Развитие науки и техники в XVIII-XIX ВВ

Наибольшее количество технических изобретений, получивших широкое распространение и дошедших до настоящего времени появились в XVIII-XIX вв.

В течение этого времени произошла коренная перестройка всех элементов устройства общества и существенное изменение значения науки. В этом периоде можно хронологически выделить два этапа развития науки и техники.

Первый этап ‑ век Просвещения (конец XVII - XVIII вв), в ходе которого происходит отказ от религиозного миропонимания и обращение к разуму как к единственному критерию познания человека и общества. Впервые в истории был поставлен вопрос о практическом использовании достижений науки в интересах общественного развития.

Второй этап – эпоха промышленной революции (конец XVIII –XIXвв).

Основными центрами научной и промышленной активности были Великобритания, Франция, Германия, а затем к ним присоединяется Россия и Северная Америка. С конца XVIII в. начинается промышленная революция в Британии и только потом она перемещается в континентальную Европу.

Век Просвещения. Известными представителями Просвещения в Британии были: Дж. Локк, Г. Э. Лессинг, И. Г. Гердер; Германии – И. Кант, И. В. Гете, Ф. Шиллер; в США – Т. Пейн, Б. Франклин, Т. Джефферсон; в России – Н. И. Новиков, А. Н. Радищев.

В этот период большую роль в становлении и развитии классической науки играло образование. Начало новому образованию положили инженерные школы, которые превратились в настоящие центры научно-технического образования, среди которых самой знаменитой была Парижская политехническая школа (основана в 1794 г), в которой преподавали самые крупные ученые того времени: Ж. Лагранж, Г. Монж, К. Бертолле, А. Ампер, Ж. Фурье, П. Лаплас. Профессия преподавателя стала очень престижной, а лучшие ученые теперь возглавляли научные и учебные, даже государственные учреждения. В Германии подобные центры были в Кенигсберге и Геттингене, в Британии ‑ в Кембридже. В России по указу императрицы Елизаветы Петровны в 1755 году был открыт Московский университет. Создание университета было предложено И. И. Шуваловым и М. В. Ломоносовым. В XVIII веке в стенах Московского университета учились и работали замечательные деятели русской науки и культуры: философы Н.Н. Поповский, Д.С. Аничков; математики и механики В.К. Аршеневский, М.И. Панкевич; медик С.Г. Зыбелин; ботаник П.Д. Вениаминов; физик П.И. Страхов; почвоведы М.И. Афонин, Н.Е. Черепанов; историк и географ Х.А. Чеботарев; историк Н.Н. Бантыш-Каменский; филологи и переводчики А.А. Барсов, С. Хальфин, Е.И. Костров; правоведы С.Е. Десницкий, И.А. Третьяков; издатели и писатели Д.И. Фонвизин, М.М. Херасков, Н.И. Новиков; архитекторы В.И. Баженов и И.Е. Старов.

Основными направлениями исследовательской деятельности XVIII-XIX вв. стали естественнонаучные и технические. Среди них были исследования теплоты и энергии, давшие технический результат – паровую машину. Потребности промышленного развития ставили вопрос замены древесного угля на минеральное топливо.

В 1820 г. французский физик Андре Мари Ампер положил начало электродинамике как единой науке об электрических и магнитных явлениях. Он ввел фундаментальное понятие об электрическом токе. А в 1831 году Майкл Фарадей (1791-1867) (британский физик) открыл электромагнитную индукцию.

Область химии в XVIII в. перешла на новый качественный уровень. Были открыты: категории химических соединений: кислоты, основания, соли (А. Лавуазье); учение о валентности и химической связи (Я. Берцелиус, 1779-1849); теория химического строения (А.М. Бутлеров,1861 г); периодический закон химических элементов Д. И. Менделеева (в 1869 г.).

Бурное развитие науки шло параллельно с модернизацией промышленного производства и Промышленной революцией XVIIIв. в Англии. Это время заката старой мануфактурной промышленности, в которой роль универсального двигателя играло водяное колесо.

Промышленный переворот. Промышленным переворотом или промышленной революцией называется период, когда человечество от мануфактурного производства перешло к машинному, или другими словами, совокупность технических, технологических, социальных и иных перемен, связанных с заменой ручного труда машинным способом производства. Промышленная революция прошла три этапа.

Первый этап был связан с появлением рабочих машин в текстильном производстве. Изобретение и распространение машин создали возможности для расширения производства и его технического усовершенствования.

Второй этап начался с изобретения универсального теплового двигателя, т.е. паровой машины.

Третий этап промышленной революции был связан с созданием рабочих машин для производства других машин. т.е появление машиностроения. Машиностроение, снабженное мощной энергетической базой и оснащенное рабочими машинами, позволило наладить бесперебойный массовый выпуск самых разнообразных машин и снабдить ими все отрасли производства. Применение машин в производстве привело к возникновению большого числа промышленных предприятий, образованию промышленных центров и скоплению в них населения. Эпоха промышленного переворота является, таким образом, временем возникновения и развития фабричного производства.

Первой страной, применившей новый способ, основанный на применении машин и индустриальных технологий в промышленном производстве, была Великобритания. Географический и природно-климатический факторы обеспечили Великобритании лидерство в промышленном перевороте. Запасы каменного угля способствовали быстрому переходу английской металлургии от древесного угля к каменному, что позволило ей к концу ХVIII в. выйти на первое место в мире.

Промышленные революции в разных отраслях следовали как цепная реакция. Переворот, начавшийся в легкой промышленности, выдвинул задачу увеличения массы машин. Для удовлетворения этого требовалось много металла, что вызвало переворот в металлургии и машиностроении; возросшая масса производимой продукции потребовала изменений на транспорте. Так, в 80-е гг. ХVIII в. был построен первый в мире пароход, в 1814 г. ‑ первый паровоз. К завершению промышленного переворота Великобритания стала ведущей экономической державой.

Промышленный переворот, начавшийся в XVIII в. в Англии, оказал влияние на последующее развитие всего мира. С теми или иными изменениями промышленный переворот совершился в XIX в. почти во всех странах Европы и Северной Америки.

Переворот в технике. Торговое процветание привело к обогащению английских купцов, к появлению избыточных капиталов, которые требовали помещения в дело. С другой стороны, в результате эмиграции в Америку Англия испытывала недостаток рабочей силы. Нехватку рабочей силы англичане попытались возместить введением машин. В 1733 г. ткач Джон Кей изобрел «летающий челнок. За свое изобретение  он подвергся преследованиям ткачей и был вынужден бежать во Францию. В 1765г. ткач Харгривс создал механическую прялку, названную «Дженни»; эта прялка увеличивала производительность труда в 20 раз. В 1769 г. Ричард Аркрайт запатентовал прядильную машину, рассчитанную на водяной привод, – с этого момента машины стали использоваться на мануфактурах.

Первые машины создавались механиками-самоучками, они изготавливались из дерева и не требовали инженерных расчетов. После того, как сопротивление противников машин стало ослабевать, машины стали появляться одна за другой. В 1774-1779 гг. Самуэл Кромптон сконструировал прядильную мюль-машин, выпускавшую более качественную ткань, чем машина Аркрайта. В 1784 г. Эдмунд Картрайт создал ткацкий станок, который увеличил производительность ткачей в 40 раз.

Промышленная революция была сложным процессом, происходившим одновременно в различных отраслях промышленности. В горной промышленности одной из основных производственных проблем была откачка воды из шахт. В 1698 г. англичанин Севери создал машину, использовавшую для этой цели силу пара; в 1712 г. Томас Ньюкомен усовершенствовал эту машину, снабдив ее цилиндром и поршнем (рис.10). В машине Ньюкомена находившийся в цилиндре пар конденсировался впрыскиванием воды, в цилиндре создавалось разряжение и поршень втягивался внутрь цилиндра под воздействием атмосферного давления.

 

 

Рис.10.  Паровая машина Т. Ньюкомена

 

В разных странах делались попытки усовершенствовать эти машины, например, в России механик Иван Ползунов построил двухцилиндровую машину аналогичного устройства. В 1763 г. усовершенствовать машину Ньюкомена взялся Джеймс Уатт. Он создал принципиально новую машину: во-первых, поршень в машине двигало не атмосферное давление, а пар, впускавшийся из парового котла; во-вторых, после завершения хода поршня отработанный пар выводился в специальный конденсатор. В 1769 г. Уатт взял патент на свою машину. Уатту удалось привлечь к делу фабриканта Мэтью Болтона. В 1775 г. на заводе Болтона в Бирмингеме было налажено производство паровых машин. В 1784 г. Уатт запатентовал паровую машину двойного действия, в котором пар поочередно толкал поршень с двух сторон; в этой машине был применен центробежный регулятор, автоматически поддерживавший число оборотов. В первых двигателях Уатта давление в цилиндре лишь немного превышало атмосферное (рис.11).

 

 

 

Рис. 11 Паровая машина Джеймса Уатта

 

Массовое производство паровых машин было невозможно без точных токарных станков; решающий шаг в этом направлении был сделан механиком Генри Модсли, который в 1800 году создал самоходный суппорт. Су́ппорт — узел, предназначенный для крепления и перемещения инструмента.

С этого времени стало возможным изготовление деталей с допуском в доли миллиметра – это было начало современного машиностроения. До этого резьбу, как правило, набивали квалифицированные работники очень примитивным способом — размечали на заготовке болта канавку, а потом прорезали её, используя зубило, напильник и другие различные инструменты. Соответственно — гайки и болты получались нестандартной формы и размера, и такой болт подходил исключительно к гайке, которую для него изготовили. Гайки применялись редко, металлические винты применялись, в основном, при работах по дереву, для соединения отдельных блоков. Металлические болты, проходящие через обрамление древесины, для крепежа с другой стороны заклинивались, или на край болта надевалась металлическая шайба, и конец болта развальцовывался. Модсли для использования в своей мастерской стандартизировал процесс изготовления резьбы и выпустил наборы метчиков и плашек (рис.12), таким образом, любой болт соответствующего размера подходил к любой гайке того же размера. Это было большим шагом вперёд в техническом прогрессе и производстве оборудования.

Метчѝк — инструмент для нарезания внутренних резьб, представляет собой винт с прорезанными прямыми или винтовыми стружечными канавками, образующими режущие кромки.

а)                                                   б)

Рис. 12.  Инструменты для нарезания резьбы: а - метчики; б - плашки

Пла́шка - резьбонарезной инструмент для нарезания наружной резьбы вручную или машинным способом.

 После появления паровой машины начались попытки создания пароходов. Роберт Фултон построил пароход «Клермонт»; машина для этого парохода была изготовлена на заводе Уатта. В 1807 г. «Клермонт» совершил первый рейс по Гудзону, но без пассажиров. В 1816 г. в Америке было 300 пароходов, а в Англии ‑ 150. Одновременно со строительством пароходов делались попытки создания паровой повозки. В 1803 г. механик Ричард Тревитик построил паровоз, заменивший лошадей на одной из рельсовых дорог в Уэльсе. Дж. Стефенсон, механик-самоучка, получил заказ на постройку локомотива для одной из шахт близ Ньюкасла. В 1815 г. Стефенсон построил свой первый паровоз, а затем руководил строительством железной дороги длиной более 50 км. В 1830 г. Стефенсон завершил строительство первой железной дороги между Манчестером и Ливерпулем; для этой дороги он сконструировал паровоз «Ракета». Позже Стефенсон строил железные дороги в Бельгии и в Испании. В 1832 г. была пущена железная дорога во Франции, позже – в Германии и США.

К 1840 г. Англия превратилась в «мастерскую мира», на ее долю приходилось более половины производства металла и хлопчатобумажных тканей, основная часть производства машин. Английские ткани заполнили мир и разорили ремесленников не только в Англии, но и во многих странах Европы и Азии.

В 1870-х гг. в развитии мировой экономики наступил перелом, связанный с расширением мирового рынка. Масштабное строительство железных дорог привело к включению в мировую торговлю континентальных областей; появление пароходов удешевило перевозки по морю. На рынки хлынула американская и русская пшеница – цены на нее упали в два раза. Эти события называют «мировым аграрным кризисом». Они привели к разорению многих помещиков в Европе, но вместе с тем обеспечили дешевым хлебом рабочих.

Еще одним компонентом революции в коммуникациях стало применение электричества, выразившееся в изобретении телеграфа и телефона. В 1832 г. первый в мире электромагнитный телеграф был построен в Петербурге Павлом Львовичем Шиллингом, независимо от него в 1837г. его изобрели американец Самюэл Морзе и англичанини Уитсон. В Англии протяженность телеграфных линий достигла в 1868 г. свыше 25000 км. В 1866 г. телеграф стал средством международной связи. В 1876 г.Александр Белл изобрел телефон, получивший практическое применение. Через несколько лет его телефон уже применялся во всех цивилизованных странах мира.

Позже всех европейских стран на путь капиталистического развития вступила Россия. Начало промышленного переворота в России относится к 30-м годам XIX в. Однако его развитие шло медленно, далеко отставая от передовых стран Европы. Решающую роль в становлении капитализма в России сыграла отмена крепостного права. Тем не менее, прогресс проникал в российскую промышленность. Особенно впечатляющие успехи были в текстильной промышленности, прежде всего в производстве хлопчатобумажных тканей.

Технический переворот на транспорте проходил успешнее, чем в промышленности. В 1813 г. на заводе Берда в Петербурге был построен первый пароход. В 1815 г. было построено первое в Европе морское паровое судно «Елизавета», обеспечивавшее связь между Петербургом и Кронштадтом. В 60-е гг. по Волге и ее притокам ходило около 350 пароходов.

Первый опыт железнодорожного строительства был предпринят отцом и сыном Черепановыми на Нижнетагильском заводе. В 1833-34 гг. ими был создан первый в России паровоз. Чугунная рельсовая дорога соединяла завод с рудниками. В 1837 г. начала действовать первая железная дорога, соединившая Петербург с Царским Селом. Военные и стратегические соображения подтолкнули строительство железнодорожной магистрали Петербург-Москва (1851 г.).

В 80-90 е гг. XIX в. Россия вступила в фазу индустриализации. Доля страны в мировом промышленном производстве к нач. ХХ в. выросла до 5%. Особенно высокие темпы прогрессы были в нефтедобывающей отрасли, железнодорожном строительстве и машиностроении. Быстрыми темпами шло техническое оснащение промышленности. Увеличилось число рабочих.

Основные последствия промышленного переворота:

‑ возникновение фабрично-заводского производства;

‑ зарождение машиностроения;

‑ снижение цен на товары широкого потребления;

‑ перестройка рынка: не покупательский спрос формировал развитие производства, а производство подталкивало расширение рынков и формировало спрос;

‑ увеличение капиталовложений и необходимость быстрого оборота привели к увеличению рабочего дня и сокращению заработной платы;

‑ появление кризисов перепроизводства;

‑ ухудшение положения рабочего класса и начало социальной борьбы;

‑ ускорение процесса урбанизации, изменение соотношения между городским и сельским населением.