Тема 10. Науково-технічна революція другої половини ХХ століття

В кінці XIX сторіччя наступила «Епоха електрики». Якщо перші машини створювалися майстрами-самоучками, то тепер наука владно втрутилася в життя людей – впровадження електродвигунів було наслідком досягнень науки. «Епоха електрики» почалася з винаходу динамомашини; генератора постійного струму, його створив бельгійський інженер Зиновій Грамм в 1870 році. Унаслідок принципу оборотності машина Грама могла працювати як як генератор, так і як двигун; вона могла бути легко перероблена в генератор змінного струму. У 1880-х роках що працював в Америці на фірмі «Вестінгауз електрик» югослав Никола Тесла створив двофазний електродвигун змінного струму. Що одночасно працював в Германії на фірмі АЕГ російський електротехнік Михайло Доліво-добровольський створив ефективний трифазний електродвигун. Тепер завдання використання електроенергії упиралося в проблему передачі струму на відстань. У 1891 році відбулося відкриття Усесвітньої виставки у Франкфурті. За замовленням організаторів цієї виставки Доліво-добровольський створив першу ЛЕП високої напруги і трансформатор до неї; замовлення передбачало такі стислі терміни, що не проводилося ніяких випробувань; система була включена - і відразу запрацювала. Після цієї виставки Доліво-добровольський став провідним електротехніком того часу, а фірма АЕГ стала найбільшим виробником електротехніки. З того часу заводи і фабрики почали переходити від парових машин до електродвигунів, з'явилися крупні електростанції і лінії електропередач.

Великим досягненням електротехніки було створення електричних ламп. За рішення цієї задачі в 1879 році узявся американський винахідник Томас Едісон; його співробітники виконали понад 6 тисяч дослідів, опробуя для нитки розжарення різні матеріали, кращим матеріалом виявилися волокна бамбука, і перші лампочки Едісона були «бамбуковими». Лише опісля двадцять років за пропозицією російського інженера Лодигина нитку розжарення почали виготовляти з вольфраму.

Електростанції вимагали двигунів дуже великої потужності; ця проблема була вирішена створенням парових турбін. У 1889 році швед Густав Лаваль отримав патент на турбіну, в якій швидкість витікання пари досягала 770 м/сек. Одночасно англієць Чарлз Парсонс створив багатоступінчату турбіну; турбіна Парсонса почала використовуватися не тільки на електростанціях, але і як двигун швидкохідних судів, крейсерів і океанських лайнерів. З'явилися також гідроелектростанції, на яких використовувалися гідротурбіни, створені в 30-х роках французьким інженером Бенуа Фурнероном. Американець Пелтон в 1884 році запатентував струменеву турбіну, що працювала під великим тиском. Гідротурбіни мали дуже високий к.п.д., порядка 80%, і отримувана на гідростанціях енергія була дуже дешевою.

Одночасно з роботами із створення надпотужних двигунів йшла робота над малими пересувними двигунами. Спочатку це були газові двигуни, що працювали на світильному газі; вони призначалися для дрібних підприємств і ремісничих майстерень. Газовий двигун був двигуном внутрішнього згорання, тобто згорання палива здійснювалося безпосередньо в циліндрі і продукти згорання штовхали поршень. Робота при високих температурах в циліндрі вимагала системи охолоджування і мастила; ці проблеми були вирішені бельгійським інженером Етьеном Ленуаром, який і створив в 1860 році перший газовий двигун.

Проте отримуваний з деревної тирси світильний газ був дорогим паливом, перспективнішими були роботи над двигуном, такими, що працювали на бензині. Бензиновий двигун зажадав створення карбюратора, пристрою для розпилювання палива в циліндрі. Перший працездатний бензиновий двигун був створений в 1883 році німецьким інженером Юліусом Даймлером. Цей двигун відкрив еру автомобілів; вже в 1886 році Даймлер поставив свій двигун на чотириколісний екіпаж. Ця машина була продемонстрована на виставці в Парижі, де ліцензію на її виробництво купили французькі фабриканти Рене Панар і Етьен Льовассор. Панар і Льовассор використовували тільки двигун Даймлера; вони створили свій автомобіль, оснастивши його системою зчеплення, коробкою передач і гумовими шинами. Це був перший справжній автомобіль; у 1894 році він виграв перші автомобільні гонки Париж-Руан. Наступного року Льовассор на своєму автомобілі виграв гонку Париж-Бордо. «Це було безумство! – сказав переможець. - Я мчався із швидкістю 30 кілометрів на годину!» Проте Даймлер сам вирішив зайнятися виробництвом автомобілів; у 1890 році він створив компанію «Даймлер моторен», і десять років опісля ця компанія випустила перший автомобіль мазкі «Мерседес». «Мерседес» став класичним автомобілем почала XX століття; він мав чотирициліндровий двигун потужністю 35 л. с. і розвивав швидкість 70 км/год. Ця красива і надійна машина мала неймовірний успіх, вона поклала початок масовому виробництву автомобілів.

До. п. д. двигуна Даймлера складав близько 20%, до. п. д. парових машин не перевершував 13%. Тим часом згідно теорії теплових двигунів, розробленої французьким фізиком Карно, к.к.д ідеального двигуна міг досягати 80%. Ідея ідеального двигуна хвилювала розуми багатьох винахідників, на початку 90-х років її спробував утілити в життя молодий німецький інженер Рудольф Дізель. Ідея Дизеля полягала в стисненні повітря в циліндрі до тиску порядка 90 атмосфер, при цьому температура досягала 900 градусів; потім в циліндр уприсувалося паливо; в цьому випадку цикл роботи двигуна виходив близьким до ідеального «циклу Карно». Дизелю не вдалося повністю реалізувати свою ідею, із-за технічних труднощів він був вимушений знизити тиск в циліндрі до 35 атмосфер. Проте, перший двигун Дизеля, що з'явився в 1895 році, викликав сенсацію – його до. п. д. складав 36%, удвічі більше, чим у бензинових двигунів. Багато фірм прагнули купити ліцензію на виробництво двигунів, і вже в 1898 році Дизель став мільйонером. Проте виробництво двигунів вимагало високої технологічної культури, і Дизелю багато років довелося їздити по різних країнах, налагоджуючи виробництво своїх двигунів.

Двигун внутрішнього згорання використовувався не тільки в автомобілях. У 1901 році американські інженери Харт і Парр створили перший трактор, в 1912 році фірма «Холт» освоїла випуск гусеничних тракторів, і до 1920 року на американських фермах працювало вже 200 тисяч тракторів. Трактор узяв на себе не тільки польові роботи, його двигун використовувався для приведення в дію молотарок, косарок, млинів і інших сільськогосподарських машин. Із створенням трактора почалася масова механізація сільського господарства.

Поява двигуна внутрішнього згорання зіграла велику роль в зародженні авіації. Спочатку думали, що досить поставити двигун на крилатий апарат - і він підніметься в повітря. У 1894 році знаменитий винахідник кулемета Максим побудував величезний літак з розмахом крил в 32 метри і вагою 3,5 тонни – ця машина розбилася при першій спробі піднятися в повітря. Виявилось, що основною проблемою повітроплавання є стійкість польоту. Це завдання вирішувалося довгими експериментами з моделями і планерами. Ще в 1870-х роках француз Пено створив декілька маленьких моделей, що приводяться в дію гумовим моторчиком; результатом його експериментів був вивід про важливу роль хвостового оперення. У 1890-х роках німець Отто Лілієнталь зробив близько 2 тисяч польотів на сконструйованому ним планері. Він управляв планером, балансуючи своїм тілом, і міг знаходитися в повітрі до 30 секунд, пролітаючи за цей час 100 метрів. Досліди Лілієнталя закінчилися трагічно, він не зміг справитися з поривом вітру і розбився, впавши з висоти 15 метрів. Роботу над створенням планерів продовжили американці брати Райт, власники велосипедної майстерні в місті Дейтоне. Брати Райт ввели вертикальне кермо, поперечне кермо-елерон і зміряли підйомну силу крил за допомогою продування у винайденій ними аеродинамічній трубі. Побудований братами Райт планер був добре керованим і міг триматися в повітрі близько хвилини. У 1903 році брати Райт поставили на планер невеликий бензиновий двигун, який вони виготовили самі, в своїй майстерні. 14 грудня 1903 року Вільбур Райт зробив перший моторний політ, пролетівши 32 метри; 17 грудня дальність польоту досягла 260 метрів. Це були перші польоти в світі, до братів Райт ще не один аероплан не міг піднятися в повітря. Поступово збільшуючи потужність мотора, брати Райт вчилися літати на своєму аероплані; у жовтні 1905 року літак протримався в повітрі 38 хвилин, пролетівши по кругу 39 кілометрів. Проте досягнення братів Райт залишилися непоміченими, і їх звернені до уряду прохання про допомогу залишилися без відповіді. У тому ж 1905 року брати Райт були вимушені через нестачу засобів припинити свої польоти. У 1907 році Райти відвідали Францію, де громадськість з великим інтересом відносилася до польотів перших авіаторів – правда, дальність польотів французьких авіаторів вимірювалася лише сотнями метрів, і їх аероплани не мали елеронів. Розповіді і фотографії братів Райт викликали у Франції таку сенсацію, що її луна докотилася до Америки і уряд негайно надав Райтам замовлення на 100 тисяч доларів. У 1908 році новий аероплан Райтов зробив політ тривалістю в 2,5 години. Замовлення на аероплани посипалися з усіх боків, в Нью-Йорку була заснована літакобудівна компанія «Райт» з капіталом 1 млн. доларів. Проте вже в 1909 році відбулося декілька катастроф на «райтах», і наступило розчарування. Річ у тому, що літаки братів Райт не мали хвостового оперення, і тому часто «клювали носом». Французькі авіатори знали про необхідність хвостового оперення з дослідів Пено; незабаром вони запозичили у братів Райт елерони і перевершили своїх американських побратимів. У 1909 році Луї Блеріо зробив переліт через Ла-манш. У цьому ж році Анрі Фарман створив першу масову модель аероплана, знаменитий «Фарман-3». Цей літак став основною учбовою машиною того часу і першим аропланом, який почав випускатися серійно.

В кінці XIX століття продовжувалася робота над створенням нових засобів зв'язку, на зміну телеграфу прийшли телефон і радіозв'язок. Перші досліди по передачі мові на відстань проводилися англійським винахідником Рейсом в 60-х роках. У 70-х роках цими дослідами зацікавився Александер Белл, шотландець, що емігрував до Америки і викладав спочатку в школі для глухонімих дітей, а потім в університеті Бостона. Один знайомий лікар запропонував Белу скористатися для експериментів людським вухом і приніс йому вухо від трупа. Белл скопіював барабанну перетинку, і, помістивши металеву мембрану поряд з електромагнітом, добився задовільної передачі мові на невеликі відстані. У 1876 році Белл узяв патент на телефон і в тому ж році продав більше 800 екземплярів. Наступного року Дейвіз Юз винайшов мікрофон, а Едісон застосував трансформатор для передачі звуку на великі відстані. У 1877 році була побудована перша телефонна станція, Белл створив фірму по виробництву телефонів, і через 10 років в США було вже 100 тисяч телефонних апаратів.

При роботі над телефоном у Едісона виникла думка записати коливання мікрофонної мембрани. Він забезпечив мембрану голкою, яка записувала коливання на циліндрі, покритому фольгою. Так з'явився фонограф. У 1887 році американець Еміль Берлінер замінив циліндр круглою пластинкою і створив грамофон. Грамофонні диски можна було легко копіювати, і незабаром з'явилася безліч фірм, що займалися звукозаписом.

Новий крок в розвитку зв'язку був зроблений з винаходом радіотелеграфу. Науковою основою радіозв'язку була створена Максвелом теорія электоромагнитных хвиль. У 1886 році Генріх Герц експериментально підтвердив існування цих хвиль за допомогою приладу, званого вібратором. У 1891 році французький фізик Бранлі виявив, що металева тирса, поміщена в скляну трубку, міняє опір під дією електромагнітних хвиль. Цей прилад отримав назву когерера. У 1894 році англійський фізик Лодж використовував когерер, щоб реєструвати проходження хвиль, а наступного року російський інженер Олександр Попов приробив до когерера антену і пристосував його для ухвалення сигналів, що випускаються вібратором Герца. У березні 1896 року Попів продемонстрував свій апарат на засіданні Російського физико-хімічного суспільства і провів передачу сигналів на відстань 250 метрів. Одночасно з Поповим свою радіотелеграфну установку створив молодий італієць Гульельмо Марконі; він першим зумів запатентувати цей винахід; а наступного року організував акціонерне суспільство для його використання. У 1898 році Марконі включив в свій приймач джиггер – прилад для посилення антенних струмів, це дозволило збільшити дальність передачі до 85 миль і здійснити передачу через Ла-манш. У 1900 році Марконі замінив когерер магнітним детектором і здійснив радіозв'язок через Атлантичний океан: президент Рузвельт і король Едуард VIII обмінялися по радіо вітальними телеграмами. У жовтні 1907 року фірма Марконі відкрила для широкої публіки першу радіотелеграфну станцію.

Одним з чудових досягнень цього часу було створення кінематографа. Поява кіно була прямо пов'язана з удосконаленням винайденої фотографії Дагером. Англієць Меддокс в 1871 році розробив сухобромжелатиновый процес, який дозволив скоротити витримку до 1/200 секунди. У 1877 році поляк Лев Варнеке винайшов роликовий фотоапарат з бромсеребряной паперовою стрічкою. У 1888 році німецький фотограф Аншюц створив моментальний шторний затвор. Після цього з'явилася можливість робити моментальні знімки, і вся проблема звелася до створення механізму стрибка, щоб проводити знімки через проміжки в частку секунди. Цей механізм і перший кіноапарат були створені братами Люмьерамі в 1895 році. У грудні цього року був відкритий перший кінотеатр на бульварі Капуцинів в Парижі. У 1896 році Люмьери об'їхали всі європейські столиці, демонструючи свій перший кінофільм; ці гастролі мали колосальний успіх.

В кінці XIX в. вперше створюються речовини, що іменуються тепер пластмасами. У 1873 р. Дж. Хайеттом (США) був запатентований целулоїд — перше з таких речовин, таке, що увійшло до широкого ужитку. Перед Першою світовою війною були винайдені бакеліт і інші пластмаси, що носять загальну назву фенопластов. Виробництво штучного волокна почалося після того, як в 1884 р. французький інженер Г. Шардоне розробив метод отримання нітрошовку; згодом навчилися проводити штучний шовк з віскози. У 1899 р. російський учений І. Л. Кондаков поклав початок отриманню синтетичного каучуку.

Останні десятиліття XIX в. були часом технічних зрушень в будівельній справі. Будівництво висотних будівель, або, як їх сталі називати, «хмарочосів», почалося в Чікаго в 80-х рр. XIX століття. Першою будівлею нового типу вважається 10-поверховий будинок страхової компанії Чікаго, побудований в 1883 р. архітектором У. Джені, який застосував сталеві перекриття. Посилення стенів сталевим каркасом, на який почали спирати балки міжповерхових перекриттів, дозволило збільшити висоту будівель удвічі. Найвищою будівлею тих часів був нью-йоркський 58-поверховий хмарочос заввишки в 228 метрів, побудований в 1913 році. Але високою спорудою була Ейфелева башта, своєрідний пам'ятник «століття стали». Споруджена французьким інженером Гюставом Ейфелем на Марсовому полі в Парижі у зв'язку з Усесвітньою виставкою 1889 року, ця ажурна башта мала 300 метрів висоти.

Разом з металевими конструкціями широке застосування отримали в цей час конструкції із залізобетону. Людиною, що відкрила залізобетон, вважається французький садівник Жозеф Монье. Ще в 1849 році він виготовив кадовби для плодових дерев з каркасом із залізного дроту. Продовжуючи свої досліди, він в 60-х року запатентував декілька способів виготовлення труб, резервуарів і плит з бетону із залізною арматурою. Найбільш важливим був його патент на залізобетонні склепінчасті перекриття (1877 р.).

Кінець XIX століття був часом бурхливого зростання світової залізничної мережі. З 1875 по 1917 рік протяжність залізниць виросла в 4 рази і досягла 1,2 млн. кілометрів. Знаменитими будівництвами того часу були магістраль Берлін-Багдад і Великий Сибірський шлях; протяжність Сибірського шляху до 1916 р. склала 7,4 тисяч кілометрів. На нових залізницях укладали сталеві рейки, вони перетинали найбільші річки світу, і на цих річках зводилися гігантські сталеві мости. Почало «ері сталевих мостів», як виражалися сучасники, поклали арочний міст інженера Дж. Ідса через річку Міссісіпі (1874) і висячий Бруклінський міст архітектора Реблінга в Нью-Йорку (1883). Центральний проліт моста Бруклінського мав в довжину близько напівкілометра. На нових дорогах працювали могутні локомотиви системи компаунд з багатократним розширенням і високим перегрівом пари. У 90-х роках в США і Германії з'явилися перші електровози і електрифіковані залізниці.

Будівництво залізниць зажадало багатократного збільшення виробництва стали. У 1870-1900 роках виплавка сталі зросла в 17 разів. У 1878 році англійським інженером С. Дж. Томасом був введений томасовский спосіб переділу чавуну на сталь; цей спосіб дозволив використовувати фосфористий залізняк Лотарінгиі і забезпечив рудий металургійну промисловість Німеччини. У 1892 році французький хімік А. Муассан створив дугову електричну пекти. У 1888 році американський інженер Ч. М. Холл розробив електролітичний спосіб виробництва алюмінію, відкривши дорогу широкому використанню алюмінію в промисловості.

Нові технічні можливості привели до вдосконалення військової техніки. У 1887 році американець Хайрем Максим створив перший кулемет. Знаменитий кулемет Максима робив 400 пострілів в хвилину і по вогняній потужності був рівнозначний роті солдатів. З'явилися скорострільні тридюймові знаряддя і важкі 12-дюймові гармати з снарядами вагою 200-300 кг

Особливо вражаючими були зміни у військовому кораблебудуванні. У Кримській війні (1853-1856 рр.) ще брали участь дерев'яні парусні гіганти з сотнями гармат на трьох батарейних палубах, вага найважчих снарядів складала у той час 30 кг У 1860 році в Англії був спущений на воду перший залізний броненосець «Варріор», і незабаром всі дерев'яні кораблі пішли на злам. Почалася гонка морських озброєнь, Англія і Франція змагалися в створенні все більш могутніх броненосців, пізніше до цієї гонки приєдналися Німеччина і США. У 1881 році був побудований англійський броненосець «Інфлексибл» водотоннажністю в 12 тис. тонн; він мав лише 4 знаряддя головного калібру, але це були колосальні гармати калібру 16 дюймів, розміщені в баштах, що обертаються, довжина стовбура була 8 метрів, а вага снаряда - 700 кг Через деякий час всі ведучі морські держави почали будувати броненосці цього типу (правда, в основному з 12-дюймовими знаряддями). Новий етап гонки озброєнь був викликаний появою в 1906 році англійського броненосця «Дредноут»; «Дредноут» мав водотоннажність 18 тис. тонн і десять 12-дюймових знарядь. Завдяки паровій турбіні він розвивав швидкість в 21 вузол. Перед потужністю «Дредноута» всі колишні броненосці виявилися небоєспроможними, і морські держави сталі будує кораблі, подібні до «Дредноута». У 1913 році з'явилися броненосці типу «Куїн Елізабет» водотоннажністю 27 тис. тонн з десятьма 15-дюймовими знаряддями. Ця гонка озброєнь природним чином привела до світової війни.

Причиною світової війни була невідповідність реальної потужності європейських держав і розмірів їх володінь. Англія, скориставшись роллю лідера промислової революції, створила величезну колоніальну імперію і захопила велику частину ресурсів, необхідних іншим країнам. Проте до кінця XIX століття лідером технічного і промислового розвитку стала Німеччина; природно, що Німеччина прагнула використовувати свою військову і технічну перевагу для нового переділу миру. У 1914 році почалася перша світова війна. Німецьке командування сподівалася розгромити своїх супротивників за пару місяців, проте в цих розрахунках не була врахована роль що з'явився тоді нової зброї – кулемета. Кулемет дав вирішальну перевагу стороні, що обороняється; німецьке настання було зупинене і почалася довга «окопна війна». Тим часом, англійський флот блокував німецькі порти і перервав постачання продовольства. У 1916 році в Германії почався голод і, який, кінець кінцем, привів до розкладання тилу, до революції і до поразки Німеччини.