женские трусы больших размеров
Medical site

На головну

АвторСаламатов Ю.П.
НазваСистема законів розвитку техніки
Рік видання 1996

1. Введення

Основний постулат ТРИЗ - про відносну незалежність процесів створення нових технічних систем від бажань людини - сьогодні вже не викликає настільки гарячих заперечень як це було ще зовсім недавно. Але досі, треба визнати, у науковій та інженерній середовищі дуже широко поширена думка про суто особистісному (індивідуальному) вплив на характер прогресивних змін у техніці: "Я винаходжу (проектую, роблю) цю технічну систему, тому все залежить від мого бажання: хочу зроблю так, хочу - придумаю інакше, - талант все може! ... "

З трьох світів людської творчості - науки, техніки, мистецтва - наука перший втратила ореолу особистісної винятковості. Частиною елементарної культури сучасного дослідника є аксіома про те, що наука вивчає об'єктивні закономірності і, отже, незалежно від того, хто їх відкриває, правильно встановлені закономірності завжди ідентичні, хоча і можуть бути по різному виражені (одне і те ж зміст в різній формі) . Тобто шлях розвитку науки зумовлений, і жодна людина не може його змінити. На відміну від дослідників, багато винахідників навіть не підозрюють про існування яких закономірностей у розвитку техніки.

Тим часом, сенс творчості в науці і техніці дуже близький: мета науки - видобуток знань про властивості матерії, мета техніки - використання цих властивостей на задоволення потреб людини і суспільства. Таким чином, техніка - це уречевлення знань, що поставляються наукою. Свою єдину і головну задачу сучасна цивілізація бачить (і навіть планує її на перспективу - доводиться констатувати це!) У перетворенні середовища проживання, в підстроюванні її під себе, у створенні "буферної", безпечної, штучної прошарку (другої природи) на основі об'єктивних наукових даних. Без техніки цього не досягти. Розвиток техніки, як складової частини поступального розвитку цивілізації, є природно-історичний (об'єктивний) процес, яким управляють закони, не тільки не знаходяться в залежності від волі, свідомості і наміри людини, а й самі визначають його волю, свідомість і наміри.

У об'єктивної реальності йдуть два протилежних процесу, дві еволюції:

  • еволюція розсіювання, деградації, розпаду - тобто від складного до простого, ентропійна еволюція (відкрита Клаузиусом і Больцманом і сформульована в другому початку термодинаміки);
  • еволюція життя, розвиток і самоорганізація живої речовини планети - тобто від простого до складного, НЕГЕНТРОПІЙНОЇ еволюція (відкрита і сформульована Дарвіном).

Техноеволюція - складова і невід'ємна частина другого типу еволюційного розвитку.

Пізнання хоча б частини техноеволюціі багаторазово полегшить людству досягнення поставлених цілей. Закономірності природної еволюції матерії, що встановлюються наукою, завжди приносили рясні плоди: теорія Дж.К.Максвелла, Періодична система Д. І. Менделєєва, структурна теорія А. М. Бутлерова і безліч інших приводили до стрибкоподібного розвитку в своїй області знання. Закони розвитку штучного середовища (техноеволюціі) намацати складніше, оскільки вони не мають аналогів в природничих науках, тому що являють собою якісно інший системний рівень. Цей рівень вище, принаймні, законів неживої природи, але повністю спираються на них; точніше: закони техніки є як би рівнодіюча законів природи, або другою похідною від них.

На противагу суто особистісної оцінці винахідництва існує інша, але така ж крайня, точка зору: техніка розвивається сама, без участі людей; якщо люди і грають якусь роль у розвитку техніки, то не більшу, ніж у природі бджоли, які переносять пилок з квітки на квітку. Але чи так однозначно зумовлений хід техноеволюціі, що рухається за своїми сліпим, загадковим і таємничим законам?

І так, і ні. Людина може обрубати якусь гілку в розвитку техніки (наприклад, в озброєнні), може переорієнтуватися для якихось цілей розвитку з одних машин на інші, може якийсь час йти в техніці назад або набагато випереджати науку. Але людині не під силу змінити природні закони. Наприклад, відкрита ще у вісімнадцятому столітті здатність світла вибирати собі шлях через різні середовища так, що час проходження виявлялося мінімальним (принцип Ферма), змусить відповідним чином конструювати, наприклад, оптичні прилади. І найголовніше: якщо переглянути всю історію розвитку тієї ж оптичної техніки, то можна помітити деяку впорядкованість, чи закономірність, в її розвитку. Але найбільш дивовижні результати ви отримаєте зробивши наступний крок: порівнюючи лінії розвитку декількох (бажано різних, несхожих один на одного) технічних систем - ви побачите деякі загальні закономірності розвитку техніки. Можна піти далі - спробувати проаналізувати розвиток всієї техніки і висунути концепцію загальної моделі техноеволюціі. По суті, це і є основні ідеї методології дослідження закономірностей технічного розвитку. Ідеї ??ці прості і зрозумілі. Дуже близьке судження висловлював ще А.П.Чехов: "Можна зібрати в купу все краще, створене художниками в усі віки і, користуючись науковим методом, вловити те загальне, що робить їх схожими один на одного і що обумовлює їх цінність. Це загальне і буде законом. У творів, які звуться безсмертними, загального дуже багато ... " (З листа А. С. Суворіна від 3 листопада 1888). Пояснимо тільки, що "безсмертними творами" в техніці будуть евристично сильні винаходи, що забезпечили якісний стрибок у розвитку своєї технічної системи.

Отже, техніку створює людина, тим самим вона суб'єктивно визначена (задана) людиною. Але все розвиток суспільства - об'єктивний історичний процес. А так як суб'єктивні дії людей не завжди узгоджуються з об'єктивними законами розвитку, то життєздатними і корисними виявляються тільки ті результати людських дій, які виражають об'єктивно існуючі закономірності.

Ясно, що знання законів розвитку технічних систем дозволить заощадити велику кількість сил, енергії і часу. Головне ж полягає в тому, що з'являться передумови хоча б часткового здійснення одвічної мрії людства: управляти природними та суспільними процесами на основі реального довгострокового прогнозу. Як казав один з героїв Булгакова: "Винен, - м'яко відгукнувся невідомий, - для того, щоб управляти, потрібно, як-не, мати точний план на деякий, хоч скільки пристойний термін. Дозвольте ж вас запитати, як же може управляти людина, якщо вона не тільки позбавлена ??можливості скласти який-небудь план хоча б на сміховинно короткий термін, ну, років, скажімо, в тисячу, але не може ручатися навіть за свій власний завтрашній день? ... "

Чи існують принципові природничі заборони на довгострокові прогнози? Навпаки, є блискучі приклади. Так, К. Е. Ціолковський створив систему прогнозів виходу людства в космос - всього 16 пунктів, і перші 11 вже здійснилися. Передбачивши потреби людства, з урахуванням досить простих фізичних та астрофізичних закономірностей він вибрав єдино можливу поетапну космічну дорогу нашої цивілізації - іншого шляху не могло бути.

2. Виникнення і розвиток техніки

2.1. Неминучість виникнення техніки

Виникла техніка одночасно з утворенням людського суспільства, вона породжена людиною, вона служила йому засобом звільнення від рабської залежності від природи і засобом задоволення його біологічних і соціальних потреб. Але одночасно техніка та формувала нової людини, створювала передумови для появи нових потреб. При цьому, на відміну від тварин, потреби людини мають тенденцію до постійного зростання (сенс цієї необмеженої експансії людини, егоїзм цивілізації поки ще ніхто не пояснив ...). Потреби надзвичайно активні. Поки вони не задоволені, людина незадоволена самим собою. Світ не задовольняє людину і людина вирішує змінити його. Для цього в якийсь момент історії стає недостатньо тільки людських сил, потрібні інші, додаткові кошти, множать продуктивні сили людини.

На ранніх етапах розвитку культури продуктивні сили незначні. Але такі ж і потреби, що розвиваються разом із засобами їх задоволення. Потреби обмежені головним чином добуванням їжі. Рослинна їжа добувалася руками, іноді за допомогою каменів і палиць подовжують руку. З ростом населення став відчуватися недолік цього виду їжі і людина змушена була почати полювати і обробляти туші вбитих тварин, але для цього йому не вистачало природної сили органів. З'явилася потреба в знаряддях збільшують можливості людини. Так були знайдені в навколишньому середовищі предмети, у яких розкрилися потрібні для людини функції: загострені палиці, уламки каміння з гострими краями. Але ці предмети ламалися, тупилися, губилися. Необхідно було шукати, запасати, підправляти природні знаряддя - виник процес виготовлення засобів праці. Це і є перший момент виникнення техніки. Утвориться соціальна система сама, власними потребами створювала недостатній їй органи з елементів навколишньої природи. Людина розкривав властивості предметів, поступово накопичував знання і почав цілеспрямовано їх використовувати. Так, для виготовлення знарядь годилися камені тільки групи кварцу вони були твердими (майже як алмаз) і легко розколювалися на пластини з гострими краями. Разом зі знаряддями праці розвивалася рука, особливо кисть.

До початку льодовикового періоду (100 тис. років тому) з'явилися перші осілі поселення біля води, на узліссях лісу, в печерах і гротах. Клімат ставав все холодніше, з півночі спускався льодовик - треба було захищатися від найсильнішого удару природи. Людина почала використовувати вогонь, перенесений на стоянку з лісових пожеж, навчився підтримувати його. Багаття забезпечував захист від холоду і вогкості, від нічних нападів хижаків. Варка і підсмажування м'яса і овочів скоротили процес жування і травлення. Зменшилися щелепи, швидше став розвиватися мозок. Вивільнилося більше часу та енергії для активного прояви життя. Людина вперше використовував для своїх потреб дарову енергію з навколишнього середовища. Використання вогню як способу перетворення хімічної енергії в теплову, було наступним, після кам'яних знарядь, найбільшим кроком у розвитку суспільства. А винахід способу добування вогню (висіченими, висвердлюванням) остаточно відокремив людину від тварини царства. Це було видатне винахід, воно ознаменувало собою момент остаточного формування людини розумної (40-30 тис. років тому). До цього часу технологія виготовлення кам'яних знарядь досягла досконалості. Її розвиток йшов у напрямку збільшення корисної функції знарядь праці: додання зручною для роботи форми та загострення ріжучої кромки. Були винайдені перші складені знаряддя: дротик (палиця з кам'яним наконечником) і сокиру. Попутно був винайдений спосіб кріплення сокири до рукояті за допомогою вузла (петлі) з шкіряних ременів. Сокира став одним з основних знарядь первісної людини.

Археологів здавна дивувала особливість історичних знахідок: вони знаходили одні й ті ж знаряддя на всій заселеній території земної кулі. І це не випадковість. У різних груп первісних людей виникали одні й ті ж потреби, а їх реалізація грунтувалася на одних і тих же предметах з природного середовища. Точно так само, зміни Землі, як космічного тіла, примушували людини пристосовуватися, шукати вихід у винахідливості. Однакові протиріччя між людиною і природою дозволялися (шляхом проб і помилок) одними і тими ж способами.

Отже, причина виникнення і розвитку техніки укладена в суперечностях між цілями (потребами) і засобами для втілення цих цілей у діяльності людини. Якщо такого протиріччя немає, якщо суспільство задовольняється раніше створеними засобами для досягнення поставлених цілей, то ніщо не змусить людей взятися за створення нової техніки в будь-якій області діяльності. Однак такої ситуації ще жодного разу не виникало в історії цивілізації (людина ніколи не задовольнявся досягнутим). Суперечності завжди були і немає причин сумніватися в тому, що вони не будуть в майбутньому - цей тип суперечностей слід віднести до "вічних": при його вирішенні воно тут же відтворюється на другий щаблі розвитку. Суперечності наростають, загострюються і дозволяються. Будь-яке вирішення протиріччя вимагає яких-небудь змін: пристосування і розвиток самої людини (прямоходіння, розвиток кисті, мозку), перетворення навколишнього природного середовища (сільськогосподарське використання, тваринництво, будівництво споруд), зміна суспільства (соціальних структур, зв'язків, функцій і орієнтирів) або "добудовування" (розширення функціональних можливостей) людини і суспільства шляхом створення штучних технічних "органів".

2.2. Схема розвитку знарядь виробництва

Що є техніка, технічні системи? Сокира, цибуля, віз - технічні системи? Гілка, палиця, дубина? Перш, ніж відповісти на ці питання, викладемо коротко історію появи і розвитку знарядь виробництва в людському суспільстві. Якщо підсумувати відомі на сьогодні відомості та уявлення про виникнення та еволюції техніки на всьому протязі історії людства і викласти її в ТРІЗовскіе інтерпретації.

  1. Першими засобами впливу на предмети праці були органи тіла людини : добування і оброблення їжі, риття ям, кладка стін з каменів. Споруди - найпростіша форма знарядь виробництва з пасивною функцією, вони виникли в результаті природного життя людей (стежки, дороги), потім зводилися доцільно (будови, кургани, піраміди).
    Споруди є й у тварин: греблі і канали у бобрів, гнізда птахів, лігва тварин.
    Потім людина "подовжив", "підсилив" свої органи тіла за допомогою різних природних об'єктів.
  2. Використання перших потрапили під руку природних предметів . При будівництві своїх жител (курені, землянки, підлогу біля землянки) людина використовує гілки, шкури, кістки, камені.
  3. Спеціально підібрані речовини і предмети для виконання широкого класу функцій (гостра кістка, палиця, отщеп від каменю). Це важливий період: відбувалося з'ясування заходи відповідності властивостей природних речовин цілям праці.
  4. Оброблені природні матеріали з виділеною (посиленою) функцією . Розпочався підбір матеріалів до конкретних процесів праці. Рубило, скребло, шкіряні ремені, кістяні миски, шкіряні мішки, кошики з лика, гілок, очерету. Сенс цього періоду пізнання властивостей матеріалу і їх використання для виконання потрібних функцій (пункти 2, 3, 4 схеми):
  5. Найпростіші знаряддя праці, спеціально виготовлені технічні елементи, начиння, інвентар  . Ці знаряддя праці ще не були спеціалізованими і застосовувалися для будь-яких цілей: важіль, ступка, кам'яні скребки, ножі, свердла, бойки. Способи обробки: рубання, свердління, пиляння, шліфування. Головна особливість знарядь праці - чітко виділена робоча частина (зона), яка згодом перетвориться на робочий орган (РО). Технічні елементи: важіль, каток, вісь, колесо. Начиння, інвентар: посуд, житло, пліт, долбленая човен, лижі, сани.

Почалося прискорення спеціалізації знарядь праці - за рахунок виділення і посилення однієї корисної функції. Це призвело до відокремлення  першого елемента технічних систем - робочого органу  . З цього моменту можна відраховувати час існування  техніки, як феномена людського суспільства .

Пункти 1-3 схеми повністю притаманні і тваринному світу. Пункт 4 - унікальний період в історії земного життя, він властивий тільки людині розумній: людина навчилася використовувати і добувати вогонь. Однак знаряддя праці знаходяться в зародковому стані. І тільки період, що відповідає пункту 5 схеми, можна впевнено віднести до початку техніки.

 6-7.  Інструменти - спеціалізовані, а значить і більш різноманітні, знаряддя праці  , - Виникли приблизно 10 тис. років тому з моновещества з зонувати (чітко виділеними) частинами: зона робочого органу (вістря), зона трансмісії (рукоятка). Мета появи інструментів - цілеспрямоване ефективне перетворення предметів праці (перетворення природного матеріалу або предмета в виріб). Крем'яні ножі, різці, свердла, проколки, шила, кістяна голка.

 Перші зчленовані інструменти  (Кам'яне бойок плюс кістяна або дерев'яна оправа) трималися погано, були неміцні, розвалювалися. Зчленовані інструменти: різці та ножі в оправі, стріла і спис з наконечником, серп - великий складовою ніж з кам'яними вкладними лезами.  Перший справжній складовою інструмент - сокиру  . Поява складових інструментів (дроблення речовини на окремі частини і їх стикування іншим способом) стало важливим кроком до початку структуризації об'єктів, появі зв'язків між елементами.  Головна особливість цього процесу:  розщеплення (дроблення) функції, з подальшим підшукуванням і винаходом ефективніших способів виконання цих часткових корисних функцій, з отриманням додаткового виграшу в основної функції при з'єднанні елементів в єдине ціле.

Наприклад, важка сокира (збільшення корисної функції) неможливо було закріпити защепленіем в дерев'яній оправі, тому з'явився третій елемент - шкіряні ремені. Але ремені погано трималися, розпускалися.  Сильне винахід того часу - вузол  - Спосіб затягування шкіряною петлі.

Найбільш вдалими поєднаннями елементів були такі, де їх властивості взаємно доповнювалися. Наприклад, перший посуд - плетені кошики і глечики погано тримали воду і їх не можна було ставити на вогонь. Випадково виявилося, що обмазані глиною кошика набагато міцніше, водонепроникні і вогнестійкі. Тут дерев'яна сітка (каркас) грала роль арматури, скріплюючою глину, а глина охороняла дерево від руйнування. І тільки потім виявилося, що від вогню глина ставала ще міцніше, навіть при згоряють зовнішньому каркасі, тому поступово перейшли на бескаркасное виготовлення глиняних виробів.

 8-11.  Технічні системи - інструменти з двигуном  . Це технічні об'єкти, що складаються мінімум з трьох частин: робочий орган (РО), трансмісія (Тр), двигун (Дв). Четвертий елемент - орган управління (ОУ) найчастіше включає людини. П'ятий елемент - джерело енергії (ІЕ); їм може бути людина, тварина, природні сили, а також природні і штучні фіз-, хім-, біопроцеси.

Перші ТС - млин, цибуля, віз, годинник, ваги.

 2.3. Приклади з історії техніки

 2.3.1. Млин

Будь ТЗ має тривалу попередню історію. Наприклад, млин:

  •  споживання сирого зерна,
  •  розмочене зерно,
  •  розварене,
  •  пробивну (каменем, в ступі),
  •  размолотое розтиранням вручну (ручний жорно),

те ж, з допомогою сили тварин, природних сил.

 2.3.2. Виготовлення волокнистих речовин.

Багато хто з сучасних ТЗ пройшли всі етапи розвитку техніки.

Наприклад, процес виготовлення волокнистих речовин:

  •  використання стеблових рослин, кінського волоса, жив тварин, лика дерев в якості засобу кріплення,
  •  скручування руками (вити мотузки) без інструментів (батоги з конопель тощо),
  •  ссучіваніе ниток з волокон вручну без пристосувань,
  •  ссучіваніе ниток за допомогою палички,
  •  прядіння за допомогою веретен руками,
  •  самопрялка, яку крутили рукою з 12-13 століть,
  •  самопрялка з рукояткою,
  •  ножна прядка Юргенса, 1530 рік,
  •  сучасні розвинені форми самопрялки,
  •  верстат Джені,
  •  прядильні машини,
  •  автоматичні прядильні машини.

 2.3.3. Олівець (та інші засоби для малювання, письма).

Історію розвитку олівця можна представити так:

  •  далекий предок - головешка від багаття,
  •  в давнину: свинцевий стерженек - штифт - залишав м'який блідо-сірий слід на аркушах пергаменту; для тексту блідуватий, їм тільки розмічали рядка; більш темну риску залишав штифт з двох частин свинцю і однієї частини прокувати молотком олова; з часом під дією кисню повітря лінія темніла, при бажанні легко віддалялася м'якушкою хліба або пемзою (ластик винайшли в 18 столітті),
  •  аристократи використовували срібний штифт, темно-сіра риса корічневела при окисленні, стерти м'якушем або пемзою неможливо, тому малювали тільки безпомилково (великі майстри, наприклад, Л.да Вінчі)
  •  мінеральні штифти: деревне вугілля. Один з рецептів: Візьми вербові палички, обстрогать і очинить з обох кінців, поклади в горщик, замажь кришку глиною для герметичності, постав в піч з вечора до ранку ... Вугілля погано тримається на папері. Як тільки не намагалися боротися з цим недоліком! Попередньо покривали папір водним розчином клею і висушували. Після того, як листи були списані або розмальовані, їх тримали над парою. В результаті клейовий шар зволожуючого і вбирав вугілля, а після висихання текст або малюнок був вже добре закріплений;
  •  15 століття, в П'ємонті був знайдений "чорний камінь", "чорний крейда" (тюркські корені: "кара" чорний, "даш" камінь), впровадження було блискавичним і ... родовище швидко вичерпалося. За ним "обписали" родовища в Тюрінгії й Андалузії ...;
  •  в Парижі покладів не було, тому винайшли суміш: біла глина + чорна сажа. Отримали так званий паризький олівець ("соус"), він був чорніше італійського, менше дряпав папір;
  •  Л. да Вінчі знайшов Сантіні - "червоний крейда" - природний каолін, забарвлений оксидами заліза;
  •  якщо є чорний і червоний крейда, чому не зробити кольоровий? Франція, 15 століття, винайшли пастель - крейду з добавками пігментів: крейда + пігмент + жири або гуміарабік або сік смоковниці), викочували на мармуровій плиті, сушили - виходили один м'якше, другий твердіше;
  •  то в одній, то в іншій країні знаходили поклади графіту. У 16 столітті - випадкове відкриття в Англії, в ямі від вивернутого бурею дерева. Селяни стали мітити графітом овець, кошики. Хтось налагодив продаж у Лондоні графітових паличок, обмотаних линвою. Король видає указ: видобуток робити тільки 6 тижнів на рік, щоб родовище не покінчилось, за вивезення з Англії - смертна кара. Родовища вистачило на 200 років ...
  •  винайшов олівець чех Й. Гартмут, власник фабрики з виготовлення лабораторного посуду. Розглядаючи одну з чашок-тиглів він впустив її і відлетів осколок залишив на папері чіткий чорний слід. Він з'ясував, що в глину додавали графіт. Провівши експерименти він встановив кращі співвідношення, так з'явилися знамениті друкарські стрижні "кох-і-нор".

Незалежно від нього олівець винайшов француз Н.Конте, в 1790 році. Він запропонував поміщати стрижень в дерев'яну оболонку.

Зараз існує 21 ступінь твердості олівця. У РФ прийнята градація від 6 Т (68% каоліну) до 6М (80% графіту, 20% каоліну, пектиновий клей).

Для спрощення технології і підвищення міцності необхідно замінити каолін синтетичною смолою - зросте пластичність стрижні можна робити тоненькими, що не вимагають заточування 0,5 мм (роблять у Японії), у нас - 1,2 мм.

За пат. РФ 671712, виданим японській фірмі, пише стрижень безперервно екструдують і безперервно зверху екструдують оболонку з пластмаси, потім нарізають на окремі олівці; стрижень складається з епоксидної смоли, графіту, стеарата кальцію, оболонка - спінений полістирол.

Колись випускався "хімічний" олівець, який правильно називається "копіювальний", для заповнення документів під копірку. Чорнильна ручка не давала необхідного зусилля для продавлювання, але залишала незгладимий слід, олівець давав можливість продавити всі верстви, але легко стирався. "Хімічний" олівець - з додаванням фарбників (еозин, родамін, аурамін), які починали розчинятися при найменшій вологості, проникали всередину волокон паперу.

А.с. 11 575 (1928 рік): пристосування для змочування стрижня хімічного олівця; на олівці кріпиться гумовий резервуар з водою, яка самопливом або при натисканні пальцем змочує через накладку з КПМ (капілярно-пористого матеріалу) стрижень олівця. Прообраз пише інструменту, який ще не винайдено: писати повинна "паличка", змочують водою, наприклад, з навколишнього повітря ...

І все ж по чіткості, тонкощі і довговічності сліду олівець непорівнянний з пристроями для письма чорнилом.

Прообразом пера були стрижні - клини для листа по сирій глині, якими користувалися писарі стародавньої Ассирії та стилос (загострені палички), які використовувалися в Древній Греції і Римі для письма на воскових дощечках.

Найдавніший рецепт чорнила належить єгиптянам - суміш сажі та олії для письма на папірусі. Такий же склад використовувався в Китаї дві з половиною тисячі років тому.

Єгиптянам ж належить і перший пристрій для письма (вельми нагадує сучасний фломастер), знайдене в гробниці Тутанхамона: мідна ручка зі вставленою в неї свинцевою загостреною трубочкою; всередині трубочки знаходилася тростинка, що заповнювалася чорнилом, які просочувалися по волокнах стебла, накопичувалися на загостреному кінці і при листі залишали чіткий слід на папірусі.

Вже в 3 столітті до н.е. в Греції і Римі застосовувалися кілька типів чорнила. З пурпура і кіноварі робили червоні "придворні чорнило", якими писалися тільки державні документи (чорнило строго охоронялися спеціальної вартою). Чорні чорнило робилися з чорної фарби для живопису, сажі, з плодових кісточок, виноградної лози, деревного кісткового вугілля. Сторіччям пізніше чорнило виготовлялися з відвару кори дубильних рослин. Згодом ці два типи чорного чорнила на Русі називалися "чорнилом копченими" і "чорнилом вареними".

У 16 столітті винайшли залізні чорнило (відомі до цих пір). Для їх виготовлення використовували вільхові коріння, кору, горіхову або дубову кору, чорнильні горішки (патологічні нарости на листках різних рослин) з цього варили "чорнильна сусло" і опускали в нього шматки заліза, непотрібні залізні речі і пр. Для зміцнення чорнила (щоб вони не «брели крізь папір") додавали камедь (вишневий клей), а для зниження в'язкості - галун, імбир, гвоздику. На приготування чорнила йшло 2 тижні.

У 18 столітті стали застосовувати залізний купорос - це різко підвищило швидкість приготування чорнила.

Секрет отримання чорнила був зрозумілий після відкриття дубильних кислот і остаточно розшифрований хіміком К.Б.Шееле в 1876 році. Він встановив, що при варінні з вільхової кори в воду надходять дубильні кислоти, з якими залізо дає закісние залізисті солі. Розчин слабо забарвлений, але при висиханні залізо окислюється і темніє. Утворюється окис заліза, нерозчинна у воді і стійка до світла. З тих пір було винайдено безліч рецептів чорнила, включаючи "вічні" (ванадієві, Берцеліус) і невидимі. Однак принципово нові склади з'явилися лише при винахід кулькових ручок, автоматичних самописців, принтерів ЕОМ.

Після єгипетського "фломастера", який був міцно забутий, століттями по пергаменту і папері скрипіло пружне гусяче перо. При підготовці до листа перо очищали в розжареному піску, обрізали, заточували. Кількість пишучих швидко збільшувалася, пір'я потрібно усе більше, а з гусячого крила годилося для письма всього 2-3 пера. З'явилися способи економії пір'я: їх розрізали на кілька частин і кожну з них заточували. Пір'я треба було часто вмочати в чорнило, що забирало час і відволікало. Придумали навіть щось, що нагадує авторучку: металева трубка, заповнена чорнилом, у якої з одного боку заглушка, а з іншого гусяче перо.

Творцем металевого пера (кінець 18 ст.) Був слуга аахенського бургомістра Янсена. Піклуючись про свого господаря, він виготовив перо із сталі. Перо не мало прорізи, тому бризкало і писало без натиску. З винаходом сталевого пера з прорізом якість письма різко покращився і популярність металевих (сталь, срібло, золото) пір'я виявилася поза конкуренцією.

Існує великий клас винаходів щодо поліпшення пір'яних ручок. Наведемо найбільш характерні технічні рішення з російського фонду винаходів (МКІ, кл. В43К).

  •  А.с. 96 (заявлено 7.12.1917 рік, видано 28.02.1925 року): перо для письма, в якому з метою збільшення на ньому запасу чорнила і зменшення швидкості їх висихання (мал. 2 б) закріплена за допомогою еластичного кільця пластинка, яка утворює з жолобом пера конусоподібну трубку (чорнило утримуються в більшій кількості).
  •  А.с. 3 157 (1925 р.): ручка для двох по черзі уживаних пір'я являє собою трубку, з якої висовується то одне, то інше перо.
  •  А.с. 3 837 (1925 р.): наконечник до ручок для письма, в якому для збільшення кількості набираються чорнила, а значить і скорочення часу на відвернення уваги що пише, наконечник виконаний у вигляді пластинки з жолобками; мережа жолобків за рахунок капілярного ефекту захоплює значно більше чорнила .
  •  А.с. 78 018 (1949 р.): перо для письма - для утримання більшої кількості чорнила має загнуті всередину лапки у вигляді пелюстків з дрібними отворами (рис. 2 в).
  •  А.с. 79 542 (1947 р.): насадка до пір'я - для втримання чорнила (рис. 2 г), прикріплюється до перу з боку увігнутої частини, забезпечена поперечними гофрами і відігнутими гачками.
  •  А.с. 86509: перо з запасом чорнил - знизу укріплена трубка, в якій гніт з губчатого матеріалу зі скошеним кінцем (рис. 2 д).

У наведених винаходи помітно явне прагнення збільшити корисну функцію - зручність і тривалість безперервного письма. Крім робочого органу (пера) і трансмісії (ручки) почали з'являтися нові підсистеми.

  •  А.с. 4 955 (1926 р.): ручка для пера з резервуаром для чорнила.
  •  А.с. 5 974 (1927 р.): те ж, резервуар заповнений пористим матеріалом (губкою).
  •  А.с. 8 176 (1927 р.): трубчасте перо з резервуаром для чорнила, закривається ковпачком.
  •  А.с. 8 223 (1928 р.): перо з резервуаром для чорнила, який утворюється з двох половинок самого пера і нижньої відкидається частиною.

Виявляються недоліки у пера - зокрема, стираність кінчика, тому для збільшення корисної функції потрібна диференціація властивостей матеріалу:
 А.с. 12 642 (1927 р.): спосіб отримання на золотому пере наконечника з осмистого іридію (для автоматичних ручок).

Все йшло до появи, а потім і розвитку автоматичної ручки:

А.с. 24 268 (1929 р.): автоматична ручка для пера з резервуаром для чорнила; при натисканні кнопки шприц виштовхує краплю на перо і, повертаючись під дією пружини, всмоктує нову порцію чорнила з резервуара.

Автоматична ручка, яка перетворилася на досить складну технічну систему, розвивається за рахунок розвитку (збільшення корисної функції) своїх підсистем. Удосконалюється, наприклад, резервуар:

  •  А.с. 66214: резервуар для авторучки, в якому в цілях автоматичного засмоктування зовнішнього повітря і для рівномірного харчування пера чорнилами верхній кінець резервуара забезпечений пробкою з КПМ.
  •  А.с. 74633: автоматична ручка, в якій резервуар гофрований розтягується циліндр для набору чорнила.
  •  А.с. 198956: те ж, поздовжні гофри.
  •  А.с. 906354: пір'яна авторучка зі змінним балоном.

Крім резервуара розвиваються й інші підсистеми:

  •  А.с. 91953: наконечник до авторучок для рідких чорнила, який має один канал, розділений на дві частини, з яких одна для підведення повітря всередину резервуара, а інша для стоку чорнила до кінця пише вістря.
  •  А.с. 94422: те ж, але з метою збільшення ємності каналу і поліпшення подачі чорнила до записуючого кінця, повітряний канал суміщений з кріпильної різьбленням наконечника.

Робляться спроби збільшення числа функцій за рахунок суміщення декількох ТЗ в одній:
 А.с. 75821: авторучка для письма чорнилом різних кольорів, у якої всередині кілька окремих пишучих наконечників, висунутих з корпусу.

По новому колу йде розвиток робочого органу - пера, який перетворився на цілу підсистему - пишучий вузол:

  •  А.с. 825357: перо для письма, в якому замість фігурної пластини з пишуть вістрям і капілярним чернілоподводящім каналом, утвореним поздовжнім розрізом (недостатньо надійна і складна подача чорнила, важко отримати необхідну жорсткість пера) запропонована пластина, що має подовжню V-подібну складку, внутрішня порожнина якої утворює капілярний канал (рис. 2 е).
  •  А.с. 867687: пір'яна ручка з регульованою шириною розщіп, містить втулку з різьбою, яку обертають (це скорочує витрату чорнила при листі).
  •  А.с. 941225: пишучий вузол пір'яний авторучки, в якій для виключення нерівномірної подачі чорнила до кінчика пера, подтекаемості, викиду чорнила - запропонований вкладиш з КПМ.
  •  А.с. 1076321: те ж, але втулка має змінне перетин.

Сучасний період характеризується двома тенденціями:

  • "  інтелектуалізація  "Авторучки, різке ускладнення конструкції за рахунок введення електронних блоків, спроба збільшити корисну функцію шляхом тонкої і точної саморегуліровкі.

А.с. 1214495: авторучка, що містить корпус, резервуар, пишучий наконечник з капілярним каналом, електронний блок управління краплеутворення на виході з наконечника, що відрізняється тим, що з метою підвищення надійності містить електричний датчик сили, перетворювач напруги в частоту з підсилювачем, трансформаторний вихід, який з'єднаний з п'єзоелектричним перетворювачем (трубчастий, поляризований в радіальному напрямку), в якому розташований капілярний канал. Натиск пальцем внизу ручки на пластину датчика, спрацьовує перетворювач (трубчастий), обсяг капіляра зменшується, виштовхується крапля з випускного отвору. При збільшенні сили натискання збільшується частота виштовхування крапель: від 0 до 2 кГц і більше.

  •  з'явилися перші ознаки згортання цієї ТЗ.

А.с. 1250478: інструмент Котова для письма (рис. 2 ж); лист з використанням руху пальця руки (прототип пат. Франції 1264621).

Проте ще в самий розпал удосконалень авторучки з'явилася нова технічна система.

Один з головних недоліків авторучки - плями. У 1938 р. угорський журналіст і видавець Ласло Біро винайшов кулькову авторучку, взявши за основу швидковисихаючу друкарську фарбу. Отримавши патент він перед початком війни виїхав до Аргентини і в 40-х роках почав там серійне виробництво ручок. Перебував у той час в Південній Америці англієць Генрі Мартін швидко оцінив значення кулькової ручки. Йшла друга світова війна, і штурмани бомбардувальної авіації зазнавали неабияких труднощів, роблячи навігаційні розрахунки в повітрі: традиційні пір'яні ручки для цього не годилися, так як при перепадах тиску з них витікало чорнило, а працювати олівцями було незручно. За чималу суму Мартін придбав у братів Біро право на випуск кулькових ручок в Англії. Переобладнавши занедбаний ангар, він почав їх виготовлення спеціально для королівських військово-повітряних сил. Скоро виробництво було налагоджено і в США. За один тільки рік американські та британські штурмани отримали 30 тисяч кулькових ручок.

21 жовтня 1945 один нью-йоркський універмаг запропонував кулькові ручки звичайним покупцям. Успіх був величезний. За день вдалося продати 10 тис. ручок, хоча коштувала новинка недешево - стільки, скільки американський промисловий робітник отримував за 8 годин. У 1948 р. виробництвом кулькових ручок зайнялася відома фірма "Паркер".

Істинно масове виробництво, яке призвело до швидкого падіння цін на новинку, перший освоїла французька фірма "БІК". Сьогодні вона щодня випускає понад 10 мільйонів кулькових ручок.

Масовий випуск підштовхнув до вдосконалення всіх підсистем кульковою авторучки. Насамперед, робочого органу (кульки):

  •  А.с. 77080: записуючий пристрій до автоматичних ручкам, в якій утримує кульку поверхня має пази для кращого його змочування.
  •  А.с. 1234228: інструмент для письма, що містить кульку, трубчастий корпус, резервуар для барвника (рис. 2 з), в якому для підвищення надійності в роботі і якості нанесених ліній, кулька виконаний із заглибленнями у вигляді радіальних каналів, частина з них має конусообразное звуження до центру кульки, з діаметром вхідного отвору більше, ніж у решти каналів. При обертанні через звільнилися від фарби канали надходить порція заміщує атмосферного повітря. Залежно від кількості каналів з конусоподібним звуженням і їх розташуванням отримують орнаментовану несплошном лінію. Кульки можуть бути різного діаметру, знімні наконечники.

Застосування пасти замість чорнила з часом виявило недоліки, властиві тільки пасті. У патентному фонді є безліч технічних рішень щодо запобігання утворення в пасті повітряних бульбашок, пробок. Перші кулькові ручки мали поршень в резервуарі, він здійснював тиск (пружиною або гвинтом) на пасту - подача до кульки була рівномірною. Однак, при припиненні листи відбувалося зайве протікання пасти, необхідно було звільняти поршень від дії пружини - це ускладнювало конструкцію.
 А.с. 85680: для спрощення поршень працював лише під атмосферним тиском, так званий плаваючий поршень.

Були спроби замінити пасту чорнилом:

  •  А.с. 80986: кулькова ручка для звичайних рідких чорнила (не потрібні спеціальні чорнильні пасти); але цей винахід - від бідності, не було вітчизняної пасти. Хоча рішення, в цілому, прогресивно - при використанні чорнила потрібно менше зусилля при писанні.

Почали з'являтися нові підсистеми:

  •  А.с. 1164072: авторучка, що містить трубчастий резервуар з електричним нагрівальним елементом, що контактує з поверхнею листи елемент, що відрізняється тим, що з метою збільшення надійності в роботі, трубчастий резервуар виконаний у вигляді тришарового (середній шар електропровідний), містить джерело струму.

Прототип цього винаходу - пат. США 3725284, в якому електронагрів зовні стрижня; стрижень при цьому погано прогрівається при низьких температурах, конструкція ненадійна; включення здійснюється поворотом ковпачка.

Розроблено безліч складів паст. Головні вимоги до пасти суперечливі:

  •  паста в кульковою ручці повинна не застигати мінімум рік, а потрапивши на папір (20-30 с.) - висохнути;
  •  паста повинна бути рідкою, щоб добре змочувати кульку і залишати чіткий безперервний слід на папері, і в той же час повинна бути густою, щоб вона не випливала з ручки в неробочому положенні (коли вона висить, лежить);
  •  записи, зроблені пастою повинні тривалий час не вицвітати, не змінювати свій колір, не обсипатися.

Один з вдалих рішень: використання олігомерних складів (проміжне положення між мономерами і полімерами), вони досить рідкі, а потрапивши на папір, швидко полімеризуються і хімічно пов'язують барвники ("Хімія і життя", № 8, 1980, с.47).

"Інтелектуалізація" не минула і кулькову ручку:

А.с. 1113281: кулькова авторучка, яка для розширення функціональних можливостей містить електромеханічний перетворювач, датчик тактильної чутливості і тактильну осередок у вигляді прямокутної матриці Брайля; електромеханічний перетворювач (пьезокерамічні стрижні) з частотою 210-220 Гц. Для слабозорих - запис у вигляді коду Брайля.

Як і всяка ТС (і в першу чергу ТЗ близькі людині), кулькова ручка адаптується до руки, зокрема, в процесі динамізації з'являються гнучкі конструкції:

  •  А.с. 1202902: кулькова авторучка, у якої кінчик стержня разом з трубчастим пластичним корпусом може згинатися (при вгвинчування ковпачка) на кут такий, щоб завжди був кут 90 град. до поверхні листа (якнайкраще робоче положення кульок залежно від анатомічної будови кисті руки).

Одне з рішень, до якого часто поверталися - заміна пасти рідкими чорнилом. Це не випадково: кулька легше крутиться в чорнилі, а значить рука втомлюється не так швидко і пишеться легше (почерк краще). Кулькова ручка з'явилася як альтернатива "чорнильним ручкам", тому в прямому вигляді такої повернення не стався.

"У надрах" старої ТЗ зародилася і швидко розвинулася нова система - фломастер. Прообрази цього пристрою можна знайти і в системі олівець ("хімічний"), і в пір'яних ручках (використання КПМ), і в авторучка (запас рідких чорнила), і в кулькових ручках (корпус + пише стрижень, загострений кінець).

Наведемо лише два характерних винаходи:

  •  А.с. 294305 (пат. РФ, японська фірма): пишучий наконечник для авторучки (фломастера) - був стерженек з поздовжніми канавками зовні, запропоновано - внутрішній капілярний канал 0,02-0,04 мм з радіальними каналами і поперечними кільцевими канавками.
  •  А.с. 1158382: прилад для письма, що містить корпус, резервуар для барвника, насадок з капілярним каналом для виходу барвника, і засіб для викиду барвника через насадок, що відрізняється тим, що з метою підвищення якості листи і зручності користування, засіб для викиду виконано у вигляді намотаного на резервуар Металоплівкові конденсатора, одна обкладка якого через вимикач пов'язана з насадком. Від зовнішнього джерела заряджають конденсатор. Під дією електростатичних сил барвник виштовхується з капілярного каналу наконечника насадка, однойменно заряджені частинки барвника відштовхуються. Товщина лінії залежить від зарядного напруги.

Поява ЕОМ і швидко друкуючих пристроїв зажадало винаходу принципово нових способів автоматичного письма. Наприклад, один з перших винаходів:

  •  А.с. 147105: перо для здійснення запису на термічної папері (рис. 2 і): робоча частина у вигляді петлі струмопроводу, захищеної керамікою.

І одна з останніх розробок Інституту кібернетики АН УРСР ("НТР: проблеми та рішення", № 3, 1988, с.2) - надшвидкісний спосіб письма. ТС пише звичайним чорнилом на звичайному папері. Але в "новій ручці" немає ні кульки, ні пера, ні стержня, які мали б механічний контакт з папером. Ефект листи досягається тим, що пристрій вистрілює краплі чорнила об'ємом в кілька сот кубічних мікрон зі швидкістю до 10 тисяч крапель в секунду. Тому швидкість листи досягає величезної цифри: 8-12 м / сек. Продуктивність пристрою зростає в десятки разів, додамо до цього ще можливість отримання кольорових зображень.

 2.3.4. Винахід друкарства

Винахід друкарства (С.Наровчатов, "Наука і життя", № 5, 1972, с. 76-84) - революція в поширенні знань і в обміні інформацією.

Ідея, що передувала винаходу друкарства, виникла в незапам'ятні часи. Ще до ієрогліфів і клинопису скотарі таврували тварин (биків, коней): у кожного роду свій тавр. Друк від старослов'янського "тавро", "випалений знак". Друк на товари купців. Друк царя. Одне тавро на тисячі тварин, одна печатка на тисячі штук товарів ... Чому б за допомогою такого пристосування не відтиснути небудь важливий документ (молитва, гімн, маніфест)?

Найдавніший перший письмовий пам'ятник, документ виготовлений способом штемпелювання на глині ??знаменитий диск з Фесту (2-3 тисячоліття до н.е.), знайдений на Криті. На жаль, розшифрувати текст нікому ще не вдалося. Необхідність, суспільна потреба, диктували масове застосування штемпелювання й тиснення - наприклад, монетні двори. У Китаї для копіювання текстів, в умовах, коли переписувачі знали лише невелику частину ієрогліфів (3-5 тис. з 40 тисяч), а вимагалося точне відтворення, копії робили на дошці, вирізали ієрогліфи, наносили фарбу, накладали паперовий лист і терли м'якою щіткою (6 століття нашої ери). Гутенберг зробив сильне винахід: замість нерухомих, незмінних китайських дощок (для кожного тексту нову дошку!) Застосував рухливий запас букв для друкування будь-яких текстів.

До Гутенберга були відомі тільки два способи: штемпелювання (диск з Фесту), відбиток з дощок (Китай). Гутенберг об'єднав ці два способи, хоча відбиток з дощок і не був йому відомий. Найбільша китайський винахід - папір - швидко поширилося по світу: дешевизна в порівнянні з пергаментом і папірусом. На перше російське євангеліє новгородського посадника Остромира пішло ціле стадо биків, корів і телят. Папірус ріс тільки в долині Нілу. Папір виготовлялася з ганчірок, гілок, кори ...

Відбиток з дошки китайців проводився з використанням пухкої папери (промокашка), тому фарба просочувала лист наскрізь і не було потрібно вдаватися до дзеркального способу вирізування знаків на дошці.

Європа носила в середні століття лляні одягу, а льон надавав папері щільність, гнучкість, блиск і білизну.

Перша гостра потреба у друкуванні виникла через гральних карт, занесених до Європи хрестоносцями зі Сходу. Гра блискавично поширилася, а з нею і шахрайство через ручного виготовлення карт (легко підробити) розплодилося багато шулерів. Щоб зменшити можливість підробки, карти стали гравірувати на металевих листках. Звідси було легко перейти до отримання відбитків замість дерев'яних кліше, крім того, цим способом зацікавилася церква і пішли в народ потоки благочестивих картинок ... Текст на картинках писався від руки, дуже коротко (вбивство Авеля Каїном і т.п.). Серії гравюр зшивалися і ставали першими перед-книгами.

 Найуживаніші гравюри, наприклад календарі, друкувалися з текстом. Потім був широко надрукований підручник з латинської граматики для всіх європейських університетів.

Основна причина зростання потреби у друкуванні книг - різке збільшення грамотності населення до 15 століття. Торгівля, бюргерство, судочинство зажадали велику кількість грамотних людей (знаючих, які вміють швидко сприйняти попередній досвід і сучасну інформацію).

Головний сенс винаходу Гутенберга - рухливі літери, вирізані дзеркально, можна набирати з них рядки і за допомогою преса відтискувати їх на папері, це було не складно.

Перший шрифт Гутенберга - дерев'яний (не дуже міцний матеріал). Тому він знаходить співвідношення легко плавких металів і винаходить сплав.

 Із заліза він вирізає модель опуклою літери - пуансон. Потім надавливанием пуансоном на більш м'який метал (мідь) виходить зворотне стиснуте зображення літери. Це матриця. Заливаючи матриці легкоплавким металом (свинець, олово) отримують будь-яку кількість літер. Далі береться лінійка з бортами - верстатки - і набирається з літер текст. Рядки укладаються під прес з заготовленим аркушем паперу, натиснули рукоятку - відтиск готовий.

Книгодрукування швидко поширилося по Європі. У 1469 році почалося книгодрукування в Венеції. Один з венеціанських власників друкарні - Альдо, прагнучи надати книзі витонченість і бездоганність, винайшов чіткий красивий малюнок шрифту - курсив. Він же заснував (винайшов) видавництво. Величезні фоліанти зменшуються до томиків, доступних за ціною багатьом. У видавництві він організовує редакційна рада (30 письменників і вчених) для підвищення якості книг. Удосконалюється папір, шрифти, гравюри, плетіння ... Всього він випустив за своє життя 153 книги.

До кінця 15 століття було надруковано 10 мільйонів книг!! З них дійшло до нашого часу 40 тисяч.

По суті відбулася революція - масове впровадження технічного досягнення. Різко зросла швидкість поширення знань, а з ними і гуманістичних навчань.

 2.3.5. Зародження системи зв'язку (прийому-передачі інформації)

 Виникнення потреби .

Потреба у передачі, прийомі та аналізі інформації набагато старше людини, вона з'явилася разом з виникненням життя: спочатку у вигляді простого відображення змін навколишнього середовища, потім з появою і розвитком адаптивних (пристосувальних) механізмів з'явилися датчики змін середовища, які розвинулися згодом у складну систему органів щодо збору та обробки інформації. Довгий шлях еволюційного розвитку життя дав людині дві основні інформаційні системи - слух і зір.

З появою примітивних суспільних відносин у неандертальців виникла потреба в обміні інформацією між членами групи. Жести, пози, найпростіші звукові сигнали вже не задовольняли потребу. Розвинулася мова - звуковий канал передачі інформації, а значно пізніше - писемність і різні графічні знакові системи (наприклад, малюнки), тобто оптичний канал передачі інформації. З розвитком суспільних відносин, з ускладненням організації суспільства збільшувалася кількість зв'язків і вимоги до оперативності передачі інформації. Несистематична усна передача інформації, випадкова циркуляція чуток, глашатаї на площах і пр. - всі ці перш добре працювали способи не могли забезпечити швидку і точну передачу, наприклад, екстрених повідомлень.

 Головна корисна функція (ГПФ) майбутньої системи  : Високоякісна (безпомилкова) передача інформації достатнього обсягу на великі відстані з високою швидкістю .

Пояснення: це формулювання ГПФ системи зв'язку, що діяла протягом всієї історії розвитку цієї системи, діюча зараз, і ця ж ГПФ діятиме в майбутньому. З цієї ГПФ можна безпомилково визначити приналежність тієї чи іншої ТЗ до зв'язку.

Таке формулювання зовсім не означає, що до минулих ТС ми пред'являємо сьогоднішні вимоги: вся справа в тому, які вимоги стояли за словами цього формулювання на кожному конкретному етапі розвитку. А стояли тоді вельми скромні за нашою сьогоднішньою міркою завдання. Але це аж ніяк не означає, що і завдання були слабкими: відкриття, наприклад, багатьох електричних явищ було більш значною подією, ніж відкриття лазера.

 Синтез нової системи (поки ще не технічною) .

Повсюдно з'явилися гінці - піші або кінні - для передачі усної або письмової інформації. Системи гінців виникали при головних особах суспільної ієрархії. Але межа фізичних сил людей і тварин сильно обмежував швидкість і відстань передачі інформації. Як прискорити? Тут-то і виникло перше протиріччя в розвитку системи зв'язку: звук голосу рухається швидко (330 м / сек), але недалеко (десятки метрів), а гонець рухається повільно (5-10 м / сек), але далеко (кілька десятків км) .

Перший винахід, яке дозволяє це протиріччя, з'явилося в Персії за царя Кірі в 530 році до н.е. На певній відстані один від одного ставили людей і вони передавали по ланцюжку повідомлення. Юлій Цезар описав подібну систему стародавніх галлів: вони могли передавати повідомлення на відстань 300 км за три години (близько 25 м / сек на сотні км). Використано прийом об'єднання, утворилася полі-система. І прийом збільшення, так як вже існувала передача наказів в армії по ланцюгу або по колоні.

Поступово виявилися недоліки цієї системи: 1) звук сильно слабшав із збільшенням відстані між ланками ланцюга, було потрібно занадто велика кількість людей при передачі на великі відстані; 2) низька швидкість прийому-передачі в ланці і помилки в ланках.

У 1670 році англієць С.Морленд винайшов рупор - воронкоподібну трубу з жерсті, скла, латуні, міді, довжина до 6 метрів. Рупор концентрував звук, збирав його в пучок в одному напрямку, чутність до 1,5 милі. Це властивість було відомо і раніше - в духових музичних інструментах ("іерехонская труба").

Паралельно розвивалася система передачі інформації без участі людського голосу: в Африці за допомогою барабанів-тамтамів, в стародавній Греції - багаття, в Росії - дим від багать на пагорбах і курганах. Погано: тільки "так" і "ні". Система залишилася тільки в маяку, світлофорі. Потім в Стародавній Греції з'явилася факельна сигналізація: алфавіт передавався факельними знаками. Ця система збереглася до 20 століття: морська флажковая сигналізація. Оптична система передачі інформації також мала недоліки: малий обсяг повідомлень, низька швидкість передачі (довго складати повідомлення з літер). Однак, головна перевага - незмірно більш висока швидкість поширення світла зумовило розвиток саме цієї системи.

Удосконалив систему оптичного зв'язку французький механік К.Шапп, який винайшов в 1789 році оптичний телеграф. На вежі розташовувалося пристрій з рухомих чорних (добре видимих ??вдень) планок. Переставляючи планки можна було отримати двісті різних фігур. Шифр займав 92 сторінки по 92 слова на кожній. Телеграфіст передавав спочатку номер сторінки, потім номер слова. Перша лінія з 20 веж зв'язала з 1794 року Париж з Ліллем. Швидкість повідомлення в обох напрямках спочатку становила 45 хвилин, а з часом, при підвищенні кваліфікації телеграфістів досягла 6 хвилин. Телеграфом зацікавився сам Наполеон і незабаром цей пристрій отримав досить широке поширення.

Росія закупила такі пристрої у фірми "Шапп", незважаючи на те, що ще в 1794 році І. П. Кулібін винайшов більш досконалу і зручну у зверненні схожу систему, причому вже в тому ж році він демонстрував модель такої "дально-сповіщає машини" . Перші лінії зв'язали Петербург з Шліссельбургом і Кронштадтом, а в 1839 році з Варшавою (1200 км).

Принципово система Шаппа нічим не відрізнялася від попередніх систем. Їй притаманні були ті ж недоліки: залежність від метеоумов (дощ, вітер, туман), мала швидкість проміжної приймально-передачі, безліч помилок при передачі на великі відстані.

 Що було потрібно для збільшення ГПФ?

Виключити всі проміжні ланки, крім першого і останнього, при збереженні між ними швидкості передачі, що дорівнює швидкості світла. Замінити середу передачі сигналу (повітря), піддану випадковим заважає впливам.

  •  Г.В.Ріхман (1711-1753), перший електрик Росії, сподвижник і друг М. В. Ломоносова. Винайшов прилад під назвою "Утіха очам". Включаючи в ланцюг електричний дзвінок, він звернув увагу на іскри, прослизають між молоточком і дзвіночком в момент удару. Розірвавши дріт на безліч ланок, він з'єднав місця розривів льняною ниткою. У цих проміжках також проскакували іскри. "Подібну ланцюг можна зігнути і так зміцнити, пише винахідник, щоб вона утворювала літери. Звідси легко зрозуміти, що збуджуючи електрику, можна показувати букви і різноманітні фігури, здатні доставляти втіху очам" ("Техніка-молоді", № 1, 1987, с . 42-43).
  •  Електростатичний телеграф, 1753 рік, Шотландія, Ч.Морісон. Електростатичної машиною створюється електричний заряд, який надсилається по ізольованому проводу в пункт призначення. для передачі літерного тексту між двома пунктами береться стільки проводів, скільки букв в алфавіті. На станції прийому цей заряд сприймає кулька, який притягує до себе папірець з буквою.
  •  "Телефонне мистецтво", проект Х.Вольке утримувача одного з петербурзьких пансіонів, 1795 рік. Акустична зв'язок по трубах. Проект зв'язку між Петербургом і Кронштадтом демонструвався Єкатерининському двору.
  •  "Телефоніум", В.Судр, Франція, 1828 рік. Механічний пристрій для передачі звуків на відстані (молоток, дзвін, металева труба для передачі звуку). Подібна пропозиція: Ч. Уитстон, Англія, 1831 рік.
  •  "Телефон", Е.Ромерсгаузен, Німеччина, 1838 рік. Пристрій для зв'язку, засноване на здатності залізничних рейок далеко проводити звук.
  •  "Шнурковим телефон", Р.Гук, 1667. Між двома коробками натягувалася нитка (шнурок), нитка кріпилася в дні коробки вузлом, при натягу нитки звук передавався від однієї коробки до іншої (дно коробок служило мембраною) - відома дитяча іграшка.

Подальша історія розвитку:

  •  винахід Вольта (1800) джерела електричного струму,
  •  електричний телеграф Земмерінга (1809), що сигналізує про переданої букві розкладанням води у ванночці у одного з 35 проводів,
  •  відкриття Ерстед (1820) магнітного дії електричного струму,
  •  електромагнітний телеграф П. Л. Шиллінг (1828),
  •  перші друкарські телеграфи Б.С.Якобі і С.Ф.Морзе (1837),
  •  буквопечатающій телеграф Д.Юза (1855),
  •  винахід телефону, радіо ...

 2.3.6. Виникнення і розвиток парової машини

Силу пара знали ще стародавні (Архімед, Герон Олександрійський, Леонардо да Вінчі). Герон більше 2 тис. років тому виготовляв не тільки іграшки, які приводяться в дію парою, але й створив парову машину, що відкривала двері храму. Стародавні греки не використовували парові двигуни тільки тому, що праця рабів був дешевший, у них не було стимулу удосконалювати техніку.

Тільки в 17 столітті (1615) француз С. де Ко відтворив машину Герона: через герметичну кришку бака з водою виходила труба, бак ставили на вогонь, вода закипала і пар піднімав воду в трубі, наскільки б вона не була висока. Досвід наочно демонстрував силу пари.

Вже перші моделі парових машин мали всі складові частини технічної системи: ІЕ - вогонь, Дв - казан з водою, що перетворює теплову енергію в механічну (розширення пара), Тр - труба, РО - пар, виріб - вода в трубі, ОУ - людина ( за допомогою вогню).

У 1663 році була запатентована і запрацювала машина маркіза Уорчестера: машина мала паровий котел, від нього йшла труба до двох баків з водою, при відкритті крана на одній з труб вода з бака витіснялася паром в водопідіймальну трубу, в цей час другий бак заповнювали свіжою порцією води; кран на першій трубі закривався, в котлі піднімався тиск, відкривався другий кран і т.д.

РВ ускладнився - з'явилися баки й крани, що дали можливість управляти вже самим робочим органом. РВ розвивається і далі, при незмінній схемі роботи інших частин (ІЕ-Дв-Тр), з'являються елементи автоматичної дії (клапани) і новий принцип обробки виробу - води (всмоктування замість нагнітання).

У 1698 році англійський інженер Т.Севері отримав патент на парову водопідіймальну машину (відкачка води з шахт), в якій, на відміну від машини Уорчестера, в водопод'емной трубі були встановлені клапани (рис. 3). Вентиль на паровому котлі відкривався, пар витісняв повітря з 2, при цьому клапан А відкривався (клапан Б закритий) і вода потрапляла в 3. Потім 2 охолоджувався водою, в ньому різко падав тиск, утворювався вакуум, підсмоктував вода з 4 через клапан Б (А закритий) і цикл повторювався. Модель машини з успіхом демонструвалася Королівському товариству.

У 1705 році був виданий патент ковалеві і железоторговцу Т.Ньюкомену на водопідіймальну машину, в якій вперше використовувалися циліндри з поршнем.

Поршень насоса 1 під дією власної ваги опускався вниз, вода з циліндра витіснялася в ємність 3 (А відкритий, В закритий). в цей час робочий циліндр 5 був заповнений парою, що надійшли з парового котла 7 (D відкритий, С закритий). Коромисло 4 нахилялося вліво, штовхало поршень насоса 1. Потім робочий циліндр охолоджувався водою зовні (після вдосконалення впорскував воду в циліндр) пар в 5 конденсировался і тиск падав нижче атмосферного. Впорскування води з ємності 6, відкривався кран С. В 5 утворювався вакуум і поршень під дією атмосферного тиску опускався вниз, коромисло 4 поверталося вправо, поршень насоса 1 піднімався, клапан Б відкривався, циліндр насоса заповнювався водою з 2. Цикл повторювався. Машина тому називалася атмосферної.

Вже до 1770 на півночі Англії працювало близько 100 машин, а до 1780 року на Корнуєльский олов'яних рудниках (південний захід Англії) працювало не менше 70 машин.

При роботі машини було потрібно відкривати і закривати крани, що подають в циліндр то пар (D), то воду (С). Один з хлопчиків, приставлених до такої машини, Гемфрі Поттер, відкрив епоху автоматичних машин: він пов'язав крани з коромислом мотузкою і вони стали самі відкриватися і закриватися ...

Витіснення людини з ТЗ продовжувалося і далі.

У 1763 році І. І. Повзунів, після знайомства з роботами Севері і Ньюкомена, розробив проект першого у світі універсальної парової машини, потужність 1,8 к.с. . На відміну від машини Ньюкомена, яка не могла безперервно виробляти роботу і використовувалася тому для приводу знарядь переривчастої дії (наприклад, водооткачивающих насосів), машина Ползунова могла виробляти роботу безперервно, тобто була спроектована як універсальна. Їм були застосовані два циліндра (бі-система), поршні яких по черзі передавали роботу на загальний вал. Вперше висунутий Ползуновим принцип складання роботи декількох циліндрів на одному валу знайшов надалі широке застосування (у тому числі в ДВС). Повзунів також розробив спеціальну автоматичний пристрій, що виробляє розподіл пари і води.

Джеймс Уатт відкрив майстерню з ремонту різних приладів, вивчав властивості води і водяної пари, визначив досвідченим шляхом залежність між тиском і температурою водяної пари. У 1764 році йому принесли для ремонту модель машини Ньюкомена. Уважно вивчивши машину, він правильно визначив великий її недолік: через впорскування води для конденсації пари циліндр машини сильно охолоджувався, а при подачі в нього пара його необхідно було знову нагрівати (велика витрата тепла і палива). Уатт зробив два важливих удосконалення:

  •  конденсатор пара 5 (пар конденсировался не в циліндрі, а в конденсаторі),
  •  парова сорочка 2 навколо циліндра.

Це істотно підвищило к.к.д. машини.

Насосна парова машина Уатта виявилася такою вдалою, що якщо в 1778 році на Корнуєльский руднику було 70 машин Ньюкомена, то до 1790 всі вони, крім однієї, були замінені машинами Уатта (пат. 1769).

Область застосування парових машин розширювалася, великі замовлення надходили з боку розвивається текстильної промисловості, були потрібні універсальні двигуни для приводу обертових верстатів.

Патент на універсальний паровий двигун Уатт отримав в 1781 році. Він розробив і створив парову машину з циліндрами подвійної дії, розробив відцентровий регулятор та індикатор. Почав застосовуватися давно відомий кривошипно-шатунний механізм.

Через 20 років удосконалень Уатт позбувся холостого ходу: закрив циліндр кришкою з сальником, тепер можна було подавати пар по черзі по обидві сторони поршня - з'явилася машина безперервної дії. У парову сорочку подавався відпрацьований пар, створювалася теплозащитная оболонка. У конденсаторі пар віддавав тепло холодній воді, яка надходила в котел. Для управління подачею пара Уатт винайшов золотник, який замінив систему кранів: він переміщався поршнем машини допомогою спеціальних тяг. Відцентровий регулятор був необхідний для переміщення заслінки в паропроводі, це потрібно для підтримки постійної швидкості машини (незважаючи на зміну навантаження і тиск пари в котлі).

 2.3.7. Колесо воза

ТС відшліфовані "природним відбором" по МПіО досягають досконалості, їх елементи взаємодіють один з одним найоптимальнішим чином, тобто ідеально підлаштовані під закони реального світу (фізичні, хімічні, біологічні, економічні), налаштовані на максимальне виконання корисних функцій. При цьому, творці цих ТЗ часто не мають поняття про закони, оптимальному проектуванні, винахідництві ...

Д.Стерт, автор книги (дослідження) "Колісна майстерня" пише: "Який сенс у розвалі і чашеобразную коліс? На сором своєму, я повинен зізнатися, що це питання мучив мене багато років, навіть після того, як я переконався в численних перевагах цієї дивної форми і в тому, що колеса без розвалу можуть не пройти і милі. Ясно, що розвал потрібен, але навіщо? Чому колесо без нього завжди вивертається назовні, як парасолька на вітрі? Чому під вантажем, якщо він і справді занадто важкий, колесо ніколи не ламається яким-небудь іншим чином, а завжди одним і тим же? "

Лише багато пізніше він наткнувся на правильну відповідь, коли помітив, що колеса залишають на дорозі хвилястий слід, похитуючись з боку в бік при кожному кроці коні. "Навантажений кузов воза чи вози, розгойдуючись в такт з кроком коні, завдає колесам різкі удари то з одного, то з іншого боку. Він рухається з одного боку в іншу і б'є по маточини коліс. Сприйнявши поштовх, ліве колесо та година ж передає навантаження правому, і навпаки. І так день у день, в будь упряжці. На колеса діє не тільки вертикально спрямований вага вантажу, їм доводиться також весь час сприймати зусилля, докладені до центру "(Цит. по: Дж.К.Джонс. Методи проектування. М.: Мир, 1986, с. 53 -54).

Технічне рішення, знайдене і відпрацьоване протягом декількох століть, з великими труднощами розгадане сучасним дослідником, являє собою приклад ТЗ, налаштованої (націленої) на максимальне виконання ГПФ.

Але цей шлях, шлях незліченних невдач і успіхів у процесі багатовікового пошуку по МПіО, занадто повільний і дорогий.

 2.3.8. Поморський коч

Первісна людина селився вздовж річок, тому одне з перших виниклих потреб була потреба переправи. Випадкове відкриття: колода має хорошу плавучість. Після тривалих спостережень: колода з дуплом має ще більшу плавучість. Штучне дупло - човник зі стовбура дерева.

Боротьба за швидкість, за непотоплюваність - спостереження за довкіллям, праця допомогли винайти весло, потім вітрило. Усі винаходи робилися за методом проб і помилок: спробували так - судно потонуло, значить, зробимо інакше. Вдалі знахідки закріплювалися, системи удосконалювалися. Кожна ТС "відшліфовувалася" сотні років.

Прикладом до межі вдосконаленої системи може служити поморський коч - дерев'яне вітрильне судно російської Півночі. При стисканні в льодах воно не розчавлюють, а попросту вичавлювалося вгору, тому що воно мало спеціальну форму.

Ясно, що тисячі суден до цього блискучого винаходи загинули, потонули, зникли; залишилися лише суду найбільш близькою до яйцевидної формі корпусу. Стався своєрідний природний відбір. Саме таку форму згодом застосував на своєму "Фрам" Нансен, а потім і творець "Єрмака" Макаров.

Крім непотоплюваності кочи мали і чудові ходові якості, вони проходили 70-80 (до 100) миль на добу (англійські торгові судна, що заходили в Архангельськ проходили не більше 50 миль на добу, голландські фрегати 40 миль на добу). Незважаючи на це цар Петро заборонив під страхом покарання будувати ці "староманерние" суду. Але спроба "директивного" гальмування розвитку ТЗ не вдалася - кочи будували до 20 століття.

Так що ж, є досягнення у МПіО? Так, є. Але якою ціною! Скільки років! Скільки життів!

За підрахунками американських дослідників Рехнітцера і Террі за тисячоліття існування мореплавання в Світовому океані загинуло близько мільйона судів ...

 Зміст  Далі

наверх

psm.in.ua

     © psm.in.ua - підручники, статті та монографії
енциклопедія  флотський  пломбір  зелені  запіканка