Великие технические открытия средневековых цивилизаций. (V — середина XV в.)




Раздел 4. Техника средневековых цивилизаций




Великие технические открытия средневековых цивилизаций. (V — середина XV в.)


Компас

Свойство магнитной стрелки поворачиваться в определенную сторону света первоначально заметили в Китае. По-видимому, в VI в. до н. э. китайцам стало известно явление притяжения железа и железной руды естественно намагниченными кусками магнетита. 1 Позднее они обратили внимание на способность естественных магнитов ориентироваться, ошибочно приписав ее воздействию звезд. Из этих наблюдений выросли приемы гаданий на особом приборе. Он состоял из железной пластинки, по которой могла свободно скользить благодаря своей сферической поверхности «ложка» из естественного магнита. На пластинке были нанесены знаки Зодиака. Ручка «ложки» ориентировалась в магнитном поле. В I - III вв. этот прибор стал применяться как компас и получил название «указатель юга». К III в. относится описание намагниченной фигурки, установленной на повозке китайским изобретателем Ма Цзюнем. 2


1 По другим сведениям, свойства магнетизма стали известны китайцам в III тыс. до н. э.

2 Однако тогдашнее устройство компаса позволяло определять правильность направления только на остановках. Конные «повозки, указывающие на юг», были снабжены специальным механическим приспособлением, позволявшим заметить отклонения дышла от линии север — юг.


Поворачивающаяся фигурка, указывающая на юг, связанная с дышлом повозки

Позднее китайцы стали применять «указатель юга» на судах. Появился компас с плавающей в масле или вращающейся на острие деревянной рыбкой или черепахой с встроенным в них природным магнитом. В IX в. от китайцев о магнитной стрелке узнали арабы. 3 В XI в. был наконец создан компас со стрелкой. В трактате Л. Некхема (Неккама) «О природе вещей» (около 1195 г.) упоминается прибор, которым пользовались мореплаватели; его железная игла требовала подмагничивания естественным магнитом перед каждым употреблением. Во второй половине XIII в. французский ученый П. Де Мерикур (Петр Перегрин) в своем «Послании о магните» впервые обстоятельно описал свойства и методы его применения, дал указания, как находить полюса магнита и намагничивать с его помощью железную иглу. Он описал также явление магнитной индукции. Тогда же к компасу добавили розу ветров.


3 По некоторым данным, магнитную стрелку изобрели не китайцы, а арабские мореплаватели.

Порох и огнестрельное оружие

Некоторые компоненты пороха уже в начале нашей эры использовались в Китае для врачебных целей. В VI в. там появились мастерские по изготовлению небольших пороховых ракет для фейерверков. В 682 г. китайский алхимик Сун Сымяо впервые описал горящую смесь — порох. С Востока умение изготовлять порох перешло в Византию, а в конце XIII — начале XIV в. — и в другие страны Европы.

Над открытием секрета пороха трудились многие европейские алхимики XIII—XIV вв. Один из первых в Европе рецептов его изготовления был самостоятельно составлен англичанином Р. Бэконом в XIII в. В XIV в., согласно летописным сведениям, секрет пороха был разгадан фрайбургским монахом Б. Шварцем.

Изобретатель пороха и нечистая сила

Первое изображение пушки (1326 г.)

В течение длительного времени черный порох являлся единственным употреблявшимся взрывчатым веществом, причем состав его все это время почти не менялся. 4 Сначала порох употреблялся в виде порошка (на всех языках «порох» значит «порошок»), 5 но с 20-х годов XV в. стали изготовлять зернистый порох, сгоравший мгновенно. Прежние смеси из-за высокой плотности и недостатка воздуха такого эффекта не давали.


4 В черном порохе обычно содержится 75 % селитры, 10 % серы и 15 % древесного угля.

5 В старом русском языке порох назывался «зелье». Одно из значений этого слова — вoлшебное снадобье, яд.

Вначале порох получали вручную, в ступках. С XIV в. начинают применяться пороховые (на Руси их называли «зеленные») мельницы — также с ручным приводом, а позднее — и вододействующие. Первый пороховой завод в Европе был построен в г. Аугсбурге (Бавария) в 1340 г.

Огнестрельные орудия в Западной Европе первоначально имели форму ступок или горшков, куда засыпался порох, а сверху вставлялся снаряд — обычно сплошное ядро. Заряд поджигался через затравку с задней стороны орудия. В первой половине XIV в. пушки появляются в Нидерландах, Италии, Франции и Англии, со второй половины XIV в. — в Египте, Сирии и Китае.


6 Французское название mortier означает «ступка».

В рукописи араба Шеме-эд-Дина Махаммеда, относящейся к XIV в., упоминается ручная мортира из дерева и железа, при помощи которой выстреливались различные по форме куски железа.

Мортира (XIV в.)

Со второй половины XIV в. применяют литые бронзовые (позднее чугунные) пушки и пушки, кованные из железных полос. Появляются орудия, заряжаемые с казенной части. 7 В XV в. стволы орудий вместе с цапфами (устройства для крепления пушки на лафете) начали отливать из меди и бронзы и крепить на подвижных станках — колесных лафетах. Это повысило подвижность артиллерии и позволило применять ее на поле боя.


7 Задняя часть огнестрельного ствола оружия.

Вначале артиллерийские орудия были короткоствольным легким оружием. Затем они увеличились в размерах и достигли массы 300 кг. Тяжелое кованое орудие с широким дулом называлось бомбардой. Стреляли бомбарды каменными, свинцовыми и чугунными ядрами.

Одновременно артиллерия появляется и на кораблях, впервые — на английских судах в 1338 г. Затем пушки стали применяться генуэзцами (1378 г.) и турками (первая половина XV в.).

Таким образом, артиллерия появилась раньше ручного огнестрельного оружия, возникшего из мелких бронзовых пушечек — пищалей.

На Руси гарматы (пушки) и тюфяки (орудия, стрелявшие каменной дробью), а также пищали появляются в конце XIV в. Ручные пищали — ручницы, самопалы, недомерки — предназначались для вооружения пехоты.


Ручная пищаль представляла собой гладкостенный кованый железный ствол, прикрепленный с помощью колец к деревянной ложе. Заряжалась пищаль с дула пулями из железа или свинца. Выстрел производился от тлеющего фитиля. Пищали весили до 8 кг и были разного калибра — от 12,5 до 25 мм. Прицельная дальность стрельбы достигала 150 м.



Книгопечатание

В средневековую эпоху, унаследовавшую от античности рукописную пергаментную книгу, первым способом множественного воспроизведения книги была ксилография, т. е. гравирование на дереве.

Сведения о первых печатных книгах разнятся. По ряду предположений, первый печатный текст был оттиснут в Корее между 704 и 751 гг. Другие источники утверждают, что книгопечатание с клише, сделанных из одного куска дерева размером в страницу, первоначально возникло в Китае в VI-VIII вв. К середине X в. ксилография распространяется на Ближнем Востоке. В Европе печатание с досок рисунчатых заглавных букв и некоторых других изображений практиковалось с XII в.

Печатание подвижным шрифтом, открытое китайским мастером Пи Шэном (Би Шеном), относится примерно к 1040 г.


Мастер лепил из глины прямоугольные брусочки. Затем заостренной палочкой наносил на них зеркальное изображение иероглифов. Готовые литеры обжигали на огне для придания им твердости и прочности. Вместо верстатки употреблялась железная рамка, разделенная перегородками. Ее ставили на гладкую полированную металлическую пластину и в каждое отделение наливали немного клейкой расплавленной смолы. Пока смола не успевала застыть, мастер заполнял колонки литерами. Через некоторое время расплавленная смола затвердевала и плотно скрепляла шрифт. Так получалась печатная форма, составленная из отдельных литер. После окончания печатания металлическую пластину помещали над огнем. Смола расплавлялась, и литеры сами выпадали из печатной формы. Глиняные литеры можно было использовать несколько раз.



В XIII в. в Китае был изобретен способ печатания деревянными литерами Около 1390 г. в Корее началась отливка бронзовых литер, а в 1409 г. появилась первая отпечатанная таким способом книга.

В середине XV в. Западная Европа увидела первые книги, отпечатанные сменными литерами. Гарлемский (Голландия) причетник Л. Янсон (по прозвищу Костер 8) в 1423 г. изобрел деревянные, а затем и оловянные литеры. С их помощью он напечатал свою первую книжечку под названием «Зерцало человеческого спасения».


8 Причетник — пономарь, по-голландски coster.

Согласно отдельным сведениям, в 1445 г. Ж. Бритто из г. Брюгге (Бельгия) самостоятельно изобрел способ печатания подвижным шрифтом, с помощью которого опубликовал свой труд «Учение». Такие же опыты в середине XV в. проводились в Италии (Памфилио Кастальди) и во Франции (Прокопий Вальдфогель). Идея книгопечатания носилась в воздухе.

Изготовление бумаги

Важной предпосылкой для быстрого развития книгопечатания в Европе было возникновение и развитие бумажного производства. Бумага, изобретенная в Китае во II в., стала затем изготовляться в Корее. В VI — VII вв. она появилась в Японии, Индии, Персии и Средней Азии. В арабских владениях производство бумаги из тряпья началось в VIII в. Из Северной Африки, преодолев вместе с арабами Гибралтарский пролив, в 1150 г. бумага попала в Испанию. Здесь впервые в Европе заработали бумажные мельницы. Высоким качеством бумаги славились города Касатива (Шатива), Валенсия и Толедо. Сначала бумагу вырабатывали из хлопка, потом стали делать из очесов, ветхого белья, старых канатов и парусов.

Не позднее X в. бумага стала известна в Армении и Сирии. В Италии ее научились делать в 1154 г. Центром бумажного производства стал итальянский город Фабриано, где насчитывалось до 40 бумажных мельниц. Бумажное производство развивала и Венеция. Итальянские бумажники значительно облегчили способы изготовления бумаги, применив для превращения волокнистого сырья в кашицеобразную массу так называемую толчею.


Толчея для производства бумаги представляла собой толстое бревно с выдолбленными в нем углублениями или каменное корыто. Углубления заполняли промытым и измельченным тряпьем, добавляли воду и толкли дере- зянными, окованными железом пестами. Песты приводились в движение деревянным валом с кулачками от колеса водяной мельницы. Такие устройства применялись до конца XVIII в. Итальянцы ввели в практику проклейку бумаги животным клеем, чем повысили ее прочность и снизили капиллярность. В целом технология изготовления бумаги насчитывала не менее 30 операций, в том числе и разливку на тонкие проволочные сетки.



Вслед за итальянцами искусством изготовления бумаги в 1189 г. овладели французы. В XIII в. новый писчий материал впервые изготовили в Германии. В начале XIV в. бумагу научились делать в Англии. С конца XIII в. на бумаге европейского производства начинают появляться так называемые водяные знаки.

На первых порах бумага была рыхлой, не очень прочной, сероватого или желтоватого цвета. Размеры листов были небольшими. Первая бумага была настолько грубой и недоброкачественной, что в 1221 г. германский император Фридрих II издал приказ уничтожить все акты на бумаге и переписать их на пергамент. Появившийся печатный станок предъявил к бумаге новые требования. Она должна была стать более гладкой, ровной, прочной, упругой и эластичной, хорошо впитывать краску.

Когда бумага проникла на Русь, мы точно не знаем. Сохранились бумажные документы, относящиеся к более раннему периоду, чем первая половина XIV в. Первоначально бумага ввозилась в Россию преимущественно из Италии и Византии.

Механические часы

Изобретение первых механических часов некоторые историки относят к IX в. и приписывают его дьякону Пацифициусу из Вероны. В X в. ученый монах Герберт — в то время архиепископ Реймсский (впоследствии папа Сильвестр II) — изобрел часы с гирями.

В XIII — XIV вв. такие часы распространяются во многих городах Европы в основном в качестве башенных. В Англии часы на башне Вестминстерхолла появились в 1288 г., на церкви в Кентербери — в 1292 г. Несколько позже, в 1306 г., зазвучали часы на башнях Италии (в Милане), а затем во Франции и германских государствах.

Механические часы использовались прежде всего церковью — для уточнения и унификации времени богослужения. Со временем башенные часы с боем устанавливаются не только на церковных, но и на светских городских зданиях. Показательно в этом смысле разрешение, которое в 1355 г. королевский наместник в Артуа (Франция) дал жителям городка Эрсюр-ля-Лис. Он разрешил воздвигнуть городскую колокольню, чтобы ее колокола отбивали не время церковных богослужений, а время коммерческих сделок и работы суконщиков.

На Руси механические часы появились, по-видимому, в начале XV в. По свидетельству летописей, первые часы в Московском Кремле были установлены Лазарем Сербиным в 1404 г. В Новгороде башенные часы появились в 1436 г.


Механические башенные часы состояли из заводного барабана, на который наматывался канат или цепь с подвешенным грузом. Под действием массы груза барабан вращался и приводил в движение сложную многоступенчатую систему зубчатых колес, муфт и т. д. Главное место в часах занимал регулятор скорости. Для создания часов требовалась высокая точность изготовления большого количества сложных деталей и подгонки их друг к другу. Все детали часового механизма изготовлялись из металла, а не из дерева, как в других механизмах того времени.



Часовое дело отличалось от других ремесел Средневековья. Особенность состояла в его изначальной связи с наукой. Уже на самых ранних стадиях техника часового дела потребовала теоретических знаний, прежде всего математики и астрономии, без которых нельзя было ни строить часы, ни регулировать их ход. Часовая техника явилась первым мостиком, соединившим «высокую» науку и практику.

Для обеспечения точности астрономических и других научных наблюдений около 1300 г. в Европе были изобретены механические часы с веретенным механизмом. В 1344-1351 гг. Дж. Донди сконструировал для Палаццо-дель-Капитано в Падуе сложные астрономические башенные часы, создание которых было бы невозможно без глубоких знаний астрономии.

Наряду с башенными и астрономическими в XV в. появляются также настольные часы. Изобретение карманных часов относят к более позднему времени.

Ветряные и водяные двигатели. Мельницы

С XII в. водяные двигатели стали применять в сукновальном производстве. Для передачи вращательного движения от горизонтального вала гидравлического колеса к вертикальной оси, на которой укреплялись жернова, было изобретено зубчатое сцепление побочного (пальцевого) типа.


Цепочные колеса долгое время были универсальными и устанавливались даже в часовых механизмах. Цепочные колеса с зубцами на ободе применялись для передачи вращательного движения между параллельными осями. Зубчатые колеса на торцевых поверхностях использовались при передаче вращательного движения между перпендикулярными осями.



Систематическое применение в различных отраслях производства водяной двигатель получает в XIV-XV вв. К этому времени относится устройство лесопилок с водяным приводом во Франции и некоторых других странах Западной Европы. В первой половине XIV в. появляются вододействующие устройства для вытягивания проволоки, несколько позже — вододействующие молоты для выделки жести и толчения руды. В больших железоделательных мастерских молоты появляются с XIV - XV вв. Для выполнения всех этих работ использовалось устройство для преобразования непрерывного вращательного движения в колебательное движение пилы, молота, воздуходувных мехов и т. д. Такое преобразование движения достигалось с помощью простых кулачков, закреплявшихся на валах.

Ветряной двигатель получил применение на арабском Востоке в IX-X вв., а в Западной Европе распространился в конце X - начале XI в.: во Франции, Англии и затем в Голландии.

Начало чугунолитейного производства

В XIII - ХV вв. в Западной Европе начинается развитие чугунолитейного производства. В западноевропейской металлургии, где применялись штукофены (домницы), этот металл долго считался нежелательным, случайным продуктом выделки железа. 9


9 Не исключено, что в одном из английских названий чугуна {pig iron — «свиное железо») отражено пренебрежительное отношение к этому металлу. Это английское название связывают также (как и ходовое у русских литейщиков выражение «чушка чугуна») с формой чугунных отливок.

К самому концу средневекового периода относится появление первых доменных печей (первоначально в Вестфалии — в середине XIV в.). Как показывает их немецкое (hochoten) и французское (haut bourneau) название, это были высокие печи. Русское название домны (от «дму» — дую) свидетельствует о том, что они нуждались в сильном дутье ввиду значительной высоты их рабочего пространства. Этим требованиям удовлетворяли получившие к тому времени распространение вододействующие воздуходувные мехи. Их применение, а также увеличение высоты печи привело к тому, что температура в верхней части горна понизилась до 750-900 °С. В результате железная руда восстанавливалась раньше, чем образовывался шлак. Благодаря этому уменьшились потери железа в шлаке, а само железо сильнее науглероживалось. Под влиянием дутья температура в нижней части печи могла быть доведена до 1350 °С.


В печах этого типа в зависимости от их входа и напора дутья получали или тестообразную железную крицу, или жидкий чугун, а часто и то и другое вместе. Для извлечения выплавленного металла больше не нужно было взламывать печи. Достаточно было иногда пробивать в стенке печи отверстие и выпускать жидкий чугун, который либо загружали в кричный горн для получения из него стали, либо разливали по формам, используя затем в качестве литейного материала.

Схема доменной печи (XV в.)


Для передела чугуна в железо сооружали кричный горн, в который загружали 150-200 кг чугуна, располагая его на слое горящего древесного угля. Плавясь, чугун стекал вниз, проходил через окислительную область против фурм, через которые подавался воздух, теряя часть углерода. При повторном расплавлении в кричном горне этот очень твердый, но хрупкий материал превращался в мягкое, хорошо поддающееся ковке железо. Процесс назвали фришеванием, что означало «оздоровление» металла. Кричный передел протекал 1-2 часа. За сутки можно было получить до 1 т металла, причем выход годного кричного железа составлял до 90-92 % от массы чугуна.

Вопросы и задания:


1. Назовите основные вехи изобретения компаса. Какое значение имело это изобретение в развитии техники?

2. Существует мнение, что изобретение пороха носит случайный характер. Согласитесь или опровергните это мнение.

3. Составьте краткую летопись событий, которые привели к появлению печатной книги. Какие последствия для развития общества (в том числе техники) имело изобретение книгопечатания?

4. В чем состоят особенности механических часов? В чем их преимущество перед другими видами приборов для определения времени?

5. Какие изменения техники и технологии плавления металла привели к появлению массового производства чугуна?










Наверх