NMP_-_Istoria_nauki_i_tekhniki

году американец ирландского происхождения Роберт Фултон построил в Париже небольшую лодку с паровым двигателем и продемонстрировал ее членам Французской Академии. Однако ни академики, ни Наполеон, которому Фултон предлагал свое изобретение, не заинтересовались идей парохода. Фултон вернулся в Америку и на деньги своего друга и покровителя Ливингстона построил пароход «Клермонт»; машина для этого парохода была изготовлена на заводе Уатта. В 1807 году «Клермонт» под восторженные крики зрителей совершил первый рейс по Гудзону. Через четыре года Фултон и Ливингстон были уже владельцами пароходной компании, через девять лет в Америке было 300 пароходов, а в Англии - 150.

Наступила эра парового морского транспорта, который окончательно вытеснил парусный. В 1819 году американский пароход «Саванна» пересек Атлантический океан, а в 1830-х годах начинает действовать первая регулярная трансатлантическая пароходная линия. На этой линии курсировал самый большой по тем временам пароход «Грейт Уэстерн», имевший водоизмещение 2 тыс. тонн и паровую машину мощностью 400 лошадиных сил. Через двадцать лет пароходы стали гораздо больше: плававший в Индию пароход «Грейт Истерн» имел водоизмещение 27 тыс. тонн и две машины общей мощностью 7,5 тыс. л.с.

Так произошел резкий качественный скачек технических средств коммуникации, благодаря использованию паровых машин. Так же следует обратить внимание при подготовке вопроса семинарского занятия следующее немаловажное событие, произошедшее в Великобритании в 1825 году. Это открытие первой железной дороги. К концу XIX столетия протяженность железнодорожных магистралей достигла по всем континентам 1,5 млн. км.

Продолжая раскрывать тему второго вопроса семинара, полезно вспомнить другое техническое изобретение - это создание двигателя внутреннего сгорания, которое стало причиной в последующем бурного развития автомобилестроения (изложите краткую историю создания и развития автомобильной отрасли). При этом, следует вспомнить, что именно разработка в 1860 году первого малого передвижного газового двигателя бельгийским инженером Этьеном Ленуаром подтолкнула инженеров к к экспериментам по созданию нового класса двигателей. В 1883 году немецкий инженер Юлиус Даймлер создал первую конструкцию малогабаритного двигателя, работающего на бензине. Уже в 1886 году Даймлер поставил свой двигатель на четырехколесный экипаж. Так началась эра автомобилестроения. В 1890 году Даймлер создал компанию «Даймлер моторен», и десять лет спустя эта компания выпустила первый автомобиль марки «Мерседес». «Мерседес» стал классическим автомобилем начала XX

51

века; он имел четырехцилиндровый двигатель мощностью 35 л. с. и развивал скорость 70 км/час. Эта красивая и надежная машина имела невероятный успех, она положила начало массовому производству автомобилей.

Далее следует в излагаемом материале обратить внимание на тот факт, что согласно теории тепловых двигателей, разработанной французским физиком Карно, к. п. д. идеального двигателя мог достигать 80%. Идея идеального двигателя волновала умы многих изобретателей, в начале 90-х годов ее попытался воплотить в жизнь молодой немецкий инженер Рудольф Дизель. Первый двигатель Дизеля, появившийся в 1895 году, произвел сенсацию – его к. п. д. составлял 36%, вдвое больше, чем у бензиновых двигателей. Многие фирмы стремились купить лицензию на производство двигателей, и уже в 1898 году Дизель стал миллионером.

Рассматривая вопрос разработки и использования двигателей внутреннего сгорания, следует отметить, что двигатели этой конструкции стали использоваться не только в автомобилях. Так, в 1901 году американские инженеры Харт и Парр создали первый трактор, в 1912 году фирма «Холт» освоила выпуск гусеничных тракторов, и к 1920 году на американских фермах работало уже 200 тысяч тракторов. Трактор взял на себя не только полевые работы, его двигатель использовался для приведения в действие молотилок, косилок, мельниц и других сельскохозяйственных машин. С созданием трактора началась массовая механизация сельского хозяйства.

Покажите, что появление двигателя внутреннего сгорания сыграло большую роль в зарождении авиации. В 1903 году братья Райт поставили на планер небольшой бензиновый двигатель, который они изготовили сами, в своей мастерской. 14 декабря 1903 года Вильбур Райт совершил первый моторный полет, пролетев 32 метра; 17 декабря дальность полета достигла 260 метров. Это были первые полеты в мире, до братьев Райт еще не один аэроплан не мог подняться в воздух. В 1909 году Луи Блерио совершил перелет через Ла-Манш. В этом же году Анри Фарман создал первую массовую модель аэроплана, знаменитый «Фарман-3». Этот самолет стал основной учебной машиной того времени и первым аэропланом, который стал выпускаться серийно.

Характеризуя эти события, студенту необходимо также вспомнить и описать истории изобретения телефона (А.Белл, Д. Юз), телеграфа (дать оценку вклада П.Л.Шиллинга и С.Морзе), не забыв, при этом, об изобретении дуговой лампы без регулятора, запатентованной в 1876 году русским инженером Яблочковым П.Н., что положило начало практического применения электрического освещения. Т.А. Эдисон в течение нескольких

52

лет изобрел фонограф и лампу накаливания (приоритет последнего изобретения спорен: в числе первооткрывателей можно назвать русского инженера А.Н. Лодыгина). В самом конце века (1895 г.) русский физик и электротехник А.С. Попов продемонстрировал первый в мире радиоприемник («грозоотметчик»). Однако патент на изобретение достался итальянцу Г. Маркони (1896 г.).

Следует также отметить тот факт, что бурное развитие науки и технические достижения не оставили в стороне и сельское хозяйство. В 1840-х годах немецкий химик Юстус Либих обосновал принципы применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве. С этого времени началось производство суперфосфатных и калиевых удобрений, которые и в настоящее время широко используются во многих странах. С этого момента Германия стала центром европейской химической промышленности.

Раскрывая тему, студенту следует так же продемонстрировать знания, дав краткие исторические характеристики создания трамвая и метрополитена, фотографирования и кинематографа, автомобиле - и самолетостроения, электротехнической промышленности. Указать, при этом, роль машиностроения в развитии промышленности, транспорта и сельского хозяйства.

Но «бум» механизации производственных процессов привел к возрастанию спроса на энергию. Происходит постепенный переход (в наиболее развитых странах) от угля к нефти в качестве топлива. Студенту следует отразить также наиболее значимые из перечисленных технических новшеств, понимать причины и ход эволюции техники рассматриваемого периода.

Вспомните еще одно великое изобретение, сделанное в XIX веке, и открывшее новую эпоху - «Эпоху электричества». Она началась с изобретения динамомашины; генератора постоянного тока, его создал бельгийский инженер Зиновий Грамм в 1870 году. Вследствие принципа обратимости машина Грамма могла работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя; она могла быть легко переделана в генератор переменного тока.

В 1880-х годах работавший в Америке на фирме «Вестингауз электрик» югослав Никола Тесла создал двухфазный электродвигатель переменного тока. Одновременно работавший в Германии на фирме АЭГ русский электротехник Михаил Доливо-Добровольский создал эффективный трехфазный электродвигатель.

Характеризуя технические достижения конца XIX – начала XX столетия, студент должен обратить внимание на то, что этот период стал

53

эпохой развития и внедрения электричества во все сферы жизнедеятельности людей. Если первые машины создавались мастерами-самоучками, то теперь наука властно вмешалась в жизнь людей – внедрение электродвигателей было следствием достижений науки.

Но появившиеся на «свет» первые электрические двигатели, которые впоследствии успешно заменили малоэффективные – паровые, поставили перед учеными и инженерами и новые задачи. А именно, задача использования электроэнергии упиралась в проблему передачи тока на расстояние. Решение данной проблемы было успешно продемонстрировано в 1891 году на Всемирной выставке во Франкфурте. По заказу организаторов этой выставки Доливо-Добровольский создал первую ЛЭП высокого напряжения и трансформатор к ней. ЛЭП прекрасно себя продемонстрировала в работе. С этого момента начинается массовый переход заводов и фабрик от использования паровых машин к электродвигателям, вследствие чего возникла потребность в создании крупных электростанций и линий электропередач.

Электростанции требовали двигателей очень большой мощности; эта проблема была решена созданием паровых турбин. В 1889 году швед Густав Лаваль получил патент на турбину, в которой скорость истекания пара достигала 770 м/сек. Одновременно англичанин Чарлз Парсонс создал многоступенчатую турбину; турбина Парсонса стала использоваться не только на электростанциях, но и как двигатель быстроходных судов, крейсеров и океанских лайнеров. Появились также гидроэлектростанции, на которых использовались гидротурбины, созданные в 30-х годах французским инженером Бенуа Фурнероном. Американец Пелтон в 1884 году запатентовал струйную турбину, работавшую под большим давлением. Гидротурбины имели очень высокий к.п.д., порядка 80%, и получаемая на гидростанциях энергия была очень дешевой.

Раскрывая тему семинара, студенту следует остановить свое внимание и на таком важном событии конца XIX века, как создание совершенно нового вещества, которое именуется теперь пластмассами. Первое искусственное полимерное вещество, названный целлулоидом был запатентован В 1873 г. Дж. Хайеттом (США) и нашел широкое применение в обиходе. Перед Первой мировой войной были изобретены бакелит и другие пластмассы, носящие общее название фенопластов. Изобретение в 1884 году французским инженером Г. Шардоне технологии получения нитрошелка дало толчок массовому производству искусственного волокна, а позже и искусственного шелка из вискозы. В 1899 г. русский ученый И. Л. Кондаков положил начало получению синтетического каучука.

54

Излагая суть второго вопроса, следует вспомнить и то, что последние десятилетия XIX в. были временем технических сдвигов в строительном деле. Строительство высотных зданий, или, как их стали называть, «небоскребов», началось в Чикаго в 80-х гг. XIX века. Первым зданием нового типа считается 10-этажный дом чикагской страховой компании, построенный в 1883 г. архитектором У. Дженни, который применил стальные перекрытия. Усиление стен стальным каркасом, на который начали опирать балки междуэтажных перекрытий, позволило увеличить высоту зданий вдвое. Самым высоким зданием тех времен был нью-йоркский 58-этажный небоскреб высотою в 228 метров, построенный в 1913 году. Но высочайшим сооружением была Эйфелева башня, своеобразный памятник «века стали». Воздвигнутая французским инженером Гюставом Эйфелем на Марсовом поле в Париже в связи со Всемирной выставкой 1889 года, эта ажурная башня имела 300 метров высоты. Начало «эры стальных мостов», как выражались современники, положили арочный мост инженера Дж. Идса через реку Миссисипи (1874) и висячий Бруклинский мост архитектора Рёблинга в Нью-Йорке (1883). Центральный пролет Бруклинского моста имел в длину около полукилометра.

Студенту также необходимо обратить внимание на развитие металлургии того времени. В связи с бурным развитием железнодорожного транспорта, строительство дорог потребовало многократного увеличения производства стали. 1870 – 1900 годах выплавка стали возросла в 17 раз. Высокие темпы производства стали возможны были только благодаря внедрению новых технологий. В 1878 году английским инженером С. Дж. Томасом был введен томасовский способ передела чугуна на сталь; этот способ позволил использовать фосфористые железные руды Лотарингии и обеспечил рудой металлургическую промышленность Германии. В 1892 году французский химик А. Муассан создал дуговую электрическую печь. В 1888 году американский инженер Ч. М. Холл разработал электролитический способ производства алюминия, открыв дорогу широкому использованию алюминия в промышленности.

Новые технические возможности привели к совершенствованию военной техники. В 1887 году американец Хайрем Максим создал первый пулемет. Знаменитый пулемет Максима производил 400 выстрелов в минуту и по огневой мощи был равнозначен роте солдат. Появились скорострельные трехдюймовые орудия и тяжелые 12-дюймовые пушки со снарядами весом

деревянные парусные гиганты с сотнями пушек на трех батарейных палубах, вес самых тяжелых снарядов составлял в то время 30 кг. В 1860 году в Англии был спущен на воду первый железный броненосец «Варриор», и вскоре все деревянные корабли пошли на слом. Началась гонка морских вооружений, Англия и Франция соревновались в создании все более мощных броненосцев, позднее к этой гонке присоединились Германия и США. В 1881 году был построен английский броненосец «Инфлексибл» водоизмещением в 12 тыс. тонн; он имел лишь 4 орудия главного калибра, но это были колоссальные пушки калибра 16 дюймов, размещенные во вращающихся башнях, длина ствола была 8 метров, а вес снаряда - 700 кг. Через некоторое время все ведущие морские державы стали строить броненосцы этого типа (правда, в основном с 12-дюймовыми орудиями).

При ответе на данный вопрос покажите, что немалый вклад в развитие науки и техники оказали и российские изобретатели и ученые. Опираясь на успехи точных наук, они совершили ряд открытий первостепенной важности. К ним можно отнести создание в 1834 г. Б.С. Якоби электромотора, в 1876 г. дуговой электрической лампы П.Н. Яблочковым («свеча Яблочкова»). Изобретателем электрической лампы накаливания стал А.Н. Лодыгин (в свое время бывший вольнослушателем в Технологическом институте). Инженеры Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов в 1870–1890-е гг. впервые в истории развития техники применили дуговую электросварку металлов. М.О. Доливо-Добровольский разработал основные элементы трехфазных цепей переменного тока, создал первую ЛЭП высокого напряжения. В 1881 г. капитан первого ранга А.Ф. Можайский сконструировал первый в мире самолет, правда, не выдержавший испытаний. Семь лет спустя механиксамоучка Ф.А. Блинов изобрел в Балакове «паровоз для шоссейных и грунтовых дорог» — гусеничный трактор. Дайте краткую характеристику этих открытий и изобретений.

Однако многие российские изобретения так и не получили должной оценки современников, а их авторы — поддержки со стороны государства. С другой стороны, студент не должен забывать о том, что в России начала XX столетия, благодаря усилиям адмирала С.О. Макарова был построен первый мощный ледокол «Ермак», а огромная по протяженности Транссибирская железнодорожная магистраль, проложенная в районах с тяжелейшими природно-климатическими условиями, стала одним из величайших успехов российских инженеров, строителей, российской промышленности в целом.

56

Семинар №8

Мировая наука и техника на современном этапе развития и формирование научной картины мира в XX – начале XXI века.

План семинарского занятия

1.Крупнейшие открытия в физике, разрушившие «классическую» науку и предпосылки, создавшие почву им.

2.Генезис новых направлений в «неклассической» науке и дальнейшее развитие естественных наук: науки об управлении, химии, биологии, генетики, физиологии, психологии, медицины, вирусологии и пр..

3.Влияние научно – технических достижений на развитие военной техники.

4.Научно – технические достижения второй половины XX века.

5.Возможные ближайшие перспективы развития технических средств и технологий.

Приступая к ответу на первый вопрос семинара, студенту целесообразно установить связь с революционными открытиями в естествознании, свершившимися на рубеже XIX –XX веков, с развитием науки предшествующего периода. Для этого ему необходимо будет кратко изложить суть организации научных исследований, примеры деятельности государственных и частных исследовательских учреждений, деятельность Академий наук, научно – исследовательских институтов, конструкторских бюро, высших учебных заведений и т.д. Показать, что предпосылками грядущих великих открытий были достижения в приборостроении: изобретение измерительных приборов – хроноскопа, спектрофотометра, усовершенствование У. Томпсоном глубиномера, компаса, гальванометра. Успехи метрологии: установление в ведущих европейских странах единых мер и весов. Появление новых отраслей производства: точного машиностроения, оптического приборостроения и наук: инструментоведения и металлографии. Развитие вычислительной техники, быстродействующих счётных машин (арифмометров), калькуляторов (1896 г.), электрических машин, работающих на перфокартах.

Излагая материал, следует четко представлять, что все предыдущие достижения в перечисленных выше областях науки и техники стали основой для революционных изменений, которые начались в естествознании , и первую очередь, в физике.

57

В излагаемом материале студенту следует дать характеристику таких знаменательных событий в научном мире, которые создали почву для формирования «неклассической» науки, пришедшей взамен «классической», которая охватывала период развития науки с XVII в. по 20-е годы XX века. Это открытие в 1895 г. К.Рентгеном "х-лучей", обнаружение в 1896 г. А.Беккерелем явления радиоактивности (естественной). В 1897 г. Дж.Томсон открыл электрон. В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри открыли новый химический элемент - радий. В 1902 - 1903 гг. Э.Резерфорд и Ф.Содди создали теорию радиоактивности как неуправляемого распада атомов и превращения одних элементов в другие (начало ядерной физики). В 1911 г. Э.Резерфорд экспериментально обнаружил атомное ядро. В 1920-х годах была разработана серия моделей строения атома. Произошедшие в научном мире события подвели

Раскрывая содержание первого вопроса семинара покажите, что три крупнейших открытия — открытие электрона (1896 г.), радиоактивности (1898 г.), а также формирование теории относительности А. Эйнштейна (1916 г.) — доказали несостоятельность принципов классической механики (неделимость атома, неизменность массы). С этими революционными открытиями формировались новое понимание пространства и времени, вместе с тем, синтеза и логического завершения всего предшествующего развития физики.

Отметьте, что с появлением в первом десятилетии XX века квантовой теории произошел окончательный разрыв с классическими ньютоновскими представлениями физической науки.

Освещая этот период истории науки, студенту необходимо будет продемонстрировать знания о генезисе и развитии этой теории и основные идеи ее создателей (А.Энштейна, М. Планка, Л.де Бройля, В. Гейзенберга, Э. Шредингера, М. Борна и др.). Революционные теории не укладывались под стандарты представлений классической физики XIX века и требовали новые подходы и методы мышления.

Созданное классической физикой представление о тождественности законов развития макромира и микромира рушилось «на глазах». Последовал «каскад» открытий и созданий новых теорий: 1911 год – английский ученый Э. Резерфорд предлагает планетарную модель атома, основываясь на открытое им атомное ядро; датский физик Н. Бор, приняв за основу модель атома Э. Резерфорда и идею квантов М. Планка, создает квантово – планетарную теорию строения атома; впервые в истории науки производится идентификация протона Э. Резерфордом. В 1904 году В. Кауфман обнаруживает зависимость массы электрона от скорости его

58

движения. В 1932 году раскрывается состав ядра: Д. Чедвик открыл нейтрон, Э. Ферми опубликовал теорию бета-распада, был открыт позитрон (К. Андерсон и С. Неддермейер, 1936 г.). Студент должен помнить историю открытия искусственной радиоактивности, открытой Ирен и Фредерик Жолио Кюри. Результаты исследований микромира и достижения ядерной физики оказали решающее влияние на развитие астрономии, биологии, химии и медицины, применялись практически во всех отраслях естествознания. Так формировалась новая физическая картина мира.

Эти исследования имели поддержку военно – промышленного комплекса передовых стран Западной Европы.

Отвечая на второй вопрос семинарского занятия, студенту необходимо будет обратить внимание на процессы создания науки об управлении – кибернетики, установить временные рамки ее созданий и охарактеризовать главных действующих лиц – создателей. В рамках этой теории рассматривалось соотношение человека и машины в процессе развития, пределы человеческого мышления и возможности замены его машиной. Следует остановиться на разделах кибернетики: математической, технической и биологической кибернетике и дать им историческую оценку.

Рассматривая развитие химии того периода, студенту следует описать открытие новых химических элементов. Д. И. Менделеев. Открытие ранее неизвестных тяжёлых элементов: урана, тория, радия, гелия и др. Остановить свое внимание на теории изотопов Ф. Содди, развитии общей и неорганической химии. Показать, что физическая химия развивалась как самостоятельная наука об изучении связи химических и физических явлений и процессов.

Изучение вопросов наследственности. Г. И. Мендель и генетика. Обнаружение структурных элементов клеточного ядра в 1888 г В. Вальдерейером. Хромосомы. Т. Х. Морган, изучение законов наследственности. Теория мутации. Развитие биохимии. Эти вопросы должны быть непременно отражены в ответах данного аспекта семинара.

Раскрывая вопросы генезиса и развития физиологии и психологии, студенту следует вспомнить о трудах И. М. Сеченова, а так же о гормональной теория англичан Э. Г. Старлинга и У. М. Бейлисса, о теории условных рефлексов И. П. Павлова (1903 г.), о микробиологии, медицине, о вирусологии.

При ответе на третий вопрос семинарского занятия, касающийся развития военной техники в первой четверти XX столетия, необходимо будет обратить внимание на совершенствование снарядов и пороха, создание

59

бездымного пороха, а также взрывчатых веществ: мелинита, пироксилина, тринитротолуола и отравляющих веществ.

Раскрывая вопрос развития военно-морского флота, студенту нужно будет обратить внимание на широкое использование паровых машин в военно – морских судах. Этот факт свидетельствовал о конце паруснодеревянного флота. Начало железного судостроения потребовал конструирование и внедрение специальных судостроительных материалов. Железное судостроение потребовало совершенствование конструкций создаваемых кораблей, их элементов: машин, котлов, систем безопасности и средств автономного плавания. В этой связи, следует отметить появление совершенно новых грозных морских судов - броненосцев. Дальнейшим достижением железного судостроения стало появление в начале 1900-х гг. подводных лодок, эффективность которых не в малой степени была связана с созданием и использованием дизельных двигателей.

Продолжая раскрытие темы технических достижений XX века, студенту следует остановить внимание на появление такого эффективного военного оружия, как танки и бронеавтомобили. Их применение в первой мировой войне. Развитие авиации.

Отвечая на четвертый вопрос семинара, необходимо показать, что созданные в первой трети XX столетия теория относительности и квантовая механика выступили теоретическим фундаментом ядерной техники, а двадцатый век прошел, прежде всего, под знаком атомной бомбы и ядерной техники. Студенту следует вкратце остановиться на описании истории созданий ядерной техники, на предпосылках, обусловивших появление атомной, водородной, нейтронной бомб.

Продолжая давать характеристику научно – техническим достижениям второй половины XX столетия, нужно будет остановиться на таких фундаментальных разработках, как теория информации, кибернетика – основа управления, и технических изобретениях – транзисторной и компьютерной техники, а так же обратить внимание на то, что в биологии была открыта дробная спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в медицине были широко внедрены прививки против детского паралича, быстро развивалась информационная техника: телефонный кабель Европа – США, цветное телевидение, кабельная телевизионная камера (1956 год).

Дальнейшим развитием ядерных исследований стали открытия антипротона, элементарных частиц К – мезона и гиперона и получение трансурана на ускорителе университета Беркли (США).

60