100 великих изобретений
Шрифт:
70. ТРАКТОР
Трактор — это универсальная машина, предназначенная перемещать и приводить в действие прицепляемые к ней разнообразные сельскохозяйственные механизмы. Из этого видно, что функции трактора двоякие: он, во-первых, работает как тягач, а во-вторых, как привод, что позволяет использовать его при выполнении самых разнообразных сельскохозяйственных работ. Выгоды трактора очевидны — скорость, экономия времени, производительность. Поэтому появление его составило революцию в сельском хозяйстве, быть может, самую важную со времен появления плуга. С этого времени механическая тяга стала постепенно вытеснять из сельскохозяйственного производства мускульную силу животных.
Первые тракторы были паровыми. Еще в 1850 году английский изобретатель Уильям Говард применял для пахоты паровой автомобиль (локомобиль). Изобретение получило распространение, и паровые плуги широко использовались во второй половине XIX века в некоторых европейских странах (особенно в Англии, где их насчитывалось более 2 тысяч). Первые тракторы с двигателями внутреннего сгорания, сконструированные инженерами Хартом и Парром, были собраны в США в 1901 году. Их появление было встречено с восторгом, и американские фермеры возлагали на них большие надежды. Но быстро наступило разочарование, так как тракторы из-за своего огромного веса больше разрушали почву, чем помогали обрабатывать ее. К тому же они были чрезмерно велики для средней фермы. В ходе их использования обнаружилось множество конструкционных недостатков. Тракторы часто ломались, ремонт их требовал массу времени и больших затрат.
Однако постепенно эти машины совершенствовались. В 1907 году на рынок поступили уже вполне работоспособные тракторы. Их вес, размеры и мощность уменьшились, зато повысилась надежность, что сделало применение трактора удобным в среднем по величине хозяйстве. Была создана сеть ремонтных мастерских, налажен выпуск запчастей, благодаря чему отрицательное отношение фермеров к этой машине было преодолено за несколько лет, и в Америке начался рост тракторной промышленности. В 1920 году в США было продано уже около 200 тысяч тракторов различных конструкций. В 1912 году фирма «Холт» впервые начала выпуск гусеничных тракторов.
Вскоре трактор взял на себя приблизительно 80-90% всех пахотных работ на ферме. Помимо этого тракторный двигатель использовался для приведения в действие различных сельскохозяйственных машин (для этого он снабжался специальным шкивом). К нему могли подключаться молотилки, косилки, мельницы, лесопилки, маслобойки, соломорезки и другие вспомогательные механизмы. Трактор также брал на себя около половины работ, связанных с уборкой урожая. В дальнейшем благодаря созданию различных прицепных машин сфера применения трактора расширилась в несколько раз.
71. АЭРОПЛАН
Идея авиации — одна из самых древних в истории человечества. В мифах, преданиях, исторических хрониках можно найти свидетельства о множестве предпринятых в разные века попытках человека осуществить свою давнюю мечту подняться в воздух и лететь подобно птице. Но все это были дилетантские предприятия, в которых видно больше энтузиазма, чем расчета, и потому они неизменно кончались неудачей. Только в последней четверти XIX века появились первые свидетельства того, что полет на аппаратах тяжелее воздуха может когда-нибудь стать реальностью. Почему же это искусство так долго оставалось для человека недостижимой мечтой? Дело в том, что в отличие от аэростата аэроплан не плывет по воздуху, а опирается на него при полете, подчиняясь сложным аэродинамическим законам.
Правильное объяснение феномена полета было дано уже в XVIII-XIX веках, но наука об искусстве летать — аэродинамика — возникла только в первые десятилетия XX века. Отчего птицы, хотя они и тяжелее воздуха, не падают на землю? Дело в том, что в воздухе на нижнюю поверхность их крыльев оказывает действие так называемая подъемная сила, которая превосходит силу тяжести, действующую в противоположном направлении. Откуда берется эта сила, объяснил еще в первой половине XVIII века известный математик и физик Бернулли. В 1738 году в своем капитальном труде «Гидродинамика» он вывел закон, носящий теперь его имя. Суть закона Бернулли (сформулированного им для жидкостей, но справедливого также для газов) заключается в том, что с увеличением скорости потока давление его на стенки сосуда уменьшается. Действие закона Бернулли очень легко наблюдать на опыте Возьмем, например, листок бумаги и будем дуть на него — дальний край листка немедленно поднимется вверх, словно что-то толкает его снизу. Это «что-то» и есть уже упомянутая подъемная сила. Она возникла вследствие того, что воздух над поверхностью листка движется много быстрее того, что находится под ним. Следовательно, давление на лист сверху оказывается заметно меньше того атмосферного давления, что давит на него снизу. Если подъемная сила больше силы тяжести, листок поднимается.
Однако ситуацию нашего опыта не так легко повторить в реальной обстановке. Чтобы приподнять край листка, мы намеренно обдували его так, как нам это было удобно. А как заставить подняться вверх какой-нибудь крылатый аппарат, который находится в реальном воздушном потоке? Очевидно, крыло этого аппарата должно быть не плоским, как лист, а иметь такую форму, чтобы скорость обтекания его сверху и снизу была неодинаковой — снизу медленнее, чем сверху. Тогда давление на поверхность крыла сверху будет меньше, чем снизу. Подъемную силу можно регулировать, изменяя угол атаки крыла (так называется угол между плоскостью крыла и потоком воздуха). Чем больше угол атаки — тем больше подъемная сила.
Но взлететь мало — надо уметь удержать аэроплан в воздухе. Ведь подъемная сила сохраняется лишь до тех пор, пока несущая поверхность крыла правильно ориентирована относительно воздушного потока. Нарушится ориентация — пропадет подъемная сила, и аэроплан рухнет на землю, словно провалится в яму. Устойчивость — эта главная проблема для любого летающего аппарата тяжелее воздуха. Если он не имеет механизма, обеспечивающего устойчивость, то превращается в игрушку коварного ветра. Опасности подстерегают такую машину на каждом шагу. Любой порыв ветра или неверный маневр пилота может привести к тому, что аэроплан завалится на бок или нос, перевернется и упадет.
К счастью, первые авиаторы имели хотя и смутное, но верное представление об ожидающих их опасностях и сумели до некоторой степени приготовиться к ним. Первый шаг в небо был сделан с помощью моделей. Прямыми предшественниками всех современных самолетов следует, видимо, считать игрушечные аэропланы Пено, которые он строил с 1871 года и запускал с помощью резиновых моторчиков. При весе в несколько граммов они летали по несколько десятков секунд. Эти модели, можно сказать, были первым зримым доказательством того, что аппараты тяжелее воздуха вообще способны летать. В 1872 году Пено пришел к чрезвычайно важному выводу, что для устойчивого полета аэроплана ему необходимо хвостовое оперение. Вскоре ему удалось придать своим аппаратам хорошую устойчивость относительно всех трех осей.
Впрочем, это было только начало. Прошло тридцать лет, прежде чем удалось создать самолет, способный поднять в небо человека. В конце XIX века в разных странах было сделано несколько попыток сооружения больших аэропланов с мощными двигателями. В 1894 году огромный самолет с размахом крыльев) 31, 5 м и весом около 3, 5 т попытался поднять в воздух известный изобретатель Хайрам Максим. Но при первой же попытке машина разбилась. Максим, потративший на свой опыт 20 тысяч фунтов стерлингов, более не возвращался к сооружению самолетов. Известный американский астроном Самюэль Лэнгли, получив от правительства США 50 тысяч долларов, в начале 1900-х годов построил несколько больших летательных аппаратов, которые неизменно разбивались при каждой попытке подняться в воздух. Во Франции подобными экспериментами и с тем же успехом занимался в конце 90-х годов инженер Клеман Адер. Истратив на его аппараты около 500 тысяч франков, французское правительства отказало изобретателю в дальнейших субсидиях.