История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Самый крупный источник энергии, доступный большинству американцев, – автомобильный двигатель мощностью 100 лошадиных сил. Домашняя хозяйка в США управляет в своем доме самыми разными электроприборами, каждый из которых производит работу, эквивалентную усилиям нескольких человеческих существ. Хотя многие авторы утверждают, что все эти многочисленные электроприборы решили проблему домашнего труда, мы считаем, что проблема еще не решена. Тем не менее, как заявляет Филипп Ле Корбейлер, «…механическая энергия изменила статус женщины в обществе. Электроприбор действует благодаря нажатию кнопки или повороту выключателя, и выполняет это действие хрупкая женщина без физической силы и опыта. Причем она может пользоваться этим прибором более квалифицированно, чем здоровяк с горой мускулов, но нехваткой мозгов. Это означает экономическую независимость, возможность отделиться от семейной ячейки, если женщина хочет. Мы уже говорили, что быстрая транспортировка породила социальную текучесть. Женщина может переехать в другой город и начать строить там новую жизнь, которую она по тем или иным причинам не сумела построить на старом месте. У нее меняется психология, повышается самооценка. Об этом можно говорить бесконечно».

Рис. 15.2. Киловатт-часы на одну семью в год в США

Трудно переоценить социальную значимость замены мускульных усилий человека механической энергией. Понятно, что 700 000 человек не могут напрямую производить энергию для полета самолета с 50 пассажирами со скоростью 500 миль в час. Западные сообщества, адаптировавшись к механической энергии, используют ее для множества целей, а не только как замену человеческим мускульным усилиям. Расширение использования энергии сделало XX век золотым веком энергии.

Развитие автоматического регулирования в XX веке имело не меньшее влияние на человеческое благосостояние, чем механическая энергия. Автоматический контроль – это система, выполняющая автоматическое саморегулирование, обеспечивая при необходимости перенастройку процесса и контроль выхода. Пожалуй, самым знакомым прибором автоматического регулирования является домашний термостат. Он отключает обогрев, когда температура в доме повышается выше установленного значения, и вновь запускает его, когда температура становится слишком низкой. Информация термометра о температуре в комнате подается на обогреватель, который, в свою очередь, контролирует температуру. Основа автоматического регулирования – принцип обратной связи. В нем один или больше системных сигналов, сформированных в управляющий сигнал, оказывают регулирующее воздействие на объект.

Хотя автоматическое регулирование не являлось важным фактором в социальной истории до XX века, оно появилось в XVIII веке. Один из первых приборов автоматического регулирования был на первом паровом двигателе Ньюкомена в 1712 году. Поскольку полный цилиндр пара вызывает временное понижение давления в маленьком бойлере, Ньюкомен соорудил устройство автоматического контроля, которое регулировало операцию таким образом, чтобы двигатель совершал один полный цикл, только когда в бойлере было достаточно для этого пара. После того как цилиндр наполнялся паром, истощая бойлер, двигатель останавливался. Когда бойлер производил достаточно пара, чтобы вновь наполнить цилиндр, поплавковое устройство открывало впускной клапан, допуская воду в цилиндр, чтобы конденсировался пар. Атмосферное давление двигало поршень вниз, и шток, закрепленный на балансире, сначала закрывал впускной клапан, а потом, когда поршень опускался, открывал паровой клапан, нарушая вакуум и позволяя поршню вновь подняться к верху цилиндра.

Рис. 15.3. Приспособление для удержания главных парусов по ветру

В середине XVIII века некоторые изобретатели добавили автоматическое управление к ветряным мельницам. В 1750 году Эндрю Мейкл (1719–1811) изобрел «веерообразный хвост» – он же муха. Прибор Мейкла – это небольшая вертушка, установленная под прямым углом к главным парусам на диаметрально противоположном им конце поворотной башни (рис. 15.3). Если главные паруса установлены неправильно, ветер будет вращать вертушку, поворачивающую башню, пока главные паруса не установятся по ветру. Еще до 1787 года, когда Томас Мид получил соответствующий патент, для регулировки жерновов мельниц использовались центробежные регуляторы. После этого стали производиться разные модификации жалюзийных крыльев, и Уильям Кьюбитт запатентовал крыло, автоматически управляющее скоростью мельницы. Когда сила ветра возрастала, жалюзи приоткрывались, пропуская часть его, и скорость вращения крыльев оставалась постоянной.