Відродження прогресу в середні віки

(500...1450 роки н.е.)

3.3.1. Передумова відродження прогресу в середні віки

Відродженню прогресу в середні віки передував тривалий історичний занепад розвитку римської та грецької цивілізацій. У цей час римська імперія розпалась під натиском варварів. У ній поступово змінився суспільний лад, занепали рабовласницькі відношення, хоч вони ще існували на протязі віків. Поступово рабовласницькі порядки змінились на кріпацькі. У нових умовах кріпаки й поміщики (володарі землі) були зацікавлені в результатах фізичної праці, бо навіть кріпаки за хорошу працю одержували винагороду. Фізична праця стала достойним заняттям і користувалась великою повагою. Кріпосний ремісник стояв на ступінь вище ніж раб-ремісник. Пізніше, коли міста відстояли свою незалежність від поміщиків і коли цехи (гільдії) перетворились в сильні організації, що захищають інтереси ремісників, умілий майстровий став доволі вагомим членом суспільства. За таких обставин талановитий майстровий одержував можливість винаходжувати і удосконалювати, будучи впевненим, що плоди його зусиль обіцяють вигоду не тільки його хазяїнам, але й йому самому. Такі зміни сприяли винахідництву.

Так чи інакше, але самою цікавою новою особливістю середньовікового суспільства була його здатність до переймання і удосконалення технічних новинок, створених в інших країнах. Стародавні народи в більшості випадків сильно протидіяли новим віянням з інших країн. Техніка в стародавнім Єгипті залишалась до його підкорення греками на рівні бронзового віку. Як уже нами відмічалось, римляни не змогли скористатися технічними винаходами, зробленими в сусідніх державах і навіть в середині самої імперії.

Але середньовікова Європа, навпаки, збирала винаходи із усіх країн, особливо з Китаю, і створювала з них єдиний фундамент сучасної цивілізації.

На протязі більшої частини середньовіччя Західна Європа була далеко не самою передовою частиною світу. Греція набагато в більшій мірі зберігала витонченість стародавньої цивілізації, яку Захід перейняв у неї тільки в кінці середніх віків.

Іслам з моменту установлення свого панування в VII і VІІІ віках йшов на декілька віків попереду Заходу. А самою передовою країною в технічному відношенні до кінця цього періоду був Китай.

І все ж всі ці держави, прийшли до занепаду, а середньовікова Європа, збираючи передові ідеї й винаходи в інших, поповнюючи їх своїми власними, розвиваючи і поєднуючи їх в єдине ціле, створила засновану на нових машинах цивілізацію, що сповіщала про прихід сучасного світу. Таке жадібне прагнення навчатись у інших могло бути наслідком безперервних потрясінь, що викликались нашестям варварів, починаючи з третього століття і закінчуючи десятим. Обставини змушували європейців до подібної гнучкості.

Початок середньовіччя характеризувався гострою нестачею робочих рук. У стародавні часи важкі роботи виносили на своїх плечах маси рабів. У середні віки прийшлось шукати інше рішення цього питання. Ним стало використання інших джерел рушійної сили.

3.3.2. Використання водяного колеса як привода

На перших порах повернулись до широкого використання водяного колеса як привода. Спочатку водяне колесо, як і в Стародавнім Римі, тільки мололо зерна. Наприклад, на півдні Англії в 1086 році було 5624 водяних млинів. Цього було, безумовно, достатньо, щоб корінним чином змінити умови життя людей.

Незабаром водяне колесо стали використовувати для самих різних потреб.

Приклади використання водяного колеса: на сукноваляльному виробництві, у конструкції ковальських молотів і ковальських міхах, у складі паперових фабрик, у складі рудодробарок, для підняття води з метою зрошення, на лісопилках, для волочіння дроту (рис. 3.10), розтирання фарб, для привода токарних верстатів.

Рис.3.10. Волочіння товстого залізного прутка (із книги 1540 року)

Майстер переставляє захват, щоб вибрати слабину вірьовки. Оберт водяного колеса дозволяє протягнути наступний шматок прутка.

За 300...400 років середньовіччя водяне колесо зазнало еволюцію від пристрою, що використовувався виключно для розмелення зерна, до універсального двигуна, повсюдно використовуваного в різних галузях промисловості й полегшуючого працю людини.

3.3.3. Використання вітряків як приводів

Вітряки, що з’явились в Європі під кінець ХІІ століття, підкорили людині ще й силу вітру. Пристосувати вітряки для обслуговування яких-небудь процесів, крім мукомельного, було не так легко, як водяне колесо. Але приблизно з 1400 року вітряк стає основою водопідйомних робіт під час осушування земель в Нідерландах. Час від часу його використовують як привід різних механізмів, наприклад, для рудничного підйомника в Чехії в ХV віці.

Найперші вітряки в Європі були козловими, через те весь корпус повертався на козлах для наведення вітроколеса на вітер (рис. 3.11). Це дуже жорстко обмежувало розміри вітряка. У куреневому вітряку (рис. 3.12) ходову частину розміщено в нерухомому корпусі, а обертовий курінь несе лопаті і шестерні. Його потужність була вже в 2-3 рази більшою. Мабуть такий вітряк з’явився до кінця ХІV століття, але широкого розповсюдження не одержав аж до ХVІ століття, коли голландські інженери удосконалили його та почали використовувати для багатьох виробничих потреб.

Рис.3.11. Козловий вітряковий млин у зображенні Рамеллі (1588 р.)

Цей ескіз, як і рис. 3.12 – найдавніші зображення внутрішнього устрою вітрякових млинів двох типів.

Рис. 3.12. Куреневий (вежовий) вітряковий млин за Рамеллі

3.3.4. Кермовий механізм кораблів

З четвертого тисячоліття до н.е. та до кінця середніх віків кермовий механізм кораблів залишався, по суті справи, незмінним. У дійсності він мало відрізнявся від гребного весла (рис. 3.1). У VIII столітті в Європі з’явилось рульове управління сучасної конструкції. Руль почали міцно навішувати на ахтерштевень, який являє собою продовження кілю й утворюючий таким чином одне ціле зі всім судном. За період з ХІІІ по ХV століття для розвитку мореплавання було зроблено більше, ніж за попередні чотири тисячоліття.

3.3.5. Компас

Винайдення компасу – це один важливий вклад середньовіччя в розвиток мореплавання. Китайські мореходи стали користуватись компасом десь з ХІ чи ХІІ століття. Європейський компас з’явився в кінці ХІІ століття. І все ж тільки в 1497 році вдалося європейцям перетнути Атлантичний океан.

Очевидно, що машина з тим чи іншим двигуном потрібна лиш тоді, коли є достатньо роботи, щоб зробити її економічно вигідною. Звичайно, це пов’язано з доставкою замовлень здалеку, що було реальним в ці середньовічні часи.

Удосконалення водного транспорту проклало шлях так званій „торговельній революції”, епосі великого розвитку торгівлі, що наступила в останні століття середніх віків. Це дало сильний поштовх росту промисловості, а разом з нею й розвитку все більш потужних машин, про що ми скажемо далі. Більш того, енергія води, вітру й тягова сила тварин залишилась основою розвитку всіх крупних механізмів аж до ХУІІІ століття. До цього часу основними засобами пересування на суші являвся кінь з його більш досконалою упряжжю.

Отже, наведені тут середньовічні винаходи відкрили реальний початок розвитку нашого сучасного світу машин.

3.3.6. Кривошип і педальний механізм

Про кривошип, як механізм, стародавні люди, мабуть, не здогадувались. Навіть така проста думка про те, щоб обертати ручний млин, взявшись за укріплену біля краю верхнього каменя вертикальну рукоятку, мабуть, не приходила їм у голову. Великі млинові жорна обертали раби або тварини, ходячи по колу. Менш крупні жорна приводились в рух за допомогою виступаючих збоку радіальних рукояток. Вертикальна рукоятка, що дозволяла здійснити безперервне обертання завдяки кривошипному пристрою, з’явилась тільки в середні віки. Але навіть і тоді людям було важко уяснити собі принцип його дії й розповсюдити його на інші сфери застосування. Про це свідчить той факт, що про подальше використання кривошипа нічого не було відомо приблизно до 850 року, коли ним стали обертати точильні камені. Далі кривошипом почали обладнувати шарманку, десь у Х віку, але не пізніше ХІІ віку. У ХІV або на початку ХV віку кривошипом закручували пружини самострілів. У ці часи його стали використовувати й з іншою метою, наприклад, в котушках для намотування мотків пряжі й у такому дуже важливому інструменті як столярний коловорот. В усіх розглянутих випадках кривошип обертали вручну. А близько 1430 року ми вперше зустрічаємось з кривошипно-шатунним механізмом, що приводив у рух мукомельний млин.

Між іншим, педальний механізм мав свою самостійну еволюцію – у ткацьких верстатах, у приводах токарних верстатів і в ковальському молоті з педальним управлінням, який з’явився в ХІV столітті. Близько 1430 року людина поєднала педаль, шатун і кривошип докупи у вигляді привода, знайомого нам по сучасних простих швейних машинах. Мукомельні млини й на цей раз виявились першою областю застосування кривошипно-шатунних механізмів. Ось коли з’явився нарешті один із практично важливих для сучасних машин механізм! Але навіть тепер упровадження такого механізму разом з механічним приводом проходило повільно, вірогідно через механічні труднощі з виготовленням надійних підшипників. З 1480 року кривошипно-шатунний механізм стали застосовувати для обертання точильних каменів і тільки з ХVІ століття стали використовувати в прядильних і токарних верстатах.

3.3.7. Токарний верстат

Стародавній токарний верстат, що був винайдений близько 800 років до н.е., був устаткований ненадійно. Він складався з декількох поєднаних між собою і вбитих в землю брусків. Виріб (заготовка) обертався поперемінно в обох напрямках підмайстром, що тягнув за кінці вірьовки, обмотаної навкруги заготівки. Столяр держав ріжучий інструмент просто руками, не використовуючи опору або направляючий пристрій.

У середніх століттях станину й бабку токарного верстата робили жорсткими пристроями. Не пізніше 1250 року ремінь, що повертав заготівку, закріплювався внизу до педального механізму, а зверху – до пружинистої пересувної жердини. Таким чином, у токаря з’явилась можливість обертати станок ногою через педаль, що дало можливість вивільнити руки для операцій з ріжучим інструментом.

З середини XIV століття для привода токарних верстатів почали використовувати водяні двигуни. Перші кроки до створення пересувного супорта були здійснені близько 1480 року.