Становлення окремих технічних наук

Технічні науки з'явилися в історично визначений час і в конкретних-історичних умовах [19]. У мануфактурний період вже складаються необхідні передумови становлення окремих технічних наук. Необхідність використання досягнень науки в практиці приводить до формування технічних наук.

Характеризуючи даний період, Ф. Енгельс писав: «Вісімнадцяте століття зібрало воєдино результати минулої історії, які до того виступали лише розрізнено, у формі випадковості, і показало їх необхідність і внутрішнє зчеплення. Незліченні хаотичні дані пізнання були впорядковані, виділені і приведені в причинний зв'язок; знання стало наукою, і наука наблизилися до свого завершення, тобто зімкнулися, з одного боку, з філософією, з іншого - з практикою. До вісімнадцятого століття ніякої науки не було; пізнання природи отримало свою наукову форму лише у вісімнадцятому столітті або, в деяких галузях, кількома роками раніше »

До початку XVIII в. був накопичений великий практичний досвід по створенню і експлуатації різноманітних технічних засобів, в основному на базі використання механічної форми руху матерії. Це призвело до того, що технічні науки механічного циклу (теорія механізмів і машин та ін.) з'явилися раніше за інших наук.

У розробці основ технічної механіки провідна роль належить дійсному члену Петербурзької Академії наук Л. Ейлеру, який написав близько сорока праць у цій галузі. У 1736 р. в Петербурзі з'явився класичний двотомна праця Л. Ейлера «Механіка, або наука про рух, аналітично викладена». Відмінною рисою цієї роботи було широке використання нового математичного апарату-диференціального й інтегрального числення. Тринадцять років по тому, в 1749 р., в Петербурзі була опублікована найбільш важлива робота Ейлера з механіки «Дисертація про принцип найменшої дії» [20]. У період 1739-1742 рр.. в академічних «Примітках на Ведомости» друкувалася серія статей Л. Ейлера «Короткий опис різних машин».

Науковий підхід до проектування машин був викладений також французьким інженером і вченим Б. Белідором в 1737 р. у відповідному розділі його книги «Гідравлічна архітектура». Тут Белідор звертав особливу увагу на розрахунок силових вузлів машин і на ретельне складання креслень конструйованих механізмів.

Головним джерелом енергії в XVII ст. на початку XVIII ст. служили водяні млини. «На прикладі млини було створено вчення про тертя, а разом з тим були проведені дослідження по математичних формах зубчастої передачі, зубів і т. д. На її ж прикладі вперше було розроблено вчення про вимір величини рушійної сили, про кращі способи її застосування і т. д.» Для вивчення дії механічної частини водяних коліс Белідор привернув гідростатику і гідродинаміку. Серйозну увагу вчений приділяв встановленню величини сил тертя, а також експериментальному і теоретичному визначенню зусиль для підйому води [21].

Розпочаті роботи по вивченню коефіцієнта тертя, а потім і самих сил тертя сприяли застосуванню законів статики до вивчення дії машин. Облік сил тертя дозволив наблизитися при розгляді дії машин до умов, близьким до реальних.

Перші наукові основи теорії пружності були закладені в роботах англійського фізика Р. Гука, який встановив в 1678 р. основний закон лінійної залежності між силою і деформацією при розтягуванні пружин, струн і тонких стрижнів. Велике значення в становленні науки про опір матеріалів мали також експерименти, проведені французьким фізиком Е. Маріоттом, які призвели в кінцевому підсумку до принципово важливих результатів у галузі механіки. Дослідження Маріотта викликані потребами техніки, їх метою був пристрій водопостачання Версальського палацу. Для визначення надійності виготовлення застосовуваних стрижнів, балок і труб, їх розмірів, вчений повинен був вдатися до експерименту, в результаті якого він висловив гіпотезу про розподіл напружень в поперечному перерізі балки, схильною вигину. Згідно з ученням Маріотта, в балці прямокутного перерізу є нейтральна лінія, вище якої волокна розтягуються, а нижче - стискаються.

Наука про опір матеріалів послужила в другій половині XVII і початку XVIII в. тією сполучною ланкою, яка зближувало статику з технікою. У роки, що безпосередньо передували технічної революції, розвиток науки про опір матеріалів в її практичному застосуванні виявилося особливо необхідним.

Найважливішим стимулом для прогресу гідродинаміки і гідростатики в кінці XVII і початку XVIII в. постало завдання використання гірських потоків, річок і каналів в якості джерела енергії для приведення в дію водяних коліс. До середини XVIII століття ця проблема спричинила за собою і розробку відповідної теорії. Чисто практичні питання гідравліки і гідротехніки вимагали вивчення руху рідин, доданих до неї сил, а також і швидкості руху рідини в трубах, дослідження законів їх закінчення з отвору судин і т. д. Використання потоків води в практичних цілях в XVI-XVIII ст. дозволило емпірично виявити багато з відповідних закономірностей, що знайшли безпосереднє вираження до середини XVIII ст. в творах з гідротехніки.

Найбільш важливих результатів у розвитку гідродинаміки досяг Данило Бернуллі. Він вивів основну теорему гідродинаміки, вживається для дослідження течії рідин у каналах, трубах і гідравлічних двигунах. Ним були введені такі поняття, як «робота», «потужність», а також поняття «рушійної сили» і «коефіцієнта корисної дії». Бернуллі було також отримано рівняння, засноване на законі збереження енергії і носить тепер його ім'я. Рівняння Бернуллі послужило основою теорії такої технічної науки, як гідравліка. Серія мемуарів з гідродинаміки була написана також Л. Ейлером в середині XVIII століття. Ним було введено поняття тиску, а також встановлені загальні рівняння гідродинаміки і рівняння нерозривності. У 1749 р. Ейлер вніс суттєві удосконалення у винайдену Я. Сегнером гідравлічну машину («Сегнерове колесо»). Теоретичною основою розрахунку гідравлічних турбін явилася робота Ейлера «Більш повна теорія машин, що приводяться в рух дією води» (1754р.).

У розглянутий період у зв'язку з зростаючими запитами артилерії отримує розвиток балістика. У 20-х роках XVIII ст. оригінальні експерименти в цій області були проведені Д. Бер-нуллі, що вивчав рух сферичного снаряда, випущеного у вертикальному напрямку. Ці досліди привернули до занять балістикою Л. Ейлера, який розглянув у своїй «Механіці» питання про рух тіла в середовищі, опір якої пропорційно тій чи іншій мірі швидкості.

Починаючи приблизно з середини XVII ст. отримує розвиток теплотехніка. Зародження теплотехнічних знань тісно пов'язане з розвитком вчення про теплоту. У праці Б Білідора «Гідравлічна архітектура», що вийшов в 1737 р., робиться спроба встановити зв'язок роботи теплових машин з відповідною теорією - законами, що характеризують пружні властивості повітря і пари. Кінетична теорія тепла виникла не відразу.

Найбільш глибоке і послідовне пояснення ряду теплових процесів було зроблено М. В. Ломоносовим (1711-1765). У його роботі «Роздуми про причину тепла і холоду» (1745 р.) правильно визначена природа теплових явищ. У творі 1748 «Досвід теорії пружності повітря» Ломоносов розвиває теорію теплоти і дає основи молекулярно-кінетичної теорії газів. Дослідження М. В. Ломоносова з теорії теплоти були високо оцінені Л. Ейлером, який писав: «Все сии сочинения не токмо хороши, но и превосходны, ибо изъясняют физические и химические материи самые нужные и трудные, кои совсем неизвестны и невозможны были к истолкованию».

Таким чином, у першій половині XVIII в. в результаті все зростаючих запитів техніки (поява насосів і теплових двигунів) створюється теоретична основа, що дозволяє працювати над створенням нового типу двигуна - парової машини.

Найпершим транспортним засобом, що самостійно рухався, був паровий автомобіль, розроблений Ніколасом Джозефом Кагнотом (Nicholas Joseph Cugnot) в 1769 році.

Завдання на розробку було отримано від тодішнього Міністра Війни Франції Етьєна-Француа (Etienne-Francois), який хотів отримати більш практичний транспорт для перевезення артилерійських установок. Тоді Кагнот, і інший військовий механік Брезін зібрали перший автомобіль в паризькому Арсеналі. Для того щоб привести його в рух, вони помістили двигун і паровий котел вище передніх коліс і використовували два поршня, які підштовхували зубчасті колеса.

Максимальна швидкість цього транспорту становила лише 4 км / год, але він міг буксирувати до 5 тонн вантажів. Надалі був зроблений чотиримісний пасажирський варіант. Головною проблемою пароплава Кагнота були гальма, тому в 1771 році, після декількох нещасних випадків проект був закритий.

Починаючи приблизно з середини XVIII в. отримують розвиток дослідження з електрики. У 30-х роках XVIII ст. французький фізик Шарль Франсуа Дюфе сконструював прилад для виявлення і вимірювання електрики - прототип електроскопа. Багатьох видатних учених другої половини XVIII століття (М. В. Ломоносов, Ш. О. Кулон, В. Франклін, Г. Кавен-діш, П. Лаплас, А. Вольта, Д. Прістлі, Г. В. Ріхман та ін ) займав питання про природу електрики і його властивості.

Найважливішим підсумком розвитку науки про електричних і магнітних явищах в XVIII в. було відкриття кількісного закону електричних і магнітних взаємодій. Цей закон був відкритий англійським фізиком Г. Кавендіш і незалежно від нього французьким ученим і інженером Ш. О. Кулоном.

Накопичений досвід створення та застосування електростатичних машин, лейденських банок (конденсаторів), «електричних покажчиків», «блискавковідводів» та інших пристроїв і приладів не тільки зумовив перехід від простих спостережень до встановлення кількісних співвідношень, зв'язків, але і стимулював зародження перших наукових технічних знань в цій області. Як технічна дисципліна електротехніка сформувалася лише до кінця XIX ст.

У XVII і початку XVIII в. в Росії було відкрито велике число родовищ мідних, срібних, залізних та інших руд. Надаючи гірничої справи велике значення, Петербурзька Академія наук направляла за кордон найбільш здібних студентів. Серед них був в 1736 р. і М. В. Ломоносов. У листі до В. Н. Татіщеву від 27 січня 1749 Ломоносов писав: «Головне моє діло є гірська наука, для якої я був навмисне в Саксонію посланий ...».

Вже в 1742 р. Ломоносов систематизував зібрані ним матеріали з гірничої справи і приступив до складання праці «Перші підстави гірничої науки». На сторінках цього твору нмм було дано чудове для свого часу визначення «гірської науки». «Наука, - писав М. В. Ломоносов, - яка вчить мінерали знати, підшукувати і приводити в такий стан, щоб вони в суспільстві людському були пригодні, називається гірська наука». Матеріали рукопису «Перші підстави гірничої науки» увійшли в переробленому вигляді в знамениту книгу М. В. Ломоносова «Перші підстави металургії, або рудних справ» (1763 р.).

Таким чином, технічні науки, що представляють собою різні розділи механіки, складалися в цей період (кінець XVII - середина XVIII в.) Під впливом запитів техніки; наприклад, балістика задовольняла запити артилерії; опір матеріалів з'явилося в результаті розвитку машинобудування та будівельної справи; гідравліка вирішувала проблеми, що виникають у процесі розвитку будівельної справи. При цьому виявилися два шляхи формування технічних наук один шлях вів до подальшого відділення тієї чи іншої прикладної дисципліни, прикладом чого може служити зовнішня балістика. Інший шлях приводив до поступового формування відповідної теоретичної області механіки, наприклад, науки про опір матеріалів та теорії пружності.

Характерною особливістю цього періоду було те, що потік технічних знань, що йдуть від техніки, явно перевищував потік, що йде в протилежному напрямку. Говорячи про взаємодію і взаємовплив техніки і науки, Ф. Енгельс писав: «Якщо техніка в значній мірі залежить від стану науки, то в набагато більшій мірі наука залежить від стану та потреб техніки. Якщо в суспільства з'являється технічна потреба, то це просуває науку вперед більше, ніж десяток університетів. Вся гідростатика (Торрічеллі і т. д.) була викликана до життя потребою регулювати гірські потоки в Італії в XVI і XVII століттях. Про електрику ми дізналися дещо розумне тільки з тих пір, як була відкрита його технічна застосовність »

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.