(495) 234-36-61
На главную страницу блога Почта

Блог «Умные мелочи»

Бумага

Рубрика: (Как рождались технологии, Человек пишущий) | Автор: moderator | Дата: 19-09-2014

Метки: , , , ,

Во 2 веке до нашей эры в Древнем Китае была изобретена технология изготовления бумаги из волокон крапивы. Промытые растения перетирали на жерновах, а затем долго встряхивали. В результате измельченные волокна переплетались между собой. Эту вязкую массу выкладывали на гладкую поверхность и придавливали  каменной плитой. Получался тонкий лист, который после просушивания становился бумагой.

Принципиальное отличие бумаги от папирусного листа в том, что волокна папируса располагались параллельными рядами. Перегибание высушенного листа неизбежно приводило к его излому. В бумаге же растительные волокна располагались хаотично. При перегибании сухого листа разрушается только небольшая часть волокон, остальные же волокна остаются неповрежденными. Можно проделать простой опыт – взять обычный лист бумаги и сложить его пополам. Развернув сложенный лист, мы увидим, что на сгибе образовалась складка. Эта складка как раз и образована переломленными волокнами. Но при этом лист бумаги не распадается на две части. Более того, если разгладить линию сгиба, лист бумаги будет выглядеть неповрежденным. Прочность линии сгиба обеспечивают волокна, расположенные под углом к линии излома. Как бы мы ни складывали бумажный лист, как бы его не сминали, лист остается целым, хотя и покрывается складками – от разрушения той части волокон, которые располагаются перпендикулярно линиям сгиба.

Ясно, что папирус не мог конкурировать с бумагой. Бумажный лист обладал не только высокой прочностью, но и необычайно простой технологией изготовления. Для производства бумаги годилась не только крапива, но и любое растительное волокно. Достаточно было собрать траву, измельчить ее и смешать с водой – сырье для изготовления бумажного листа было готово.

Кстати, а почему именно крапива? Неужели у китайцев не было под руками другого материала? В том-то и дело, что крапива – самое доступное и самое распространенное растение. Крапива растет возле поселений сама собой, не требуя какого-либо возделывания. Листья и стебли крапивы имеют волокнистую структуру, причем, волокна настолько прочны, что из них можно прясть нити и ткать ткани. В Древней Руси так и делали – пряли из высушенных крапивных волокон нити и ткали ткань для одежды. Кроме того, крапива еще и ценный пищевой продукт, богатый витаминами. У нас же на Руси испокон веков из молодой крапивы варили зеленые  щи, которые спасали людей от весенней бескормицы и авитаминоза. Так что применение древними китайцами крапивы для изготовления бумаги вполне объяснимо.

Несмотря на очевидную, казалось бы, простоту технологии, в Европе производство бумаги началось лишь около 600 лет назад. Китайские мастера продавали только готовую бумагу, а саму технологию держали в строжайшем секрете. Первая европейская бумага была дорогим и редким товаром. Дело в том, что для ее изготовления применялась не измельченная растительная масса, а старое тряпье. Тряпье перемалывали на мельнице, затем вручную прессовали полученную влажную массу в листы и сушили их. В принципе, лист тканевой бумаги должен быть прочней и тоньше, чем лист бумаги из растительных волокон, поскольку тканевая масса состоит из прочных витых нитей. Но для производства подобной бумаги требовалась большое количество вышедшей из употребления ткани. Если учесть, что ткань в то время производилась вручную, стоила дорого и использовалась практически до полного износа, то можно представить, во что обходилось производство бумаги.

В пятнадцатом веке с изобретением книгопечатания потребность в качественной бумаге резко возросла. Были изобретены прессы, облегчающие ручное изготовление бумажного листа, и отбеливающие вещества, придающие бумаге привычный для нас белый цвет. Но бумага по-прежнему производилась из тряпичных волокон. Только в девятнадцатом веке немец Келлер использовал для производства бумаги измельченную древесную массу. А через некоторое время был изобретен способ получения чистой целлюлозы – однородной органической массы из древесного сырья, подвергнутого очистке от смол и других примесей вывариванием.

Производство бумаги из целлюлозы удешевило сам технологический процесс. Целлюлозная масса – это измельченная древесина, отходы текстильного производства, бумажная макулатура. Для приготовления целлюлозной массы годится любой волокнистый материал естественного происхождения, но чаще всего используется именно древесина. В то же время использование отслужившей свой срок бумаги позволяет сберечь леса от вырубки, поскольку одна тонна макулатуры заменяет 4 кубометра древесины.

С точки зрения развития технологий, производство бумаги любопытно тем, что это едва ли ни первая попытка использования вторичного сырья. В истории человечества, разумеется, есть и более древние примеры. Например, переплавка металлического лома – захваченного у врага металлического оружия, старых сломанных орудий труда и так далее. Но переплавка металла не приводит к появлению принципиально нового материала. А для выработки европейской бумаги использовались отслужившие свой срок ткани, и получался совершенно новый материал для совершенно иных применений.

Современная бумажная промышленность выпускает огромное количество сортов бумаги – от самой тонкой папиросной, до толстого картона, от низкосортной газетной, до высококачественно мелованной. Разные сорта бумаги отличаются друг от друга по удельному весу. К примеру, один из самых ходовых сортов бумаги – это бумага с удельным весом в 80 граммов на квадратный метр. Чем больше удельный вес бумаги, тем больше толщина бумажного листа и, наоборот, чем меньше удельный вес, тем бумажный лист тоньше.

Кроме того, сорта бумаги различаются между собой фактурой поверхности (глянцевая бумага обрабатывается специальным клеящим веществом, а газетная бумага такой обработке не подвергается) и форматом листа. От качества изготовления бумаги зависит ее стоимость и области ее применения. К примеру, для письма перьевой авторучкой слишком дорогая бумага не годится – на глянцевой поверхности чернила держатся плохо, а потому писать на такой бумаге будет тяжело. Плохо по такой  бумаге пишет и карандаш, поскольку частичкам графита не за что зацепиться. Для карандашных заметок и рисунков лучше подходит бумага с шероховатой, грубой поверхностью. Зато шариковая ручка или рейсфедер, который пишет тушью, оставляют на дорогой мелованной бумаге красивый, аккуратный штрих.

Любопытно знать, какой сорт бумаги лучше всего подходит для письма любой ручкой – перьевой, шариковой или карандашом. Сортов писчей бумаги так много, что выбрать самый подходящий для ежедневной работы очень непросто… Нет, просто. Элементарно просто! Возьмите самую обычную школьную тетрадь, с разлинованными листами, в клеточку, в линейку – какую угодно. Это и есть идеальная бумага для письма.

Школьной тетради, наверное, столько же лет, сколько лет бумаге из целлюлозы. Изобрести что-то новое в этой области не легче, чем изобрести велосипед… Теперь взгляните на бумажный органайзер с разграфленными листами и ступенчатым обрезом с алфавитной разметкой. Эта записная книжка изобретена французами лишь в середине двадцатого века. А сегодня мы не можем и представить, как без нее обойтись.

Или вот другая, совсем недавняя история. В шестидесятые годы прошлого столетия специалисты компании 3M разработали невысыхающий клеевой состав. Разработать разработали, а вот как этот клей можно применить, догадаться не могли. Иногда подобное случается – идея остроумная, свежая, а что с ней делать совершенно непонятно. Новый материал испытывают и так, и сяк, но применение ему находится совершенно случайно.

Намазав новым невысыхающим клеем квадратные листочки бумаги, инженеры компании принялись писать на них разные заметки на память. Листочки расклеивали на стенах, на письменных столах, на мониторах компьютеров. Наконец одного из менеджеров компании осенило – да это же превосходное средство организации труда! Черкнул на бумажном листочке напоминание о важном событии, приклеил листочек к чему угодно – лишь бы был на глазах. А когда листочек свою функцию выполнил, бумажку можно отклеить. И на поверхности, к которой листочек был прикреплен, не останется ни малейшего следа. В восьмидесятые года липкие листочки произвели на рынке канцелярских товаров настоящий фурор. Они выпускались миллионами экземпляров, но спрос на них продолжал расти.

Эти листочки выпускаются до сих пор. Простая, очень удобная штука – книжечка, на верхнем листочке которой можно черкнуть заметку на память, затем отклеить этот листочек и прикрепить к столешнице рабочего стола. Хоть на первый взгляд и копеечное, но – изобретение. Вот вам и велосипед.

Алхимия и химия

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 12-09-2014

Метки: , , , , ,

Мы часто говорим об исчезнувших городах и целых цивилизациях. Они возникли тысячелетия назад, достигли расцвета и таинственным образом растворились во тьме веков. Если бы мы знали об этих древних культурах больше, то ничего таинственного в их исчезновении для нас бы не было. Но мы знаем о них очень мало. Слишком мало, чтобы знать наверняка – почему, как и когда.

На этот раз поговорим об исчезнувшей науке – об алхимии. Она возникла, предположительно, в Древнем Египте среди поклонников мифического божества Тота или, в греческом варианте, Гермеса, якобы владевшего искусством превращать в золото различные вещества. Колбы с растворами алхимики запечатывали печатью с изображением Гермеса – отсюда и пошло понятие «герметичный», «герметично укупоренный».

Алхимические теории основывались на древнегреческих философских учениях, полагавших, что все сущее состоит из нескольких первоэлементов, которые в различных условиях могут преобразовываться друг в друга. Задача алхимии состояла в том, чтобы найти вещества, способные превратить неблагородные металлы в благородные – в золото и серебро.

Развиваясь, как лженаука, алхимия, тем не менее, дала начало собственно химии и фармакологии – науке о лекарственных веществах. На протяжении двенадцати столетий, с 4 по 16 века нашей эры, алхимиками были изобретены способы перегонки и возгонки веществ, фильтрование растворов, сосуды для химической переработки и опытов (колбы, реторты, пробирки), нагревательные печи, перегонные кубы. Алхимиками были открыты способы получения минеральных и растительных красок, стекла, эмали, сплавов, солей, кислот, щелочей, множества лекарственных препаратов.

И все же основной целью алхимии оставалось получение двух веществ – «философского камня», который назывался также «красным львом», «великим эликсиром», «философским яйцом», «красной тинктурой», «панацеей», «жизненным эликсиром»; и второго по значимости вещества, которое именовалось «белым львом» или «белой тинктурой». Назначение «философского камня» облагораживание (трансмутация) серебра, свинца, ртути и некоторых других металлов и превращение их в золото. Кроме того, раствор «философского камня», так называемый «золотой напиток», должен был избавлять людей от всех болезней, предотвращать старение  и продлять жизнь. Назначение второго вещества гораздо скромней. «Белая тинктура» была предназначена для превращения в серебро любых неблагородных металлов.

Если сравнить алхимию с другими известными нам науками, то легко обнаружить, что алхимия соотносится с химией примерно так же, как астрология с астрономией. Но если споры об астрологии не утихают до сих пор, алхимия напрочь утратила свое значение и давно забыта.

Исторические документы убеждают в том, что алхимией в свое время занимались многие великие ученые древности. Так оно и было, но лишь отчасти. В период становления алхимии как науки ей явно не хватало практических результатов (которых и не могло, разумеется, быть). Чтобы придать алхимическим теориям больший вес последователи александрийской (греко-египетской) школы, а затем и другие ученые,  выпустили ряд трудов подписанных именами Демокрита, Платона, Пифагора. По сути, эти книги были практическими руководствами по составлению алхимических соединений и представляют ценность лишь для историков. Эти труды внесли немалую путаницу в исследование деятельности ученых древности, но сегодня уже ясно, что Демокрит, Платон и Пифагор к этим работам отношения не имеют.

Парацельс

Любопытно, что со временем алхимия претерпевала серьезные изменения. В 16 веке швейцарский ученый Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм известный нам под именем Парацельс, основатель ятрохимии – алхимической отрасли, посвященной получению лекарственных веществ, заявил, что цель алхимии не отыскивание способов превращать металлы в золото, а приготовление лекарств. Эти слова, прозвучавшие из уст авторитетнейшего алхимика, ознаменовали поворот алхимии к истинной науке – химии.

Впрочем, занятия алхимией не утратили популярности и в последующие столетия, вплоть до начала 18 века. Но эти исследования уже изрядно походили на обман. Во время правления короля Генриха VI Англия была наводнена фальшивыми золотыми монетами. При этом для фальсификации золота использовалась медная амальгама. А один из последних алхимиков неаполитанец Каэтан, именуемый «графом Руджерио», был уличен в мошенничестве и казнен в Берлине в 1709 году в окружении множества безделиц из фальшивого золота. Вероятно, эту дату и следует считать годом окончательного заката алхимии. Но соблазн превращения металлов в золото привлекал людей еще в несколько десятилетий. Алхимией, например,  увлекался великий немецкий поэт Иоганн Вольфганг Гёте.

Занятия алхимическими исследованиями иногда приводили к настоящим открытиям. В 1705 – 1707 годах придворный саксонский алхимик Иоганн Фридрих Бетгер проводил безуспешные опыты по получению золота, а в результате открыл способ получения фарфоровой массы. В 1710 году в Мейсене открылась первая мануфактура по производству белого твердого саксонского фарфора.

Слова «химия» и «алхимия» имеют один корень. Хемия – греческое название Египта, греческое слово «хео» означает «лить», что указывает на родство химии и алхимии с металлургией. Наконец, слово «хми» – это египетский иероглиф, обозначающий черную плодородную землю.

Впервые термин «алхимия» упоминается в рукописи астролога 4 века нашей эры Юлия Фирмика, а понятие «химический элемент» введено в обращение во второй половине 17 столетия английским ученым Робертом Бойлем (первооткрывателем газового закона Бойля-Мариотта). Формирование химии, как науки о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и строения, приходится на 1748 – 1789 года, то есть на тот момент, когда русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым был открыт и французским ученым Антуаном Лораном Лавуазье сформулирован закон сохранения массы при химических реакциях.

Основополагающими открытиями в области химии стали разработка Джоном Дальтоном в 1803 году теории химического атомизма и введение Амедео Авогадро в 1811 году понятие молекулярного строения веществ. В 1861 году русский ученый Александр Михайлович Бутлеров разработал теорию химического строения, согласно которой свойства веществ определяются характером связи атомов в молекулах и их взаимным влиянием. Наконец, в 1869 году Дмитрием Ивановичем Менделеевым был открыт периодический закон и на его основе разработана система химических элементов, представленная в виде таблицы. Этот момент можно считать началом современной науки химии.

Современная химия – это целый свод самостоятельных, хотя и взаимосвязанных наук. Попробуем перечислить (всего лишь перечислить!) эти науки. Неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, химия полимеров, коллоидная химия. А еще есть синтетические науки, вобравшие в себя сразу несколько химических наук. Это биохимия, агрохимия, геохимия.

Химия одна из самых перспективных наук нашего времени. Без глубоких исследований  химических процессов, происходящих в природе, человек не сможет познать и главную тайну – тайну жизни. Сегодня, когда научно-техническая революция в целом уже свершилась, наши знания в области биологии, основой которых является химия, остаются на явно недостаточном уровне. Именно химия призвана избавить человека от болезней, продлить молодость и саму жизнь.

Помните, как звучит одно из названий «философского камня»? «Панацея», вещество, избавляющее от всех болезней. И снова человечество ищет панацею, но опирается при этом не на предположения о мифических свойствах несуществующих веществ, а исключительно на факты, на результаты скрупулезных исследований, на знания.

Можно ли в таком случае признать, что от забытой ныне лженауки алхимии человек получил больше пользы, чем вреда? Мне кажется – можно. Ибо даже отрицательный результат все равно результат. А открытия совершает только тот, кто задает вопросы и ищет на них ответы.

Системы отопления и водоснабжения

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 05-09-2014

Метки: , , , ,

Благоустроить свое жилище человек старался всегда. С доисторических времен, когда для жилья использовались пещеры, люди сооружали кострища, чтобы спастись от холода. Позже, когда люди научились строить землянки, а потом глинобитные и каменные дома, для отопления использовались очаги и печи.

Печь, в отличие от открытого очага, имеет закрытую топку и дымоотводную систему. Дымоотвод избавляет человека от задымления дома, делая проживание более комфортным и безопасным. Однако открытые очаги использовались людьми на протяжении очень долгого времени. В русских банях «по-черному» дымоотвода нет, дым выходит из отапливаемого помещения через отверстие в крыше. Нет дымоотвода в чумах и юртах, в которых до сих пор живут северные оленеводы и степные пастухи. Наконец, своеобразным очагом является всем известный камин – отопительная печь с дымоотводом, но с открытой, как у очага, топкой.

Установленная в доме печь позволила людям создавать в домах наиболее благоприятный для проживания микроклимат – поддерживать температуру воздуха на уровне 18-20 градусов и умеренную влажность. Кроме того, печь использовалась для приготовления пищи, для обжига глиняных изделий, для нагрева воздуха в банях, для заготовки продуктов путем их сушки.

Печи широко используются и в наше время. Печи устанавливаются в сельских домах, в небольших особняках, а в северных областях, где температура воздуха зимой опускается до минус 40 градусов, и в многоэтажных домах.

Однако чаще всего используется центральная система отопления, в которой теплоноситель – вода – нагревается в котельной, а затем по трубам поступает в жилые помещения домов, нагревая воздух при помощи металлических радиаторов. Охлаждаясь, вода по трубопроводу возвращается в котельную, поступает в водонагревательный котел, где снова нагревается. Подобная система отопления называется закрытой, поскольку работает по замкнутому циклу.

А есть ли центральная система отопления открытого типа, где теплоноситель постоянно поступает в нагреватель, отапливает помещения и выбрасывается наружу? Да, такая система есть. Точнее – была. Это самая первая центральная система отопления, появившаяся в первые годы нашей эры в Древнем Риме. Центральная система использовалась для обогревания помещений жилых многоэтажных домов и залов общественных бань – терм.

Древнеримская система отопления в качестве теплоносителя использовала воздух. Говоря проще, помещения отапливались горячим дымом, который выводился из печи по сложной системе дымоходов, проложенных под полами и в стенах дома. Называлась такая система отопления гипокаустом.

Отопление жилых многоэтажных домов требовало огромного количества дров, поскольку воздушное отопление не самый эффективный способ обогрева жилищ. Большая часть тепла уходит на обогрев воздуха, который обладает плохой теплопроводностью. Но, если учесть особенности климата Апеннинского полуострова, то применение гипокауста вполне удовлетворяло потребности римлян. Зима на территории современной Италии непродолжительна, и сильных холодов нет.

И все же использовать для отопления дрова было слишком дорого. Много сил уходило на их заготовку и транспортировку, а для хранения запасов топлива требовались огромные склады. И римляне стали отапливать свои дома каменным углем, благодаря чему появилась угольная промышленность.

Каменный уголь не был первым полезным ископаемым, которое люди добывали в больших количествах. Гораздо раньше начались разработки медных, а затем и железных руд. Однако технология добычи угля гораздо сложней, чем технология разработки железорудных месторождений. Уголь – окаменевшие остатки древнейших растений. Обычно угольные пласты залегают на большой глубине, поэтому их разрабатывают при помощи штолен – наклонных туннелей, пробитых в толще пород, либо при помощи шахт – вертикальных скважин большого диаметра. Впрочем, в местах наиболее богатых месторождений угольные пласты выходят на поверхность земли, а потому могут добываться открытым способом. Вероятно, самые первые разработки велись именно так – на месте выхода угольного пласта устраивался карьер, уголь вырубался вручную, а затем грузился на повозки и отправлялся в римские города на угольные склады.

Древнеримская центральная система отопления – одно из первых коммунальных сооружений общего пользования. Но еще раньше появились термы и водопровод. О термах стоит поговорить отдельно. Первые общественные бани были построены по приказу римского императора Октавиана Августа, жившего с 63 года до нашей эры по 14 год нашей эры. Термы располагались на Марсовом поле, в низменной части левого берега Тибра, за чертой города. Позже термы возводились и другими римскими императорами – Нероном, Титом, Каракаллой.

Термы примечательны тем, что они были не только банями, но и  общественными учреждениями для занятий спортом, образованием, художественным творчеством. При термах работали спортивные залы, библиотеки, театры и художественные галереи. Культурное значение римских общественных бань доказывают археологические находки. Именно при раскопках терм Каракаллы были обнаружены статуи Геркулеса и Флоры, скульптурная группа Фарнезский бык, а при раскопках терм Тита была найдена знаменитая скульптурная композиция Лаокоон.

Наконец, термы Каракаллы в 1960 году стали местом проведения спортивных соревнований XVII Олимпийских игр. Вот вам и обычные, казалось бы, бани.

Отопление – лишь одна часть системы благоустройства жилищ. Для обеспечения комфортного проживание нужны еще и система очистки или канализации, и, что еще более важно, водоснабжения. Система канализации была изобретена только в Средние века. В городах древности для сбора и вывоза нечистот использовались придорожные канавы. С ростом городов канавы стали источником распространения опасных заболеваний. Они настолько портили вид городов, что «столица мира», старый Париж, описывался средневековыми литераторами и путешественниками, как чрезвычайно зловонный и грязный город.

Однако в древности даже очень большие города по нашим сегодняшним меркам были не настолько перенаселены, чтобы проблема очистки мешала людям жить. Другое дело – водоснабжение. Древние цивилизации возникали и развивались на территориях с субтропическим и тропическим климатом. Междуречье Тигра и Евфрата, долина Нила, территория Малой Азии отличаются засушливостью. В годы засухи от голода погибали целые народы, а население городов сокращалось в разы. Поэтому люди старались селиться вблизи рек, а районы, не имеющие водоемов, оставались незаселенными на протяжении тысячелетий.

Первые водопроводы, сооружения для транспортировки воды, появились в государствах Древнего Востока во втором тысячелетии до нашей эры. Позже, с 7 века до нашей эры, водопроводы стали сооружаться в Древней Греции. Первый известный нам каменный водопровод был сооружен в 691 году в Ассирии. Он предназначался для водоснабжения ассирийской столицы Ниневии, имел высоту 10 метров и длину 30 метров.

Древний водопровод называется акведуком. Это водовод в виде открытого желоба или трубы, расположенный под уклоном. Благодаря перепаду высот, вода по акведуку течет естественным образом, то есть без применения каких-либо водоподъемных механизмов и насосов. Обычно акведук возводился в виде арочного моста на высоких опорах. Лоток или труба для воды были одновременно основной пролетной конструкцией. Но иногда строились и подземные трубопроводы.

Наивысшего расцвета строительство акведуков достигло в эпоху Древнего Рима в конце прошлой и в самом начале нашей эры. Именно в это время были построены грандиозные акведуки в Кесарии и Тунисе, фрагменты которых сохранились до сегодняшнего дня. Акведуки стали применять не только для водоснабжения городов, но и для орошения полей.

В систему акведуков входили и водохранилища – искусственные водоемы, служащие для накопления запаса воды. При пересыхании или понижении уровня реки, из которой забиралась вода, в ход шел запас воды из водохранилища. К тому же водохранилище позволяло регулировать интенсивность подачи воды по акведуку в сезон дождей, когда уровень рек резко повышался. Поток воды ограничивался запрудами и водоотводами, при помощи которых сбрасывался излишек воды. Это позволяло избежать наводнений и разрушений водопроводной системы. Первые водохранилища появились в Древнем Египте. А сегодня на планете существует более 30 тысяч рукотворных водоемов.

Первые акведуки – предшественники нового вида транспорта, без которого невозможно представить нашу сегодняшнюю жизнь. Речь о трубопроводном транспорте, посредством которого мы получаем газ, нефть, воду для бытовых нужд. Вся наша планета опутана трубопроводными сетями. Ежегодно в разных концах Земли возводятся сотни километров новых трубопроводов. А начало всему было положено безвестными строителями древнего города Ниневия.

Пергамент и гусиное перо

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 15-08-2014

Метки: , , , , , ,

Древние книги – молитвенники, летописи, своды царских указов – создавались на папирусе, материале удобном и относительно доступном. Почему «относительно»? Потому что во 2 веке до нашей эры, после возведения Александрийской библиотеки, египтяне ввели монополию на производство папируса. Они запрещали вывозить тростник за пределы государства и не продавали готовый папирус. Между тем, наука и литература развивались, людям нужны были долговечные и удобные в применении носители информации, которыми являются и глиняная табличка, и восковая таблета, и папирус.

Кроме того, что папирус для древних греков оказался слишком дорогим, он имел и массу серьезных недостатков. Со временем папирус темнел, пересыхал и разрушался. Технология переработки листьев папируса в полотно для письма не изменяла волокнистой структуры материала. Высушенные растительные волокна были слишком ломкими. Папирус можно было свернуть в свиток, но нельзя сложить или смять. К тому же материал этот, в отличие от глины и воска, был одноразовым. Написанный на папирусе текст невозможно было смыть или стереть.

В то же время глина для создания рукописных книг не годилась по причине малой полезной площади и большого веса табличек. Надписи на воске слишком легко стирались, а сам воск слишком легко плавился. Для обычных применений восковая таблета подходила как нельзя лучше, но для издания книг не подходила категорически.

После введения египтянами запрета на экспорт папируса, греческие мастера обратили внимание на восток. В Персии для письма издревле использовался дифтер – высушенные шкуры овец и коз. Древней технологией заинтересовались жители греческой колонии в Малой Азии – государства Пергам с одноименной столицей. Во 2 веке до нашей эры в Пергаме было начато производство своего материала для письма. Технология выделки шкур была усовершенствована (шкуры не только высушивались, но и шлифовались), а для изготовления дифтера стали применять шкуры крупного рогатого скота и свиней. В результате появился новый материал, который получил название по имени страны его изобретения – пергамент. В Древнем Риме пергамент поначалу назывался мембраной, но позже, примерно с 4 века нашей эры, к пергаменту вернулся греческий вариант названия.

Пергамент имел перед папирусом целый ряд преимуществ и всего один недостаток. Преимущества заключались в чрезвычайно прочности и долговечности материала. Чернильную надпись на пергаменте можно было смыть и использовать полотнище повторно. Срок службы пергамента определялся механической прочностью выделанной кожи и был, по сути, неограниченным. Книгу, написанную на пергаменте, можно было свернуть в свиток, сложить вдвое или вчетверо. Пергамент не темнел, не пересыхал, не трескался и не ломался. Полотнища пергамента можно было сшивать, получая листы очень большого размера. Можно было брошюровать листы пергамента, переплетать их в кодексы – в тетрадки по 4 листа и, соответственно, по 16 страниц (кстати, первые римские кодексы, появившиеся в конце 1 века нашей эры, представляли собой сшитые в книжку восковые таблички). Кодексы имели деревянную обложку, обшитую кожей и украшенную металлическими накладками. Переплеты кодексов имели застежку.

Недостаток пергамента заключался в трудоемкости производства, что приводило к его непомерной дороговизне. Именно поэтому папирус успешно конкурировал с пергаментом вплоть до появления бумаги. Благодаря изобретению пергамента до нас дошли древнейшие документы и книги. Тексты на папирусе со временем исчезали вместе с материалом, на котором они были написаны, пергаментным же книги время не нанесло непоправимого ущерба.

Следует заметить, что религиозная литература издавалась в виде пергаментных кодексов и после изобретения и распространения бумаги. При этом текст и иллюстрации книг писали цветными чернилами, золотом и серебром. Папирус же вышел из употребления уже к началу Средних веков.

Изобретение новых материалов для письма – пергамента, а затем и бумаги – потребовало и новых пишущих инструментов. Примерно в 600-е годы нашей эры в Европе (предположительно в Испании) человек впервые попробовал писать гусиным пером. Тут же выяснилось, что гусиное перо и чернила отлично подходят для письма на пергаменте. Более того, если кончик пера специальным образом заточить, то писать можно с наклоном и нажимом, утолщая штрих или делая его тоньше. То есть гусиное перо позволило разнообразить письмо, придать ему изящество и большую функциональность. Последнее очень важно, поскольку с применением гусиного пера в алфавитах европейских языков появились прописные буквы. Раньше в письменности использовались только заглавные буквы.

И все же – почему именно гусиное перо, а, скажем, не куриное или голубиное? Причина кроется в самой структуре гусиного пера. Оно имеет толстый полый стержень, имеющий объемное пористое основание, поэтому перо удобней держать в руке, чем перо любой другой птицы. При наклонном срезе кончика пера, обнажается пористая внутренность кончика, хорошо впитывающая чернила. В меру мягкий стержень пера сохраняет форму, но в то же время скользит по пергаменту (и, конечно, по бумаге) без особого трения. К тому же гусь одна из самых распространенных в Европе того времени домашних птиц, поэтому перья были общедоступны.

Изобретение нового пишущего инструмента повлекло за собой изменение технологии изготовления пергамента, его стали делать более гладким и тонким, и появление невиданных ранее приспособлений – чернильницы, песочницы, ножа для заточки перьев.

О ноже стоит поговорить отдельно. Двести лет человечество не пользуется гусиным пером. Но нож для его заточки живет и здравствует. И название его сохраняется прежним – перочинный. Небольшой острый клинок, складывающийся вовнутрь корпуса, таким перочинный нож был не всегда. Средневековые перочинные ножи копировали большие клинки. Их часто украшали драгоценными камнями и инкрустацией. И это неудивительно, поскольку принадлежали они людям не только просвещенным, которым письменные принадлежности были необходимы в повседневной жизни, но и богатым, которым образованность была доступна по происхождению и доходам.

Со временем перочинный нож стал инструментом универсальным. Во-первых, появились складные ножи – они были безопасны в обращении и умещались в кармане. Во-вторых, перочинным ножом можно не только заострять (очинивать – отсюда и название) гусиные перья, но и затачивать деревянные карандаши, резать бумагу и выполнять массу других нужных дел (например, открывать баночку с чернилами или срезать с почтового конверта сургуч). В-третьих, хороший нож служит еще и украшением, красивой безделицей, которую приятно держать в руках.

К слову – затачивать карандаши перочинным ножом неудобно. Трудно выдержать угол заточки и соблюсти при этом аккуратность. А для разрезания бумаг перочинному ножу не хватает длины лезвия. И, тем не менее, перочинные ножи остаются с нами.

В чернильнице – баночке с водным раствором красящего пигмента – ничего хитрого нет. Правда, ко времени изобретения стального пера чернильница видоизменилась. Появилась «непроливайка» – чернильница с встроенным в горлышко баночки конусом. Этот конус предотвращал выплескивание чернил на стол при нечаянном опрокидывании чернильницы. Но работала эта простенькая защита далеко не всегда. Если «непроливайку» медленно повернуть на бок, чернила прольются. Если чернил больше половины чернильницы, они тоже прольются. Наконец, «непроливайка» не спасет от главной напасти гусиного пера — от клякс. Избыток чернил зависает каплей на кончике пера, и при неосторожном движении эта капля падает на бумагу.

Бороться с кляксами помогала песочница. Сухие песчинки вбирали чернила и частично спасали испорченную рукопись. Кроме того, песок ускорял высыхание чернил. Песочница представляла собой металлическую баночку с сухим песком, которым присыпали готовый лист бумаги. С изобретением гигроскопичной промокательной бумаги песочницы вышли из употребления.

Абак и счеты

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 05-08-2014

Метки: , , , , , ,

Невозможно представить цивилизацию без культуры. В свою очередь невозможно представить себе культуру без языка и письменности. Опускаясь чуть ниже, скажем – письменность не может существовать без каких-нибудь, пусть самых элементарных, инструментов для письма. Хотя бы без глиняных табличек, восковых таблет, папируса и тростниковых палочек с чернилами. На чем бы великий Архимед написал свои трактаты, не будь у него пишущих инструментов? Кстати, а написал бы он вообще что-нибудь, не будь у него каких-нибудь инструментов для… счета? Сложнейшие же (для Древней Греции) вычисления, в уме не удержишь.

На заре цивилизации для счета использовали подручные средства – зарубки на дереве или камне, палочки и мелкие камешки, узелки на кусках веревки. Но в этих инструментах не было главного – они практически не облегчали подсчеты. Простым перекладыванием палочек или камешков можно выполнить лишь два действия – умножение и деление приходилось осуществлять многократным сложением и вычитанием. Если числа были достаточно большими, возникала другая проблема – запоминания промежуточного результата. Древнему земледельцу, к примеру, надо было подсчитать количество мешков с семенами для засева большого поля. Где-то в середине вычислений он вдруг обнаруживал, что допустил ошибку. Вернуться бы на одно-два действия назад, но как это сделать? А если ошибка допущена при заключении торговой сделки и речь идет о деньгах, от которых зависит выживание целого селения?

Для подобных вычислений был изобретен абак – счетная доска (в переводе с греческого абак и есть доска). Абак использовался многими народами. Греки и египтяне использовали абак с нарисованными линиями или выдолбленными желобками. Вдоль линий или в желобки укладывались камешки. Каждый камешек означал единицу вычислений, а сама линия – разряд этой единицы.

В Древнем Китае и Японии использовались аналоги абака – суан-пан и соробан соответственно. Вместо камешков использовались цветные шарики, а вместо желобков – прутики, на которые шарики нанизывались.

Вычисления при помощи греческого и египетского абаков, равно как и при помощи суан-пана и соробана, производились следующим образом. В каждом желобке (на каждой линии или на каждом прутике) располагались пять камешков (или шариков). Камешек в первом желобке означал единицу. Камешек во втором желобке – пять единиц. Камешек в третьем желобке – двадцать пять единиц. Камешек в четвертом желобке – сто двадцать пять единиц.

Число 130 на абаке выглядело как один камешек в первом желобке и один камешек в четвертом желобке. При счете камешки перекладывались из одной стороны в другую. То есть камешки, располагавшиеся справа, означали незадействованные в вычислениях единицы, переложенные к левой стороне – задействованные единицы.

Таким образом, в абаке и его ранних аналогах использовалась пятеричная система исчисления. О дробных значениях чисел речи не шло, поскольку древние дробей не знали. Основным же достоинством абака была наглядность вычислений и так называемая позиционная система представления чисел. Результат расчетов не требовал какой-либо расшифровки – достаточно было взглянуть на расположение камешков на абаке, чтобы моментально определить, какое число получилось. Значительно облегчился и визуальный контроль над правильностью вычислений, поскольку расчеты были наглядными и достаточно простыми.

Недостатком древнего абака была именно пятеричная система счисления, которая не соответствовала изобретенной позже десятеричной системе и не позволяла оперировать дробями. Тем не менее, абак широко применялся вплоть до 18 века, а в странах Востока и позже.

Десятеричный абак или всем известные русские счеты, в которых используется десятеричная система счисления и возможность оперировать десятыми и сотыми дробными долями, появились на рубеже 16 и 17 веков (точное время не установлено). От классического абака счеты отличаются увеличением разрядности каждого числового ряда и конструкцией. Счеты представляют собой раму, внутри которой располагаются тонкие стержни. На стержни насажены круглые костяшки – по десять штук на каждом стержне. Два нижних ряда означают сотые и десятые доли. Затем идет промежуточный ряд (обычно он выделен четырьмя костяшками, которые в вычислениях не участвуют). Затем идет первый ряд костяшек, каждая из которых означает единицу, второй ряд, в котором каждая костяшка соответствует десятку, затем, соответственно, идут сотни, тысячи, десятки тысяч и так далее. Позже появились расширенные модификации счетов — дробная часть могла достигать четырех рядов, а часть целых чисел семи рядов. Подобные счеты назывались бухгалтерскими, они позволяли вести вычисления со стотысячными долями целых чисел и с целыми числами, вплоть 9 999 999, 9999.

Для наглядности вычислений костяшки русских счетов имели двухцветную окраску. Пятая и шестая костяшки на каждой оси, окрашивались в более темный (черный) цвет, остальные – в светлый (коричневый или желтый). Двухцветная окраска костяшек позволяла очень быстро определить, какое число набрано на счетах, поскольку четыре светлые костяшки и две темных на левой стороне быстрей определяются, как цифра 6, чем шесть одноцветных костяшек.

Следует заметить, что с момента возникновения русского абака, счеты со временем мало изменились. Стержни, на которых располагались костяшки, приобрели выпуклый профиль – чтобы костяшки самопроизвольно не перемещались из одной стороны в другую. Сами стержни стали делать из толстой металлической проволоки, а костяшки и раму счетов изготавливали из древесины дуба.

Счеты благополучно дожили до нашего времени и сошли со сцены только в последние десятилетия, уступив место электронным калькуляторам. Однако русский абак был и остается самым эффективным инструментом для обучения счету. Человек, умеющий быстро считать на счетах, быстрей считает и в уме.

Несмотря на то, что счеты упрощают однообразные громоздкие вычисления, они не позволяют упростить операции умножения и деления. Умножать и делить при помощи абака – это все равно многократно складывать и вычитать. Не проще ли в таком случае взять бумагу и произвести умножение «столбиком»? И тут самое время вспомнить еще о двух замечательных инструментах, не имеющих отношения к древности, но напрямую повлиявших на организацию работы с большими числами.

Первый инструмент – механический арифмометр. Он был изобретен в 1820 году французом Шарлем Ксавье Тома де Кольмаром. В отличие от счетов арифмометр значительно облегчал и ускорял операции деления и умножения. Принцип действия арифмометра основан на механическом взаимодействии флажков-переключателей, расположенных на соседних валах. Набрав при помощи переключателей необходимое число, пользователь вращал рукоятку арифмометра по часовой стрелке, если число надо было умножить, или против часовой – если число надо было разделить. Количество оборотов рукоятки соответствовало значению множителя (то есть каждый оборот соответствовал операции однократного вычитания или сложения). Допустим, нам надо число 2 умножить на 3. Набираем на оси умножаемого числа в поле целый чисел значение 2, передвигая флажок на соответствующую этому числу риску, и прокручиваем рукоятку по часовой стрелке три раза (либо наоборот – выставляем флажок на число 3 и вращаем рукоятку два раза). За три оборота флажок трижды зацепится за флажок вала вывода результата. И мы увидим, что вал вывода результата провернулся трижды, показав число 6.

Конструкция арифмометра многократно совершенствовалась. Появлялись модели с кнопочным набором чисел, со специальными окнами для вывода результатов вычислений, выпускались даже арифмометры с электрическим мотором. Но принцип действия оставался прежним – арифмометр работал как механический счетчик оборотов приводной рукоятки.

Арифмометр верой и правдой прослужил людям около ста пятидесяти лет, а в последние девяносто лет своего существования был основным средством автоматизации расчетов. Но все же для инженерных и научных вычислений, особенно по сложным формулам, он не годился. Для этих целей использовался другой замечательный инструмент – счетная или логарифмическая линейка.

В основу принципа действия счетной линейки положены логарифмические шкалы, позволяющие упростить математические операции умножения, деления, извлечения корня, возведения в степень и так далее. Логарифмическая линейка состоит из основания, движущейся внутри него второй линейки и стеклянного бегунка с риской. Результат вычислений определяется совмещением двух подвижных шкал и риски бегунка. Сегодня, в эпоху электронных калькуляторов, трудно не только купить саму логарифмическую линейку, но и найти человека, умеющего при помощи ее считать. Основной недостаток счетной линейки – невысокая точность расчетов. А основное достоинство – простота и наглядность вычислений. Кроме того, это еще и просто линейка, которая может пригодиться для чертежной и любой канцелярской работы.

Счеты, арифмометр, логарифмическая линейка – все осталось в прошлом. Интересно, а что станет в будущем с персональным компьютером? Не покажется ли он нашим потомкам таким же примитивом, каким выглядит сегодня древний пятиразрядный абак?

Папирус и восковые таблички

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 06-06-2014

Метки: , , , , ,

Основным недостатком глиняной таблички, как носителя информации, был небольшой размер самой таблички. Много ли можно написать на пластинке величиной с тетрадный лист? К тому же выдавливаемые палочкой символы получаются объемными, сокращая и без того небольшую поверхность таблички. Надпись на сырой табличке легко повредить, а на обожженной – невозможно исправить. Прибавьте к этому немалый вес табличек, и станет ясно, что рано или поздно глина должна была уступить место более практичному материалу.

В начале третьего тысячелетия до нашей эры жители Древнего Египта научились изготавливать папирус. Это была еще не бумага, но уже и не глиняная табличка. В качестве сырья использовалось одноименное растение, которое в изобилии растет по берегам Нила — главной реки Египта.

Почему именно папирус, а не другие травы? Во-первых, стебли папируса имеют волокнистую структуру. При этом волокна достаточно прочны – из связанных стеблей папируса в древности строили корабли, на которых не только плавали по Нилу, но и пересекали океан. Доказательством тому стал эксперимент норвежского путешественника Тура Хейердала, который вместе с командой исследователей предпринял океанские плавания на папирусных лодках «Ра» и «Тигрис». В этих экспедициях принимал участие российский врач Юрий Сенкевич, которого мы знаем, как ведущего телевизионного «Клуба путешественников».

Во-вторых, папирус был доступным и универсальным материалом. Им крыли крыши домов, из него вязали циновки (плетеные коврики), делали ткань для одежды, шили обувь и даже употребляли папирус в пищу. Еще одним применением этого удивительного растения стало изготовление папирусных листов для письма.

Технология производства папируса проста. Стебли растения разрезали на полосы, которые переплетали между собой, прессовали и высушивали на солнце. Высушенный папирус имел почти белый цвет и хорошо подходил для письма чернилами. В качестве чернил использовался водный раствор сажи и сок растений. Вместо пера, которого в ту эпоху люди еще не знали, пользовались заточенными тростниковыми и костяными палочками.

Папирус служил долго, но со временем становился хрупким и темнел. Папирусы хранили в виде свитков, сворачивая длинную папирусную ленту, склеенную из отдельных листов, в трубку. Именно в таких свитках дошли до нас древние тексты, хотя сохранились они хуже, чем письмена на глиняных табличках.

В Древнем Египте папирус возделывался, как сельскохозяйственное растение, и имел «царский» (то есть государственный, определяющий благополучие) статус. В других странах, где папирус не произрастает, для письма использовались другие материалы. В тропической местности для письма использовались высушенные пальмовые листья, а в Древней Руси писали на бересте – разделанной на слои березовой коре. Наконец, в Древнем Риме для письма использовались восковые таблички.

Таблеты, так назывались римские таблички, представляют собой деревянные дощечки с закраинами. Поверхность дощечки заливалась расплавленным воском. Температура плавления воска не превышает 90 градусов, поэтому изготовить таблету было по силам любому обитателю Древнего Рима. Для письма использовалась металлическая палочка – стилус. Один конец стилуса был заточен, им писали буквы и цифры, другой конец был расплющен в виде лопаточки, им стирали написанное.

Восковая таблета, устройство простое и остроумное, самым непосредственным образом повлияла на развитие культуры римлян. На восковых таблетах писали ученики первых школ, торговцы, писатели, философы, священнослужители, государственные деятели. В повседневном употреблении таблеты сильно потеснили глиняные таблички. Но пчелиный воск крайне недолговечен, тексты на глиняных табличках дошли до нашего времени, а на восковых таблетах — нет.

Можно предположить, что восковые таблички самым непосредственным образом повлияли на возникновение римских цифр (хотя, возможно, и наоборот – римские цифры навели древних изобретателей на мысль использовать для записи восковые таблички). На восковой поверхности таблеты легче выдавливать палочки римской цифири, чем округлые символы или пиктографические картинки. Как бы там ни было, но восковые таблеты дали мощный толчок к развитию науки и искусства.

Если папирус, как основной писчий материал, вышел из употребления с изобретением пергамента и, тем более, бумаги, восковые таблички применялись очень долго, вплоть до наших дней. Правда, речь идет о применениях специфических.

Вот несколько примеров. До появления множительных машин, всем известных «ксероксов», тиражирование документов производилось либо типографским способом (когда требовалось распечатать множество экземпляров) или на ротационных машинах при помощи восковки (когда тираж не превышал тысячи экземпляров). Восковка – провощенная бумага с рельефными отпечатками символов. Сначала чистую восковку заправляют в пишущую машинку вместо обычной бумаги и набирают необходимый текст. Затем восковку переносят на ротационную машину. Выдавленные на восковке символы переносят краску на обычную бумагу.

Восковые формы с выдавленными на них символами использовались и в книгопечатном деле для изготовления типографских форм. А в первом звукозаписывающем аппарате – фонографе Эдисона – в качестве носителя информации использовался восковой валик. Игла, соединенная с мембраной, записывала звуковые колебания в виде дорожки на восковой поверхности барабана. При воспроизведении игла считывала записанные на валик колебания и приводила в движение мембрану, которая и воспроизводила звук.

Но все это в прошлом. Сегодня восковую табличку, причем почти в классическом виде, можно обнаружить в магазине детских игрушек. Если взять пластмассовую дощечку, покрыть ее поверхность тонким слоем какого-либо пластичного материала (например, пластилина), а поверх него – матовой пленкой, то получится тот самый «волшебный планшет». Для письма используется острая пластиковая палочка. При надавливании на поверхность планшета пленка прилипает к пластилину, появляется темный штрих. Для стирания записи служит продольная пластинка, которая перемещается между пленкой и поверхностью планшета. Пластинка отделяет прилипшие участки пленки от слоя пластилина, штрих исчезает, планшет снова чист и готов к новой записи.

Игрушка, всего лишь игрушка, но ей три с лишним тысячи лет!

Древние, совсем, казалось бы, забытые технологии. Однако взгляните на современные карманные компьютеры, смартфоны и планшеты. Удивительно знакомое название. Ничего удивительного – это та же римская таблета, но не восковая, а с мощнейшей, сложнейшей электронной начинкой.

И карманный компьютер, и смартфон – это, прежде всего, сенсорный (чувствительный к прикосновениям) жидкокристаллический экран, на котором пассивный манипулятор стилус (еще одно знакомое название!) оставляет след. При этом компьютер умеет распознавать нарисованные на экране символы и автоматически переводит их в электронный формат, пригодный для дальнейшей обработки и распечатки на бумаге.

Любопытная получается штука – римская восковая таблета была предназначена для письма и, в частности, для быстрых записей, когда использование более долговечной глиняной табличкой пользоваться было неудобно. И маленький компьютер служит для того же – для быстрых записей, когда компьютерной клавиатуры (и самим компьютером) пользоваться неудобно.

Чем же современные инструменты для письма отличаются от древних таблет? Только тем, что пчелиный воск заменен «умным» микропроцессором и сложными электронными компонентами?

Что касается папируса, взгляните внимательней на ролик бумаги, заправленный в аппарат факсимильной связи (или просто – факс). Чем-то напоминает старинный свиток, не так ли?

Бронза

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 23-05-2014

Метки: , , , , , ,

Открытие металлургии оказало самое благотворное влияние на развитие множества технологий, которые можно назвать базовыми, основополагающими в истории цивилизации. В самом деле, можно вспахать поле и деревянной сохой, но гораздо эффективней сделать это металлическим плугом. Можно вытесать из древесного ствола доску и каменным топором, но металлические орудия значительно облегчают эту тяжелую работу. А как представить себе дом, построенный без единого гвоздя, или боевое оружие, изготовленное только из дерева?

Другое дело – какой это был металл. Медь обладает прекрасной пластичностью, устойчива к коррозии, медные изделия долговечны и прекрасно выглядят. Но в то же время медь плавится при высокой температуре, значит, для ее выплавки нужна специальная печь. Медные орудия труда быстро приходят в негодность – ножи и лемехи притупляются, молоты деформируются, заступы и рычаги гнутся. Выход очевиден, нужно заменить медь более легкоплавким и прочным металлом. Это и произошло в конце четвертого тысячелетия до нашей эры, когда в Месопотамии была изобретена бронза – первый в истории человечества сплав разнородных металлов.

Бронза — сплав меди с оловом, свинцом, алюминием, бериллом или иным металлом. При этом основой сплава является медь, а другие металлы используются в качестве добавок. В зависимости от применяемой добавки бронзу называют оловянистой, алюминиевой, бериллиевой и так далее. А сплав меди с цинком называется уже не бронзой, а латунью. Латунь обладает иными свойствами, чем бронза. Если бронза тверже меди, то латунь мягче, пластичней. Отсюда и применения этих сплавов. Бронза используется там, где нужна прочность, латунь – где нужна пластичность.

Первая бронза изготовлялась из меди, олова и свинца. Применение в сплаве других металлов позволило упростить технологию производства металла и, как следствие, сделать металлические орудия более доступными. Повсеместное распространение бронзовых орудий труда заняло два тысячелетия и длилось, по крайней мере, до конца первого тысячелетия до нашей эры. Эта эпоха была настолько важна для развития мировой цивилизации, что получила название «бронзовый век». Именно благодаря изобретению бронзы первобытные сообщества, существовавшие на территории современной Индии и Китая, превратились в древние государства.

Каждое новое открытие можно сравнить со ступеньками лестницы, ведущей к вершине развития человеческого общества. Первые орудия труда были изготовлены путем изменения формы того или иного предмета. Например, каменный топор – это обтесанный булыжник. Деревянное копье – заточенный ствол тонкого деревца. Лук – обработанный деревянный хлыст с натянутой на его концы тетивой.

Следующая ступень — медные орудия труда, которые изготовлялись путем изменения физического состояния металла. Содержащаяся в колчедане медь выплавляется из руды, затем расплавленный металл заливается в форму и остужается. Таким образом, медь переходит из твердого состояния в жидкое, а затем снова переводится в твердое состояние. При этом металлическому слитку можно придать любую форму – клинка, наконечника копья, чаши. Остывший металлический предмет подвергают механической обработке, спиливают заусенцы и неровности, затачивают рабочую поверхность лезвия или полируют стенки металлической чаши.

Примерно то же самое происходит и с глиной. Ее размачивают, увеличивая пластичность, вылепляют из глины какой-либо предмет (например, кухонный горшок), а затем обжигают, придавая глине твердость и прочность. При этом частицы глины спекаются между собой, и пластичный природный материал приобретает новые качества.

И в том, и в другом случае речь идет об изменении физического состояния природного материала. Бронза же — материал, которого в природе не существует. Отдельно медь, олово и свинец обладают совершенно различными свойствами. Свинец очень пластичен, тяжел и плавится при относительно небольшой температуре. Олово прочней, легче  и обладает большей тугоплавкостью. Медь относительно прочна, плавится при высокой температуре. Но соединенные в сплаве эти металлы приобретают совсем другие свойства.

По сути, бронзовый сплав – первый в истории человечества искусственный материал. Взяв за основу хорошо известные металлы, древний ремесленник изготовил то, что никогда ранее не видел и о свойствах чего не мог даже догадываться (раз не видел). Скорее всего, изобретение бронзы произошло случайным опытным путем. Неудовлетворенный мягкостью и тугоплавкостью меди, металлург древней Месопотамии решил проверить, что будет с разными металлами, если их соединить в одной печи. А может, сплав получился сам по себе, когда в тигель с расплавленной медью по ошибке влили расплавленный свинец.

В пользу случайности изобретения бронзы говорит тот факт, что на протяжении двух тысячелетий бронзовые предметы появились в обиходе сообществ, которые никак не могли общаться между собой – например, в древних государствах Азии и в Южной Америке. Как бы там ни было, но бронза стала первым и далеко не последним искусственным материалом, изобретенным по воле счастливого стечения обстоятельств и по причине возникшей в этом материале потребности.

Из некоторых областей применения бронза вытеснила медь, в других областях – ее дополнила. Орудия труда и оружие стали изготовлять не из меди, а из более твердой бронзы. Посуда же и предметы искусства остались медными. Бронзовые предметы не имеют такого эффектного вида, как предметы из меди. В силу своих свойств бронза быстро окисляется и покрывается тусклым слоем окисла – патиной. Медь тоже окисляется, но слой медного окисла светлей и легко очищается. На парусных судах, на которых детали оснастки изготавливались из меди, для приведения корабля в парадный вид металлические кнехты, колокол (на «морском» языке – рынду) и другие медные части было принято начищать до блеска. Этот обычай сохранился до сих пор, правда, медных деталей на современных кораблях заметно меньше, и вместо «надраивания» кнехтов их просто окрашивают свежей краской.

Кстати, в кораблестроении медь бронзе свое место не уступила. Кроме оснастки, медь применялась для крепления досок обшивки корпуса корабля к шпангоутам – поперечным ребрам, придающим корпусу судна форму. То есть корабельные гвозди были медными, поскольку медь не поддается коррозии в соленой морской воде.

И все же со временем бронза, как основной материал для изготовления металлических орудий труда, утратила свое значение. С открытием железа и изобретением высокопрочных сплавов – разного рода сталей – бронза отошла на второй план. В качестве материала для изготовления украшений она уже не годилась, поскольку эстетические вкусы человеческого сообщества изменились в пользу драгоценных металлов – золота и серебра. Какими-либо особыми физическими качествами, как, например, легкоплавкие свинец и олово, медные сплавы тоже не обладали. Поэтому им остались «незначительные роли».

Где и как бронза применяется сегодня? В области искусства – раз. Для изготовления предметов парадной символики (тоже, кстати, вид прикладного искусства) – два. В различных технических устройствах – три. Легко пересчитать по пальцам. Между тем, современные города украшены бронзовыми памятниками и монументами. Скульптура из бронзы ценится не меньше, чем скульптура из благородного мрамора. Покрывающая поверхность бронзового изваяния патина — лучшее доказательство древности скульптуры. Прикасаясь к прохладным скульптурам, украшающим улицы Москвы, Санкт-Петербурга, десятков российских городов, мы чувствуем дыхание истории. Даже сам медный всадник – памятник Петру Первому – вовсе не медный. Он — бронзовый.

Ни одна церемония награждения государственными, церковными или спортивными наградами не обходится без бронзовых медалей. Сама по себе бронза ценности не представляет. Это не золото или серебро, предмет из которого можно переплавить в слиток и не потерять при этом в стоимости (если речь, конечно, не идет о предметах исторических или представляющих культурную ценность). Но бронза была и остается символом благородства и гордой скромности. Бронзовая медаль третья по достоинству, после серебряной и золотой. И, тем не менее, это медаль. Знак благодарности и знак особой почести.

А что касается техники, то бронзу можно обнаружить повсюду. Из нее изготовляются подшипники трения – бронзовые втулки, обладающие малым коэффициентом трения, поскольку бронза, как и медь, хорошо притирается к поверхности, образуя едва ли ни идеальную пару с сопрягаемой деталью. К тому же бронзовые втулки достаточно долговечны, медь в подшипниках трения длительное время эксплуатации вряд ли выдержит. В двигателе любого автомобиля содержится добрый килограмм бронзовых втулок. А в ходовой части – еще столько же.

Вот и выходит – шесть тысяч лет бронзе, а заменить ее до сих пор не чем.

Книга «Малоформатная фотография»

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 30-04-2014

Метки: , , , ,

Эта книга живет у меня давно. Лет сорок или даже пятьдесят. Её подарил мне один хороший человек — друг отца. Я был совсем ещё мал и мало понимал в этой литературе. Но книга оказалась у меня. И в своё время я штудировал её, постигая азы фотографии. Был в том толк или нет, сказать трудно. Но книга оставалась в наличии, дисциплинировала меня и упорядочивала мои упражнения. Помнится, однажды на волне этого увлечения я даже занялся макрофотосъёмкой. Дело было канительным и особого интереса не вызывало. И дальше изучения литературы не пошло. Но, тем не менее, было в моей жизни и такое.

Книга занимала центральное место в моей библиотеке. Потом, со временем, она переместилась дальше. Потом — ещё дальше. И, наконец, упокоилась на почетном месте, которое называется «книги на всякий случай». Там она и прожила эти сорок или даже пятьдесят лет.

Недавно я перебирал свою так называемую «библиотеку». И нашёл эту книгу. Она называется «Малоформатная фотография» и написана Веденовым. Одна книга в биографии этого мастера фотографии. Но какая книга! Отлично изданная, с массой формул и рисунков, с огромным количеством расчётов. Вот уж действительно — краткое описание фотоаппаратуры… А что тогда не краткое? Детальное описание всех деталей?

Найдя книгу, я задумался. А что, если бы её, этой книги, не было вовсе? Если бы она имела сугубо научный статус или была издана гораздо меньшим тиражом? Тогда, наверное, этой книги в моей жизни не было вовсе. И я бы не получил тот волшебный заряд, что движет мною долгие годы. Я не был бы любителем фотографии… Или не таким любителем, каким являюсь в данное время. И всё это было бы ужасно грустно.

Дело не в том, что я умею фотографировать. Нет, это вовсе не так. Я фотографировать, скорее, не умею. И бог с ним, с этим умением. Не это важно. Гораздо важней то, что я умею (я надеюсь, что умею) наслаждаться, ценить фотографию. Чужую, не свою. Умею оценить достоинства фотоснимка. Умею распознать шедевр, не путая его с подделками. Я многое умею — не меньше того, что умеют делать мои читатели. И это превращает нас в ценителей фотографии.

Именно это звание — ценитель фотографии — и подарила мне эта книга. Заполучив её, я поначалу отнёсся к ней, как к детальному описанию фототехники того времени. И был абсолютно прав. Это и есть детальное описание фототехники — со всеми характерными подробностями. Затем наступило переосмысление. Эта книга была ещё и учебником удачной технологии. С описанием всех основных дополнений — вспышек, проявителей, закрепителей и так далее. Наконец, эта книга заняла своё место в списке книг, посвященных скончавшейся, но такой заманчивой штуке, как аналоговая фотография.

Этому можно позавидовать. У одной единственной книги оказалась счастливая судьба. И неважно, как закончил свои дни её автор. Я ничего не знаю об А.Н. Веденове. Кто такой, понятия не имею. Но человек оказался настоящим, хорошим. Так и должно быть. Автор уходит в безвестность, книга его остаётся. Кстати, год издания — 1959. Хороший год. Оттепель, просвет посреди сплошного тумана. И эта книга — как учебник серьёзного дела.

Прошли годы. Многие книги из моей жизни безвозвратно ушли. Ушел даже Толстой — с его «Войной и миром». Попробуйте прочитать эту огромную книгу. Нужно не менее года, чтобы вдумчиво перелистать два фундаментальных тома. И я заменил её цифровым аналогом. Я заменил аналогами все книги, скопившиеся у меня за долгие годы. И ни разу не пожалел об этом.

Цифровая книжка, по сравнению с обычной аналоговой, имеет лишь одно преимущество. Она старится. Утрачивает флер новой книги, приобретает желтизну. Цифровой книге это недоступно. Она — лишь набор битов информации и не более того. Но помимо этого у цифровой книги полно преимуществ. Это не пыльный том, оставляющий за собой следы от прикосновения. Это — цифровая книга.

Прощаясь со своим аналоговым книжным наследием, я постоянно помню их мятые страницы. Помню их изношенные со временем корешки. Помню их обложки. Где это всё у цифровых книг? И где здесь признаки возраста — смутные, едва различимые. И всё же явные — с признаками времени, эпохи, исторического момента. Нет этих признаков. Просто — нет.

Зато у цифровых книг есть главное — их назначение. Если книжка написана и издана — она имеет собственную судьбу. Хорошую, как у книги «Малоформатная фотография», либо плохую (как у другой книги, разрядом похуже) — неважно. Главное — имеет. И точка.

Вообще, говорить о судьбах книг, ориентируясь на истории отдельных копий, трудно. У одной очень хорошей книги может быть совершенно непредсказуемая судьба — попади она в руки малограмотного человека. Но обычно такого с ней не происходит. Книги горят, ветшают и пропадают втуне. Но большинство из них всё же находят своего читателя — если написаны честно, на пределе возможностей и при полной выкладке. Не все, но десятая, скажем, часть изданных книг пробивается по нужным адресам.

Если говорить о «Малоформатной фотографии», то судьба этой книги была очень хорошей. Сначала она попала в руки опытного фотолюбителя. Он подержал её в своих руках, понял, что многого от неё ждать уже не стоит. И передал мне — совсем ещё юному любителю фотографии. У меня эта книга и прожила свои сорок лет. Или даже пятьдесят — если говорить о том, что прожито, без особых затей. И она напрашивается, напрашивается на выброс -  благо у меня есть несколько копий этой книги в цифровом формате и в разных вариантах (замечу — в форматах PDF, FB2, DejaVu и некоторых других). Но я все тяну и тяну. И, наверное, не избавлюсь от этой книжки, хотя… давно пора…

Но вот какая получается штука. Книга эта есть. Она делает свою работу. Книга давно не актуальна. Нет уже ни тех технологий, ни тех химических основ фотографии. Все происходит по-другому, иначе. Но книга по-прежнему жива. Она по-прежнему не даёт моему сердцу покоя. И рассказать о былом чуде, об аналоговой фотографии, способна только она. Что бы там ни говорили сторонники современных учебников.

Книга «Малоформатная фотография» — не отдельные эссе о технике. Это одна большая работа, посвящённая отдельной теме. Но со временем эта работа превратилась в… техническую поэму. Да, да, она стала настоящим гимном ушедшей технологии! И звучит по сей день — занимательно и торжественно. Ибо что значат современные технологии без их исторического подтекста? Ровным счётом — ни-че-го.

И всё же я подумаю и отправлю её туда, куда отправил все свои книги. А именно — в букинистический магазин. Я знаю, что за «Малоформатную фотографию» сейчас просят ни много, ни мало 1500 рублей. И я не в курсе, много это или мало. И… нужны ли мне эти деньги? За такую книгу.

Плуг и ирригация

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 25-04-2014

Метки: , , , , ,

Умению возделывать землю и засевать ее сельскохозяйственными растениями предшествовал длительный период собирательства. Первобытные люди бродили по просторам малозаселенных континентов в поисках съедобных кореньев, стеблей, плодов. Основным орудием добывания растительной пищи в ту эпоху была деревянная палка.

Обжив долины рек, люди постепенно стали использовать их плодородные поймы для выращивания растений. Поскольку пологие заливные берега были богаты илом, обрабатывать почву не приходилось. Растения высаживались прямо в ил, в котором палкой проделывали небольшое углубление для семян.

Ясно, что при таком способе земледелия рассчитывать на стабильные урожаи не приходилось. В сезон дождей реки разливались, смывая посевы, вымывался плодородный слой, люди переселялись на другие участки поймы.

В доколумбовой Америке практиковался другой древний способ земледелия – подсечно-огневой. Для освобождения в лесу участка земли под посевы кустарник и деревья вырубались каменными топорами, а остатки древесины и трава сжигались. После наступления сезона дождей в выжженной и смоченной дождевой водой земле деревянными кольями делали углубления, в которые высаживали одомашненные растения – кукурузу, фасоль, маниоку, табак. При подсечно-огневом способе земледелия почва истощалась за несколько сезонов.  Поэтому индейцы постоянно переселялись, бросая обжитые места и даже целые города.

Гораздо эффективней оказалось возделывание орошаемых земель. Орошение использовалось и в Старом, и в Новом свете – народами, заселившими берега рек. При орошаемом земледелии от реки отводились ирригационные (от латинского irrigation – орошение) каналы, которые увлажняли возделанные поля.

Орошение в сочетании с более поздним изобретением -  севооборотом, чередованием посевов различных сельскохозяйственных культур, позволило надолго сохранить плодородие почвы. Но земля по-прежнему обрабатывалась примитивными орудиями – мотыгами (отсюда и название подобного типа земледелия – мотыжное). Мотыга представляла собой каменный, костяной или металлический наконечник, закрепленный на деревянной рукояти и расположенный относительно ее перпендикулярно.

Новые орудия для обработки земли – соха и плуг – появились только тогда, когда человек приручил лошадь и стал использовать ее в хозяйстве, как тягловое животное. Американские индейцы лошади не знали (по мнению части исследователей, лошадь на территории Америки была уничтожена древними людьми), а потому не использовали.

Плуг – сельскохозяйственное орудие для вспашки почвы. Деревянный плуг использовался в Китае около 5 тысяч лет до нашей эры. В Древнем Египте и Вавилоне плуг появился во втором тысячелетии до нашей эры. Примерно к этому же времени относится использование плуга для обработки земли древним человеком на территории Северной Италии и Южной Швеции.

Плуг состоит из дышла, которое крепилось к упряжи тяглового животного – лошади или вола, рукояти, при помощи которой плугом управляли, и рабочего органа – лемеха. Лемех закреплялся горизонтально. При вспашке, лемех переворачивал пласт земли, подсекая корни сорняков, измельчая и разрыхляя почву, насыщая ее кислородом.

В отличие от плуга рабочий орган сохи устанавливался под углом к дышлу. Соха также разрыхляет землю, но пласт почвы не переворачивает, а отбрасывает в сторону. С конца 4 тысячелетия до нашей эры соха использовалась народами Древнего Востока, а позже, вплоть до конца 19 века, во многих странах Европы и Азии.

Применение плуга и сохи резко увеличило производительность труда сельскохозяйственного рабочего. Это, опять же, повлияло на общественный уклад древних народов. Вооруженный лошадью и плугом крестьянин мог прокормить не только себя и свою семью, но и множество других людей. В результате люди, не занятые в сельскохозяйственном производстве, занялись ремесленничеством и переселились в города. Так изобретение орошения и новых способов земледелия повлияло на формирование нового типа поселений – городов.

Орошение – не единственный вид мелиорации (от латинского melioratio – улучшение) сельскохозяйственных земель. Кроме орошения применяется также осушение излишне влажных почв (например, болот), химическая и другие виды мелиорации.

О том, что мелиорация может быть небезопасной для окружающей природы, убеждают два примера. Первый – существует мнение, будто  пустыня Сахара может иметь рукотворную природу. То есть в том, что значительная часть Северной Африки покрыта бесплодными песками, повинен человек. Вполне возможно — если учесть, сколько времени (тысячелетия!) воды Нила используются людьми для орошения сельскохозяйственных земель, что нарушает водный баланс великой реки. В таком случае редкие оазисы Сахары – это то, что осталось от некогда цветущих земель.

А вот второй пример – из нашей современной истории. С 60-х годов двадцатого века расположенное на территории Узбекистана и Казахстана Аральское море катастрофически мелеет. Море превращается в соленое озеро, а прибрежная зона – в безжизненную пустыню.

Причиной экологической катастрофы стал забор воды для орошения сельскохозяйственных угодий из двух рек, впадающих в Аральское море – Сырдарьи и Амударьи. При этом воды Сырдарьи просто не доходят до моря, а Амударья доставляет в Арал воды во много раз меньше, чем до возведения системы ирригационных каналов.

Мелиорация земель – палка о двух концах. Но именно орошение позволило человечеству перейти от кочевого образа жизни к оседлому проживанию и в значительной степени преодолеть свою зависимость от окружающей природы. Наконец, возделывание земель позволило людям закрепиться на освоенных территориях и образовать сначала постоянные поселения, а затем и первые государства.

Плуг – одно из древних изобретений человечества. Но посмотрите, чем пашет землю российский крестьянин и американский фермер. Все тем же плугом. Только вместо лошади – мощный трактор.

Медь

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 18-04-2014

Метки: , , , , ,

Первый металл, который человек научился выплавлять из руды и применять для своих нужд, была медь. Древнейшие изделия из меди, найденные археологами в верховьях реки Тигр, относятся к десятому тысячелетию до нашей эры.

Это была эпоха позднего каменного века. Человек научился обрабатывать землю и разводить скот. Для обработки земли и вырубки лесов под поля примитивные каменные топоры подходили плохо. Металлические орудия – мотыги для обработки земли, топоры и ножи – позволили людям более эффективно трудиться и защищаться от стихийных бедствий. Немалую роль сыграло и совершенствование общественного уклада. Междоусобные войны, разгоравшиеся среди древних племен, требовали более грозного оружия, чем каменные топоры, примитивные копья и луки.

Как бы там ни было, а люди освоили технологию добычи металла из руды. В природе медь, пластичный металл красивого красновато-розового цвета, чаще всего встречается в виде медного колчедана – руды, содержание меди в которой достигает 30 процентов. Существует множество других медных руд – ковеллин, халькозин, борнит. Очень редко медь встречается в виде самородков – природных слитков.

Процесс добычи меди из медной руды и сегодня далеко не прост. Чтобы из медного колчедана получить чистый металл, необходимо подвергнуть руду многоступенчатой термической обработке. Руду дробят, отделяя куски пустой породы от богатых медью фрагментов. Затем обогащенный таким образом колчедан раскаляют в печи, в которую для повышения температуры нагнетается воздух (нечто вроде кузнечного горна). После обжига получают огарок – твердое вещество с большим содержанием меди. Огарок в свою очередь плавят, отделяя шлак от штейна – сплава меди с железом и другими металлами. Штейн окисляют кислородом, продувая через него воздух, и добавляют песок. В результате примеси (в основном сульфид железа) переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа. Этот процесс называется конвертированием. Полученную после конвертирования черновую медь очищают (рафинируют) снова расплавляя и продувая сжатым воздухом, после чего оставшиеся примеси металлов окисляются и переходят в шлак.

Это крайне упрощенное описание процесса выплавки меди из руды. На самом деле он еще сложней. В современной промышленности медь подвергают еще и электрохимической обработке в серной кислоте, чтобы получить максимально чистый металл, в котором содержание меди доходит до 99,9 процента.

Древняя технология выплавки меди была, конечно, примитивней сегодняшней. Потому медь и ценилась в буквальном смысле на вес золота. Из меди изготавливали орудия труда, оружие, предметы быта (например, посуду), украшения. Но всеобщего перехода на медные орудия труда все же не произошло. Технология добычи меди была сложна и трудоемка, а сам металл не обладал необходимой твердостью. Поэтому медные орудия сосуществовали с каменными – вплоть до наступления бронзового века, когда человек научился соединять расплавленную медь с добавками, получая более твердые бронзовые сплавы.

Медный век, как переходная эпоха между каменным и бронзовым веками, закончился в конце 4 – начале 3 тысячелетия до нашей эры. Но человечество не забыло про медь и широко использует этот металл по сей день.

Во-первых, чистая медь металл очень привлекательный на вид. А потому из меди изготавливали украшения и домашнюю утварь. Позже, с появлением денег, из меди стали чеканить монеты, которые использовались в качестве мелких разменных денег наряду с более ценными серебряными и золотыми монетами.

Во-вторых, медь металл пластичный. Уже после того, как в оружейном деле медь уступила место бронзе, а затем и железу, из меди делали латы для высокопоставленных военачальников и обивать медью щиты для солдат. В отличие от железных лат, медные деформировались, гася энергию удара меча или копья, спасая тем самым владельца лат от тяжких увечий.

В-третьих, медь очень устойчива к коррозии. Поэтому медные гвозди использовались при строительстве кораблей. Парусную оснастку кораблей – блоки, кнехты и прочие детали – делали тоже из меди. Медными гвоздями подбивали обувь (и делают это, между прочим, до сих пор). Найденные на дне морей клады сохранились благодаря тому, что сундуки, в которых перевозились драгоценности, были обиты медью.

Как материал для оружейного производства медь утратила значение в раннем средневековье – с распространением тяжелых луков и арбалетов. Из-за своей пластичности медные латы не могли в должной мере защитить войска от поражения стрелами. Медные латы уступили место железным и стальным.

Промышленная революция снова вывела медь на одно из первых  мест. Сказалось одно полезное свойство меди – чрезвычайно высокая электропроводимость. Сегодня более половины всей добываемой на планете меди используется в электротехнике. Из меди изготавливаются провода и токопроводящие кабели. Медь используется в сердечниках и обмотках электродвигателей, в троллейных линиях общественного электротранспорта, везде, где требуется материал с низким электрическим сопротивлением.

Медь очень широко применяется в микроэлектронике – и в виде чистого металла, и в виде сплава с цинком (латуни). Из медной и латунной фольги производят фольгированный гетинакс – основу печатных плат электронных приборов. Медь служит основой для производства сложных интегральных микросхем и высокопроизводительных микропроцессоров. Сегодня можно сказать, что большинство электронные компонентов  персонального компьютера изготовлено из меди – если не считать материалов, из которых изготовлены корпуса этих компонентов, разумеется.

Но это еще не все. Помимо высокой электропроводимости медь обладает еще и отличной теплопроводностью. Поэтому из меди изготавливают различные устройства охлаждения и теплообмена – теплообменные элементы для холодильников, водяные радиаторы для автомобилей (и, добавим, воздушные радиаторы для микропроцессоров компьютеров).

Как и в глубокой древности, в наши дни медь широко используется в производстве украшений и монет. Из меди делают предметы бижутерии и значки. Привычные нам желтые и белые монеты – «медные» и «серебряные» – изготовлены из сплава меди с алюминием и меди с никелем соответственно. В настоящих серебряных и золотых монетах медь присутствует в качестве обязательной добавки. А медно-никелевые сплавы мельхиор и нейзильбер применяется в производстве столовых приборов.

Медь – один из наиболее широко применяемых человечеством цветных металлов. Да и само название «цветной металл» происходит от меди. Действительно же – цветной.

А отчего происходит название меди? Русское – не очень понятно (возможно от слова «мед», из-за схожего цвета). А латинское Cuprum произошло от названия острова Кипр (Cuprus), где медь добывали с незапамятных времен.

 
По всем вопросам, связанным с работой сайта, обращайтесь по адресу: webmaster@elcode.ru