n Физика XVII века Гюйгенс был разносторонним ученым, он получил формулу центробежной силы, занимался также оптикой и выдвинул волновую теорию света. Он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления света в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Астрономические наблюдения Гюйгенса привели его к открытию спутников и кольца Сатурна, полярные шапок на Марсе, полос на Юпитере. n Физика XVII века во многих отношениях следовала идеям Галилея. Опыты Галилея продолжал его ученик Торричелли (1608 1647), открывший вакуум, атмосферное давление и создавший первый барометр. Исследование вакуума заинтересовало ученых многих стран. Француз Блез Паскаль совершил с барометром восхождение на одну из гор и обнаружил, что по мере подъема атмосферное давление падает. Немец Отто Гернике и англичанин Роберт Бойль почти одновременно изобрели воздушный насос. Бойль также установил, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален давлению (известный закон Бойля Мариотта). n Христиан Гюйгенс Схема барометра Торриччели
n Открытие микромира Одновременно с изучением макромира, происходило открытие микромира. Первый микроскоп изготовил в самом начале XVII века голландский очковый мастер Захария Янсен. Роберт Гук усовершенствовал микроскоп и, наблюдал структуру растений, впервые показал их клеточное строение. Он ввел термин «клетка» и описал строение клеток бузины, укропа, моркови и других растений. n Антони ван Левенгук (1632— 1723), будучи торговцем мануфактурой, использовал свой досуг для шлифования оптических стекол и достиг в этом большого совершенства. Изготовленные им линзы давали 150 300 кратное увеличение. При помощи таких линз Левенгук впервые наблюдал и зарисовал сперматозоиды, бактерии, эритроциты, а также простейших, отдельные растительные и животные клетки, мышечную ткань и многие другие части и органы более чем 200 видов растений и животных. Он также описал способы движения и даже размножения у некоторых простейших. n Простейший микроскоп Левенгука
n n Бэкон и Декарт По мере развития науки решалась проблема правильного обоснования научных истин и теорем. Английский философ Фрэнсис Бэкон в сочинении «Новый Органон» (1620) дал определение индуктивного и дедуктивного методов доказательства. Французский философ Рене Декарт (1596 1650) ввел в новую науку правила математического доказательства; он считал, что любое утверждение необходимо доказывать. Когда у Декарта попросили доказать, что он существует, он ответил: «Я мыслю – следовательно, я существую» . Декарт первый стал изображать кривые в виде графиков функций и создал аналитическую геометрию, он ввел понятие «количество движения» (это произведение массы на скорость – mv) и установил закон сохранения количества движения в отсутствие внешних сил. Фрэнсис Бэкон (1561 - 1626) Рене Декарт (1596 -1650)
n Ньютон Идеи Декарта были восприняты Исааком Ньютоном. Величайшим открытием Ньютона был его «второй закон механики» , утверждавший, что «изменение количества движения пропорционально приложенной силе» . «Изменение количества движения» – это масса, умноженная на производную скорости, таким образом, второй закон давал начало дифференциальному исчислению. Третий закон Ньютона формулируется следующим образом: действие всегда вызывает равное и противоположное противодействие, иначе действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены в противоположные стороны. n Данная система законов движения была дополнена законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств окружающей среды, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними. Из этого закона Ньютон вывел установленные Кеплером законы движения планет. Закон всемирного тяготения завершил форми рование гелиоцентрического Исаак НЬЮТОН (1643 -1727) представления о Солнечной системе. n Закон тяготения позволил решить не только проблемы небесной механики, но и ряд физических и астрофизических задач. Ньютон указал метод определения массы Солнца и планет; он открыл причину приливов: притяжение Луны. n
Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны. n Ещё одним следствием закона тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет. В 1736 г. Французская Академия наук организовала экспедицию в Перу для измерения дуги меридиана в экваториальной зоне, а в 1736 г. послала экспедицию в Лапландию, для проверки гипотезы о приплюсности Земли у полюсов. Экспедиции подтвердили правоту теории Ньютона. n Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор); он детально исследовал дисперсию света, и показал, что белый свет раскладывается на цвета радуги вследствие различного преломления лучей разных цветов при прохождении через призму. Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «кольца Ньютона» . Но его главное достижение создание основ физической (не только геометрической) оптики как науки и разработка её математической базы, превращение теории света из бессистемного набора фактов в науку с богатым качественным и количественным содержанием. n Оптические эксперименты Ньютона
n Лебниц Честь создания дифференциального исчисления оспаривал у Ньютона знаменитый немецкий ученый Готфрид Лейбниц. Хотя Лейбниц имел какую то отрывочную информацию о неопубликованных работах Ньютона, он самостоятельно открыл «основную теорему анализа» , которую теперь называют «формулой Ньютона Лейбница» . В 1684 г. , опередив Ньютона, Лейбниц опубликовал первую в мире крупную работу по дифференциальному исчислению. Кроме того, Лейбниц создал механический калькулятор (арифмометр), выполняющий сложение, вычитание, умножение и деление чисел. Лейбниц установил закон сохранения кинетической энергии и подсказал Дени Папену конструкцию паровой машины (цилиндр и поршень). В 1700 г. Лейбниц стал первым президентом Берлинской Академии наук, а 1711 1712 гг. он имел несколько встреч с Готфрид Лейбниц Петром I, которые привели в дальнейшем к созданию Российской (1646 -1716) Академии наук. Лейбниц предложил проект научных исследований в России (изучение магнитного поля Земли, отыскание пути из Арктики в Тихий океан и т. д. ); он получил от Петра титул тайного советника и пенсию в 2000 гульденов. n Работы Лейбница и Ньютона в области механики и дифференциального исчисления продолжал швейцарский ученый Иоганн Бернулли (1667 1748). Бернулли получил классическое выражение для радиуса кривизны кривой, доказал формулу раскрытия неопределенностей, позднее известную как «правило Лопиталя» . Испытывая материальные затруднения, Бернулли передал конспект своих лекций своему ученику маркизу Лопиталю, и тот, заплатив учителю, опубликовал их как свои. Это был первый учебник по математическому анализу, который имел большой успех. n
n Французская Академия наук Успехи ученых привлекли внимание королей и министров. В 1666 г. знаменитый министр Людовика XIV Жан Батист Кольбер уговорил короля отпустить средства на создание Французской Академии наук (сначала она называлась Королевской Академией). Это было восстановление традиций Александрийского Мусея: в Академии были созданы обсерватория, библиотека и исследовательские лаборатории, выпускался научный журнал. Академикам платили большое жалование; в числе академиков были такие знаменитости как Гюйгенс и Лейбниц. Кольбер ставил перед Академией практические задачи; под руководством Пикара был точно измерен градус меридиана и составлена точная карта Франции – причем оказалось, что размеры страны меньше, чем полагали прежде. Людовик XIV в шутку сказал, что «господа академики похитили у него часть королевства» . Ученик Гюйгенса Дени Папен был создателем парового цилиндра и работал над созданием паровой машины. Гюйгенс и Папен были протестантами; когда во Франции после отмены Нантского эдикта начались гонения на протестантов, они были вынуждены покинуть страну. Папен уехал в Германию, где построил первую паровую машину, установил ее на лодку и в 1709 г. приехал на этом «пароходе» в Лондон. Он просил денег на продолжение своей работы у Лондонского королевского общества. Однако английское правительство практически не давало обществу средств, и оно было вынуждено отказать Папену. Изобретатель умер в нищете и неизвестно, что стало с первым пароходом. Учреждение Академии Наук и основание Обсерватории в 1666 -67 гг. Худ. Анри Тестелен. Версаль. В центре – Людовик XIV и Кольбер
n По примеру Людовика XIV своими Академиями поспешили обзавестись многие европейские короли. В 1700 г. по инициативе Лейбница была создана Берлинская академия. В 1724 г. , незадолго до смерти, Петр I подписал указ о создании Российской Академии наук. Главной знаменитостью Российской Академии был ученик Бернулли, знаменитый математик швейцарец Леонард Эйлер. Благодаря Эйлеру в математику вошли общая теория рядов, формула Эйлера, полная теория непрерывных дробей, аналитический фундамент механики, число e, обозначение i для мнимой единицы, гамма функция и многое другое. По существу именно он создал несколько новых математических дисциплин — теорию чисел, вариационное исчисление, теорию комплексных функций, дифференциальную геометрию поверхностей. Эйлер продолжал разработку теории дифференциальных уравнений, начатую в работах Лейбница и Бернулли. Теория дифференциальных уравнений была величайшим открытием XVIII в. ; оказалось, что все процессы, связанные с движением тел, описываются дифференциальными уравнениями, и, решив их, можно найти траекторию движения. В 1758 г. французский математик и астроном Клеро рассчитал траекторию кометы Галлея с учетом влияния притяжения Юпитера и Сатурна – это была блестящая демонстрация возможностей новой теории. Эта теория нашла свое завершение в знаменитой книге Жозефа Лагранжа «Аналитическая механика» , увидевшей свет в Париже в 1788 г. Леона рд Э йлер (1707 - 1783, )
n n Теплота и электричество Развивались и другие области физической науки. В начале века голландец Фаренгейт изобрёл современный термометр на ртутной или спиртовой основе, и предложил шкалу Фаренгейта. С этого момента появилась возможность измерения количества тепла в опытах. В 1734 г. французский учёный Дюфе обнаружил, что существуют два вида электричества: положительное и отрицательное. В 1745 г была изобретена лейденская банка. В 1750 г. Бенджамин Франклин (впоследствии один из отцов основателей США) опубликовал работу, в которой предложил провести эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Впоследствии было проведено несколько таких опытов, во время одного из них в 1753 году был убит работавший в России немецкий учёный Георг Рихман, который пытался измерить заряд молнии с помощью изобретенного им электрометра. В своих записях Франклин говорит о том, что знал об опасности и нашёл альтернативный путь демонстрации электрической природы молнии, о чём говорит использование им заземления. В 1785 г. , проведя большое количество опытов с металлическими шариками француз Шарль Кулон вывел формулу, описывающую силу притяжения (или отталкивания) электрических зарядов. Гибель Георга Рихмана
n Ломоносов и развитие химии Первым российским ученым энциклопедического масштаба был Михаил Васильевич Ломоносов (1711— 1765). Ломоносов был первым русским профессором химии, создателем первой русской химической лаборатории и автором первого в мире курса физической химии. В области физики Ломоносов оставил ряд важных работ по кинетической теории газов и теории теплоты, по оптике, электричеству, гравитации и физике атмосферы. В научной системе Ломоносова важное место занимает «всеобщий закон» сохранения. Впервые он сформулировал его в письме к Леонарду Эйлеру 5 июля 1748 г. Ломоносов писал: «… все встречающие ся в природе изменения происходят так, что если к чему нечто при бавилось, то это отнимается у чего то другого. Так, сколько материи прибавляется к какому либо телу, столько же теряется у другого…» . n Однако в целом химия XVIII века находилась еще в зачаточном состоянии. На рубеже XVII и XVIII веков немецкий химик Георг Эрнст Сталь (1659 1734) предложил так называемую теорию флогистона оказалась ошибочной и долгое время заводила поиски химиков в тупик. Сталь считал, что различные вещества и металлы содержат в своем составе особое "начало горючести" флогистон. При прокаливании металлы теряли флогистон, превращаясь в окислы, т. е. процессы окисления заключались в потере окислявшимися веществами флогистона. Напротив, в ходе процессов восстановления оксиды приобретали флогистон, вновь становясь металлами. n М. В. Ломоносов (1711 — 1765)
ГЛАВА Х. НАЧАЛО НОВОГО ВРЕМЕНИ n Агротехническая революция n Открытие Америки и морского пути в Индию имели столь большое значение для европейской цивилизации, что считаются началом новой исторической эпохи – Нового времени. Важным последствием географических открытий стала агротехническая революция. Европейцы познакомились с новыми сельскохозяйственными культурами, прежде всего, с кукурузой и картофелем. Кукуруза (или маис), о которой Колумб впервые сообщил еще в 1492 г. , была завезена в Испанию в 20 е гг. XVI в. и затем стала распространяться во всей южной полосе Европы. Кукурузу начали возделывать во Франции, Италии и Венгрии. Через придунайские княжества она проникла на Балканы, на Украину, в Малую Азию и в Северную Африку. Значение кукурузных посевов в сельском хозяйстве этих стран было очень велико. Американские индейцы выращивали кукурузу разных сортов
Картофель стал известен в Европе — первоначально в Испании и Италии — с конца XVI в. Во Франции и в Германии у крестьян сформировалось настороженное отношение к картофелю не только в силу приверженности к традиционным сельскохозяйственным культурам, но и из за малой питательности и вкуса, казавшегося им неприятным. n Возможность использования картофеля как дешевого питательного средства заинтересовала прежде всего учёных и правительственные круги. Иосиф II в Австрии, Фридрих II в Пруссии, а позднее Николай I в России предписывали крестьянам производить посадки картофеля, что встречало сопротивление и иногда вызывало «картофельные бунты» . n Кукуруза и картофель были значительно продуктивнее пшеницы, и их культивирование позволило увеличить производство пищи. За расширением экологической ниши последовал рост населения, к примеру, население Франции Л. Б. Лепаж. «Сборщицы картофеля» в XVIII в. возросло в полтора раза. Побочным следствием распространения картофеля стало прекращение эпидемий цинги (эта болезнь вызывается недостатком витамина С, которым богат картофель). n
n Еще одним следствием аграрной революции стало создание плантационных хозяйств в колониях. Американские плантации стали производителями сахара, кофе, хлопка, табака – продуктов, которые находили широкий сбыт в Европе. Кофейное дерево стало впервые культивироваться в Эфиопии в XV веке, отсюда оно стало распространяться по средиземноморским странам, где завоевало большую популярность. Голландцам удалось тайно вывезти несколько кофейных деревьев из Йемена и размножить их на своих индонезийских плантациях. Французы в XVIII веке стали разводить кофе на Антильских островах и в Гвиане. Сахар, родина которого – Индия, в XVII веке стал в больших масштабах возделываться на Вест Индских островах, на Ямайке, Гаити, Кубе. Хлопок (также индийский по происхождению) стал возделываться на плантациях в Бразилии и Вест Индии. Рабочей силой на этих плантация были рабы, которых десятками тысяч привозили из Африки. Всего в британские колонии в Северной Америки, и позднее в США, было доставлено около 13 миллионов рабов из Африки, но на каждого живого раба приходилось по 3 4 погибших во время "охоты на людей" и их транспортировки. На сахарных плантациях в Бразилии. Начало XIX века. На корабле работорговцев
Развитие плантационного земледелия в колониях способствовало распространению торгово предпринимательского земледелия в европейских странах, прежде всего в Англии и Голландии. С XVI века практикуются приемы интенсивного земледелия: дренаж почвы, известкование, севооборот. Наибольшую известность получила норфолкская система севооборота: чередование на одном поле посадок пшеницы, турнепса, ячменя и клевера позволяло существенно увеличить урожайность. Были усовершенствованы орудия труда, в частности, появился более легкий плуг, рассчитанный на тягловую силу пары лошадей (раньше на пашне применялись быки). Лемех и отвал плуга соединились в единое режущее лезвие изогнутой формы, позволяющее плавно отрезать и переворачивать пласт земли. n Географические открытия, давшие толчок к агротехнической революции, имели многообразные последствия, и в частности, они вызвали бум в мореплавании и судостроении. n Для парусного мореплавания огромное значение имело совершенствование техники судовождения. Прежде всего необходимо было знание направлений ветров на разных широтах в разное время года. Исходя из этой информации выбирались маршруты плавания. При плавании через Атлантику сначала корабль плыл на юг, к Канарским островам, затем пассаты гнали его на запад, до Америки. Потом корабль полагался на Гольфстрим, который увлекал его на север, через Мексиканский залив. И только пройдя мимо восточного побережья Северной Америки, корабль возвращался в Европу. n Плуги XVIII века
Для такого плавания наиболее подходили прямые паруса, дававшие максимальный эффект при ветре, дующем по курсу. Конечно, на корабли устанавливались и косые паруса, чтобы суда оставались управляемыми и в сложных погодных условиях, но их ставили лишь на одну из трех четырех мачт (бизань мачту). n Уже к 1530 м гг. плавания через Атлантику привели к появлению нового типа корабля, галеона. Галеон отличался от прежних судов тем, что был длиннее и ниже, отношение ширины к длине корпуса составляло 1: 3. Водоизмещение галеона было порядка 500 тонн; численность экипажа достигала 600 матросов и солдат. Корпус галеона обычно строился из дуба и других твердых пород дерева, рангоут — из сосны. Парусное вооружение состояло из трех пяти мачт, передние мачты несли прямое вооружение, задние — косое (латинское). Кроме того, на носу появился длинный бушприт, который нес прямой парус — блинд. В те времена преобладала абордажная тактика морских сражений, поэтому галеоны имели многочисленный экипаж и высокие надстройки на носу и корме; эти надстройки делали судно похожим на крепость. n Морская артиллерия была еще очень несовершенной; порох в ствол орудия засыпали совком, тщательно отмеряя каждую порцию. Поэтому тяжелые орудия давали один выстрел в полчаса, а легкие – один выстрел в 15 минут. n Галеон "Сан Мартин" (Испания, 1567 г. ).
Пушки едва успевали сделать два выстрела, прежде, чем противник возьмет судно на абордаж. На вооружении первых галеонов было до 30 орудий калибра от 3 фунтовых (6 см) до 50 фунтовых (19 см), но в дальнейшем число орудий увеличилось до 50 80. Именно на галеоне орудия впервые были установлены и на главной палубе и под ней, что привело к появлению батарейных палуб: орудия стояли по бортам и стреляли через порты. n Галеон был символом испанского господства на морях, но в конце XVI в. голландские корабелы создали более совершенный тип судна, «флейт» . В отличие от галеона, флейт был специализированным торговым кораблем. Длина этих судов в 4 6 и более раз превышала их ширину, что позволяло им ходить под парусами круто к ветру. Составные мачты были очень высокими и превышали длину судна, следствием чего была большая площадь парусов и высокая скорость. Благодаря великолепным мореходным качествам флейты быстро заняли главенствующее место на океанских маршрутах. Именно на флейте голландский капитан Баренд Фоккерс совершил рекордный для XVII века переход из Индонезии в Нидерланды; он преодолел маршрут за 3 месяца вместо обычных 8 9 месяцев, и получил прозвище «Летучий голландец» . n Голландский флейт
В силу высокой скорости и большой вместимости флейты использовались главным образом в качестве транспортных судов. Эти корабли намного удешевили морские перевозки, и Голландия захватила в свои руки большую часть мировой торговли. Огромные караваны судов с азиатскими товарами приходили в Амстердам – новую торговую столицу мира; отсюда товары развозились по всей Европе. С появлением флейта стали возможны массовые перевозки невиданных прежде масштабов, и голландцы превратились в народ мореходов и купцов; им принадлежали 15 тысяч кораблей, втрое больше, чем остальным европейским народам. Колоссальные прибыли от посреднической торговли подарили Голландии богатства, сделавшие ее символом буржуазного процветания. Капиталы купцов вкладывались в промышленность; тысячи мануфактур работали на сырье, привозимом из других стран, и вывозили свою продукцию на европейские рынки. n Таким образом, Голландия, вслед за Финикией и Грецией, дала новый образец цивилизации, основанной на мореплавании и торговле. n Амстердам на картине XVII века
n Вслед за появлением новых торговых кораблей появились и новые конструкции военных кораблей. В 1610 г. английский мастер Финеас Петт создал первый линейный корабль «Принс Ройял» . От галеонов линейные корабли отличаются отсутствием высоких надстроек на носу и корме и более совершенным парусным вооружением – тремя или четырьмя рядами парусов на высоких мачтах. Это были специализированные артиллерийские корабли, которые должны были вместить как можно больше пушек, сохраняя устойчивость и высокие мореходные качества. Толстые (до 70 см) борта из нескольких слоев дуба должны были противостоять ядрам противника. В 1637 г. Финеас Петт построил первый трехпалубный линейный корабль «Ройял Соверен» ; это был самый большой корабль тех времен, он имел водоизмещение 1700 тонн и 126 пушек. К концу столетия Англия имела больше ста линейных кораблей. Для создания этих гигантов использовались чертежи, модели и математические расчеты, причем вслед за английскими корабелами за разработку теории корабля взялись ученые из Французской Академии наук. В 1750 х гг. появились исследования братьев Бернулли по остойчивости и плавучести судов; большую роль сыграли также работы Даламбера, Кондорсе и шведского кораблестроителя Фридриха Чапмана. «Ройял Соверен»
n Создание линейных кораблей дало Англии пальму первенства в борьбе за моря. Одержав победу в морских войнах с Голландией, Англия захватила в свои руки мировую посредническую торговлю. Не получая защиты от своего флота, голландские купцы переселялись со своими капиталами в Лондон, принимали английские имена и становились английскими купцами. Англия стала процветающей торговой державой – и гарантом этого процветания были господствующие на морях линейные корабли. Каравелла, галеон, флейт, линейный корабль были фундаментальными открытиями, которые даровали господство в морской торговле сначала Испании и Португалии, потом Голландии, а затем Англии. Торговое процветание было лишь производным от применяемой техники и технологии; каждое новое открытие вызывало волну морских войн и колониальных завоеваний. Четыре крупнейших морских державы овладели огромными колониальными империями и стали центрами «культурных кругов» , распространившихся по всему миру. Латинская Америка стала частью испано португальского культурного круга, а Северная Америка, Австралия, Индия – частью англосаксонского культурного круга. Английский флот на стоянке в Гринвиче
n n Чугунная пушка Англия одержала победу в борьбе за моря в значительной мере благодаря новой корабельной артиллерии – чугунным пушкам. Известно, что опыты по литью мелких чугунных орудий производились с XV века в Германии и Бельгии, но качество орудий было низким из за хрупкости высокоуглеродного чугуна. Между тем, чугун был в десять раз дешевле бронзы, из которой обычно отливали пушки, и освоение новой технологии сулило большие выгоды. Английский король Генрих VIII поручил решение этой проблемы приглашенному из Франции литейщику Пьеру Боде. В результате напряженных двухлетних экспериментов в 1542 году Боде удалось получить цельночугунное орудие, в основном удовлетворявшее требованиям артиллерийской техники. Недостаточная прочность чугуна на разрыв заставляла отливать пушки с толщиной стенок ствола большей, чем у бронзовых орудий, поэтому пушки получались тяжелыми – они не годились для полевых сражений, но были вполне пригодны для использования на кораблях и в крепостях. Разработанная технология оказалась настолько успешной, что в 1546 г. только в королевском арсенале в Тауэре находилось 351 чугунное орудие. Чугунная морская пушка XVIII века
Когда в 1587 году у берегов Англии появилась испагская «Непобедимая армада» , ей навстречу вышли английские корабли, вооруженные множеством чугунных пушек. Англичане не подпустили Армаду к берегам Англии, а сокрушительный ураган довершил поражение испанского флота. n Богатейшие в Европе месторождения железной руды были расположены в Швеции, в этой стране не было недостатка и в древесном угле. В 1620 х годах нидерландский предприниматель Луи де Геер привез в Швецию мастеров со своей родины и основал здесь большие мануфактуры с домнами и литейными мастерскими. На своих мануфактурах де Геер отлил тысячи тяжелых пушек для голландского флота, но главным его достижением было создание легких чугунных пушек. 4 фунтовая (стрелявшая ядрами в 4 фунта) пушка де Геера вместе с повозкой весила около 600 кг, и ее можно было перевозить запряжкой из двух лошадей. n Голландские предприниматели наладили производство чугунных пушек и в России. В 1637 году богатый купец Андрей Виниус построил доменный завод в Туле и отливал пушки, часть которых вывозилась в Голландию. Однако тульская руда содержала примесь фосфора, и получаемый из нее металл был «холодноломким» ; качество пушек было невысоким и они часто давали трещины. n Гибель «Непобедимой армады» Андрей Виниус
n Появление легкой артиллерии n Однако, несмотря на успехи литейщиков, главным оружием пехоты оставались бронзовые пушки, они были намного более легкими и прочными, чем чугунные орудия. В 1620 х годах шведский король Густав Адольф приступил к целенаправленным работам по созданию легких бронзовых пушек. Эти работы продолжались десять лет; были выписаны лучшие оружейники Европы; король сам давал им технические задания и проводил испытания новых орудий на полигоне близ Стокгольма. В 1626 году мастер Мельхиор Вумбрант создал так называемую «кожаную пушку» : тонкий медный ствол обматывался канатами и закрывался кожаным чехлом; эти 3 фунтовые пушки весили 7 пудов они были в четыре раза легче прежних орудий. Но «кожаные пушки» быстро перегревались и выходили из строя; шведские оружейники продолжали свои эксперименты, и в 1629 году было создано всепобеждающее новое оружие «полковая пушка» , «regementsstycke» . В отличие от «кожаной пушки» , regementsstycke представляла собой цельнолитое медное орудие при том же 3 фунтовом калибре эта пушка имела вес в 7 8 пудов. Шведский король Густав Адольф II
«Полковую пушку» могла везти одна лошадь; два три солдата могли катить ее по полю боя рядом с шеренгами пехоты и таким образом пехота получала постоянную огневую поддержку. Стенки ствола «полковой пушки» были настолько тонкими, что она не могла стрелять ядрами секрет regementsstycke состоял в том, что это была первая пушка, предназначенная для стрельбы картечью, «гаубица» . Картечь изредка использовалась и ранее, но ее применение затруднялось трудностями при заряжании. Шведские оружейники создали зарядный патрон, плотный матерчатый мешок, куда помещались картечь и порох. Благодаря применению патронов «полковая пушка» обладала невиданной скорострельностью: она делала до шести выстрелов в минуту и буквально засыпала противника картечью. n Фундаментальное открытие шведов легкая артиллерия вызвало новую волну нашествий. В 1630 г. шведская армия во главе с королем Густавом Адольфом высадилась в Германии, а год спустя в битве при Брейтенфельде шведские гаубицы расстреляли армию императора Фердинанда II. n Шведская «полковая пушка»
Шведы стали хозяевами Центральной Европы, за двадцать лет войны было сожжено 20 тысяч городов и деревень и погибло 2/3 населения Германии. Затем шведская армия обрушилась на Польшу – это был страшный «потоп» , когда были разграблены почти все польские города и погибла половина поляков. n В 1700 г. шведский король Карл XII разгромил под Нарвой русскую армию; шведы могли бы овладеть Москвой, но шведский король двинулся в Польшу – он считал, что победа от него не уйдет, что русские все равно ничего не смогут сделать. n В России не было медных месторождений – однако Петр I приказал снять колокола с церквей, пригласил иностранных мастеров – и уже через год отлил 250 полковых пушек шведского образца. Одновременно было увеличено производство чугунных пушек. Незадолго до начала войны на Урале были найдены богатейшие рудные залежи, и Петр приказал заложить большой завод в Каменске. Завод строили в большой спешке; осенью 1701 г. была пущена первая домна, в 1702 г. завод дал 180 пушек – и проблема с артиллерией была решена. Когда Карл XII в 1708 г. вторгся в Россию, его встретила мощная артиллерия; в сражении под Полтавой большая часть атакующей шведской пехоты не смогла добежать до русских шеренг – она была истреблена огнем русских пушек. n Карл XII в битве под Нарвой Семенов А. Н. «Артиллерия в Полтавском сражении»
Перенимание шведской военной техники означало для России модернизацию по европейскому образцу. Петровские реформы включали в себя создание новой промышленности, новой армии, новой государственной администрации, перенимание европейской одежды и европейских обычаев. В результате этой модернизации Россия вошла в европейский культурный круг, стала европейской страной. Уральская руда была лучше шведской, и созданная Петром уральская металлургия вскоре заняла первое место в Европе. Первым начальником уральских горных заводов был друг и сподвижник Петра голландский инженер Вильгельм де Геннин; его приемником был учившийся в Швеции Василий Никитич Татищев. Уральские доменные печи для тех времен были крупнейшими в мире, они достигали 13 метров в высоту и 4 метров в поперечнике. n В 1720 х годах на Урале были найдены богатые месторождения медной руды, и это позволило наладить производство легких бронзовых орудий. Русские металлурги и артиллерийские инженеры вскоре превзошли своих учителей иностранцев; в 1757 г. под руководством графа Петра Шувалова было создано лучшее артиллерийское орудие тех времен гаубица «единорог» . В 1759 г. в битве при Кунерсдорфе «единороги» расстреляли армию прусского короля Фридриха II. Единорог стал новым оружием России, появление которого породило волну русских завоеваний; в начале XIX в. границы России достигли Дуная и Вислы. n Памятник Генину и Татищеву Гаубица «единорог»
n Пушки Грибоваля и победы Наполеона В конце XVIII века началась новая волна военных инноваций, связанных с появлением облегченных артиллерийских систем. До этого времени канал ствола пушки отливали вместе с заготовкой, пользуясь специальными вставками в отливочные формы. При таком методе в канале обычно возникали раковины, снижавшие прочность орудия. В 1740 х гг. работавший во Франции, швейцарский инженер Жан Мориц младший создал горизонтально сверлильный станок, предназначенный для высверливания канала в сплошной болванке орудийного ствола. Новый метод давал чистый, без раковин, канал, что позволяло уменьшить толщину стенок свола и облегчить орудие. n Взяв на вооружение «метод Морица» , французский генерал Ж. Б. Грибоваль коренным образом преобразовал французскую артиллерию, уменьшил вес орудий, усовершенствовал лафеты (которые получили железные оси и чугунные втулки колес) и механизмы наводки. В результате реформ мощные 6 и 8 фунтовые орудия стали столь же подвижными, как 3 фунтовые полковые пушки. Новые орудия позволили увеличить дальность картечного выстрела с 200 до 300 500 метров. В то же время дальность ружейного выстрела по прежнему составляла 200 220 метров; таким образом, картечь новых орудий поражала пехотинцев прежде, чем те успевали выстрелить. n
Сила артиллерийского огня теперь в 6 10 раз превосходила силу огня пехотных линий и основанный на огне пехоты линейный порядок стал неэфффективным. n Появление мощной мобильной артиллерии потребовало перемен в тактике. Главным элементом новой тактики стала колонна – боевой порядок, созданный французской революцией. Военным министром революционного правительства был знаменитый военный инженер Лазар Карно. Имея большую, но плохо вооруженную и обученную армию, Карно предложил стоить атакующие войска колонной и бросать их в штыковую атаку – без единого выстрела. Передние ряды колонны погибали под вражеским огнем, но в конечном счете колонна прорывала тонкую стрелковую линию противника – и одерживала победу. Переброшенные к намеченному месту прорыва десятки и сотни пушек Грибоваля должны были подавить батареи противника и ослабить его пехоту; затем подтянутые из глубины колонны одна за другой устремлялись в штыковую атаку, пробивая линию противника своей массой. n Колонна в атаке
Пушки Грибоваля и нацеленная на их использование новая тактика стали фундаментальной инновацией в военном деле. Это фундаментальное открытие породило волну французских завоеваний и победы Наполеона I. Как обычно, волна завоеваний вызвала волну диффузионного подражания французским порядкам, что привело к отмене крепостного права в Пруссии, и к появлению проектов конституционных реформ в России. В первую очередь, однако, перенималась новая артиллерия и тактика колонн, к 1812 году французская армия утратила свое военно техническое превосходство и, в конечном счете, Наполеон I потерпел поражение. n В корабельной артиллерии метод сверления стволов пушек стал применяться англичанами уже вскоре после реформ Грибоваля. В 1779 г. директор чугунолитейного завода в Карроне Чарлз Гаскойн с помощью этого метода создал мощное, но относительно легкое корабельное орудие, «карронаду» . 32 фунтовая карронада весила в три раза меньше обычной корабельной пушки того же калибра, поэтому ее можно было устанавливать на палубе корабля. На флагмане адмирала Нельсона, «Виктори» , были установлены 68 фунтовые карронады, что обеспечило огромную огневую мощь этого корабля. В 1786 г. Гаскойн был приглашён императрицей Екатериной II для налаживания производства карронад для российского флота; в течение 17 лет он был начальником Олонецких горных заводов в Карелии. n Отступление из России Флагман адмирала Нельсона «Виктори»
n Усовершенствование водяного двигателя Главным двигателем в период до промышленной революции было водяное колесо. На его основе создавались различные молоты, жернова, мехи, которые приводились в движение гидравлическими колесами. Много примеров применения водяного двигателя приводится в трактате Г. Агриколы (1494 1555 гг. ) «О горном деле и металлургии» . Эта книга являлась в течение более 200 лет основным руководством по горному делу во многих странах. Первые шесть томов трактата посвящены горному делу, 7 й способам поведения опытных плавок, 8 й обогащению и подготовке руд к плавке, 9 й способам выплавки металла, 10 й разделению металлов, 11 й и 12 й тома различным устройствам и оборудованию. n Стремление повысить мощность водяного двигателя заставляло строить гидравлические установки больших размеров. Во Франции мастер Р. Салем под руководством А. де Виля соорудил в 1682 г. крупнейшую гидросиловую установку из 13 колес, диаметр которых достигал 8 м. Колеса, установленные на реке Сене, приводили в действие 235 насосов, поднимавших воду на высоту 163 м. Эта система, снабжавшая водой фонтаны королевских парков в Версале и Марли, получила у современников название «чудо Марли» . n Подъемник с приводом от водяного колеса. Рисунок из книги Агриколы. «Машина Марли»
Однако даже такие колоссальные гидравлические двигатели не обладали достаточной мощностью. Самые большие колеса имели мощность не более 200 л. с. Мощность обычных водяных колес не превышала десятка лошадиных сил. n Больших успехов в области строительства гидротехнических сооружений добился русский изобретатель К. Д. Фролов (1726— 1800) на Колывано Воскресенских рудниках Алтая. В 70 х годах XVIII в. на Алтае перешли к разработке серебряных руд, залегавших на более глубоких горизонтах. Использовавшиеся ранее водоотливные подъемные машины, приводимые в движение вручную или конным двигателем, уже не могли обеспечить откачку воды и подъем руды на поверхность. Для увеличения количества добываемой руды Фролов разработал проект строительства комплекса вододействующих установок. В течение 1783— 1789 гг. он со своими помощниками осуществил свой проект. Это было самое крупное гидротехническое сооружение XVIII в. n Схема гидротехнических сооружений К. Д. Фролова на Алтае в конце XVIII в. 1 — плотина, 2 —штольня, з — канал, 4 — водяное колесо, 5 — лесопилка, 6 — отвод воды к Преображенскому руднику, 7 — подземный канал, 8 — водяное колесо, 9 — рудоподъемник, ю — подземный канал, 11 —водяное колесо, 12 —передача к насосам, 13 —насосы Екатерининского рудника, 14 — подземный канал, 15 — водяное колесо, 16 — подземный канал, 17 — насосы Вознесенского рудника, 18 — рудоподъемник.
n Эффект, полученный от применения водяного колеса, можно оце нить, сопоставив работу, производимую человеком, животными и водя ными двигателями (см. табл. ). Из таблицы видно, что применение лошади по сравнению с мускульной силой человека давало прирост суточной работы в 6 7 раз, а водяное колесо – еще в 15 раз. Тем не менее, возможности дальнейшего наращивания мощности водяных колес были невелики, и экономика, построенная на их использовании, в XVIII веке подошла к пределу своего развития.
n Паровые водоподъемные машины n Водяной двигатель обладал недостаточной мощностью, и к тому же мог применяться только на берегах рек. Между тем, рудники часто располагались в безводных местах, и это заставляло горнопромышленников искать новые способы приведения в действие подъемников и водооткачиващих машин. В 1696 г. английским инженером Томасом Севери была создана первая водоподъемная паровая установка. В водоподъемнике Севери в паровой котел (2) через кран (3) подавалась вода; пар из котла через открытый кран (4) поступал в камеру насоса (1) и вытеснял из нее воду через нагнетательный клапан (6) при закрытом всасывающем клапане (7) в верхний резервуар. Затем кран (4) закрывали, а камеру (1) поливали холодной водой. Пар в камере конденсировался, давление снижалось и через всасывающий клапан (7) вода поступала в камеру. Затем цикл повторялся. Машина Севери, собственно, еще не была машиной в привычном для нас смысле этого слова. В ней не было движущихся частей, кроме клапанов. Это был паровой насос, имевший единственногое назначение: поднимать воду. Водоподьемник Севери
n Более практичной, чем машина Севери, оказалась конструкция английского изобретателя, кузнеца Томаса Ньюкомена. Принцип действия созданной в в 1705 1706 гг. машины Ньюкомена заключался в следующем: внутри цилиндра (2) двигался поршень, связанный с одним концом балансира (8). Другой конец балансира соединялся со штангами водоотливного насоса (11). Пар поступал в цилиндр из котла (1) при открытом кране (4) и поднимал поршень (3), который уравновешивался весом насосной штанги и добавочного груза (10). При достижении поршнем верхнего положения кран (4) закрывался. Пар конденсировался вначале благодаря охлаждению цилиндра водой извне, а в более поздних образцах вследствие впрыскивания в цилиндр холодной воды из резервуара (5) через кран (6). После конденсации пара в цилиндре создавалось разряжение и атмосферное давление двигало поршень вниз; при этом насосные штанги (11) поднимались и из шахты откачивалась вода. Охлаждающая вода и сконденсировавшийся пар удалялись из цилиндра по трубе (7); излишний пар выпускался из котла через предохранительный клапан (9). Затем кран (4) открывался, и пар помогал противовесу (10) вернуть поршень в исходное положение. Машина Ньюкомена
n Машину Ньюкомена называли не паровой, а «атмосферической» машиной потому что работу в ней выполнял не пар, а атомосферное давление – этим она принципиально отличалась от появившихся позже паровых машин. Тем не менее, «атмосферические машины» получили довольно большое распространение, уже в 20 е годы XVIII в. они работали во многих странах Европы; в Англии они широко использовались на корнуэлльских оловянных рудниках, в Ньюкаслском угольном бассейне и других местах. Их применяли не только на рудниках, но и в системе водоснабжения и в гидротехнических сооружениях. Лондонская машина 1720 г. , предназначенная для снабжения города водой Темзы, имела объем котла около 17 куб. м, а цилиндр диаметром более 80 см и высотой 3 м. Однако прерывистый характер работы и невозможность действия двигателя вне связи с насосом определяли использование машин Ньюкомена только для подъема воды. Кроме того, из за чрезвычайно низкого кпд (менее 1%) эти машины потребляли огромное количество топлива, и их было выгодно использовать, главным образом, там, где это топливо имелось в изобилии – то есть на угольных шахтах. Машина Ньюкомена на угольной шахте. Конец XVIII века
Скачать презентацию n Физика XVII века Гюйгенс был разносторонним ученым
ИНТ-6.ppt