Возможный путь прошедшего технического прогресса
Деревянными орудиями в виде сука, искривленного природой дерева, расколовшегося на пластины, или обожжённого в желаемую подходящую форму, – облегчались первые земледельческие работы, делались ограды, хижины, смазанные глиной, поднимались тяжести рычагами, выжигались плоты, лодки и делалась утварь. На посуду же шли некоторые плоды, например, выеденная тыква, скорлупа большого ореха. Для того же могли служить и кости животных.
На помощь являлись камни случайно заострённые. Камни могли раскалываться ударами друг о друга, накалывание и бросанием нагретых в воду. Из них выбирались наиболее подходящие осколки. Более твёрдые камни служили для раскалывания и сверления более твёрдых. Так получились каменные орудия, частью с деревянными ручками: молотки, ножи, топоры, долота, пилы.
Слюда и полупрозрачные животные перепонки шли на окна.
Огонь, глина и песок давали хорошие кирпичи и посуду. Огонь же позволил восстановлять руды некоторых металлов: меди, свинца, олова, цинка. Эти металлы, также золото и серебро, находимые в чистом виде, обрабатывались отливкой и кованием: сначала ковали на каменных наковальнях, каменными молотами.
Из соединения меди и олова получилось очень твёрдые сплавы. Из них делались более прочные орудия: бронзовые ножи, ножницы, молотки, наковальни, пилы, топоры, сверла, мечи, земледельческие и садовые орудия. С помощью их легче обрабатывалось дерево и более мягкие металлы.
Успешнее шла борьба с природой, с голодом, холодом, животными и врагами-людьми, не имеющими ещё бронзовых орудий и мечей.
Технический прогресс побеждал и вытеснял менее культурные нации. Бронзовая эпоха вытесняла каменную. Кости, имея очень разнообразную форму, заменяли иногда дерево, а иногда металл, особенно когда его не было. Так были костяные иглы. И сейчас на севере употребляют ещё иголки из рыбных костей. Употреблялись на орудия и жилы животных, и кожи и другие их части.
Из волокон растений и коконов насекомых делались нитки, бечёвки, верёвки и канаты. Из ниток ткались полотна, из полотен шились одежды, делались мешки, паруса. Из лыка плелись рогожи, циновки, лапти. Бронзовые века могли дать очень многое.
Но вот люди случайно находят метеорное железо. Видят, что оно очень твёрдо, тугоплавко, ковко, тягуче. Нагреванием и ударами бронзовых молотов приготовляют те же орудия, но из материала более прочного. Случайное незначительное присоединение к железу угля даёт железо иных свойств: то очень прочное, то хрупкое. Получаются орудия из стали. Они годны не только для более успешной обработки дерева, но и для обработки других металлов.
Точильные камни позволяют эти стальные орудия держать постоянно в отточенном виде.
Огонь костров, действуя на песок, золу, селитру, известь, образовал полупрозрачные сплавы стекла. Производство стекла подарило людям красивую стеклянную посуду, и особенно было полезно для стран холодных, давая свет в жилищах и не пропуская в него холодный воздух. Алмазы резали стекло.
Копья, луки, мечи из более крепкого материала побеждали и вытесняли бронзовую культуру. Но метеорного железа было мало. Оно более имело значение поучительное, подготовляющее. Железного века наступить ещё не могло.
Давно находили железную руду, не знали только, что она содержит железо. Но вот случился грандиозный пожар, где валялось несколько камней железной руды. Когда пожар потух, в земле нашли несколько слитков чугуна. Чугун уже раньше получался при обработке метеорного железа. Поняли тогда, что из руды в больших жарких печах можно получить чугун, а из чугуна – железо и сталь. Метеорное чистое железо крайне редко. Это упавшие на землю небесные тела или их осколки. Железо и сталь были достоянием немногих. Но когда выучились из руды добывать в доменных печах железо, то оно стало общим благом, так как железной руды на земле очень много.
Из особой формовочной земли (смеси огнеупорной глины, песку, графита и т. д.) стали делать формы, как из глины и отливать в эти формы чугун из доменных печей. Получились очень твёрдые части машин, утварь разного рода, посуда и т. д. Потом выучились также отливать вещи всякой формы из стали.
Один из лучших способов добывания стали такой. Огромный пустой железный шар, выложенный внутри огнеупорными кирпичами (т. е. неплавящимися в сильном жару) может вращаться на оси. Он отчасти наполняется расплавленным в домне чугуном. Через его массу пропускают пузырями воздух. Кислород его соединяется с углеродом чугуна, и соединение выделяется в виде углекислого газа. Если выжечь весь углерод, то получится чистое железо. Если же отнять только часть углерода, то получатся стали тех или других свойств, смотря по количеству оставшегося в железе угля. Чем больше в нем угля, тем жиже сплав, и наоборот. Поэтому, уже по густоте массы в шаре, можно было судить о свойствах стали. Когда получается сталь желаемых свойств, шар поворачивают на оси и жидкая сталь разливается в формы, давая превосходные орудия несравненной прочности и очень лёгким и дешёвым путём. Новейший способ добывания стали состоит из прибавления железной руды к расплавленному чугуну. Кислород руды окисляет уголь, причём выделяется окись углерода, а чугун беднеет углеродом и приближается к стали. Это ещё проще.
Сталь обладает ещё драгоценным свойством: её легко сделать сравнительно мягкой и необыкновенно твёрдой. Это зависит от быстроты её охлаждения, или от закалки. Когда отлитую или выкованную сталь надо обрабатывать в холодном виде, то её медленным охлаждением делают мягкой. Иногда вещь так и оставляют сравнительно мягкой, но очень прочной. Иногда же, если нужны орудия почти такой же твёрдости, как алмаз, то сталь быстрым охлаждением, при известной температуре, делают желаемой твёрдости (закалка и «отпуск» стали).
Выходит так, что сталь режет сталь же, не говоря про другие металлы, т. е. закалённая сталь режет мягкую. Обработанную мягкую сталь закалкой, конечно, можно превратить в твёрдую.
Потом научное движение открыло множество других металлов, присоединение которых к стали дало сплавы поразительной твёрдости. Такова вольфрамовая сталь.
Мы описали возможный исторический ход получения человечеством лучших пока, т. е. современных материалов для орудий. Но самые орудия производятся с помощью других орудий, другие орудия с помощью других и т. д., и уже последние орудия служат для получения вещей или продуктов, непосредственно потребляемых человеком.
Возьмём хоть хлеб. Конечно, зерна можно растереть между двумя камнями, смочить водой, полученное тесто положить на раскалённые солнцем или огнём камни и хлеб готов. Но первое дело – хлеб будет плох, второе – мы потратим непроизводительно массу времени и труда для получения небольшого количества хлеба. Теперь делается так. Зерно нужно высушить на зерносушилке. Вот уже нужна машина, а производство её требует железных листов, болтов, гвоздей и т. д. Эти также требуют особых машин: прокатных станов, доменных печей, гвоздильных машин и т. д. Высушенное зерно отвозится на мельницу. Но чтобы перевести его, надо телегу или механический двигатель. Опять – машина, для производства которой надо множество других машин: токарных станков, стругальных, сверлильных и т. д. Мельница – новая машина. её устройство тоже совершается с помощью других машин. Мука месится с водою, заквашивается закваской или дрожжами. Дрожжи производятся на заводах, которые имеют часто сложное устройство. Уже одно здание чего требует! Надо, например, кирпичи, а для кирпичей нужен кирпичный завод – тоже с особыми машинами. Пекарни хорошие – также сложные машины. Значение машин известно: оно ускоряет производство в 10, 100, и 1000 раз. Машины-двигатели заменяют мускульную силу человека силою природы.
Как зародились наиболее совершенные орудия? Первые орудия были изготовлены руками. Следующие – с помощью первых. Третьи – с помощью вторых, четвёртые – с помощью третьих и т. д. Так орудия непрерывно совершенствуются, и нет конца этому совершенствованию.
Легче всего производство машин отливкою. Стоит только приготовить форму и лить в неё жидкий металл. Но при отливке не получается точной и гладкой формы, как иногда нужно. Отлитую вещь приходится часто в холодном виде обтачивать, обстругивать, шлифовать. Вот тут и требуются особого рода машины-обделочные. Приготовление формы из формовочного теста, конечно, не требует больших усилий. А затем это тесто засыхает и форма готова. Но чтобы формы эти легко было готовить в любом количестве, их сначала делают из дерева или другого легко обделываемого материала. Имея деревянную форму, например, колеса, легко вылепить такую же форму из глины, вдавливая в неё колесо. И так приготовить сколько угодно форм для отливки. Обыкновенно модель машины или её части состоит из нескольких кусков, как и соответственное углубление из формовочной земли. Сложные формы приготовляются из дерева ручным способом или с помощью шаблонов и простых приборов.
Но природа сама производит точные и очень сложные линии, поверхности и тела. Так свободное, падающее тело или быстро летящее, например, пуля, даёт или чертит, приблизительно, прямую линию. С помощью такого маневра можно начертить линию, а потом по ней приготовить прямой шаблон, т. е. линейку. Сильно натянутая проволока или нить дают тоже прямую линию. Также луч света. Множество машинных деталей и измерительных приборов нуждаются в прямолинейной обделке. Так, лучшие рельсы прямые. Также важно получение совершенно точных плоскостей, цилиндров, шаров, конусов и т. д. Например, плоской поверхности требует зеркало, золотник паровой машины. Самая лучшая дорога – плоская и т. д. Конусы нужны для кранов, цилиндры для осей, для насосов, паровых и множества других машин. Круги – для колёс, шары для велосипедных шариков, вообще для облегчения трения осей и всякого движения.
Вращения тел вокруг точек и осей даёт множество точных форм. На этом основано устройство циркуля, токарного станка и гончарного. Так вращение всякого, самого неправильного тела вокруг одной точки даёт строго сферическую поверхность. Вращаясь так, любая точка тела описывает линии, лежащие на шаре. Чем дальше такая точка от неподвижного центра, тем радиус полученной поверхности будет больше. При бесконечно большем радиусе получим плоскость. Конечно, движущаяся точка должна быть резцом, чтобы обделывать сравнительно мягкое другое тело по шаровой поверхности. Тело-резец, вращающееся вокруг оси или двух неподвижных центров, независимо от своей формы, даёт окружность, которая переходит в прямую линию при бесконечной длине резца. Пусть на таком теле ещё вращается другое тело вокруг оси, параллельной первой: тогда любая точка второго тела, при движении, не выйдет из плоскости. Такая машина может давать плоскую обточку. Совокупность двух таких машин дают прямую линию, потому что пересечение плоскостей есть прямая линия. Если ось тела, вращающегося на другом теле с неподвижной осью, не будет параллельна последней, то поверхность получится кривая. Так может получиться кольцо более или менее сплюснутое или растянутое. Если радиус первого тела бесконечен, то получим круговой или эллиптический цилиндр. Получив естественным путём от самых неправильных тел: плоскость, прямую линию, окружность, шаровую поверхность, легко вращением совокупности известным образом связанных тел получить бесчисленное множество простых и сложных линий и поверхностей. Например – параболу, гиперболу, эллипс, цилиндрическую поверхность, коническую, шаровую, поверхности второго порядка.
И так люди приготовляют чертежи, шаблоны всякого рода, чертёжные приборы, измерительные приборы, станки для обточки, стругания, шлифования, сверления, оптические приборы, формы для отливок, для выдавливания и т. д. Из этих элементов или деталей машин составляются самые машины. Первые машины были плохи, потому что создавались впервые и ручным способом. Вторые были лучше, так как были уже образцы машин, которые принимали участие в сооружении машин второго рода. Третий порядок машин был ещё совершеннее, так как появился с помощью машин второго рода и т. д. С созданием более совершенных машин того же назначения выдумывались и исполнялись машины нового назначения. Пластичность многих металлов, при обыкновенной температуре или нагретых, позволила развить особую отрасль промышленности: протягивание, например, проволок, прокатывание листов и стержней различного сечения, выдавливание посуды и разных вещей, например, ложек.
Здесь имеем тело с крепким ещё веществом, которое под влиянием большой механической силы изменяет постепенно свою форму и получает, в конце концов, желаемую. Тут нужна огромная механическая сила, очень крепкие формы и сильные машины. Более примитивная форма этих работ – кование. Впрочем, кование и сейчас ещё не оставлено; часто оно употребляется не только при кустарных промыслах, но и для уплотнения и упрочения больших металлических масс с помощью автоматических молотов.
Не всякие формы и массы тел могут быть отлиты, выдавлены или выкованы целиком. Для получения их приходится соединять части. Отсюда – сваривание, спаивание, заклёпывание, свинчивание. Надёжный способ соединения есть сваривание, или соединение однородных металлов в одно целое без примеси иных металлов. Как будто лучший и простейший способ сваривания есть заливание двух соединённых и накалённых кусков таким же расплавленным металлом. Но этот приём ещё не достиг совершенства и наравне с ним употребляется свинчивание, заклёпывание, спаивание и сковывание.
Не только металлы и их сплавы, но и сложные тела подвержены обработке плавлением, свариванием и выдуванием, каковы камни и стекла.