Занимательная техника в прошлом

  
Василий Лебедев
 
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В ПРОШЛОМ
   
 
 
 
Глава первая
 
В ПОМОЩЬ ИЗОБРЕТАТЕЛЮ
   
Человек как машина или фабрика
 
Декарт, великий мыслитель XVII века, рассматривал человеческое тело, как машину. Современный ученый был бы более склонен назвать наш организм скорей фабрикой, чем только машиной. Человек — «завод», который имеет свою особую «технику». В этом заводе имеется разделение труда, — различные органы исполняют вполне определенную функцию, — и своя система управления при помощи нервов. Эти нервы, соединяющие различные органы тела с мозгом, напоминают собой телефонную сеть большой фабрики.
Один из главных органов человеческого тела — сердце.
Сердце-машина весом всего 300 г. Его мощность — около 1/375 лош. силы. Нормально эта живая машина работает 70–80 лет без перерывов и вовсе не требует — вернее, не допускает — ремонта.
При каждом ударе сердце-машина совершает работу, достаточную для подъема 400 г на высоту одного метра. С каждым ударом сердце прогоняет из вен 1/10 литра крови в правое предсердие, оттуда в правый желудочек и затем, через легочную артерию, к легким, где кровь очищается с помощью вдыхаемого нами кислорода. Из легких обновленная кровь через легочную вену прогоняется в левое предсердие, затем в левый желудочек и оттуда в большую аорту. Благодаря этой машине-сердцу кровь питает все органы, кожу, нервы…
В течение одной минуты сердце перекачивает 7 литров крови (около 30 стаканов); в сутки это составит больше 5000 литров, а за год жизни — 4000000 литров, т. е. восемь тысяч сорокаведерных бочек!
И эта машина, созданная природой, работающая без ремонта десятки лет, весит всего 300 г. Такой машине позавидует любая фабрика. Не потому ли многие изобретатели старались подражать природе?
Что наши руки — замечательные рычаги, знал еще Борелли, ученик Галилея, современник Декарта. Рисунок, который вы видите здесь, взят из замечательного сочинения Борелли — «О движении животных».
Рис. 1. «Когда протянутая рука держит на пальце 10 фунтов, то мышцы руки производят совместно тягу в 2000 фунтов». (Из сочинения Борелли, 1685 г.)
Этот ученый показал, что сила, действующая в мышце, приложена к меньшему плечу рычага и потому значительно превосходит груз, действующий на конец пальца (точка «В» нашего рисунка). По вычислению Борелли, если держать руку горизонтально и подвесить к пальцам 10 фунтов, то все мышцы руки вместе производят тягу в 2000 фунтов. Какою же огромною крепостью должен обладать тот материал, из которого сделана мышца!
Современная наука выяснила, кроме того, что мышцы обладают огромной эластичностью. Здесь есть чему поучиться технику. Французский ученый Марэй показал на опыте, что при перевозке тяжестей получается 26 % экономии усилия, если лошадь, запряженная в экипаж, тянет его при помощи эластических тяжей. Как видим, природа недаром создала эластические мышцы: в целях экономии силы человека.
Не менее интересна особенность костей у человека и животных. Надо заметить, что только со времени Галилея (XVII век) начали изучать то, что теперь называют сопротивлением материалов. В настоящее время установлено, что сопротивление сгибанию одинаково как для сплошного стержня, так и для полого, имеющего достаточной толщины стенку. Кости наших рук и ног внутри пусты. По типу наших костей строят теперь рамы велосипедов: пустые металлические трубки велосипеда дают, при своей легкости, весьма большую прочность. Как видим, за сотни тысячелетий естественного подбора животное царство выработало тип рычага, который одобряет современная техника. Физиологи установили, что для раздробления кости нужно употребить давление около 3 тонн.
Посмотрите рисунок, где приведены в связь техника природы и техника, созданная человеком. На рисунке даны — разрез бедренной кости, вычерчены линии давлений, т. е. кривые, вдоль которых передается усилие, и, наконец, показана схема действующих усилий в стрелке подъемного крана.
Рис. 2. Бедренная кость (налево) с вычерченными линиями давлений и стрелка подъемного крана (направо) с схемой действующих усилий.
Инженеры сознательно добиваются того, чего «инстинктивно», но целесообразно достигает природа!
Приведу еще пример из области того, как работает фабрика-организм. Он относится к органам наших чувств.
Наиболее совершенным является орган зрения — глаз. Впрочем, в отношении чувствительности чувство вкуса превосходит глаз: язык знатока вин, если можно так выразиться, «смеется» над самым тонким химическим анализом. По строению глаз напоминает собой фотографический аппарат, который стал орудием исследования лишь в средине XIX столетия. Вы, наверное, знаете, что матовое стекло фотографического аппарата и чувствительная фотографическая пластинка, устанавливаемая на его место по наведении аппарата на фокус, представляет подражание чувствительной сетчатой оболочке глаза. В последнее время физиологи идут еще дальше в сравнении процесса зрения с фотографированием. Высказывается предположение, что на сетчатой оболочке получается такое же химическое видоизменение ее поверхностного слоя, как в пленке чувствительного слоя фотографической пластинки, а роль так называемой пурпурной жидкости глаза — роль проявителя и фиксажа, вызывающих изображения на пластинке.
  
Что может почерпнуть изобретатель, наблюдая природу
 
Посмотрим теперь, какова «техника» в других уголках природы.
Вам, наверно, памятны полеты Амундсена и пролеты Нобиле на полюс? Помните форму их дирижаблей?
Форма аэростата была математически обоснована впервые Жиффаром примерно лет 75 тому назад. Его дирижабль представлял собой «тело вращения» дуги вокруг своей хорды, т. е. имел форму «чижа», в который играют дети.
Рис. 3. Форма дирижабля 75 лет назад (управляемый аэростат Жиффара).
В наше время конструкторы отказались от такой формы дирижабля. Современный «цеппелин» походит скорей на рыбу.
Рис. 4. Рыба и цеппелин.
Нужно ли упоминать, что современные быстроходные аэропланы похожи на птицу? Между тем первый летательный аппарат Райта (1903 г.) походил скорее на ящичный змей, чем на птицу.
Рис. 5. Аппарат Райта в полете напоминает большой змей.
И только через двадцать лет летательный аппарат принял ту форму, которую выработала природа.
Рис. 6. Аэроплан 1924 г. похож на птицу.
Не покидая мира птиц, приведу еще пример, показывающий удивительную технику природы. Посмотрите, как устроены ноги многих птиц. Природа снабдила птиц особым механизмом: как только птица садится на ветку и поджимает ноги, мускул-тяж тянет когти, и они автоматически обхватывают ветку. Вот тоже механизм, достойный подражания!
Рис. 7. Механизм птичьей ноги: когда птица садится на ветку, поджимая ноги, пальцы автоматически обхватывают ветку.