Особливості розвитку технічних знань в країнах Європи

4.2.1. Особливості періоду раннього середньовіччя

Особливість техніки раннього феодалізму – прості знаряддя визначали низький рівень розвитку виробничих сил. В цей час панувало натуральне господарство з слабким суспільним розподілом праці. Це був перехідний період від рабовласницького суспільства до розвиненого феодального способу виробництва.

В Європі панували загальний занепадок ремесла та торгівлі, повна безграмотність мас. Германські племена, які завоювали Римську імперію володіли більш низькою технікою, ніж римляни. Вони вміли добувати залізо, користувалися залізним лемешем, сокирою та лопатою, використовували тяглову силу худоби, але їм не по силах виявилася римська техніка з її передовим плугом, вантажопідйомними пристроями та дуже спеціалізованими ремеслами. Вони не змогли скористатися вищими технічними досягненнями рабовласницького суспільства.

В Європі в ранньому середньовіччі ремесло прийшло в занепад. Замість великих рабовласницьких ремісних майстерень почали виникли невеликі домашні.

Міста, які виникли в рабовласницькому суспільстві після падіння Риму, втратили своє домінування над селом та впали в економічну залежність від нього. Лише з часом вони знову почали ставати осередками нового розквіту ремесла та удосконалення техніки.

Але вже в Х ст. стали підковувати тяглову худобу, що дозволило використовувати в сільському господарстві коней і вирішило проблему обробки кам’янистих ґрунтів; в результаті ожило землеробство.

В ХІ ст. стародавній шийний хомут в збруї коней та биків замінили плечовим, що дозволило в чотири рази збільшити силу тяги упряжки. Почалося сумісне використання декількох тяглових тварин. Цей винахід забезпечив неймовірне для того часу збільшення енергії. Це, в свою чергу, дозволило ввести новий тип плугу – колісний, більш тяжкий, але з більш зручними лемешами, які глибше проникали в грунт и краще його спушували.

Ростки раннього науково-технічного знання, були майже знищені після падіння Риму, але елліністична вченість частково збережена і розвинена. Наприклад, спроби спасіння античних рукописів, здійснювалися в Європі такими людьми, як Флавій Кассідор Сенатор, як його називали – “останній римлянин та перша людина середньовіччя”. Він заснував у 540 р. в своєму помісті монастир Віваріум, де зібрав найбагатшу у Європі бібліотеку античних рукописів та організував їх переписування.

4.2.2. Вплив церкви на розвиток знань

На науку середніх віків великий відбиток наклали догмати церкви, основи яких заклав єпископ Аврелій Августин (354–430 рр.). Вони в той час стали політичними аксіомами, а біблейські тексти одержали силу закону. Все, що не вкладалося в ці догми зустрічало опір церкви.

В V ст. була створена структура католицької церкви на чолі з папою, який довічно обирався з числа кардиналів. Рим стає центром католицької церкви і зростає її вплив. В ХІ ст. сформувалася релігійна філософія феодалізму – схоластика, задача якої полягала в виправдані соціальної нерівності, захисті церковних догматів, розпалюванні релігійного фанатизму, нетерплячості до інакомислення. Церква підкорила науку та зробила її додатком теології й схоластики. Широко поширювалися алхімія, астрологія, магія, кабалістика чисел та ін.

Одним з найбільш видатних філософів-схоластів того часу був Ансельм Кентерберійський (1033–1109 рр.), який прагнув до незалежності церкви та бачив у догматичній вірі основу любого наукового знання.

Прогресивним філософом та письменником був викладач монастирської школи в Парижі П’єр Абеляр (1079–1142 рр.), який в основу своїх трактатів поклав тезу: “Розуміти, щоб вірити”.

На межі ХІІ–ІІІ ст. на латинь перекладені твори Аристотеля, які аж до епохи Відродження відігравали важливу роль в розвитку знання.

Церква намагалася пристосувати вчення Аристотеля під християнські догми. В цьому значна заслуга члена ордена монахів-домініканців Фоми Аквінського (1225–1274 рр.). Фома створив найбільш розповсюджену в той час схоластичну систему, свого роду енциклопедію середньовікової ідеології і за це був звеличений в ранг святих. В своїх творах торкався не лише теологічних проблем, а і питань права, моралі, держави, економіки, природознавчих наук. Ставив теологію вище філософії, вважав, що істина раз і назавжди визначена Священним писанням. Вважав, що встановлений на землі порядок нерівності та експлуатації визначений Богом навічно.

Передові погляди в той час намагався висловлювати францисканський монах, філософ і природодослідник, англієць Роджер Бекон (1214–1292 рр.). Він виступав з критикою феодальної схоластики та церкви, розробив проект утопічної держави республіканського типу, займався науками (математика, фізика, хімія, астрономія). Вважав експеримент єдино вірним засобом в пошуках істини. Йому довелося завдяки гонінням церкви 14 років провести за гратами.

Велике значення для розвитку знань мало виникнення перших університетів, які спочатку займалися лише підготовкою духовенства, але навчання вже носило системний характер, читалися лекції, проводилися диспути, вивчалися медицина, технічні науки, граматика, філософія.

В 1160 р. засновані Паризький та Болонський університети, в 1167 – Оксфордський, в 1209 – Кембриджський, в 1222 – Падуанський, в 1224 – Неаполітанський, в 1347 – Празький, в 1364 – Краківський.

4.2.3. Розвиток технічних знань та ремесла в період розвиненого феодалізму

Техніка розвиненого феодалізму відповідала поширенню знарядь праці, які приводилися в дію руками людини. Це сприяло росту ремесел та поглибленню суспільного розподілу праці. Але прогрес техніки здійснювався дуже повільно.

В ХІ ст. західні країни Європи зіткнулися з багатствами арабської цивілізації, в ХІІ ст. активно почала вивчатися антична спадщина, в ХІІІ ст. починається використання експерименту, зростає інтерес до робіт Аристотеля, удосконалюється статика Архімеда. В ХІV ст. починається процес критичного перегляду філософської та природнонаукової традицій. В полеміці з античними авторами зароджуються нові ідеї, використовуються математичні методи, виникають зародки науки.

Починаючи з ХІ ст. розвиток продуктивних сил пішов більш швидкими темпами. В країнах Європи почали створюватися великі міста і знову виникати відособлені ремесла. Серед селян поступово виділяються ремісники, які потім почали селитися навколо замків феодалів, міст, монастирів. В цей період відділення міста від села значно посилюється і виникли, наприклад, на Русі такі великі міста, як Київ, Псков, Новгород. Одним з великих міст середньовіччя був Лондон, населення якого в XIV ст. вже досягало 40 000.

Боротьба проти експлуатації та притиснення феодалів, зростання конкуренції з боку біглих селян вимусили ремісників об’єднуватися в цехи. Вперше цехи виникли в Візантії ще в ІХ ст., в Італії – в Х ст., а дещо пізніше – в усіх країнах Європи та на Русі.

Становленням специфічної організаційної форми ремісничого виробництва – професійних корпорацій або цехів базувалося на спеціалізації та диференціації технічної діяльності. Цех об’єднував ремісників одного або декількох близьких профілів. Повноправними членами були лише ремісники-майстри, які мали невелику кількість підмайстрів та учнів.

Позитивна роль цехів проявилася лише на перших порах їх існування, коли вони сприяли укріпленню та розвитку ремесла. З розширенням виробництва і ринків збуту, цехи поступово перетворилися в гальмо розвитку виробництва.

Цехи дуже ретельно охороняли своє виключне право на те, щоб займатися даним видом ремесла. Цех регламентував процес виробництва, прийоми роботи, установлював тривалість робочого дня (від сходу до заходу сонця), число підмайстрів, кількість сировини, готової продукції, ціни та ін. Метою цих заходів було добитися, щоб ні один майстер не міг звеличитися над іншими. Характерні риси цехів: корпоративний егоїзм, технічний та технологічний консерватизм. Цехові організації дуже вплинули на життя міст.

В ХІ–ХV ст. досягнутий більш високий рівень розвитку виробничих сил, але техніка ремесла засновувалася на ручній праці. Використовувалися знаряддя, які приводилися в дію руками людини. Звідси пішла назва ремесла: “рукомесло”.

В ХІІ–ХІІІ ст. починається розквіт суконної та фарбувальної промисловості у Фландрії, а потім в Італії, де центрами сукняного виробництва стають Мелан та Флоренція. В XIV–XV ст. пожвавлена технічна діяльність охоплює Францію, Германію, Нідерланди, Англію.

Але ріст техніки та спеціалізація виробництва не змінили мілкого характеру ремесла, а приводили до створення все нових цехів. В кожному місті їх були десятки або сотні. Так, в 1291 р. в Парижі було 4159 цеховиків 350 професій, об’єднаних в 100 цехів.

В XIV–XV ст. скудність технічної бази, досвіду та знань, обмеженість технології і консервативна політика організації цеховиків прийшли у протиріччя з необхідністю різкого збільшення випуску товарів, особливо тих, які користувалися великим попитом. Розподіл та кооперація ремісничої праці вже не забезпечували самі по собі значного розвитку торгівлі, не задовольняли потреби суспільства. Незважаючи на прогресивний принцип кооперативного розподілу технологічних процесів, кожна окрема операція виконувалася за допомогою примітивної техніки.

Особливо швидко зростала в XII–XV ст. потреба в тканині для одягу. З виникненням артилерії та розвитком грошового обороту значно збільшилася потреба в металах. Розвиток сільського господарства висував нові технічні задачі в галузі іригації. Зростаючі центри ремісничого виробництва вимагали вирішення проблеми водопостачання.

4.2.4. Найвизначніші технічні досягнення періоду розвиненого феодалізму

До середини XV ст. зростає ступінь розвитку в промисловості та торгівлі: виробництво стає більш масовим, досконалим, різноманітним; торгові відносини – значно більш розвиненими, судноплавність – більш заповзятливим.

Багато самостійних відкриттів та винаходів, які завезені зі Сходу, дозволили не лише поширити грецьку науку, але і зробити географічні відкриття, які доставили європейцям масу нових наукових фактів.

В цей період відкритий новий мідний сплав – латунь, винайдені горизонтальний ткацький верстат, самопрядка, віконне дзеркальне скло, освоєно виробництво паперу, з’явилися очки та ін.

Такі великі відкриття, як компас, порох, книгодрукування і автоматичний годинник також відносяться до цієї епохи.

Прогрес техніки цього періоду пов’язаний з широким використанням заліза, удосконаленням металургійної технології та гірничої справи.

Розвиток техніки в середні віки стимулювало розповсюдження в Європі водяних та вітряних млинів або точніше двигунів (рис.4.1).

Рис. 4.1. Водяні та вітряні двигуни

Водяні млини або колеса, вперше винайдені на території сучасного Ірану. В Європі вони з’явилися в епоху еллінізму та використовувалося ще в Стародавньому Римі. В Англії перші водяні млини стали відомі з 340 р. Але стимулу для їх широкого використання в ті часи не було, воно почалося лише в середні віки в Європі. У Франції водяні колеса почали розповсюджуватися з IX ст., а в земельному перепису Англії 1086 р. згадується вже про 5624 водяні млини. Залежно від місцевих умов водяні колеса використовували силу приливів (наприклад, в Венеції) або були наливними (в річкових районах). В ті ж часи від арабів через Марокко та Іспанію в Європу прийшли і вітряні млини.

Водяні й вітряні двигуни вже в започаткованому вигляді в ХІ–ХІІ ст. мали потужність 40…60 конячих сил і аж до кінця ХVІІІ ст. визначали характер технічних будов.

Досвід експлуатації млинових механізмів відіграв видатну роль в розвитку технічного знання ХІ–XVI ст. На прикладі млина створено вчення про тертя, а разом з тим проведені дослідження про математичні форми зубчастої передачі, зубців та ін. На його ж прикладі вперше розроблено вчення про зміну величини рухомої сили та кращі способи її використання.

Майже всі значні математики починаючи з середини ХVII ст., які займалися практичною механікою та підводили під неї теоретичну базу, виходили з моделі простого водяного млина для розмелювання зерна.

Особливе значення мало використання одного водяного двигуна для приведення в рух одразу двох машин. Такі приводи вимагали створення складних передаточних механізмів.

Винахід кривошипного механізму забезпечив можливість перетворення обертового руху в поступальний та стимулював використання водяного колеса, як потужного джерела енергії, для приведення в дію повітряних міхів в металургії, розпилювання деревини, валяння сукна.

В ХІІІ ст. міхи почали приводити в дію рухом води. Це забезпечило високі температури, при яких можна було виплавляти чавун, поміщаючи в печі шарами деревне вугілля та залізну руду.

До середини XIV ст. маловуглецеве м’яке залізо виготовляли методом прямого відновлення, нагріваючи змішану з паливом руду в низькій печі або горні. Процес мав значні недоліки: втрачалося більше 50% заліза, яке було в руді; продуктивність була низькою; одержаний метал був непридатний для ливарного виробництва.

Винайдення доменного процесу в середині XIV ст. (рис. 4.2) дало можливість виготовляти чавун, який мав прекрасні ливарні властивості та значно збільшило продуктивність.

Чавун почали використовувати як ливарний матеріал та для переробки в сталь. Такий двостадійний спосіб практично залишається основним і в наш час. В XV ст. доменні печі мали висоту 4,5 і виплавляли до 1600 кг чавуну за добу, в ХVІ ст. їх висота досягала 6 метрів і чавун знайшов саме широке використання (гармати, печі, труби, чавунний посуд та ін.).

Найбільший попит на використання водяних та вітрових колес розпочався не в середні віки, а значно пізніше – в період розвитку мануфактурного виробництва, в якому вони стійко зайняли місце основного типу машини – двигуна. Їх використовували в самих різних галузях – від порохових мануфактур та гірничої промисловості до суконної промисловості та водопровідного міського господарства.

Корінні зміни відбулися в військовій справі в зв’язку з появою вогнепальної зброї (XIV ст.).

Рис. 4.2. Доменна піч ХV–XVI ст.

Найстаріша вибухова речовина – димний або чорний порох – суміш калієвої селітри, сірки та деревного вугілля вперше з’явилася в Китаї за одними джерелами на початку нашої ери, за іншими – в VIII–IX ст.

Перші літописні відомості про порох в Західній Європі відносяться до XIV ст., коли в 1313 р. монах Бертольд Шварц запропонував першу в Європі рецептуру його виготовлення. Це поклало початок вогнепальній артилерії, яка викликала революцію у військовій справі.

Вирішальну роль в розвитку виробництва, техніки, науки і культури мала поява книгодрукування (рис. 4.3), якому передував винахід паперу.

В стародавні часи замість паперу використовували папірус – матеріал, який виготовляли в Єгипті з рослини Cyperus papyrus, яку вирощували в низині Нілу. Технологію виробництва папірусу винайшли приблизно 5500 р. тому. Стебло цієї рослини розрізали на шматки і розщеплювали на пластинки, які потім склеювали, утворюючи лист. Ударами дерев’яних молотків лист ущільнювали, сушили на сонці, вигладжували гладким каменем і склеювали в довгі смуги.

Винахід паперу пов’язують з ім’ям китайця Чай-Луня і відносять до ІІ ст. н.е., але знайдені перші згадки про папір, датовані 12 р. н.е. та згадки про те, що в 76 р. н.е. на ньому вже друкували книги. Чай-Лунь лише узагальнив наявний досвід та удосконалив технологію виробництва. Основними операціями були такі: варка маси, промивка, подрібнення паперової маси та відливка паперового листа.

а

б

Рис. 4.3. Розвиток книгодрукування: а – ручний друкарський верстат;

б – старовинна типографія 1586 р.

Хоча за зовнішнім виглядом папір і папірус подібні, але як бачимо технології надто відрізняються.

Виробництво поширилося в країнах Сходу, а в XI–XII ст. папір з’явився в Європі. Сировиною служили бамбук та шовковичне дерево в Китаї, пенькове та льняне ганчір’я в Аравії, Росії, Західній Європі, солома в Росії.

Книгодрукування вперше виникло в Китаї та Кореї в ІХ в., а в Європі – наприкінці XIV–початку XV ст. Спочатку друкували з гравірованих дерев’яних дощок, потім німець Іоган Гутенберг приблизно в 1440 р. вперше використав металеві набірні літери. В Росії початком книгодрукування вважається 1564 рік, коли була випущена Іваном Федоровим перша друкована книга “Апостол”.

Серед великих відкриттів того часу – окуляри (місце і час точно не відомі), використання яких сприяло розвитку склярської справи, винаходу підзорної труби, мікроскопу та створенню основ теоретичної оптики. Виникнення оптики дало поштовх до конструювання нових приладів – засобів для наукових досліджень.

В Х ст. винайшли технологію виготовлення кольорового скла, а в ХІ ст. вже вміли виготовляти й листове.

Важливе досягнення середніх століть – створення в ХІІІ ст. та широке використання механічного годинника, хід якого забезпечували гирі або заводна пружина: “годинник – це перший автомат, який використаний з практичною метою”. На його основі розвивалася вся теорія утворення рівномірного руху.

Найпростіший механічний годинник побудований в Мелані в 1335 р. В середні віки механічні годинники постійно вдосконалювалися. В 1657 р. знаменитий голландець Християн Гюйгенс (1629–1695 рр.) створив прототип сучасного годинника – маятниковий, в якому маятник забезпечував рівномірність ходу.

У годинниках вже в XVI–XVII ст. використовували досить складні кінематичні схеми. Годинниками в ту пору називали не лише пристрої для вимірювання часу, але і своєрідні “планетарії”, які демонстрували подібно “небесним сферам” Архімеда, рух планет, Місяця та Сонця, картину зоряного неба в різний час доби. Це вимагало досить складних розрахунків кінематики. Про годинники, виготовлені майстром Турріано – механіком королівського двору Карла V, відомо, що вони мали до 1800 зубчастих коліс. Тут були цікаві механізми зі зворотним рухом, коливанням сфер, рухом планет, сонячні годинники, місячні годинники та ін.

Годинникові механізми довго залишалися вершиною техніки, її найбільш складним розділом, який рухав вперед технологію обробки та технічну творчість механіків. Як приклад, на рис. 4.4. представлений механізм одного з них.

Виготовлення годинників, особливо маятникових (з XVI ст.), посилило вимоги до точності вимірів, сприяло накопиченню знань про тертя, постановці проблеми теоретичного обґрунтування роботи маятника та ін.

На початку XVII ст. з’явилися інструменти Нового часу: англійці Вільям Оутред в 1614 р. придумав рулетку, а Вільям Гаскойн в 1636 р. – мікрометр, француз П’єр Верньє в 1631 р. – штангенциркуль.

Найважливіше значення для розвитку торгівлі та промислового виробництва в XV–XVI ст. мали нові ринки та джерела сировини.

Використання явища магнетизму, створення компасу (винайдений в Китаї в ІІІ ст. до н. е., в Європі відомий з ХІІ–ХІІІ ст.), винахід вертикального штурвалу з рукояткою (ХІІ ст.) та підзорної труби, поява морських лоцій (ХІІІ ст.), безперервне зростання вантажопідйомності кораблів та удосконалення вітрильного оснащення сприяли розвитку мореплавства і це дозволило значно розширити масштаби подорожей на суші та на морі та в кінці XV–початку XVI ст. здійснити Великі географічні відкриття.

Рис. 4.4. Механізм годинника Дуврського замку ХVІІ ст.

Христофор Колумб (1452–1506) в період з 1492 до 1504 рр. здійснив чотири експедиції в пошуках шляху до Індії та відкрив європейцям шлях до Америки. Назва Америка походить від імені учасника останніх двох експедицій Колумба Амеріго Веспуччі, який першим висловив припущення щодо відкриття нового континенту і назвав його Новий Світ, а лотарінгський картограф Вальдземюллер в 1507 р. назвав цей континент в честь Амеріго Америкою.

Португальський мореплавець Васко да Гама (1469–1524) в період з 1497 до 1499 рр. обігнув мис Доброї Надії та відкрив шлях до Індії.

В 1519–1522 рр. експедиція Фернана Магелана підтвердила, що Земля має форму кулі і більша її частина покрита водою океанів та морів.

Після відкриття в 1492 р. Колумбом Америки, а в 1498 р. кораблями Васко да Гами морського шляху в Індію, морські торгові комунікації стають головними. Це потребує значного розширення суднобудування.

Загострилися проблеми розвитку технічних засобів мореплавання – від збільшення морехідності та вантажопідйомності суден до створення нових методів визначення місця знаходження корабля у морі.

В галузі технічних засобів вирішення цих задач зводилося до розширення використання машин та створення нових механізмів і приладів.

В області організації технічної діяльності – до ліквідації цехів та розвитку заснованої на розподілі та спеціалізації праці капіталістичній формі суспільного виробництва – мануфактурі.

4.2.5. Мануфактурний період як передумова для створення машинної техніки

Мануфактура – тип капіталістичного підприємства заснований на розділенні праці на основі ручної ремісної техніки (manus – рука, facere – робити). Проіснувала з середини XVI до кінця XVII ст. і стала другою, після простої кооперації стадією розвитку капіталістичної промисловості. В цей період ремесла розвилися до досить потужної промисловості, феодалізм відійшов в минуле і йому на зміну прийшли капіталістичні відносини.

Незважаючи на те, що мануфактура досить велике підприємство, вона все ж не мала вирішальних переваг перед мілким виробництвом. Її можна охарактеризувати таким чином:

– заснована на ручному виробництві і широкій базі малих підприємств;

– впроваджує та розвиває розподіл праці;

– ставить в голові виробництва торгівця, передбачаючи в широких розмірах оптову закупівлю та збут продукції;

– зводить працівників до положення найманих робітників.

Отже, характерні особливості мануфактури: тісний зв’язок між торговим та промисловим капіталом; розподіл праці на підприємстві; використання простих знарядь, їх удосконалення, спеціалізація та диференціація.

Причини руйнування цехової організації та виникнення мануфактури в тому, що збільшився попит на продукцію, з новими географічними відкриттями розширилися ринки збуту і цехові обмеження були зняті. З числа найбільш спритних майстрів виросли капіталісти, всі інші перетворювалися в найманих робітників.

Перша поява в Італії в XIV ст. та розвиток мануфактури (друга половина XVI–XVIII ст.) і капіталістичних відносин на її основі в умовах феодального ладу склали передумови для виникнення машинної техніки.

Виникали мануфактури шляхом об’єднання підприємцем в одній майстерні ремісників: різних спеціальностей, які раніше працювали відокремлено, наприклад, каретна мануфактура; однієї спеціальності, наприклад, виробництво голок.

Зосередження в руках капіталістів великої кількості робочих, знарядь праці та матеріалів поклало початок створенню великих виробничих споруд та складів, збільшенню розмірів знарядь і апаратів. Потреба ряду виробничих процесів у великій кількості людей та значних витратах енергії викликала необхідність створення машин. Характерною особливістю розвитку техніки мануфактурного періоду є поширення знарядь праці, які приводилися в дію силами природи. Використання машин (поки що часткове) зробило водяне колесо в епоху мануфактури головним універсальним двигуном виробництва.

Розвиток машин у мануфактурний період мав важливе значення для поширення науково-технічного знання та виникнення потужної машинної промисловості. Приблизно до середини XVIII ст. в основному виробництві використовували головним чином машини-двигуни, а робочі (машини-знаряддя) – одиничко лише в підготовчих та допоміжних процесах.

Потрібно уточнити, що розуміється під поняттям “ машина ” (лат. Machina, від грец. mhcgnh – знаряддя, машина).

Машина це механізм або сполучення механізмів, які здійснюють певні цілеспрямовані рухи для перетворення енергії або виконання роботи. Вони є засобом виробництва, який використовує сили природи на благо суспільства.

Залежно від основного призначення (перетворення енергії чи виробництво роботи) розрізняють два класи машин: машини-двигуни, за допомогою яких один вид енергії перетворюється в інший зручний для експлуатації, та робочі машини (машини-знаряддя), за допомогою яких відбувається зміна форми, властивостей та положення об’єкта праці.

Машини-двигуни поділяються на: первинні, які безпосередньо перетворюють природні енергетичні ресурси (турбіни, двигуни внутрішнього згорання); вторинні, які перетворюють енергію, що одержана від первинних (електро-, пневмо-, гідроприводи).

До робочих машин відносяться: технологічні (металообробні, харчові, сільськогосподарські та ін.), транспортні (пароплави та ін.), транспортуючі (кран, транспортер).

Робоча машина відіграє найважливішу роль в розвитку виробництва. Всяка розвинена робоча машина складається з трьох основних механізмів: рухового, передаточного та виконуючого. Основа машини – виконуючий механізм, який одержавши відповідний рух, здійснює своїми знаряддями ті самі операції, які виконував робітник.

Основою мануфактури залишалося ремісне мистецтво, доведене до високого ступеню спеціалізації, тому що проти впровадження машин виступали цеховики та ремісники, які боялися розорення. Історія зберегла немало законодавчих документів, які забороняли використання машин в Голландії, Германії та інших країнах, а також вироків різних інстанцій, які жорстоко осуджували винахідників машин.

З точки зору історії технічного знання мануфактурний період важливий тим, що в цей час під впливом запитів практики закладено наукові та технічні передумови промислової революції XVIII ст. та перші елементи організації фабричної промисловості, які стали передумовою формування технічних наук.

За період з ХVI до середини XVIII ст. (період мануфактури) було створено дві важливі матеріальні основи, які забезпечили в подальшому перехід до машинної індустрії – це годинник та млин – перші безперервно діючі механічні пристрої.

4.3. Становлення сучасної науки в епоху Відродження як результат діяльності видатних інженерів та вчених

Особливе значення в історії науки мають XVI–XVII ст. В другій половині XV ст. виникло сучасне природознавство. В цей період ряд країн Західної та центральної Європи пережив епоху стрімкого підйому в області техніки, науки, культури. Духовне обновлення, яке відоме під назвою Відродження (Ренесанс) відіграло помітну роль і відновило цікавість до античного світу (першим ужив слово rinascita Дж. Вазарі, від нього пішло французьке Renaissance та всі його європейські аналоги).

Першою ознакою відродження став розквіт мистецтв після довгих віків середньовікового занепадку, який відродив художню антична мудрість.

Другою – поступове поширення й удосконалення техніки, яка, з одного боку, змінювала соціальні умови і образ мислення людей, з іншого – ставила нові проблеми.

Епоха Відродження це перехідний період від середньовікової культури до культури нового часу – період народження сучасної науки. В ці часи стару середньовікову культуру країн Західної і Центральної Європи змінила нова культура, з характерними рисами: гуманізмом, відновленням інтересу до античності і відродженням античних цінностей, запереченням схоластики, вірою в можливості людини, людський розум.

Це період початку розвитку капіталістичних відносин та перша фаза переходу від феодалізму до капіталізму. Найраніше (XIV ст.) та найбільш яскраво епоха Відродження проявилася в Італії.

До кінця XV–початку XVI ст. відноситься діяльність великого художника, інженера, вченого Леонардо да Вінчі (1452–1519 рр.), який вважав, що практика неможлива без теорії.

Леонардо займався: математикою, механікою, астрономією, гідравлікою, геологією, ботанікою, анатомією, фізіологією. Він проявляв великий інтерес до інженерної діяльності: конструював літальні апарати, розробляв проекти пристроїв, які нагадували гелікоптер та парашут, проекти гідротехнічних споруд та безліч різних машин (ткацьких, метало- та деревообробних верстатів, друкарських, землерийних машин). Леонардо залишив після себе безліч проектів різноманітних технічних конструкцій та споруд, ескізи технічних пристроїв, записи з механіки, оптики та ін. (більше 5000 листів). Деякі з його розробок представлені на рис. 4.6.

Потрібно відмітити, що наукові праці Леонардо стали широко відомі лише в другій половині XIX ст. і тому практично не вплинули на розвиток природознавства та техніки. Багато з його технічних ідей не були реалізовані, а деякі з них залишилися невідомі сучасникам.

Епоха Відродження дала людству прекрасні пам’ятники живопису, скульптури, архітектури. Досягнення науки пов’язані з іменами астрономів Миколи Коперніка (1473–1543) та Тихо Браге (1546–1601), вченого та поета Джордано Бруно (1548–1600). Геліоцентрична система світу, яку відкрив Копернік, поклала початок звільнення природознавства від богослов’я.

Рис. 4.5. Деякі з розробок Леонардо да Вінчі: а – веретено; б – екскаватор;

в – токарні пристрої: зліва – з маховиком, колінчастим валом та педальним приводом; справа – з двома ходовими гвинтами для паралельного переміщення полозок

Велике значення для розвитку та поширення науково-технічних знань мав винахід книгодрукування. В XV–XVI ст. видається ряд книг, які представляють собою своєрідні технічні довідники – опис відомих автору машин та механізмів. Завдяки книгодрукуванню до нас дійшли відомості про багатьох талановитих інженерів, які працювали в той час в Італії, Нідерландах, Франції, Германії, Англії і накопичили великий досвід практичного рішення різноманітних технічних задач в галузі артилерії, фортифікації, будівництва водопроводів, мостів, будівель.

Розвиток металургії та гірничої справи до середини XVI ст., тобто до періоду передумов промисловій революції, відображено в двох роботах, які узагальнили багатовіковий практичний досвід: “Про метали” Георгія Агріколи та “Піротехніка” Вануччо Бірінгуччо. Значну увагу в них приділено опису технології та технічних засобів.

Приблизно в цей час працювали такі видатні інженери: Джеронімо Кардано, Джуанело Турріано, Жак Бессон, Агостіно Рамеллі, Делла Порта, Якоб де Страда, Витторіо Цонка.

На рубежі XVI–XVII ст. про техніку писали Соломон де Ко, Генріх Цейзен, Джовані Бранка, Марен Мерсен та ін. Серед інженерів-механіків особливо слід виділити Сімона Стевіна.

Роботи механіків XV–XVII ст. свідчать, що в пошуках пояснень причин природних властивостей та явищ, які виявлені в процесі створення та використання нових технічних засобів, вони все частіше зверталися до праць Архімеда та інших античних механіків.

Значення теорії для вирішення практичних задач техніки добре розумів Ніколо Тарталья (1499–1557 рр.). Він часто виконував замови практиків щодо математичних розрахунків і був прекрасно обізнаний про реальні науково-технічні проблеми сучасності. Виконуючи одне з таких замовлень, він вирішив у загальному вигляді практичну задачу відносно максимальної дальності стрільби і тим самим заклав основи нового розділу науково-технічного знання – балістики. В своїй науково-технічній діяльності Тарталья опирався на роботи Архімеда, які цінував надзвичайно високо і, навіть, переклав на італійську мову. Використовуючи метод Архімеда, він визначив питому вагу багатьох речовин, розробив спосіб підйому затоплених кораблів. Тарталья, підкреслюючи роль теорії в вирішенні практичних задач, писав: “Наука про ваги в своїй залежності від геометрії та натурфілософії є абстрактна наука”. Його спроби відродити ідеї Архімеда мали значний вплив на історію науково-технічного знання.

Тарталья був не одинокий в бажанні продовжити справу античних механіків та пристосувати математику до вирішення практичних задач. Успішно працювали і інші італійські математики та інженери. Хоча в цілому в той час, університети “не помічали” математику і зовсім не збиралися рахуватися з потребами практики.

Відкриття нових територій та морських шляхів створили нові можливості. Економічний підйом, розквіт торгівлі, зростання попиту на наукове рішення практичних задач сприяли формуванню спеціалістів які цікавилися реальними справами.

Серед таких відомий вчитель Галілео Галілея (1564–1642 рр.) – математик та винахідник Остіліо Річі, який розвив йому інтерес до технічних задач, зацікавив роботами Евкліда та Аристотеля.

Перша самостійна робота Галілея посвячена визначенню питомої ваги за допомогою винайдених ним гідростатичних терезів. Він вирішив питання підвищення точності експериментальних вимірювань та реалізував потенційні можливості принципу відкритого Архімедом. Перша публікація Галілея присвячена опису пропорціонального циркуля для військово-інженерних робіт, який він винайшов у 1606 р.

Ці дві лінії – опора на теоретичні дослідження Архімеда і використання у власних дослідженнях нових технічних засобів – проходять далі через всю творчість Галілея. Новий технічний засіб – телескоп поклав початок його тривалому заняттю астрономією. В будинку Галілея в м. Падуї улаштована механічна майстерня, де крім Галілея працювали його помічники, а також ливарник, токарі, столяри. Тут виготовлені винайдені Галілеєм прилади, телескоп, наукові інструменти для замовників, тут же ставили досліди, які вимагали використання технічних засобів. Як і Тарталья, Галілей не лише викладав в університеті, але і давав приватні уроки та консультації з предметів, які не входили в університетський курс: теорія фортифікації, учення про перспективу, прикладна механіка.

Для Галілея характерні віра в силу наукового пізнання, могутність експерименту, орієнтація науково-експериментальної діяльності на практичні задачі та їх теоретичне осмислення.

Такий світогляд був необхідним для формування технічних наук. Але доповнена досягненнями Галілея механіка XVI–початку XVII ст. ще не претендувала на статус технічної науки, тому що теорія яка лежала в її основі мала суттєві недоліки. В силу свого величезного авторитету та ясно виказаної точки зору Галілей більш ніж будь хто інший до нього вплинув на становлення експериментальних фізичних методів, показав роль наукового пізнання у вирішенні практичних задач.

Динаміка, початок якої був закладений Галілеєм, стала не просто ще одним етапом розвитку механіки як науково-технічного знання або як розділу фізики – її створення означало вихід теоретичного мислення на більш високий рівень. Велике значення для розвитку науково-технічних знань мали роботи Галілея в області теорії тертя та опору матеріалів.

Галілей вважається засновником сучасної науки. Він вважав, що основою пізнання природи може бути лише наука, яка пов’язує теорію та експеримент. Використання Галілеєм методів наукового міркування стало одним із найважливіших досягнень в історії людської думки та відкрило шлях становленню науки.

Галілей помер на руках своїх останніх учнів – Вівіані і Торічеллі – 08.01.1642 р., а духовна культура та науково-технічний прогрес, задушені в Італії католицькою реакцією, продовжили свій рух вперед в інших країнах Європи (Англії, Франції, Нідерландах).

Потрібно відмітити, що незважаючи на великі досягнення, Галілей і в останній праці, спеціально здійсненій для систематизації результатів, отриманих у механіці, не побудував їх в упорядковану систему подібну до логічно завершеної геометрії Евкліда або статики Архімеда.

Інтерес до античної механіки відродився в Європі лише тоді, коли виникла необхідність постановки принципово нових технічних задач, які не піддавалися рішенню без використання наукових методів.

В XIII–XV ст. технічна практика мануфактурного періоду висунула багато задач, які вимагали використання нових математичних методів розрахунку та пояснення таких явищ, як: інерція, тертя, опір матеріалів та ін.

Одні лише експериментальні дослідження природи, її властивостей та явищ не могли породити наукове природознавство, як не могли його породити і одні лише роздуми про навколишній світ. Потрібно було вийти на новий рівень наукового пізнання – теоретичного обґрунтування та пояснення фактів, які були зафіксовані в практиці та експерименті. Тому діяльність дослідників-експериментаторів XVII–XVIII ст., які вважали можливим ставити досліди не керуючись теорією, хоч і мала значення для становлення природознання, але не вирішувала проблеми їх пояснення.

Честь завершення справи по узагальненню, початого Архімедом, тобто побудови загальної теоретичної системи механіки, яка об’єднала природознавство і науково-технічне знання, належить Ісааку Ньютону (1643–1727 рр.).

Від античної механіки, яка відображена в працях Архімеда до виходу в світ фундаментальної теоретично обґрунтованої наукової роботи Ньютона пройшло 1900 років. Ньютон залишив після себе величезну наукову спадщину в самих різних галузях науки. Головний результат його наукової діяльності - створення основ механіки, відкриття закону всесвітнього тяжіння та розробка на його основі теорії руху небесних тіл.

На відміну від раціональної механіки Архімеда, Герона та Паппа, яка пояснювала явища технічної практики, Ньютон ставив мету “знаходження істинних рухів тіл за причиною, їх створюваних; та за істинними або уявними рухами їх причин і проявлення” у загальному вигляді, незалежно від того штучні це (як в науково-технічному знанні) чи природні (як у фізиці) тіла та сили. Ньютон здійснив наступний після Архімеда та Галілея крок в ідеалізації предмета механіки як розділу науково-технічного знання.

В передмові до першого видання фундаментальної праці “Математичні початки натуральної філософії” (1686 р.) Ньютон посилається на раціональну механіку древніх як на вихідну позицію своїх теоретичних побудов і відмічає, що древніми ця частина механіки розроблена лише у вигляді учення про п’ять машин (важіль, воріт, блок, гвинт, клин), які використовувалися в ремеслі. Навіть вага розглядається ними не як сила, а лише як вантаж, який приводяться в дію вказаними машинами. Ньютон описує досліди з маятником, уявні експерименти та спостереження за поведінкою: каміння у пращі, ядра в польоті, корабля який іде під парусами.

Все це приклади цілеспрямованої та теоретично осмисленої практичної діяльності за допомогою технічних засобів, яка реалізує вже відоме і породжує нове знання в результаті уявної обробки накопиченого практичного досвіду. Це вже не емпіричне, а одержане з нього нове, теоретично обґрунтоване знання стає у Ньютона відправним для подальшого узагальнення та побудови фізичної теорії. Користуючись одержаними співвідношеннями, легко можна виводити співвідношення між зусиллями в машинах, які складаються з колес, барабанів, коловоротів, важелів, блоків, натягнутих канатів та інших механізмів і вагою тягарів, які піднімають прямо або похило.

Із цього ясно, що Ньютон добре розумів практичне значення виведених фізичних законів для технічної практики та бачив їх узагальнюючу по відношенню до вчення про машини функцію.

Математична фізика Ньютона, статика Архімеда та динаміка Галілея утворили систему єдиного природно-наукового та науково-технічного знання. Звідси почала шлях теоретична механіка, яка заклала основи та теоретичний фундамент багатьох наукових-технічних дисциплін.

Слід особливо підкреслити, що методологічним принципом науково-технічної творчості Ньютона, як і Галілея, було органічне сполучення експериментальної та теоретичної діяльності.

Ньютон ніколи не починав досліди, не пов’язавши їх з теоретичною концепцією, яку вони повинні були підтвердити або спростувати. Як і Галілей, Ньютон розглядав технічну практику як джерело експерименту. До практики він звертався і тоді, коли шукав підтвердження своїм теоретичним висновкам.

4.4. Особливості розвитку технічних знань в країнах Сходу

В період занепаду в Європі традиції наукового мислення були продовжені у країнах Сходу. Стародавньогрецька філософія та ранні науково-технічні знання знайшли на Сході благодатні умови – багаті традиції технічної діяльності та повага до знання тут укорінилися з далекого минулого. Наприклад, в Персії, до завоювання її арабами, великий розмах мали переклади античних рукописів. Це стимулювало розвиток культури і наукової діяльності в арабськомовних країнах Сходу і Європи.

В країнах Сходу феодалізм почався раніше та закінчився пізніше ніж в Європі. Залишки феодальних відносин залишилися і в наш час. Цьому сприяють сильні позиції та консерватизм релігії.

В Індії початок феодалізму припадає на IV-V ст. н.е. В природознавчих науках та техніці в цей період досягнуті значні успіхи, особливо це стосується арифметики, алгебри, геометрії та астрономії. В питаннях щодо будови речовин переважали атомістичні погляди.

Перехід від рабовласницького ладу в Китаї проходив повільно і зайняв декілька століть, а феодалізм тягнувся з початку нової ери близько 2 тис. р.

Історія Китаю епохи феодалізму зберігає немало філософських ідей, досягнень науки та техніки. В Китаї винайдено папір, книгодрукування, порох. Історичним парадоксом є те, що багато винаходів, які там створені, знайшли більше розповсюдження не на батьківщині, а в країнах Європи. Це пояснюється: уповільненим розвитком виробничих сил; великим впливом мандаринів – державної бюрократії, яка була не зацікавлена в розвитку торгівлі; широким проникненням іноземних товарів, які стримували зростання економіки країни.

Велике значення в історії середніх віків та науки мав розвиток і розквіт Арабського халіфату – арабо-мусульманської феодальної держави, в якій халіф був духовним і світським правителем. (халіф – титул голови держави, який одночасно є духовним головою мусульман). Халіфи, наслідуючи стародавнім володарям, почали опікуватися науками і це принесло свої результати.

Як держава Халіфат виник в VII ст. на початку феодалізму на Ближньому Сході. Найбільшого розквіту досяг в ІХ в., коли до його складу входили території всього Аравійського півострова (Іран, Ірак, Сирія, Єгипет), більша частина Закавказзя, Середньої Азії, Північної Африки, Піренейського півострова та деякі інші.

З виникненням Халіфату почала формуватися арабська культура, яка багато взяла від стародавніх греків та культури народів, які його населяли. Досягнення елліністичних вчених та механіків були покладені в основу подальшого розвитку медицини, астрономії, математики.

Серед визначних вчених Середньої Азії потрібно особливо відмітити Авіцену, який вивчав склад та властивості мінералів, походження живих істот, був філософом, мислителем, лікарем, поетом,

В той час, коли християнська наука переживала період спадку ісламська прогресувала. В другій половині VIII ст. наукове лідерство змістилося з Європи на Ближній Схід.

Арабська мова стала загальноприйнятою мовою науки, і мала таку ж вагу, як раніше грецькі твори. Переклади арабських текстів на латинь стимулювали сприйняття арабських знань європейськими народами.

Арабськомовні народи вивчали хімію протягом семи віків. В руках арабів алхімія поступово перетворилася на хімію і звідси в середні віки, починаючи з ХІІ-ХІІІ ст. виникла європейська хімія. Тут одержано значні досягнення в медицині.

Рукописи Евкліда, Архімеда та інших видатних стародавніх греків перекладалися на персидську та арабську мови і потім стали джерелом для перекладу на латинь. Багато праць античних механіків збереглися до нашого часу лише на арабській мові.

В середні віки праці арабських вчених та переклади античних авторів попали в Європу через посередництво іспанського халіфату. Значну роль в розповсюдженні в Європі античних рукописів та досягнень візантійських, арабських, персидських вчених та механіків відіграли хрестові походи.

На відміну від Європи реміснича діяльність на Сході в ранньому середньовіччі, одержала подальший розвиток.

4.5. Висновок

Підводячи підсумки, звернемо увагу на формування структури виробництва та використання науково-технічного знання.

Могутнім системоутворюючим фактором науково-технічного знання та предметно-практичної діяльності щодо його використання стала спеціалізація. Вона привела до формування технічних наук як нового відносно самостійного підрозділу науки.

В період раннього науково-технічного знання в центрах античної науки науково-технічна діяльність протікала в спільних для всіх “мистецтв” умовах, не була предметом особливої організації й представляла собою емпіричний тип пізнання.

В працях Архімеда вже фігурує новий тип знань, який включає теоретичний та емпіричний рівні. Цей факт має ключове значення для історії технічних наук, тому що такий принцип будови типовий і для нашого часу.

Занепад технічної діяльності V–VII ст. викликав втрату цікавості до теоретичного обґрунтування практичних способів вирішення технічних задач і лише прогрес економіки, пов’язаний з розвитком мануфактури знову сприяв формуванню відносно самостійних та стабільних знань.

В XVI–XVIII ст. потреби економіки та розвиток матеріального виробництва сприяли виникненню нових галузей спеціалізованих знань та створенню стійкої організації професійної підготовки кадрів, яка вже опиралася на дисциплінарно-структуровані учбові програми.

Подальший розвиток структури науково-технічного знання пов’язаний з переходом від мануфактурного виробництва до машинного, яке викликало революційний переворот в усій сфері економіки.

5. Тема 5. ТЕХНІЧНА ДІЯЛЬНІСТЬ В ПЕРІОД становлення капіталізму (від мануфактурного періоду до промислової революції, кінець XVIII – 70-80-ті роки ХІХ ст.)

План лекції

5.1. Загальна характеристика суспільного розвитку епохи капіталізму.

5.2. Перший етап промислового перевороту – поява робочих машин в текстильній промисловості.

5.3. Другий етап – створення парової машини – універсального двигуна великої промисловості.

5.4. Третій етап – створення робочих машин в машинобудуванні та становлення машинобудівної галузі.

5.5. Становлення діяльності поз виробництва і використання науково-технічних знань Нового часу.

5.6. Висновок.

5.1. Загальна характеристика суспільного розвитку епохи капіталізму

Від початку середньовіччя до останньої третини XVIII ст. основною формою організації технологічного процесу залишалася проста кооперація праці. Характерні для ремесла технічні засоби індивідуального виробництва були “примітивно незграбні, мілкі, мізерні за дією”. Але їх концентрація та значне зростання на цій основі продуктивності праці при збереженні приватного присвоєння її результатів власниками засобів виробництва сприяли зародженню капіталістичної формації.

Цей процес спочатку протікав в умовах мануфактури, потім – фабрики, і призвів до перевороту в засобах виробництва, який відомий в історії як промислова революція XVIII ст. Це був закономірний результат взаємозв’язку систематичного технологічного використання науки та розвитку на цій основі потужного машинного виробництва.

Для переходу до машинної техніки потрібні були не лише матеріальні передумови, але і глибокі зміни соціальних відносин. Щоб могло існувати капіталістичне виробництво, потрібні дві соціальні умови:

– наявність маси юридично вільних працівників, які не мають засобів виробництва й вимушені найматися до капіталіста;

– накопичення великих грошових коштів, які необхідні для створення капіталістичних підприємств.

Першим кроком до накопичення капіталу стало юридичне вивільнення селянина від кріпосної залежності, а ремісника – від цехових уставів та обмежень.

Другим етапом стало накопичення капіталу в руках цехових майстрів, фермерів, купців, лихварів.

Класичний шлях розвитку капіталістичного способу виробництва – початкове накопичення капіталу, проста капіталістична кооперація, мануфактурне виробництво, капіталістична фабрика – характерний для всіх передових країн Західної Європи, але в першу чергу для Англії та Голландії.

Економічному розвитку Англії в XVI ст. сприяло переміщення світових торгових шляхів з Середземного моря в Атлантичний океан.

Після великих географічних відкриттів вона опинилася в центрі світових морських торгових шляхів, тому інтенсивніше накопичувала початковий капітал за рахунок зовнішньої торгівлі ніж інші країни.

Після розгрому англійцями в 1588 р. іспанського флоту “Непереможної армади” – Англія стає сильною морською державою і починає колоніальні завоювання. На початку XVII ст. були засновані перша англійська колонія на східному узбережжі Північної Америки і перше поселення на острові Барбадос в Вест-Індії.

Одним з головних методів накопичення великих грошових коштів стала участь Англії в торгівлі рабами та піратстві. В XVI ст. Англія вийшла на перше місце за поставками африканських рабів в Америку. Так, наприклад, з 1562 до 1775 р. англійські торгівці рабами вивезли з Африки в Америку їх близько 3 млн.

Перехід від мануфактури до машинного виробництва відбувся раніше всього у текстильній промисловості Англії, саме тому що вона переживала в цей час безпрецедентний підйом у зв’язку з появою американських колоній і бурхливим розвитком работоргівлі. “Без рабства немає бавовни, без бавовни немає сучасної промисловості”. Рабство придало цінність колоніям, колонії створили світову торгівлю, а світова торгівля – необхідні умови для розвитку потужної машинної промисловості. З колоній вивозилася одержана в обмін на рабів бавовна, яка потім перероблювалася на англійських фабриках. Прибуток досягав 100–300%, і це пояснювало все.

Сприятливі умови для промислового перевороту, переходу до капіталізму та машинної техніки створили буржуазні революції, які забезпечили умови для промислового перевороту і переходу до машинної техніки.

В Англії поглиблення протиріч між молодим капіталізмом і феодально-абсолютистський устроєм призвело до буржуазної революції XVII ст., яка закріпила перемогу капіталізму і створила сприятливі умови для економічного розвитку.

До середини XVIII ст. англійський капіталізм вступив в нову стадію розвитку. Мануфактурний ступінь розвитку капіталістичного способу виробництва вичерпав свої можливості. Для переходу до фабрики склалися всі необхідні передумови. Сформувалася величезна армія найманих працівників, добре підготовлених в мануфактурний період для роботи на машинах. В руках окремих підприємців накопичилися величезні кошти, які регулярно поповнювалися за рахунок грабування колоній. Ці капітали стали важливим джерелом індустріалізації Англії, саме вони дозволили їй раніше інших країн здійснити промисловий переворот.

При зародженні капіталістичних підприємств почалася “гонитва” за винаходами. До середини XVIII ст. закони, які забороняли використання машин, були повсюди відмінені, а винахідництво стало буквально модою і почало заохочуватися.

В цей час дуже знадобився технічний досвід, накопичений при створенні годинників та млинів і почалося створення нової галузі промисловості – машинобудування, яка стала в подальшому серцевиною всього промислового виробництва.

Першим етапом промислового перевороту була поява робочих машин в текстильній промисловості для прядіння та ткацтва (починаючи з 1730-х років), а потім в інших процесах текстильного виробництва.

Другий – пов’язаний зі створенням парової машини – універсального двигуна великої промисловості (2-га половина XVIII ст.).

Третій – становлення машинобудівної галузі.

Промислова революція, почавшись в останній третині XVШ ст. в буржуазній Англії, в першій половині ХІХ ст. охопила всі капіталістичні країни Європи та Америки. Стрімке зростання виробничих сил на базі великої машинної індустрії повсюди сприяло затвердженню капіталізму, як пануючої світової системи господарювання.

В Росії промислова революція почалася в середині ХІХ ст. з впровадження робочих машин та парової енергетики першочергово в легкій промисловості і закінчилася в 80–90 роки ХІХ ст. створенням потужної машинної індустрії. Становлення капіталістичних відношень в значній мірі пов’язане з падінням в 1861 р. кріпосного права.

Використовуючи досвід країн західної Європи, Росія значно скоротила тривалий “інкубаційний шлях” розвитку машинного виробництва, реалізація якого на Заході склала цілі віки. Такий швидкий розвиток завдячений активній підтримці держави, яка сприяла розвитку технічних та економічних засобів, та створенню інтенсивної мережі залізниць, які дали потужний поштовх до руйнування докапіталістичних форм виробництва, форсували зростання великої капіталістичної промисловості та прискорили соціальне та політичне розмежування суспільства.

5.2. Перший етап промислового перевороту – поява робочих машин в текстильній промисловості

В Європі XVII–першій половині XVIII ст. найбільш масовим було виробництво шерстяних і бавовняних тканин. Розвиток текстильної промисловості сприяв виникненню нових виробництв хімічної технології. Так складалося соціальне замовлення на промислову революцію в Англії, в першу чергу – на переворот в техніці текстильної промисловості.

В ткацькій справі технічні засоби використовувалися з глибокої давнини. Пізніше вони неодноразово удосконалювалися (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Ручний ткацький верстат

Але історію машин в текстильній промисловості потрібно починати від винаходу механіком Джоном Кеєм в 1733 “літаючого човника”, який вніс корінне вдосконалення в ткацький верстат (рис. 5.2) і збільшив продуктивність праці вдвічі та забезпечив передумови розробки нових прядильних машин, які були б спроможні задовольняти різко зростаючий попит на пряжу.

Рис. 5.2. Схема устрою саморухомого човника Кея:

1 – направляючі; 2 – блоки; 3 – пружина; 4 – рукоятка; 5 – човник

Вже в 1738 р. тесляр Джон Уайатт одержує патент на машину, здатну прясти пряжу без допомоги пальців. В 1738 р. Льюіс Пауль викупив патент Уайатта і удосконалив цю машину (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Прядильна машина Пауля (за патентом 1785 р.)

Продовжуючи роботу над вдосконаленням своєї машини, Уайатт і Пауль беруть новий патент на удосконалену машину і організують невелику прядильню в Бірмінгемі. В подальшому родич Пауля, якому він передав право на експлуатацію винаходу Уайатта, організує досить велике підприємство. Таким чином починають зароджуватися перші текстильні фабрики, які послужили прообразом для створення машино-фабричного виробництва в самих різних галузях промисловості.

Удосконалення ткацького верстату викликало ”прядильний голод” і в 1761 р. “ Товариство заохочування ремесел і мануфактур ” призначило премії за створення машини, здатної підняти продуктивність праці, щоб ліквідувати нехватку пряжі і “великі збитки торгівцю, фабриканту і нації взагалі”.

Джеймс Харгрівс зумів створити промислову прядильну машину періодичної дії і назвав її іменем своєї дочки – “Джені” (рис. 5.4).

Це був справжній переворот у текстильній промисловості. Харгрівс використав кінний привід і канатну передачу, яка в той час використовувалася на млинах. Згодом до неї був пристосований водяний двигун, з тих, які широко використовували в гірничій та металургійній промисловості.

В 1767–1769 рр. “Джені” вдосконалив годинникар Річард Аркрайт (1732–1792), який до цього намагався побудувати вічний двигун.

Рис. 5.4. Машина Харгрівса “Джені” (1768 р.)

Аркрайн був знайомий з методом розрахунку зубчастих передач. Це дозволило йому розрахувати швидкості валиків. Аркрайт використав готові елементи – зубчасті колеса та барабан, а також безкрайній гвинт з механізму годинника. В 1771 р. він же використав в ролі силового приводу водяний двигун. Його ватер-машина безперервної дії була удосконалена спочатку К. Вудом в 1772 р., а потім С. Кромптоном в 1779 р. Створена нова мюль-машина різко підвищила продуктивність праці при обробці пряжі. Це загострило проблему механізації праці ткачів.

В 1785–1786 рр. сільський священик, любитель годинникової справи Е. Картрайт створює механічні ткацькі верстати, які ліквідували розрив між механічним прядінням та ручним ткацтвом, а в 1830 р. Дж. Сміт завершив перетворення прядильної мюль-машини в майже автоматичний пристрій. Так була створена універсальна прядильна машина. Дещо пізніше Жакар винайшов верстат для виробництва шовкових узорчастих тканин (1805 р.), а Жирар – льонопрядильну машину (1810 р.).

В цей же час хімік Бартоле застосував хлор для відбілювання тканини, Бел – фарбування тканини за допомогою валика з малюнком.

5.3. Другий етап промислової революції – створення парової машини – універсального двигуна великої промисловості

Другий етап промислової революції пов’язаний з винаходом і широким використанням універсального теплового двигуна – парової машини.

На перших текстильних фабриках працювали гідравлічні двигуни, але швидко стало зрозумілим, що вони, незважаючи на всі спроби удосконалення, виявилися непридатними для фабричної промисловості.

Вони були залежними від розташування природних джерел води і не давали можливість концентрувати виробництво в любому місці.

Спробували використати енергію вітру, але це досягли бажаного. Отже, потрібно було шукати нові джерела енергії. Таким – виявився тепловий двигун.

Приклад: якщо в пробірку налити трішки води, щільно закрити її пробкою та довести до кипіння – пробка під тиском утвореної пари виривається з пробірки. Отже, енергія палива переходить у внутрішню енергію пари, яка розширюючись, виконує роботу, виштовхуючи пробку. Таким чином внутрішня енергія пари перетворюється в кінетичну енергію пробки. Якщо пробірку замінити металевим циліндром, а пробку – поршнем, який щільно прилягає до стінок циліндра та здатний вільно переміщуватися вздовж них, то вийде найпростіший тепловий двигун.

Отже, тепловий двигун – це машина, в якій внутрішня енергія палива перетворюється в механічну енергію.

Історія теплових машин відходить в далеке минуле. Ще в ІІІ ст. до н.е. великий грек механік і математик Архімед побудував гармату, яка стріляла за допомогою пари. Рисунок гармати Архімеда та опис її дії були знайдені через 18 століть в рукописах Леонардо да Вінчі.

Як же стріляла ця гармата? Один кінець жерла сильно нагрівали на вогні. Потім у нагріту частину наливали воду, яка миттєво випаровуючись, перетворювалася в пару, а та, розширюючись, з силою та гуркотом виштовхувала ядро. Для нашого випадку цікаво те, що жерло гармати являло собою циліндр, по якому, як поршень ковзало ядро.

Приблизно трьома століттями пізніше видатний вчений Герон, якого історики називають Героном Олександрійським, залишив декілька творів, в яких описані різні машини, прилади, механізми, відомі в ті часи. Серед них є опис цікавого приладу (рис. 5.5), який називають Кулею Герона.

Цей прилад – порожниста залізна куля, закріплена з можливістю обертатися навколо горизонтальної осі. В середину кулі з закритого казана з киплячою водою по трубці надходить пара, яка потім з неї виривається назовні через вигнуті трубки. За рахунок цього куля обертається. Таким чином, внутрішня енергія пари перетворюється в механічну – обертання кулі. Куля Герона – це прообраз сучасних реактивних двигунів.

В ті часи винахід Герона не знайшов застосування і залишився простою забавою, але пройшло 15 століть і над використанням внутрішньої енергії пари задумується Леонардо да Вінчі. В його рукописах є декілька рисунків з зображенням циліндра й поршня. Під поршнем у циліндрі знаходиться вода, а сам циліндр підігрівається. Леонардо звісно припускав, що пара розширюючись, буде шукати вихід і штовхати поршень, який міг би виконувати корисну роботу.

Рис. 5.5. Примітивна парова турбіна Герона

Трохи інакше уявляв собі паровий двигун Джовані Бранка, який жив на століття раніше Леонардо. В його розумінні це повинно бути колесо з лопатками, в яке з силою вдаряє струмінь пари, завдяки чому воно обертається (рис. 5.6). Це власне і була перша парова турбіна.

Рис. 5.6. Ідея створення парової турбіни імпульсної дії Бранки

В XVII–XVIII ст. над винаходом парової машини працювали: француз Дені Папен (1647–1714), англійці Томас Севері (1650–1715) і Томас Ньюкомен (1663–1729), росіянин Іван Ползунов (1728–1766) та ін.

Папен побудував циліндр, в якому вільно рухався поршень, що в свою чергу за допомогою тросу, перекинутого через блок, був з’єднаний з вантажем, який також міг вільно переміщуватися. За думкою Папена таким чином поршень можна було зв’язати, наприклад, з водяним насосом, щоб перекачувати воду.

Конструкція працювала таким чином: в нижню частину циліндра насипали порох і підпалювали; утворені гази штовхали поршень вгору; після цього циліндр і поршень ззовні обливали холодною водою, щоб остудити; гази охолоджувалися і зменшували тиск на поршень, тому він під дією власної ваги опускався, піднімаючи вантаж. Цей двигун виконував роботу, але мав складнощі в роботі та був досить небезпечним.

В своєму новому двигуні Папен замість пороху використав воду. Її наливали в циліндр під поршень. Циліндр знизу розігрівали і утворена пара піднімала поршень. Циліндр охолоджували і пара, конденсуючись, знову перетворювалася в воду, а поршень опускався. Цей двигун працював краще ніж пороховий, але проблем з ним було забагато. Тому що утворення пари відбувалося в самому циліндрі. А якщо в циліндр впускати вже готову пару? Про це здогадався сучасник Дені Папена англієць Томас Севері.

Севері побудував паровий насос для відкачування води з шахти. В цій конструкції (рис. 5.7) приготування пари відбувалося поза циліндром – у казані, а паровий двигун був органічно з’єднаний з насосом.

Рис. 5.7. Схема парового насоса Севері (1702 р.): 1 – камера насосу; 2 – паровий котел; 3 і 4 – крани; 5 – верхній резервуар; 6 – нагнітаючий клапан; 7 – всмоктуючий клапан

Слідом за Севері парову машину (також придатну для відкачування води з шахт) сконструював та побудував коваль Ньюкомен, який вміло об’єднав розробки Папена і Севері (рис. 5.8). Машина висотою з п’ятиповерховий будинок була запущена в роботу для відкачування води в 1712 р. Її потужність складала 8 к.с., вона потребувала дуже багато палива (25 кг вугілля в годину на 1 к.с.) і п’ятдесят коней майже не встигали підвозити це паливо, в той час, коли кочегар безупинно підкидав вугілля в “ненаситну пащу” топки, а механік керував кранами. Але машина забезпечувала