Научные открытия и великие изобретения XIX века

От пара к двигателю внутреннего сгорания

XIX век стал революционным в области транспортных технологий. Многими из них в усовершенствованном виде люди продолжают пользоваться до сегодняшнего дня и, без сомнения, будут эксплуатировать их ещё многие годы. Необычные изобретения той поры носили принципиальный, основополагающий характер, определяя векторные направления движения технической цивилизации.

Развитие наземного транспорта

Первая половина девятнадцатого века стала золотой эпохой пара. Двигатель, основанный на использовании этого агрегатного состояния воды, был создан ещё в XVIII веке, но наиболее полную реализацию получил уже в следующем столетии. Изначально использующийся на фабриках, заводах и мельницах, в 1804 году он встал на колёса. Учёный, ставший автором одного из самых великих изобретений человечества — железной дороги, носил имя Ричард Тревитик и был родом из Англии.

И хотя его изделие было маломощным и сил его хватало лишь на то, чтобы перемещать в пространстве само себя и маленькую тележку с пассажирами, был открыт принцип передвижения по рельсам. Уже через 10 лет миру представили практичный локомотив «Блюхер» Джорджа Стефенсона, и далее паровоз стал развиваться по пути увеличения мощности. В третьей четверти столетия были изобретены пневмотормоз и железнодорожная автосцепка.

Получил дальнейшее развитие и автомобильный транспорт. От паровой самоходной машины, появившейся в 1769 году, пришлось отказаться в силу её неуправляемости. Но с начала XIX в. разворачиваются изыскания в области двигателей внутреннего сгорания. В первой половине в качестве топлива пробовался газ, но удовлетворительных результатов добились инженеры, использовавшие бензин. Прорыв пришёлся на конец века:

• 1874 год — изобретаются четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания (пока газовый) и бензиновый карбюратор;
• 1879 — Джордж Селден патентует автомобиль;
• 1885 — появление первого коммерческого аппарата Отто Бенца и мотоцикла (Даймлер, Майбах);
• 1886 — Готтлиб Даймлер усовершенствует бензиновый двигатель и оснащает его турбокомпрессором собственной разработки;
• 1893 — распылительный карбюратор венгров Яноша Чонки и Доната Банки;
• 1895 — дизельный двигатель.

В этот же период появляются сельскохозяйственный уборочный комбайн и трактор с бензиновым мотором. И в течение всего столетия, начиная с появления в 1817 году «машины для ходьбы» Карла Дреза, создаётся, модифицируется и принимает к 1885 всем знакомый облик — современный велосипед.

Покорение водных пространств

В области кораблестроения обессмертил своё имя Роберт Фултон, создавший первую флотилию (3 боевых единицы) подводных лодок «Наутилус» и в 1807 году поставивший гребное колесо с паровым двигателем на небольшое пассажирское судно.

В это же время другой изобретатель Стивен Джонс создавал проект корабля с гребным винтом, но этому предвидению суждено было реализоваться несколько позже. А пока символом прогресса на море стал пароход с колесом. В 1819 году парусник «Саванна» с паровым двигателем пересёк Атлантику, а в 1938 — судно «Сириус» преодолело тот же путь только за счёт силы пара.

Рубеж 50−60-х годов ознаменовался широким внедрением гребного винта и появлением цельнометаллических монстров уничтожения — броненосцев. С их спуском на воду начался закат многовековой истории парусников. Тогда же были изготовлены механическая подлодка и самодвижущаяся торпеда.

В 1881 увидело свет изобретение, крайне важное для сохранности скоропортящихся грузов. В океан вышел рефрижераторный корабль австрало-новозеландской компании, оснащённый мощнейшими холодильными установками. Отныне улову не грозила скорая гибель из-за высоких температур в южных широтах.

С увеличением мощности и манёвренности судов пришла пора и последних великих географических открытий. В конце концов на земле не осталось суши, на которую не ступала бы нога исследователя. Карта мира приняла окончательный вид, и теперь только время вносит в неё свои изменения.

Начало освоения шестого океана

Мечта о покорении неба сопутствовала человечеству с незапамятной древности. К XIX столетию никого уже не удивляли монгольфьеры и шарльеры — неуправляемые воздушные шары, наполненные газом или паром.

Они использовались Наполеоном в разведывательных целях, в русской и австрийской армиях предпринимались неудачные попытки применять их в качестве бомбардировщиков. Но зависимость от ветра делала эти эксперименты малоэффективными.

С 1850-х годов начинается активный поиск возможностей управления воздухоплавательными аппаратами. В 1852 был совершён удачный полёт на дирижабле конструкции Жиффара, снабжённом паровым мотором и винтом. Вершиной этих изысканий стало появление в 1900 году цеппелинов (жёстких дирижаблей), способных перевозить большое количество пассажиров и грузов и оснащённых бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.

Одновременно изучались возможности полёта на аппаратах тяжелее воздуха и создавалась база для появления авиации. Работы велись в направлении монопланов (машин в виде единого крыла). Агрегат с одним двигателем, был разработан Феликсом дю Темпле в 1874 году, а двухмоторный — русским изобретателем Александром Можайским в 1882.

Между этими научными открытиями в 1877 году был осуществлён успешный запуск первого в мире беспилотного вертолёта с паровым двигателем. Это произошло в Милане. Конструкция инженера Энрико Форланини поднялась на 13 метров, где оставалась в течение 20 секунд.

Внедрение в жизнь электричества

Мировая промышленная революция XIX в. ставила перед учёными и инженерами настолько сложные технические задачи, что одного практического опыта для их решения уже не хватало. Требовалась серьёзная теоретическая база. Это и предопределило растущую роль математики, физики, химии и механики в прикладных областях науки.

Новый вид энергии

Результаты изучения природы электричества, ставшие научной основой электротехники, открыли широчайший спектр его применения:

• в системах связи;
• в приводных устройствах рабочих машин;
• во многих технологических процессах металлургии (плавка и сварка, изготовление металлопокрытий);
• в промышленном производстве водорода, хлора и т. д.

Они совершили революцию в быту, устранили зависимость человечества от продолжительности светового дня, смогли изменить характер культурных и общественных отношений. Невероятные достижения в этой области великих изобретателей: Майкла Фарадея и Томаса Эдисона, Александра Белла и Вернера фон Сименса, Николы Теслы и Александра Попова — внесли их имена в историю цивилизации.

Список этот можно было бы расширить многократно. К сожалению, специализация ряда изобретений делает имена их авторов известными только узкому кругу профессионалов. Так Фрэнк Спрейг усовершенствовал электрический трамвай, Джозеф Генри изобрёл электромагнит с многослойной обмоткой, Джеймс Линдсей — лампу накаливания, а Айз МакГаффни — бытовой пылесос. Представитель России — инженер Николай Славянов — в 1888 году открыл принципы электросварки на металлических электродах под слоем флюса, что позволило соединять детали в кратчайшие сроки.

Свет и способы электрической связи

А начиналось всё в 1800 году с изобретения итальянца Алессандро Вольта, который создал первый гальванический элемент — предшественник современной батарейки. Уже через год великий российский учёный Василий Владимирович Петров, собрав из нескольких тысяч таких элементов мощную батарею, получил вольтову дугу, ставшую прообразом сварки и источником света.

Следующим знаковым шагом стало изобретение Майклом Фарадеем генератора, способного превращать механическую энергию в электрическую. Оно пришлось на 1831 г., и на его базе была создана демонстрационная модель электродвигателя. А уже в 1834 году появилось и его практическое воплощение. По Неве против течения прошла лодка, оснащённая таким мотором, с 14 пассажирами на борту. Заслуга в этом принадлежала русскому исследователю Б. С. Якоби.

С сороковых годов велись работы по созданию ламп накаливания. Ток, проходящий через металлическую нить, разогревал её до состояния яркого свечения. Однако волосок быстро перегорал и во всём мире велись работы по поиску материалов и сплавов, способных продлить ему срок службы. Выход нашёл Александр Николаевич Лодыгин, использовав как оболочку стеклянную колбу, из которой откачали весь воздух, а в качестве нити — спираль из тугоплавкого вольфрама.

Для русской науки стало характерной чертой находить интересные решения трудных проблем. И самым хорошим примером этого является создание великим русским учёным Дмитрием Ивановичем Менделеевым его Периодической таблицы. Это открытие систематизировало знания о природе веществ и устанавливало связь между свойствами элемента и его атомной массой.

Значительным достижением стало и последовательное появление:

• телеграфа и азбуки Морзе в начале века;
• телефона в 70-х годах;
• радио в конце столетия.

Наиболее ярко проявили себя в этой области Александр Белл, кроме телефона (1876) создавший в том же году громкоговоритель и металлоискатель (1882), и Томас Эдисон, который не только усовершенствовал телефон с помощью угольного микрофона (делит авторство с Берлинером), но и изобрёл фонограф и тикерный аппарат.

Проблему приоритета открытия радио каждая страна до сих пор решает по-своему, но история подсказывает, что оно было независимо-коллективным. Никола Тесла изобрёл радиопередатчик, Александр Попов — аппарат, принимающий сигналы, Маркони — систему радиосвязи, и, наконец, тот же Тесла — радиоуправление. И всё это уложилось в период с 1893 по 1888 г.

Бытовые открытия и маленькие свершения

К числу изобретений, не претендующих на глобальное значение в мировой истории, но сыгравших заметную роль в жизни каждого человека, можно отнести:

1. Зажигалка (1823), серные спички (1827), безопасные спички (1843).
2. Авторучка (1827) и капиллярная ручка (1892).
3. Производство бумаги из древесной целлюлозы (1844).
4. Безопасный лифт (1852).
5. Консервация и пастеризация продуктов, а также необходимые для этих процессов атрибуты.
6. Аттракцион «Американские горки» (1865).
7. Современная пишущая машинка и маргарин (1868).
8. Пылесос, электрический чайник, граммофон, магнитофон, английская булавка, безопасная бритва и застёжка-молния.
9. Джинсы, презентованные Леви Страусом в 1873 году.
10. Вентилятор, холодильник, духовка и ещё многое другое.

Орудия убийства, медицина и искусство

Утверждение, что война есть двигатель прогресса, и в этом веке нашло своё подтверждение. Выше уже упоминались морские монстры — броненосцы и летательные аппараты, используемые в целях разведки и бомбардировки. Не отставали от них и наземные войска.

Рост уничтожающей мощи вооружения

Среди средств убийства особо стоит выделить три изобретения, качественно изменивших войну и превративших её в откровенную бойню:

1. Открытие новых взрывчатых веществ: пироксилина (1845) швейцарцем Шенбейном, нитроглицерина (1846) итальянцем Собреро, динамита (1887) шведом Альфредом Нобелем и пироколлодия (1890) Д. И. Менделеевым. Это в сотни раз увеличило поражающую и разрушительную мощь артиллерии и сапёрного дела.
2. Создание череды модификаций огнестрельного оружия, приведших к появлению пистолетов кольт, наган и маузер и винтовок типа трёхлинейки Мосина или магазинного винчестера. Рождение пулемёта (сначала картечницы Гатлинга, а затем и знаменитого «максима»).
3. Усовершенствование артиллерии от гладкоствольного орудия, которое заряжается с дула, до нарезного ствола с зарядкой через игольчатый казённик и, как следствие, увеличившаяся в разы дальность и точность стрельбы.

Появление колючей проволоки, электроприводных морских мин и синтезирование иприта — приятный бонус всем милитаристам.

Открытия в медицине

Но там, где кому-то потребно людей убивать, всегда найдутся и те, кто придёт им на помощь. Использование на практике новых видов вооружения дало необыкновенный толчок к развитию полевой военной хирургии. В 1842 году появляется анестезия. В 1853 стараниями доктора-изобретателя Чарльза Праваза — шприц. В Японии синтезируется эпинефрин (синтетический адреналин).

«Остановись, мгновенье, ты…»

И именно XIX в. подарил людям то, чем они живут и постят друг другу в начале века теперешнего. В 1839 году были созданы первые фотографии. Луи Дагер, Уильям Тальбот и Жозеф Ньепс нашли способ закрепления изображения на стеклянной пластине. Этот продукт стал известен под названием дагерротип. Уже через год Тальбот патентует способ создания негатива и переведения его в позитив на хлоросеребряной бумаге. Ряд последовательных открытий, получение фотоматериалов и изобретение плёнки в 1887 году значительно упростили процесс фотографирования, сделали его доступным и быстрым.

Настала очередь застывшему изображению ожить. Материально-техническая база была готова. Изобретатели экспериментировали с системами, которые могли бы создать возможность анимированной записи, пока в 1895 году не добились этого. Братья Люмьер в результате непростого и очень трудоёмкого процесса сумели сделать несколько роликов по 15—20 сек., на которых отснятые персонажи двигались, раскланивались и разговаривали.

Сегодня без фото и кинематографии человек не может представить себе современной жизни, а дальнейшее развитие технологий привело к тому, что ими можно заниматься и без специальной подготовки.