Человек и машины. Развитие техники

Наука неразрывно связана с освоением природы, пониманием природных явлений и постоянным расширением человеческих знаний обо всем, что нас окружает. Но наиболее полные практические результаты приносит внедрение научных знаний в повседневную жизнь.

Конечным итогом чистой науки должно быть практическое применение накопленных знаний, а так как знания постоянно растут, то успех приходит в тех случаях, когда они используются наиболее разумно и с пользой для дела. Техника есть не что иное как систематическое приложение различных отраслей знания к решению практических задач.

Какой-либо раздел, например, техника, связанная с проектированием и созданием сверхзвуковых самолетов, может развиться как из совокупности знаний, приобретенных представителями различных наук, так и из опыта практиков. По признанию самих технологов, их труд-это постоянный вызов организационным способностям и мастерству. Но практической реализации может и не быть по двум причинам: из-за нехватки теоретических знаний и ограниченности сведений в прикладных науках.

Это стимулирует ученых к дальнейшему совершенствованию и побуждает к экспериментированию, что со временем позволит претворить накопленные знания в объект практической деятельности наиболее экономичным путем. Первые паровые двигатели были весьма примитивными, так как принцип их действия не был еще полностью понят, а доступные материалы и искусство металлургов того времени ограничены. Но за каких-нибудь несколько лет промышленность сделала такой рывок, что от относительно грубых изделий кузнечного производства перешла к более совершенным изделиям с малыми допусками, которые научились делать быстро и дешево инструментальщики.

Научные открытия неразрывно связаны с внедрением полученных результатов в практику, что способствует совершенствованию технологии и повышает ее сложность. В свою очередь, проблемы, с которыми сталкиваются инженеры, претворяя в жизнь достижения науки, постоянно стимулируют ученых, подсказывают им направления дальнейших работ. Обнаружив тот или иной недостаток и указав исследователю, на что нужно обратить особое внимание, инженер тем самым способствует расширению научных изысканий. Сошлемся на такой пример: принцип устройства транзисторного приемника был известен за несколько лет до того, как получило развитие производство достаточно чистых полупроводников, чтобы сама идея транзисторов могла стать реальностью.

Фундаментальные и прикладные науки нередко развиваются в тесном содружестве, дополняя и совершенствуя друг друга. Такая же картина наблюдается и в тех случаях, когда какая-нибудь одна наука переживает период бурного расцвета. Успешное ее развитие служит мощным стимулом для специалистов других областей и способствует прогрессу их собственной науки. Именно так произошло с новой областью знаний, называемой ядерной физикой, когда после периода относительного застоя она начала бурно развиваться и ученые реально осознали, какие возможности таит в себе расщепление и синтез ядра.

Границы науки непрерывно расширяются, ученые постоянно бросают вызов инженерам и техникам, которым предстоит научно-технические идеи претворить в жизнь. Подтверждением сказанного служат успехи, которыми сопровождалось завоевание космоса. Население нашей планеты быстро растет и требует соответственно быстрого роста продовольственных ресурсов. Эта настоятельная необходимость не только побуждает лиц, занятых в сельском хозяйстве, увеличивать выпуск продукции и повышать эффективность производства, но и стимулирует селекционеров улучшать сорта зерновых культур и выращивать новые виды трав для получения более высоких урожаев. Та же нужда побуждает агрономов совершенствовать культуру земледелия применительно к определенным географическим условиям, а зоотехников заниматься выведением наиболее продуктивных пород скота. Химики сосредоточивают свои усилия на производстве пестицидов - веществ, применяемых для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, а также занимаются синтезом белка из неорганических веществ. Инженеры разрабатывают новые машины, облегчающие сельскохозяйственные работы или улучшающие систему ирригации. Величайшим стимулом для технического прогресса и изобретательности является стремление человека не просто выжить, а быть хозяином окружающей среды.

Современная техника может во многом способствовать решению ряда проблем, с которыми сталкиваются развивающиеся страны. Интенсивное использование местных сырьевых и трудовых ресурсов поможет удовлетворить многие неотложные нужды, в частности, улучшить дороги и водоснабжение, построить новые дома, наладить производство продуктов питания, провести канализацию. Все это в свою очередь позволит в целом повысить уровень жизни и более эффективно осуществлять заботу о здоровье населения.

Интегральные микросхемы электронной памяти ЭВМ-карлики по сравнению с почтовой маркой

Развитие техники. Толчком к появлению первых орудий труда послужило стремление человека выжить. Немногочисленные и рассеянные на просторах земли люди древнего каменного века не оставили нам свидетельств того, что можно было бы классифицировать как покорение окружающей среды, но они хотели есть, а голод по необходимости вынуждал их наблюдать за изменениями времен года, климата и почвы и за тем, как это отражалось на сборе пищи. Страдая от холода, они искали убежище в пещерах, сами создавали подобие жилища и научились пользоваться огнем.

Попытки преодолеть силу трения-бесспорно, самые ранние побудительные мотивы, которыми объясняется появление примитивных средств передвижения: люди поняли, что волочить груз проще, чем нести его на себе. Опыт подсказал им, что на мягкой почве тащи іъ груз легче, если поместить его на ветки или сучья; что одни предметы легче скользят по поверхности, чем другие; что если катить груз, то усилие, необходимое для его перемещения, будет еще меньше. Все эти наблюдения положили начало развитию транспортных систем. От скольжения (а на наскальных рисунках в пещерах каменного века встречаются изображения человека на лыжах) к качению, от качения к колесу, этому, вероятно, величайшему открытию 4-го тыс. до н.э., и затем к повозке и к использованию животных в качестве тяги-такова последовательность освоения более производительных транспортных средств.

Научившись пользоваться огнем, укрощать его и гасить водой, видя, что при нагревании на огне форма предметов изменяется-некоторые плавятся,-человек понял, что можно изготовить не только каменные орудия и оружие. Вновь полученные знания позволили ему укрепить свою власть над окружающим миром. Постепенное овладевание искусством обработки металлов имело огромное значение для господства человека над природой - вероятно, именно на этой материальной основе и зародилась цивилизация.

Был и третий стимул, который вынудил человека воспользоваться своими наблюдениями над природой и в конечном итоге привел к развитию земледелия и скотоводства: потребность в пище. Человек обратил внимание на то, что посев отобранных семян на специально выбранных местах (пашнях) не только дает лучший урожай, но и облегчает его уборку, а пасти стадо выгоднее, чем ухаживать за отдельными животными. В своих странствиях за стадом человек нуждался в крыше над головой, пусть даже временной. В поисках сочных пастбищ он менял места, и на каждом новом месте у него возникало желание создать более удобные условия жизни. С удовлетворением потребности в пище у человека появилось время, которое он мог потратить на продажу излишков продуктов и развитие ремесел.

Как показывают эти примеры древнейшего использования человеком результатов своих наблюдений для решения насущных проблем и улучшения условий существования, самая примитивная техника зародилась по меньшей мере 20 ООО лет назад. Все сложные материалы, механизмы, коммуникации и производства, которыми мы пользуемся сегодня,-это плоды экспериментов и изобретений, насчитывающих тысячелетия. Современные материалы обязаны своим появлением необходимости постоянного улучшения орудий труда или оружия: первоначально они делались из камня, кремня и кости, затем из меди и бронзы, железа, постоянно совершенствуясь по мере развития выплавки, легирования, литья, ковки металлов и сталеварения.

Итак, перечислим основные направления развития материальной основы современной цивилизации:

-от случайно найденных камней к кирпичу-сырцу и затем к обожженному кирпичу, сплавам металлов и стеклу; от простой гончарной глины (можно ли считать гончарный круг первой машиной?) к фарфору и современным керамическим материалам;

-от шкур и волоса к шерсти, прядильным машинам и ниткам, тканным материалам, челноку и ткацкому станку и к почти бесконечному ряду текстильных товаров;

-от силы ветра, используемой парусом, до энергии воды; от тепла к пару, паровому двигателю и турбине; от использования природного магнетизма к выработке электричества и созданию электромотора; от непрерывной последовательности различных электрических устройств к электронике, вычислительным машинам, механизмам управления и автоматике;

-от открытой разработки до разработки недр и бурения нефтяных скважин глубиной до 1 ООО м, переработки нефти и методам ее использования, создания двигателя внутреннего сгорания;

-от лодок-долбленок и плота к использованию паруса, сборному деревянному кораблю, пароходу, 350000-тонному танкеру; от воздушного шара к винтовому самолету, сверхзвуковому самолету или к дистанционно управляемому беспилотному летательному аппарату;

-от барабана и дымовых сигналов к сигнальной лампе, телеграфу и телефону; от радио к радиолокационным установкам и телевидению.

Проследить весь путь развития прикладной науки невозможно, какую бы частную область мы ни выбрали, как невозможно установить и время, которое для этого потребовалось. Прогресс практического применения научных достижений - результат взаимодействия самых разных областей науки и ремесла, которые, будучи тесно связаны между собой, способствуют дальнейшему развитию техники. Чтобы добиться успеха в одном направлении, часто необходим прогресс в другом, а развитие той или иной области техники в определенный период во многом зависит от нужд людей (по степени их важности).

Нехватка природных материалов потребовала заменить их искусственно созданными; в свою очередь создание синтетических материалов открывает новые перспективы и способствует дальнейшему техническому прогрессу. Совершенствование измерительной техники и аппаратуры для анализа позволило химикам глубже исследовать состав и структуру молекул и создавать материалы с заранее заданными свойствами. Сейчас синтезированы материалы, которые не только не уступают природным, но нередко и превосходят их по своим качествам. Тем самым промышленность получила возможность регулировать свои потребности в природных материалах, исходя из их запасов, залегания и стоимости.

Развитие прикладных наук во многом зависит от экономики; постоянно возрастает также влияние социального фактора. Сегодня мировое потребление древесины намного превосходит скорость ее воспроизводства, и кроме того, древесина не всегда доступна, а рыночная стоимость ее высока. Совокупность перечисленных факторов стимулировала создание заменителей этого материала, в частности, пластмасс, производство которых обходится гораздо дешевле.

Рост индустрии пластмасс, использующей в качестве сырья нефть (которую люди научились извлекать из недр во все увеличивающихся количествах), уменьшил потребность в древесине, но значительно увеличил потребление нефти, которая, в свою очередь, заменила уголь. К числу важнейших достижений нынешнего столетия относится промышленная полимеризация простых углеводородов, иными словами, соединение многих молекул в новое вещество с более ценными физическими свойствами. Толчком к производству полиэтилена послужили весьма рискованные эксперименты, проведенные в 1935-1939 гг., в которых этилен подвергли давлению, в десять раз превышающему атмосферное. В результате было получено вещество, похожее на воск. Эксперименты и дальнейшее промышленное производство полиэтилена были сопряжены с созданием крупномасштабного химического промышленного оборудования, способного создавать давление до 200 МПа.

В результате экспериментов химиков-органиков и химиков-технологов был получен новый вид пластмасс с ценными свойствами, среди которых особое место занимают изоляционные или диэлектрические свойства. В то время как химики совершенствовали процесс производства полиэтилена, используя для этой цели катализаторы, огромная армия представителей других специальностей - инженеры-механики, металлурги, прибористы - работала над выпуском нового вещества в промышленных масштабах.

Диэлектрические свойства полиэтилена позволили решить ряд проблем, связанных с совершенствованием радиолокатора, в частности, авиационного бортового радиолокатора, оборудование которого должно быть прочным, компактным и легким и вместе с тем выдерживать очень значительные электрические напряжения при сверхвысоких частотах. Ни один из известных материалов не отвечал этим требованиям, поэтому появление полиэтилена способствовало дальнейшему развитию и других отраслей техники, в первую очередь радиолокационной и телеграфии. В сочетании с другими термопластами полиэтилен нашел применение в целом ряде процессов и механизмов для производства листов, пленок и отливок. Это только один пример влияния открытия в одной области техники на развитие других областей.