Развитие истории техники и технологий

                                          Введение

 
         Современный человек с ранних лет попадает в мир, неотъемлемой частью которого является техника. У него не вызывает удивления такие достижения человеческого разума как электричество, телевидение, запись звука и изображения, летательные аппараты в воздушном пространстве с их огромной массой и скоростью перемещения, космические обитаемые станции и другое. Всё это воспринимается как обычное, всегда существовавшее, хотя перечисленное по меркам истории появилось сравнительно недавно. Развитие науки и техники происходит неравномерно. Для выполнения каждого технологического процесса человек создает и использует различные средства труда, среди которых орудия производства играют решающую роль. История развития производства показывает все возрастающие темпы развития  орудия  производства от первобытного каменного топора до современных автоматических машин, цехов и заводов.

 

Техника раннего  палеолита.

 

Зарождение первобытной  техники  началось в эпоху раннего  палеолита с возникновения первобытного человека (ок. 2 млн. лет назад) до примерно 40-го тысячелетия до н.э. Этот период делился на 4 культуры:

1.  Дошельская (галечная) (ок. 2 млн. – 100 тыс. лет назад), когда люди научились применять палки и камни в качестве орудий и освоили начальные приемы их обработки.  Характерными для этого периода были грубые орудия из целых галек, грубо отесанных только с одной стороны, а также грубые массивные отщепы, получаемые при раскалывании крупных камней.

2.  В шельский период ( ок. 400 – 100 тыс. лет назад) техника изготовления каменных орудий уже вполне сложилась. Материалом служил кремень – твердый минерал, который мог раскалываться на тонкие пластинки (отщепы) с острыми краями, обладающими превосходными режущими свойствами. Основным орудием труда было «шелльское рубило» - камень миндалевидной, овальной или копьевидной формы с гладкой пяткой для упора ладонью и заостренной режущей частью. Рубило универсальным по своему назначению и позволяло с помощью мощных ударов рубить, резать и копать землю. Изготовлялись рубила путем грубой обивки лезвия другим камнем – отбойником. Кроме рубил использовались отщепы в качестве примитивных режущих инструментов и для изготовления изделий из дерева. Кроме того, использовались рубящие и колющие орудия дисковидной формы и в виде массивных остроконечников. Смысл изготовления большинства орудий состоял в придании их рабочей части форма клина, который стал первым выдающимся изобретением первобытного человека. Именно клин лежит в основе всех современных режущих инструментов.

3. В ашельский период (ок 100 – 40 тыс. лет назад) каменные орудия  продолжали совершенствоваться, улучшалась техника их изготовления, появились новые их виды: скребло для выскабливания и сверла-проколки для высверливания углублений и отверстий. Появилась техника ретуши, заключающейся в «исправлении» формы исходной заготовки. Такая техника позволяла придавать орудиям более правильные геометрические  формы, а их лезвиям – прямоту и остроту. Инструменты стали не только более изящными, но и меньшими по весу. Огромную роль стал играть огонь.

4. В мустьерский период существенно расширилась номенклатура каменных орудий и началось разделение по назначению и технологии изготовления. формы орудий стали боле законченными и определенными, начали появляться орудия из кости. Появился скобель, отличающийся  от скребла выемкой в средней части и лучше приспособленный для строгания дерева и сдирания кожи. Двусторонне заостренные наконечники стали использоваться как кинжалы, а также могли прикрепляться к концу палки. Так появилось копье. Технику обработки камня пополнилась контрударной ретушью, с помощью которой обрабатывались и подправлялись режущие лезвия и наконечники оружия и инструментов. Самым важным техническим достижением  было овладение способами искусственного добывания огня. Для получения огня использовался метод трения палочки, который применялся также для высверливания отверстий. Вторым способом получения огня было высекание искр при ударе камня о камень – явление, которое человек раньше замечал при обработке заготовок отбойником.

 

Техника позднего палеолита

 

В период позднего палеолита (ок.  40 – 12 тыс. лет назад) огромным достижением стало умение соединять различными способами камень с палкой. Появились составные орудия труда и оружие: каменные молотки и топоры, оснащенные кремневыми и костяными наконечниками копья, гарпуны, дротики и остроги. Для присоединения к палке служили стебли растений и кожаные ремешки. Наступила эпоха рога и кости, из которых стали изготовлять мотыги, наконечники метательного оружия (гарпунов, дротиков, копий), проколки, иглы с ушками и др. Инструменты стали  оснащаться удобными оправами и рукоятками и сменными режущими лезвиями. Были освоены операции сверления, пиления и шлифования камня, последняя вытеснила малопроизводительную ретушь.

Зарождаются первые примитивные  виды транспорта: лодки-однодревки, тростниковые челны, носилки и волокуши.

Для перемещения больших  тяжестей использовались простейшее механизмы, без которых человек не может обойтись и сейчас.

 

Техника эпохи  мезолита

 

Для мезолитической техники  характерно дальнейшее развитие и распространение составных каменных орудий. Их режущей частью являлась в ножевидная (клиновидная) пластина, которая вставлялась в деревянную или костяную оправу и закреплялась в ней механическим способом или приклеиванием. Изделия стали приобретать все более четкие геометрические формы, улучшились их внешняя отделка и внешний вид.

Расширение производства каменных изделий привело к выделению  в производственном процессе специализированных технологических операций: отделение от камня тонких пластин ; чистовая обработка камня при помощи точечной и отжимной ретуши; сверление отверстий и др. в каждой операции можно было четко выделить инструмент, совершаемые им движения, а также результат воздействия его на исходных материал.

Широкое распространение  метательного оружия с кремневыми наконечниками обусловили развитие техники их изготовлении, названной микролитической. Изделия , оснащенные микролитами, оказались проще в изготовлении и долговечнее, чем цельные.

Наряду с микролитами  продолжалось изготовление макролитов: топоров, мотыг, тесел, гарпунов и др. крупных каменных орудий. При их изготовлении стали широко применяться такие новые способы обработки камня как шлифование, точечная ретушь и сверление.

 

Техника эпохи  неолита

 

Для неолита (7 -4 тыс. лет дон.э.) характерна более высокая и сложная техника обработки камня. Были освоены операции сверления, пиления и шлифования, а техника отжимной ретуши была доведена до степени настоящего искусства. Освоение операции пиления позволило придавать изделиям необходимую форму в зависимости от их функционального значения. В пропил стали подаваться песок и вода – так впервые появились процессы резания материалов с применением охлаждающих жидкостей.

Наряду с «сухим» появился способ «мокрого» шлифования, в котором  использование воды обеспечивало не только охлаждение, но и самозатачивание абразивного инструмента и улучшение процесса резания.

Особо важное значение имело освоение и совершенствование операции сверления с деревянными рукоятями. На смену ладонному способу вращения палочки возник метод «лучкового сверления» –  лук, вращающий заготовку при помощи тетивы, с ручным удерживанием резца из кремня.

В след за лучковым был изобретен  метод «смычкового сверления»т – один конец шнура наматывался, а другой сматывался с древка сверла с помощью смычка.

Сверление производилось  сверлами с кремневыми наконечниками, использовались кольцевые сверла из бамбука и трубчатых костей.

Важным изобретением было изобретение коленчатого рычага (кривошипа), он использовался в качестве коловорота.

Было изобретено колесо в  виде сплошного деревянного диска. Появились одноосные (2ухколесные), затем и двухосные (4-ехколесные) повозки. В качестве тяговой силы стали использовать вначале ослов и крупный рогатый скот, позднее – лошадей. На базе колеса изобретен гончарный круг.

 

Медный  или  медно-каменный век

   (энеолит   V – III тысячелетия до н.э.).

 

 Характеризуется появлением  первых металлических орудий  труда и оружия из меди.  Люди научились холодной ковке.  К этому времени относится открытие преимуществ ковки  горячего металла.

В это время стали использовать примитивные горны.

Стали использовать медь для  изготовления новых видов изделий: труб, гвоздей,  проволоки и пр. а также более совершенных орудий труда: кинжалов, топоров, наконечников копий, рыболовных крючков, игл, деревообрабатывающих инструментов и т.д.

Изобрели  гончарный круг и повозки с колесами.

 

Бронзовый век 

(2000 – 1000 лет  до н.э.)

 

В этот период человек освоил выплавку руды, например, в сыродувных рудоплавильных печах.

Опыты показали, что примесь  олова делает медь более твердым, легкоплавким и красивым металлом. Так была найдена бронза. В III тысячелетии до н.э. были разработаны способы получения первых сплавов бронзы.

С III – II тысячелетий до н.э. бронза стала основным материалом для изготовления оружия, орудий труда, посуды и украшений.

 

Железный век 

( 1000 лет до н.э. – I в. н.э.)

 

В этот период человек освоил выплавку рудного железа, его ковку  и литье. Хозяйственное значение имел сплав железа с углеродом, т.е. сталь.

Основной мастерской древности  была кузница, в которой ковали различные  инструменты: оружие, ножи, лемехи плугов, подковы, различные предметы домашнего обихода.  Кузнец  Главк из Хиоса (Греция) изобрел способ соединения металлических изделий пайкой вместо клепки. Ок. 300 лет до н.э. были изобретены ножницы.

Античная техника

 

Античный (Древний)  ( с 4000 – 3000 лет  до н.э. по IV – V вв. н.э.) период в истории человечества  следует   за первобытным   и предшествует средневековому.

Крупнейшим достижением  того времени является использование  сыродутного способа выплавки железа. Наряду с ранее известными методами обработки металлов используются литьё, паяние, волочение и частично сварка.

Осваивается вращательное движение, гончарный круг, который вращался вначале вручную, а с 1 тысячелетия получил ножной привод и стал снабжаться маховиком, начинают обрабатывать ножи, ткать полотно,  изготавливать посуду.

Развивается кузнечное, ювелирное, ткацкое дело и пр.

При строительстве крупных  сооружений (пирамид) использовали рычаг, который был взят за основу при создании колодезного журавля – шадуфа.

Затем был изобретен блок в форме колеса с желобом по окружности. Изобретение блока привело к созданию первых подъемных  механизмов.

С 4 – 3 вв. до н.э. для перекачивания воды стал применяться «водоподъемный винт» или «улитка», впоследствии описанный Архимедом.

С 3 в. до н.э. стали применяться простейшие водяные мельницы мутовчатого типа с лежащим горизонтально водяным колесом, снабженным изогнутыми лопастями, а в 230 до н.э. Филоном Византийским были описаны водяные колеса с горизонтальной осью вращения..

В 5 в. до н.э. был изобретен токарный станок. Вначале появились токарные станки с ручным лучковым приводом, затем они были заменены ножными.

Позднее появились станки с кривошипным приводом, в основе которого был заложен коленчатый рычаг – древний коловорот. В 4 в. до н.э. знаменитый мастер Феодор, житель острова Самоса в Эгейском море, производил обтачивание металлических деталей замков на токарном станке собственной конструкции.

В металлообработке успех  обеспечивал не только станок, но и  металлорежущий инструмент.  Человек стал изготавливать инструмент высокой твердости, прочности, с высокими режущими свойствами.

Особых высот  к концу  периода достигла наука в Древней  Греции. Появляются приспособления , которые можно назвать автоматами, являющиеся прообразом современных автоматов и роботов. Описанию автоматов посвятил одно из своих сочинений ученый Герон Александрийский, живший в 1 в. н.э. в числе изобретений Герона – гидравлическая машина для подъема тяжестей и прибор, названный им годометром – измерителем пути. Большой интерес представлял эолипил Герона, действовавший по реактивному принципу. Т.о. Герон впервые использовал принцип, который почти 2000 лет спустя лег в основу устройства паровой турбины.

Изобретение пневматики связывается  с именем александрийского механика (3 в. н.э.) Ктесибия.  Он занимался гидравлическими приборами: изобрел двухцилиндровый пожарный насос, который ни в чем не отличается от современного. Ктесибием были изобретены водяные часы, водяной орган, аэротрон – военная машина.

Архимед заложил основы статики  и гидравлики, открыл закон, носящий  его имя. Он разработал ряд военных  метательных машин, изобрел «архимедов винт», усовершенствовал зубчатое колесо, полиспаст.

 

Средневековая техника (V – XVIвв.)

 

В период раннего феодализма 4 – 5 вв. применялись еще простые  орудия. Осуществлялся переход от рабовладельческого общества к развитому феодальному.

Техника периода развитого  феодализма 11 -15 вв. содействовала распространению сложных орудий труда, что привело к общественному разделению труда. Происходит отделение промышленного производства от земледелия, появляются крупные феодальные города.

Русские и западноевропейские мастера достаточно широко применяли  сверлильные и токарные устройства с ручным и ножным приводами.

В XV в. сверлильные и токарные устройства стали оснащать водяными приводами. С этого началось рождение токарных и сверлильных станков – технологических машин.

В XV – XVI вв. началось изготовление трех- и четырехгранных метчиков ( инструмент для нарезания внутренней резьбы). Метчиками занимался Леонардо да Винчи. Он изобрел: несколько типов экскаваторов; различные типы гидравлических машин, в том числе тангенциальную турбину; прядильный, строгальный, токарный и волочильный станки, станок для насечки напильников; приспособление для нарезки винтов, прокатный стан, станок для свивки канатов.

Агостино Рамели, один из преемников Леонардо да Винчи, в книге «Различные и искусные машины» описал изобретенные им машины – мельницы, водоподъемники и грузоподъемники, насосы. К представленным в них механизмам относятся: зубчатые и червячные передачи, кривошипно-шатунные и кулисные механизмы и др.