) Патэ открыли предприятия по выпуску фонографов, которые получили широкое распространение.

На нем были произведены записи речи Бисмарка, молитвы папы Льва XIII, голос величайшей французской певицы Сары Бернар, Л.Н. Толстого и др. В 1882 году Миклухо-Маклай записал посредством фонографа диалекты племен архипелага Тихого океана.

Недостатки фонографа – восковой валик не имеет дубликата , с него нельзя получать копии, воск допускает не более пяти-шести проигрываний. Поэтому вместо записи звуки на вращающийся цилиндр стали производить запись на металлический воск. В 1887 году немецкий инженер Эмиль Берлинер (1851-1929) запатентовал этот способ записи и воспроизведения звука. Он сконструировал первый граммофон (от гр.qramma – линия + phone) (рис.7.8б) c ручным приводом. Берлинер для снятия копий с металлического диска покрывал цинковый диск восковой пастой и, нанося звуковые канавки, протравлял кислотой. При электролитическом способе осаждения металла, примененном позже, восковый диск покрывают серебристым графитом при помощи катодного распыления, а после этого его опускают в гальваническую ванну. Там на диск наращивают слой меди, который сохраняет звуковые каналы выпуклыми. С него снимают копии и приготавливают рабочие матрицы, заложенные в пресс-форму, которые позволяют отштамповывать до шестисот пластинок. Для пластинок Берлинер нашел материал, в состав которого входит шеллак – смола органического происхождения. Пластинка имела черный цвет за счет различных наполнителей (шифер, сажа и др.) В дальнейшем пластинки стали изготовляться из смеси полихлорвинила и винилита. Эти пластинки превосходили шеллаковую по всем показателям: они бесшумны, упруги, прочны. Благодаря плотной поверхности пластмассы удалось сблизить и сузить звуковые канавки и значительно удлинить фонограмму, увеличивая продолжительность звучания пластинки в несколько раз. Появились долгоиграющие пластинки, имеющие скорость 45,33 ½; 16 ½ и даже в 1/2 оборотов в минуту. Наряду с совершенствованием грампластинки реконструируется и граммофон. Наибольшее распространение получил патефон (рис.7.8.в) (по названию французской фирмы Пате + phone), использующий механический способ воспроизведения звука.




а) б) в)

Рис. 7.8. Устройства, записывающие и воспроизводящие звук: а – фонограф; б – граммофон; в – патефон

Развитие радиоэлектроники привело к созданию электомеханического способа записи и воспроизведения звука. Появляются рекордеры (англ.record – записывать), т.е. устройства, преобразующие электрические колебания звуковой частоты, создаваемые звукозаписывающим аппаратом, в механические колебания резца (иглы), прорезывающего (продавливающего) на звуконосителе механическую фонограмму. Создается разнообразие звукозаписывающей аппаратуры (электропроигрыватели, радиолы и т.д.)

Магнитная запись звука изобретена в 1898 году датским физиком В. Паульсоном. Запись производилась на стальную проволоку, и при воспроизведении проволока проходила через катушку и, возникающее э.д.с. подавалась на головку телефона. Качество звука было низким. Затем в 1929 году немецкий инженер Фриц Пфеумлер стал наносить на бумагу порошковый слой окиси железа. Этот звуконоситель хорошо намагничивался. После этого стали использовать пластмассовую ленту, которая эластична, прочна и недорога. В 1931 году фабрика звукозаписи при Всесоюзном радиокомитете приступила к магнитному способу записи звука. Магнитофоны разных типов прочно вошли в наш быт.

Развитие техники телевидения привело к видеозаписи. В 1927 году Джон Л.Берд впервые осуществил запись изображения, не прибегая к фотографии. К выходу телевизионной отклоняющей системы сканирующей 30 строк телевизионного кадра, он подключил звукозаписывающее устройство на обычную шелличную пластинку диаметром 25,4см, которая вращалась со скоростью 78об/мин.

В 1956 году появились студийные видеомагнитофоны, а в 70-х бытовые видео магнитофоны.

В настоящее время для записи и воспроизведения звука и изображения применяются лазерные диски размером 90 и 130мм, в которых запись и считывание информации производится оптическим путем с помощью лазерного луча.

7.13. Создание автомобиля

Автомобиль (греч. Autos – сам. + лат. mobils – подвижный) – самодвижущееся механическое транспортное средство (лат. transporto – перемещаю, перевожу).

О


ригинальную самокатку (четырех колесную повозку) изготовил в 1770 году И.П. Кулибин (рис.7.9а).




а) б) в)




г) д) е)

ж) з) и)

Рис. 7.9. Первые автомобили: а – «Самокатка» И.П. Кулибина; б – паровой автомобиль Кинью; в – газовый автомобиль Маркуса; г – трехколесная коляска К. Бенца; д – первый серийный автомобиль «Форд-Т»; е – первый русский автомобиль Е.А. Яковлева и П. Фрезе; ж – Руссо-Балт С 24/30; з – АМО-Ф-15; и – НАМИ-1

В 1752 году русский изобретатель Л.Л. Шамшуренков (1687-1758) создал четырехколесный экипаж, приводящийся в движение мускульной силой двух человек. Слесарь Нижнетагильского завода Артамонов Е.М. (1776-1841) в 1801 году построил первый двух колесный цельнометаллический велосипед, на котором он проехал от Верхотурья (под Пермью) до Петербурга.

В 1773 году изобретатель Кинью создал паровой автомобиль (рис.7.9б). В 1874 году австрийский чиновник Зигфрид Маркус (1831-1898) создал газовый автомобиль (рис.7.9в). Однако повозка Маркуса была неуклюжа, развивала скорость до 9км/час и издавала дурной запах выхлопных газов и поэтому была запрещена для постройки австрийскими властями.

Готлиб Даймлер (1834-1900), немецкий изобретатель, в 1885 году сконструировал маломощный эффективный быстродействующий бензиновый двигатель, который установил сначала на мотоцикл, а затем в 1886 году на четырехколесную повозку. Она стала первым автомобилем в нынешнем смысле слова. Независимо от Г.Даймлера немец Карл Бенца (1844-1929) в 1885 году построил трехколесную коляску с горизонтальным одноцилиндровым бензиновым двигателем, который развивала скорость до 15км/час (рис. 7.9г). Эта машина К. Бенца была проста по устройству. Три велосипедных колеса крепились к раме, на которой устанавливали двигатель и небольшой диванчик для сидения. На своем автомобиле Бенц с женой и детьми совершил стокилометровое путешествие, доказав этим пригодность транспорта для поездки. В 1893 году К. Бенц построил четырехколесный автомобиль с двигателем мощностью 3.5л.с. Модель оказалась удачной и автомобиль выпускали до 1901 года.

Возникают фирмы по производству автомобилей (1894 – в Германии фирма “Капштадт Даймлер”, в 1896 году фирма в Англии “Компания Даймлера”, в 1899 году в Италии фирма “Фиат”, в 1902 году в США “Форд мотор”, в 1926 году в Германии “Даймпер-Бенц”, в 1919 году в Англии “Рейленд мотор”, в 1895 во Франции “Рено” и др.). Все это способствовало совершенствованию технологии производства автомобилей и использование, при их конструировании, новейших достижений науки и техники. Большое значение на развитие конструкции автомобиля имели изобретения: дифференциала (1828 год О.Пеккер, Франция), пневматических шин (1845 год Р.Томсон, Англия), передних управляемых колес на цапфах (1816 год Г.Лонгеншпергер, Германия), независимой подвески колес (1878 год А.Болле, Франция) и др.

В 1912 году американский промышленник. Г. Форд (1863-1947) приступил к поточному производству автомобилей на сборочных конвейерах, стал выпускаться первый серийный автомобиль “Форд-Т” (рис.7.9д). Это упростило выполнение работ, не требуя высокой квалификации рабочих. Наряду с конвейерной системой были введены технические новшества: типизация продукции, стандартизация унификация деталей, их взаимозаменяемость и др. Все это повысило производительность труда и снизило себестоимость продукции.

В 1913 году на первом месте в мире по производству автомобилей были США (1,2 млн. легковых и 64 тыс. грузовых автомобилей, на втором – Франция, на третьем – Италия). Дореволюционная Россия не имела своей автомобильной промышленности, удовлетворяя свой спрос в основном за счет импорта.

Первый русский автомобиль был построен в 1896 году лейтенантом ВМФ Е.А. Яковлевым и инженером, владельцем каретных мастерских в Петербурге Петром Фрезе (рис.7.9е). Автомобиль имел оригинальное рулевое управление и мог развивать скорость около 32км/час. П.А.Фрезе стал строить автомобили по типу французских. “Де Дион Бутон” мощностью 4,5л.с., 12 автомобилей были поставлены Петербургскому почтампту. В 1901 году был испытан первый русский грузовой автомобиль, а в 1903 г. 10 местный автобус, в 1904 г. – пожарная машина.

В 1901 году инженер Б.Л. Луцкий построил автомобиль на Ижорском заводе, который успешно прошел испытания, но не был принят к производству. Конструктор вынужден был уехать за границу. На Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге за 7 лет было выпущено 451 легковой автомобиль, несколько грузовиков и спецмашин. Отечественные автомобили в парке страны составляли не более 10%, а в основном закупались за границей. Началось строительство заводов в Москве, автомобильного московского общества “АМО”, под Москвой “Русско-Балта”, например, в 1909 году был выпущен автомобиль Руссо-Балт С 24/30 (рис.7.9ж), в Рыбинске. “Русский Рено”, в Ярославле завод В.А. Лебедева в Ростове на Дону – Аксай. Однако, автомобильная промышленность была создана В России в основном после революции.

В 1924 году на заводе АМО были созданы первые 10 полуторатонных грузовых автомобилей, АМО-Ф-15 (рис.7.9з), которые не имели ни одной импортной детали. В 1925 году началось строительство автомобилей на Ярославском автозаводе. С 1924 году в Москве на заводе “Спартак” было организовано производство легковых автомобилей НАМИ-1 под руководством инженера К.А. Шарапова (рис.7.9и).

В 1931 году был реконструирован МАЗ (АМО) ныне автозавод им. Лихачава, который стал выпускать трехтонные грузовые автомобили, а с 1933 года начался выпуск 21 местного автобуса ЗИС-8. 1.01.1932 вошел в строй Горьковский автозавод, рассчитанный на 100000 автомобилей в год. Завод был построен за 19 месяцев и вооружен самой передовой технологией. После войны появились автомобильные заводы в Минске (МАЗ), Жодино (БелАЗ) и др., а так же модернизированы имеющиеся заводы.

7.14. Создание трактора

Трактору сто лет (tractor или trano – тяну, тащу), т.е. самодвижущаяся гусеничная или колесная машина, выполняющая разнообразные сельскохозяйственные, землеройные, дорожно-строительные и другие работы.

Первые колесные тракторы с паровыми машинами появились в Великобритании и Франции в 1830 году и применялись на транспорте и в военном деле, а с 1856 года их стали применять в сельском хозяйстве.

Прототип современного трактора был построен в 1888 году русским механиком самоучкой Федором Абрамовичем Блиновым (1832-1902) (рис.7.10а), который он демонстрировал в 1889 году на Саратовской, а в 1896 году на Нижегородской выставках. На раме длиной 5м помещены паровой котел, две паровые машины, будки и баки для топлива и воды. Вращение, от каждой паровой машины с помощью шестеренок, передавалось ведущим колесом, с находящимися в зацеплении со звеньями гусениц. Применение гусениц позволило снизить давление на почву. Гусеницы были разработаны Дмитрием Андреевичем Загрижским (1807-1860), который в 1837 году создал “экипаж с подвижными” колесами, т.е. на гусеничном ходу.

В создании трактора Блинова принимал участие ученик Я.В. Мамин, который в дальнейшем построил самоходную тележку с двигателем внутреннего сгорания собственной конструкции. Это был нефтяной четырехтактный двигатель с бескомпрессорным насосом распыления топлива и с самовоспламенением при сжатии воздуха (“русский дизель”). В 1911 году Яков Васильевич Мамин создал дизельный колесный трактор с двигателем мощностью 25л.с., назвав его “Русский трактор” (рис.7.10б). Этот трактор был облегченной конструкции, который стал изготавливать Б


алаковский завод. Было выпущено 110 тракторов.




а) б) в)

г) д) е)

Рис. 7.10. Российские трактора: а – трактор А.Ф. Блинова; б – «Русский трактор»; в – «Карлик»; г – «Гном»; д – «Фордзон-Путиловец»; е – СТЗ-15/30

Учитывая потребность сельского хозяйства в тракторах различной мощности, Я.В. Мамин разработал в 1913 году три типа машин “легкий” трактор, “Универсал” с двигателем в 25л.с., более крупный трактор “Посредник” в 30л.с. и “Прогресс” мощностью 60л.с., который мог работать с 12-лемешным плугом.

В 1919 году Я.В. Мамин создал трехколесный трактор “Гном” с нефтяным двигателем в 15л.с. с двухскоростной коробкой передач, позволяющей трактору двигаться со скоростями 3км/ч и 4км/ч (рис.7.10в). В 1920 году им был построен более компактный трактор с реверсированием “Карлик” (рис.7.10г).

В 1920 году Декретом СНК “Об едином тракторном хозяйстве”, тракторы начинают выпускать различные машиностроительные заводы: Коломенский, Брянский, Путиловский, выпустивший трактор “Фордзон-Путиловец” в 1924 году (рис.7.10д). В 30^х годах создается индустрия по производству тракторов.

!7 июня 1930 года с конвейера Сталинградского тракторного завода сошел первый трактор СТЗ-15/30 (рис.7.10е) с карбюраторным двигателем, работавший на керосине. 1 октября 1930 года вступил в строй Харьковский тракторный завод и 1 июня 1933 года Челябинский тракторный завод. Кировский (Путиловский) завод в Ленинграде с 1934 года вместо трактора “Фердзон-Путиловец” стал производить более совершенный трактор “Универсал”. Затем создаются заводы на Алтае (1942), Липецке (1943), Владимире (1945), Минске (1953), Павлодаре (1967) и др. В 1960 году наша страна заняла первое место в мире по производству тракторов.

7.15. Развитие воздухоплавания на воздушных змеях и воздушных шарах

Первые проекты летательного аппарата (крылатой машины), геликонтера и парашюта были сделаны в 1505 году в трактате “О летании птиц” Леонардо да Винча.

Впервые в мире построил в 1754 году действующую модель геликонтера (от гр. helix – вращение + ptepon – крыло, т.е. вертолет). М.В. Ломоносов (1711-1763) с помощью часового механизма приводились в движение крылья, создавая подъемную силу, которая поднимала аппарат вверх. Для подъема же тел необходим более мощный двигатель, чем часовая пружина. Таких двигателей в то время не было, поэтому было уделено внимание полету воздушных змей и шаров.

Первым изобретателем змея был древнегреческий ученый Архит Таранский в IV веке до н.э. Конструированием и запуском воздушных змеев в детстве занимался Исаак Ньютон (1643-1727). Он запускал их даже ночью, подвешивая к змею бумажный цветной фонарик с горящей свечой.

Воздушные змеи использовались в качестве носителей знамени, сигналов, различных украшений, выполненных в форме птиц, бабочек, рыб, драконов, коней и т.д., которые снабжались трещетками, светильниками (лампами с минеральным маслом). Они в настоящее время широко применяются на праздниках в Японии и Китае. На воздушных змеях даже поднимались воины, которые производили разведку и бросали вниз на врага зажигательные вещества.

Исследованием физических свойств воздуха в XVII веке занимались Г.Галилей, Э Горричелли, Б. Паскаль и др., которые установили, что воздух в 400 раз легче воды, производит атмосферное давление, которое с высотой уменьшается. Это привело к созданию воздушных шаров (аэростатов).

В 1711 году Крикутный в Рязани попытались подняться на большом шаре, наполненном дымом. Шар имел петлю, в которую с

ел Крикутный и поднялся выше берега, но ударился о колокольню, зацепился за веревку и остался жив.


а) б)

в) г)

Рис. 7.11. Полеты на воздушных шарах и дирижаблях: а – запуск первого воздушного шара братьями Монгофье; б – запуск Монгофье воздушного шара с овцой, петухом и уткой; в – полет Пиллатра де Розье и Д. Арлано на воздушном шаре; г – полет дирижабля «Граф Цепеллин»

Воздухоплавание практически началось после опытов братьев Жозефа (1746-1810) и Этьена (1745-1799) Монгольфье, 5 июля 1783 году они демонстрировали свой воздушный шар (рис.7.11а). 19 сентября 1783 г. они запустили 11 метровый воздушный шар из льняного полотна и бумаги, который поднялся на высоту 1830м (рис.7.11б). К шару была привязана плетеная корзина, в которой были овца, петух и утка. Пролетев по ветру 2.5км они благополучно приземлились. 21 ноября 1783 года в Париже на воздушном шаре, наполненном теплым воздухом Пилатр де Розье и Д,Арланд поднялись и совершили 25 минутный полет (рис.7.11в).

Известный русский ученый Леонард Эйлер (1707-1783) в 1773 году вывел формулу для подсчета подъемной силы аэростата. Франзуцский физик Флак Шарль (1746-1823) предложил заполнить воздушный шар водородом. Он сразу же после братьев Монзольфье построил шар из прорезиненной ткани и 1 декабря 1785 года совершил на нем совместное с Робертом полет длительностью 2,5 часа. Они замерили давление и температуру воздуха на высоте 3400 метра. С помощью аэростата стали изучать различные атмосферные явления. В 1887 году Д.И. Менделеев (1834-1907) осуществил полет на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения и изучения верхних слоев атмосферы. В феврале 1805 года участники русской кругосветной экспедиции под командованием адмирала И.Ф. Крузенштерна, находясь в городе Нагасаки (Япония) впервые для наблюдения воздушных течений отправили в полет аэростат, который был наполнен теплым воздухом. С тех пор воздушные шары широко применялись в метеорологических обсерваториях для наблюдения за состоянием атмосферы.

Дальнейшее развитие воздухоплавания было связано с созданием управляемых аэростатов- дирижаблей (от гр. dirigtkdle – управляемый). Первый проект управляемого аэростата с воздушными винтами, вращаемыми в ручную, был выдвинут в 1784 году французским инженером Ж. Менье.

4 сентября 1851 года французский механик Андре Жиффар совершил первый управляемый полет на аэростате, в гондоле которого было установлено паровая машина мощностью 3л.с. Они вращали трехполостной винт, позволяя лететь аэростату в нужном направлении со скоростью до 11км/ч в безветренную погоду. Затем на дирижабле были установлены двигатели внутреннего сгорания и им придали удобную форму в виде сигары. В 1900 году в Германии графом Ф. Цепеллином был построен дирижабль жесткой конструкции, корпус которого был сооружен по типу морских судов, состоящих из шпангоутов и стрингеров. Каркас обтягивали прорезиненной материей, скорость дирижабля достигала 50км/ч. Наиболее совершенным был дирижабль «LZ-127» «Граф Цепсалин» (рис.7.11г), который имел длину 236м, ширину 30,5м и высоту 35,5м. Его оболочка вмещала 10500м³ водорода. Он имел 5 дизельных двигателей, общей мощностью 2650л.с. На борту имелась собственная электростанция, радиостанция, телефонная связь. Обитатели диражабля размещались в удобных 2-х местных каютах. «Граф Цепсалин» совершил 580 дальних полетов, пролетел расстояние более 1 млн. км и перевез несколько тысяч пассажиров. Дирижабли стали делать различных систем (мягкой, полужесткой и жесткой конструкции) и они нашли разнообразное применение (разведка рыбных промыслов, исследование физических явлений в атмосфере и т.д.). С помощью дирижабля в мае 1926 года совершил полет над Северным полюсом Р. Амуньген. В 1929 году было совершено кругосветное путешествие на дирижабле. Несмотря на ряд преимуществ (не нужно взлетной площадки, большая грузоподъемность, полет в любых погодных условиях, неподвижность над объектом и т.д.) дирижабли обладают недостатками: малая скорость полетов (80-130км/ч), сложность обслуживания на земле.

7.16. Создание первых аэропланов и самолетов

Аэроплан от англ. фшк – воздух + фр. plaher – парить, более позднее название – самолет. Первоначально конструкция самолетов отрабатывалась с помощью планеров. Значительный вклад в теории и практику летания внес немецкий ученый О. Лапиенталь (1848-1896). На планерах собственной конструкции – моноплане (рис.7.12а) и биплане (рис.7.12б) он совершил большое число скользящих полетов. Он установил, что крыло с вынутым профилем обладает большей подъемной силой, чем плоское. Экспериментально вывел зависимость изменения подъемной силы от угла атаки, дал объяснение полету птиц. Погиб во время полета с горы Риновер близ Берлина.

Капитан-лейтенант А.Ф. Можайский (1825-1898) в 1871 году построил большой воздушный змей, который запустил с помощью тройки лошадей, запряженных в телегу. Встречный ветер подхватил змей и поднял Можайского, а затем перевернулся и упал, Можайский сломал ногу. Чтобы планер был устойчивым, он сконструировал хвостовое оперение. После опытов со змеем-планером он изготовил модель самолета с тремя винтами, приводимыми в движение часовым механизмом. На ней имелись горизонтальный и вертикальный рули (рис.7.12в). После этого Можайский приступил к постройке самолета с двумя паровыми машинами мощностью 10л.с. и 20л.с. в Красном селе. При испытании самолета в 1885 году показало, что мощность двигателя мала для полета. Самолет с более мощным двигателем Можайский создать не смог т.к. умер.

В 1890 году французский инженер Клеман Адер (1841-1925) построил аэроплан с паровым двигателем, крылья которого, сделанные из бамбука в виде птичьих перьев, могли складываться. При испытании, аэроплан поднялся и пролетел 50 метров. После модернизации машина уже пролетела 100 метров, но наткнулась на препятствие и сломались (рис.7.12г).

Аэроплан с паровым двигателем английского изобретателя Хайрэма Максимо (рис.7.12д) (1840-1916) также не имел успеха. Эти первые модели аэропланов были связаны с несовершенством крыльев, винта, рулевого управления, двигателей.






а) б) в)



г) д) е)

ж) з)

Рис. 7.12. Первые аэропланы и самолеты: а – моноплан Лапиенталя; б – биплан Лапиендаля; в – аэроплан Можайского; г – самолет Адера; д – аэроплан Максима; е – аэроплан братьев Райт; ж – самолет Сикорского «Илья Муромец»; з – «Илья Муромец» в полете

Первыми поставили на самолет двигатель внутреннего сгорания американские механики, братья Райт. 17 декабря 1903 года был совершен первый полет самолета с д.в.с. мощностью 16л.с. продолжительностью 20с. Затем они установили более емкий бензобак и достигли устойчивых полетов самолета в течении 30 минут при скорости 60км/ч (рис.7.12е).

После этого строились самолеты во Франции Ф. Фербером, Л.Блерио, и др. Они улучшили конструкцию самолета, введя вертикальные стойки на концах крыльев, эпероны и другие новшества. Анри Фарман в октябре 1908 года совершил перелет из одного города в другой, покрыв расстояния в 27 километров за 20 минут. Луи Блерио летом 1909 года перелетел на своем самолете через пролив Ла-Манш из Франции в Англию.

В России в 1909-1914 годах появляется ряд оригинальных самолетов конструкции Л.М.Гюккеля, Д.П. Григоровича, В.А.Слесарева и др. Гюккель построил биплан, моноплан и гидросамолет, за которые он получил большую серебряную медаль в 1911 году на первой Международной воздухоплавательной выставке в Париже. Пилот Г.В. Алехнович на гидросамолете установил рекорд высоты (1350м). В 1910 году Б.Н. Юрьев спроектировал первый в России вертолет.

В 1913 году совершил свой первый полет тяжелый самолет И.И. Сикорского “Русский Витязь”. Затем был построен прославленный самолет-гигант “Илья Муромец” (рис.7.12ж,з). Этот биплан поражает размерами: размах верхнего крыла – 34,5м, фюзеляж цельной высоты 7м., на нижнем крыле расположились четыре двигателя, общей мощностью 530л.с.

Развитию самолетостроения в России способствовали полеты М.Н. Ефимова, Н. Е. Попова, Б.И. Росинского и др. В 1910 году совершил первый полет С.И. Уточкин. Авиатор А.А. Васильев совершил полет из Петербурга в Москву. 9 сентября русский летчик П.Н. Нестеров на самолете “Ньюпор-4” осуществил фигуру высшего пилотажа “мертвую петлю”, в последствии названную «петлей Нестерова».

Теория самолетостроения были разработаны русским ученым Н.Е. Жуковским (1847-1921), которого В.И. Ленин назвал “отцом русской авиации”. Благодаря ряду научных работ профессора Н.Е. Жуковского и его ученика академика С.А. Чаплыгина (1869-1941) были разработана наука аэродинамика, теория винта, профилей крыла. Все это позволило конструировать самолеты на основе научных достижений.

Совершенствовались авиационные двигатели. В 40^х г. XX века поршневые д.в.с. достигли предела своих возможностей, не позволяя преодолеть звуковой барьер. Скорость самолета с поршневым двигателем достигла своего предела 750км/ч.

Создание реактивных двигателей значительно расширило возможности авиации и привело к развитию космонавтики.

7.17. Развитие других отраслей промышленности в рассматриваемый период

В условиях борьбы монополистов за передел мира огромное значение приобретает военная техника, производство которой превратило в одну из передовых отраслей промышленного производства.

Возрастают экономические связи между отдельными странами за счет развития транспортной системы. Растет железнодорожный и водный транспорт.

Интенсивно развивается строительство, совершенствуется металлургия. Появляются новые, более эффективные методы получения стали, имеющие громадное стратегическое значение.

Одновременно идет развитие химической технологии. Химическая промышленность дала новые взрывчатые и отравляющие вещества. Кроме того, отходы химического производства явились ценным сырьем для других отраслей промышленности: красильной, кожевенной, искусственных удобрений и т.д. Методы химической технологии проникают почти во все отрасли производства, где совершенствуются, преобразуются старые способы выпуска или обработки сырья.

Развитие металлургии вызывает острую необходимость в руде и топливе, требуют прогресса в горном деле.