Ім'я файлу: 4 Промышленная революция.doc
Розширення: doc
Розмір: 53кб.
Дата: 16.02.2020

Курс истории науки и техники.

4-я лекция

Промышленная революция XVIII века

и аналитический период развития науки.
Промышленная революция (промышленный переворот, великая индустриальная революция) – это переход от ручного труда к машинному, от мануфактуры к фабрике, от аграрной экономики к индустриальному производству. Промышленный переворот происходил в разных странах не одновременно, но в целом можно считать, что период, когда происходили эти изменения, начинался от второй половины XVIII века и продолжался в течение XIX века. Термин «промышленная революция» был введен в научный оборот выдающимся французским экономистом Жеромом Бланки. Характерной чертой промышленной революции явился стремительный рост производительных сил на базе крупной машинной индустрии и утверждение капитализма в качестве господствующей мировой системы хозяйства.

Развитие промышленного производства, основанного на применении ручного труда, использовании мускульной силы животных и энергии воды и ветра к концу XVII века зашло в тупик. Выход заключался в развитии тепловой энергии, т.е. использования энергии сгораемого топлива. Несмотря на то, что паровая машина самый неэффективный тепловой двигатель, именно она является одним из трех самых важных достижений человека. Применение паровых машин вывела человечество из энергетического тупика и создало условия для бурного развития промышленного производство. Несмотря на более сложное устройство механизма по сравнению с паровой турбиной, паровая машина значительно проще в изготовлении и не требует таких знаний в области теплотехники и применения специальных сплавов для изготовления, как паровые турбины и тем более, газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания.

Промышленная революция связана не просто с началом массового применения машин, но и с изменением всей структуры общества. Она сопровождалась резким повышением производительности труда, быстрой урбанизацией, началом быстрого экономического роста (до этого экономический рост, как правило, был заметен лишь в масштабах столетий), исторически быстрым увеличением жизненного уровня населения. Промышленная революция позволила на протяжении жизни всего лишь 3–5 поколений перейти от аграрного общества (где большинство населения вело натуральное хозяйство) к индустриальному.

Начало промышленной революции связывают с изобретением эффективного парового двигателя в Великобритании во второй половине XVII века. Англия была мировым торговым лидером и владела колониями, поэтому располагала достаточными финансовыми ресурсами. Кроме того, государство не подавляло экономическую активность.

Первой попыткой использования парового двигателя в промышленности считается водяной насос Томаса Севери, запатентованный в 1698 г. Но он не был успешным из-за частых взрывов бойлера и ограниченной мощности. Более совершенной была машина Томаса Ньюкомена, разработанная к 1712 г. По-видимому, Ньюкомен использовал экспериментальные данные Дени Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре, производя вручную охлаждение цилиндра для возвращения поршня в исходное состояние.

Пароатмосферные машины Ньюкомена нашли применение не только в Англии, но и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. Это были большие и дорогие машины, очень неэффективные. Но они себя окупали там, где добыча угля обходилась сравнительно дешево. К 1733 г. было куплено 110 машин, из них 14 на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями до 1800 г. произвели 1 454 машины Ньюкомена, и они оставались в употреблении до начала XIX в.

Дж. Уатт существенно усовершенствовал паровую машину, сделав ее работу более стабильной. Наиболее известная из ранних машин Уатта была предложена в 1778 г. Ее мощность была больше примерно в пять раз, что дало 75 % экономию в себестоимости угля. Еще более важные последствия имел тот факт, что на базе машины Уатта стало возможно преобразование поступательного движения поршня во вращательное, то есть двигатель теперь мог крутить колесо мельницы или фабричного станка. Важным обстоятельством, способствовавшим широкому распространению машин Уатта, стало применение центробежного регулятора для обеспечения автоматического поддержания заданных оборотов машины. Задача регулирования хода машин имела важное значение, а в дальнейшем из нее выросла теория автоматического управления.

Уже к 1800 г. фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 универсальных машин, из которых только 164 использовались как насосы, а 308 нашли применение на мельницах и фабриках и еще 24 обслуживали доменные печи. В 1810 г. в Англии насчитывалось уже 5 тыс. паровых машин, а в следующие 15 лет их число утроилось.

Появление металлорежущих станков, таких как токарный, позволили упростить процесс изготовления металлических частей паровых машин и в дальнейшем создавать все более совершенные и для разнообразных целей. К началу XIX в. английский инженер Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс совместили бойлер и двигатель в одном устройстве, что позволило далее использовать его для движения паровозов и пароходов.

Революция на транспорте


Огромное значение имело появление железных дорог. Первый паровоз был построен в 1804 году Ричардом Тревитиком. В последующие годы многие инженеры пытались создавать паровозы, но самым удачливым из них оказался Георг Стефенсон, который в 1812–1829 гг. предложил несколько удачных конструкций паровозов. Его паровоз был использован на первой в мире железной дороге общественного пользования, связывавшей Дарлингтон с Стоктоном, открытой в 1825 г. После 1830 г. в Великобритании началось масштабное строительство железных дорог.

Увеличение числа машин вызвало повышенную потребность в металле, что потребовало развития металлургии. Главным достижением этой эпохи в металлургии была замена древесного угля, использовавшегося средневековыми кузнецами, на каменноугольный кокс. Его ввел в употребление в XVII в. Клемент Клерк и его мастера кузнечных дел и литья.

С 1709 г. в местечке Коулбрукдэйл Абрахам Дарби, основатель целой династии металлургов и кузнецов, использовал кокс для получения чугуна из руды в доменной печи. Из него поначалу делали лишь кухонную утварь, которая отличалась от работы конкурентов лишь тем, что ее стенки были тоньше, а вес меньше. В 1750х годах сын Дарби построил еще несколько домен, и к этому времени его изделия были еще и дешевле, чем изготовленные на древесном угле. В 1778 г. внук Дарби, Абрахам Дарби III, из своего литья построил в Шропшире знаменитый Железный мост, первый мост в Европе, полностью состоящий из металлических конструкций.

Для дальнейшего улучшения качества чугуна в 1784 г. Генри Корт разработал процесс пудлингования. Рост производства и улучшение качества английского металла к концу XVIII в. позволило Великобритании полностью отказаться от импорта шведского и русского железа. Развернулось сооружение каналов, позволявших перевозить уголь и металлы.

Еще одним достижением промышленной революции стало уличное освещение. Его появление в британских городах стало возможным благодаря шотландскому инженеру Уильяму Мердоку. Он изобрел процесс получения светильного газа путем пиролиза каменного угля, а также способы его накопления, транспортировки и использования в газовых фонарях. Светильный газ – смесь водорода (50 %), метана (34 %), окиси углерода (угарный газ – 8 %) и других горючих газов, получаемая при пиролизе каменного угля или нефти. Первые газовые светильники были установлены в Лондоне в 1812–1820 гг. Вскоре большая часть угля, добываемого в Великобритании, шла на нужды освещения, так как оно не только повышало комфорт и безопасность на городских улицах, но и способствовало удлинению рабочего дня на фабриках и заводах. Ранее заводы освещались дорогостоящими свечами и масляными лампами.

Промышленная революция сделала возможным промышленное производство некоторых наиболее востребованных на рынке химикатов, чем было положено начало развитию химической промышленности.

Важнейшим социально-политическим событием, наложившим печать на общественную и на интеллектуальную жизнь Европы первой половины XIX в., была Великая Французская буржуазная революция 1789 г. Она послужила мощным толчком для философского естественнонаучного мышления XIX в. Во время революции в 1794 г. были организованы высшие учебные заведения нового типа – Политехническая и Нормальная школы. Средневековые университеты в ходе промышленной революции изменились, а их образовательные стандарты приблизились к современным. Кроме того, появились новые высшие учебные заведения, в частности, политехнические и специализированные институты и академии. Во Франции, да и в других странах, важную роль в подготовке ученых в XVIII в. играли военные, военно-инженерные, морские школы, математические программы которых нередко превосходили по содержанию и объему университетские курсы.

Что касается развития науки в XVIII веке, то надо отметить, что ее достижения практически не находили приложения в бурно развивающемся машиностроении, не говоря уже о других отраслей промышленности. Это объясняется тем, что громоздкие и тихоходные машины не нуждались пока еще в проведении расчетов на прочность. Развитие физики также пока еще не имеет связи с производством, а такие науки как теплотехника, электромагнитная теория и др. находятся еще в зачаточном состоянии и не могут помочь развитию машиностроения. Из наук в этот период развиваются, прежде всего, механика и математика, к концу его появляется химия, электромагнетизм и др.

Развитие математического анализа в XVIII веке.

Одной из характерных черт развития математического анализа в XVIII веке, было разветвление на несколько наук: дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений, в свою очередь расчленившейся на учение об обыкновенных дифференциальных уравнениях и об уравнениях в частных производных, вариационного исчисления, теории специальных функций, начал теории функций комплексного переменного. Выделяется также учение о бесконечных рядах. В рамках дифференциального и интегрального исчисления в качестве нового отдела вырастает анализ функций многих переменных.

Ниже приведен вклад в развитие математики четырех самых выдающихся ученых XVIII столетия.

Даниил Берну́лли (1700–1782), швейцарский физик-универсал и математик, один из создателей кинетической теории газов, гидродинамики и математической физики, сын Иоганна Бернулли. Академик и иностранный почетный член (1733) Петербургской академии наук, член Академий: Болонской (1724), Берлинской (1747), Парижской (1748), Лондонского Королевского общества (1750). Более всего Даниил Бернулли прославился трудами в области математической физики и теории дифференциальных уравнений — его считают, наряду с д’Аламбером и Эйлером, основателем математической физики. утверждением, что причиной давления газа является тепловое движение молекул. В своей классической «Гидродинамике» он вывел уравнение стационарного течения несжимаемой жидкости (уравнение Бернулли), лежащее в основе динамики жидкостей и газов. С точки зрения молекулярной теории он объяснил закон Бойля – Мариотта.

Бернулли принадлежит одна из первых формулировок закона сохранения энергии (живой силы, как тогда говорили), а также (одновременно с Эйлером) первая формулировка закона сохранения момента количества движения (1746). Он много лет изучал и математически моделировал упругие колебания, ввел понятие гармонического колебания, дал принцип суперпозиции колебаний.

В математике опубликовал ряд исследований по теории вероятностей, теории рядов, численным методам и дифференциальным уравнениям. Он первый применил математический анализ к задачам теории вероятностей (1768), до этого использовались только комбинаторный подход. Бернулли продвинул также математическую статистику, рассмотрев с применением вероятностных методов ряд практически важных задач.

Первое место в разработке дифференциального и интегрального исчисления, как и всего анализа в целом, принадлежало в течение почти пятидесяти лет рассматриваемой эпохи Леонарду Эйлеру (1707–1783). Л. Эйлер – математик, механик, физик и астроном, академик Петербургской АН (1726–1741 гг. и с 1766 г), с 1741 по 1766 гг. в Берлинской АН. Эйлер обладал феноменальной трудоспособностью, его научные интересы относились ко всем областям естествознания. В 1736 г. вышел его трактат по механике, в котором он впервые изложил динамику точки с помощью математического анализа и ввел силы инерции. Один из основоположников дифференциального и интегрального исчисления, а также вариационного исчисления. В книге «Корабельная наука» (1749) заложил основы теории колебаний и теории устойчивости. Эйлер является автором около 850 научных трудов.

Жан Лерон д’Аламбер (1717–1783) – французский ученый-энцикло­педист. Широко известен как философ, математик и механик. Член Парижской академии наук (1740), Французской Академии (1754), Петербургской (1764) и других академий. В 1743 г. вышел «Трактат о динамике», где сформулирован фундаментальный «Принцип д’Аламбера», сводящий динамику несвободной системы к статике. Здесь он впервые сформулировал общие правила составления дифференциальных уравнений движения любых материальных систем.

Основные математические исследования д’Аламбера относятся к теории дифференциальных уравнений, где он дал метод решения дифференциального уравнения 2-го порядка в частных производных, описывающего поперечные колебания струны (волнового уравнения).

Выдающийся вклад д’Аламбер внес также в небесную механику. Он обосновал теорию возмущения планет и первым строго объяснил теорию предварения равноденствий и нутации.

Одной из основных проблем, которую разрешали крупнейшие математики XVIII в., была теория движения Луны. Ее разработка имела глубокое теоретическое значение и была важна для практики. Практическое значение этой теории было связано с созданием метода достаточно точного определения географической долготы мест. В основном теория движения Луны была создана в середине века Л. Эйлером, А. Клеро (1713–1765) и д’Аламбером. В ряде мемуаров 1747–1756 гг. д’Аламбер независимо от своих двух великих современников дал теорию движения Луны с тщательно вычисленными таблицами, которые он постепенно уточнял и улучшал. В трактате, вышедшем в свет в 1749 г., д’Аламбер показал, что не только явление прецессии, ранее математически исследованное Ньютоном, но и явление нутации, незадолго до этого обнаруженное Брадлеем, обусловлены гравитационным воздействием Луны.

Жозеф Луи Лагранж (1736–1813). Великий математик и механик. Родился в Турине, окончил Туринский университет и в 17 лет начал преподавать в Артиллерийской школе в Турине, а в 19 лет стал ее профессором. В 1766 году перебирается в Берлин и становится президентом Берлинской АН вместо вернувшегося в Петербург Эйлера. Берлинский период был самым плодотворным в творчестве Лагранжа. Там он подготовил свою знаменитую «Аналитическую механику», которая была опубликована 1788 году уже после того, как автор перебрался в Париж. Во Франции Лагранж ведет активную преподавательскую работу, а также решает и практические задачи.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас