Паровой и пороховой цилиндры

.

Однажды на пышном вечере у французского короля Людовика XIV знаменитому физику и астроному Христиану Гюйгенсу представили молодого врача, уроженца города Блуа. Гюйгенс не имел никакого отношения к медицине, но из уважения к покровителям юноши вступил в любезный разговор с новым знакомым.


Тогда было в моде интересоваться вопросами естествознания. Среди музыки и танцев люди в париках, откинув фалды шелковых камзолов, нередко усаживались в кресла, чтобы поговорить об устройстве Вселенной. Играя пальцами, унизанными сверкающими перстнями, придворные, министры и сам король рассуждали о кольцах Сатурна, о часах с маятником, о весомости воздуха, о расширении тел от теплоты и о многих других открытиях новой физики. Разговоры о науке считались признаком хорошего тона, как золоченые пряжки на сафьяновых туфлях.
В погоне за модой короли и правительства, чтобы похвастаться друг перед другом, не скупились тратить деньги на украшение своих столиц научными учреждениями. Истинные ученые, нуждавшиеся в материальных средствах для производства опытов, были благодарны такому увлечению «естествознанием».
Следуя примеру Лондонского Королевского общества, Франция открыла в Париже Академию наук. В Германии организовалась академия естествоиспытателей, строились университеты. Почти каждая страна хлопотала о своей собственной академии. В истории науки в деле развития подлинно научных знаний о природе все эти академии сыграли свою роль.
Ученых было мало, а спрос на них был так велик, что часто их приходилось выписывать из-за границы. Богатые и сильные правительства сманивали в свои академии знаменитых людей из соседних стран.
Таким именно образом попал во Францию голландец Христиан Гюйгенс. Он прибыл в Парижскую академию по приглашению французского правительства. На родине, занимаясь оптикой, Гюйгенс построил отличную астрономическую трубу и в нее наблюдал загадочный Сатурн. Ему-то и удалось открыть спутники Сатурна и обнаружить, что кольца Сатурна отделены от планеты. Гюйгенс также построил первые часы с маятником, поразившие воображение современников.
Любезная улыбка вельможи, с какой Гюйгенс задал первый вопрос представленному ему молодому человеку, быстро сошла с его губ. Он искренне заинтересовался юношей. Провинциальный врач оказался человеком с острым умом и большими познаниями. И, когда он намекнул на то, что больше всего на свете желал бы учиться и работать в лаборатории у Гюйгенса, ученый предложил ему место своего помощника.
Этот врач был Дени Папен.
О детстве и юности Папена сохранилось мало сведений. Он родился в Блуа, старинном французском городе, 22 августа 1647 года, в семье известного врача и получил хорошее медицинское образование в Анжерском университете. Однако он решил заниматься не врачебной практикой, как требовал его отец, а физикой и математикой, как хотел он сам. У такого наставника, как Гюйгенс, своевольный, но настойчивый, решительный и очень прилежный юноша быстро переквалифицировался и стал работать в области прикладной механики.
Наиболее интересным и важным научным достижением тогдашней науки Папену показалось открытие атмосферного давления, сделанное итальянским ученым Эванджелиста Торричелли. Произошло это так.
Торричелли пригласили во Флоренцию обследовать поставленный там новый водяной насос. Насос этот был построен очень тщательно, но отказывался поднимать воду выше нескольких метров, и никто не мог понять, почему это происходило.
Самое старинное описание водяного насоса найдено у греческого ученого Филона Византийского, жившего более двух тысяч лет назад. Но и у него описан не первый, а значительно усовершенствованный насос двойного действия: он не только засасывает воду, но и нагнетает ее в особую дополнительную трубу, через которую вода из речки или колодца подается довольно высоко наверх.
В таком насосе при движении поршня вверх вода засасывается через клапан на дне цилиндра. Этот клапан прикрывает донное отверстие и откидывается вверх сам собой под действием поступающей в цилиндр воды. Клапан, соединяющий цилиндр с водоподъемной трубой, при этом закрыт, так как вода из трубы во время подъема поршня сама стремится войти в цилиндр и своей тяжестью закрывает боковой клапан. Наоборот, при обратном движении поршня нижний клапан в цилиндре закрывается давлением воды, а давление поршня на воду открывает боковой клапан, отчего вода из цилиндра врывается в водоподъемную трубу и идет по ней вверх до конца.
И до Филона Византийского и после него в течение полутора тысяч лет люди качали такими насосами воду из рек и колодцев, но все-таки не знали, какая именно сила заставляет воду подниматься вслед за поршнем. Древние философы объясняли это загадочное явление тем, что «природа не терпит пустоты» и потому загоняет воду в пустую трубу, если не в состоянии загнать туда воздух.
Даже учитель Торричелли, великий Галилей, знавший, что воздух имеет вес, не видел связи между весомостью воздуха и поднятием воды в трубе насоса.
Насос во Флоренции заставил всех обратить внимание на странное явление: на некоторой высоте вода в его трубе останавливалась и не шла дальше за поршнем, так что, вопреки утверждениям философов, природа мирилась с пустотой между уровнем воды и поршнем.
Торричелли был умный, образованный человек, и, главное, он не верил, что природа имеет разум и волю. Он стал искать истинную причину загадочного явления и довольно скоро понял, что воду в трубу насоса гонит давление воздуха, который своим весом давит на поверхность воды в реке или колодце. Раз в трубе насоса при поднятии поршня образуется безвоздушное пространство, то естественно, что под давлением атмосферы на остальную поверхность воды часть воды устремляется в трубу и поднимается в ней.
Так Торричелли, опираясь на учение Галилея о весомости воздуха, открыл существование атмосферного давления.
Когда Торричелли понял, почему вода из колодца бежит в трубу насоса вслед за поршнем, он легко рассчитал, до какого предела сможет дойти вода в трубе. Ясно было, что даже в самом лучшем насосе она сможет подниматься только до тех пор, пока засосанная в трубу вода не уравновесит давление атмосферы.
Так как давление атмосферы повсюду почти неизменно, а вес воздуха и вес воды были известны, то Торричелли без труда решил задачу: ни один насос, состоящий из цилиндра с поршнем, не может поднимать воду выше десяти метров. Десятиметровый столб воды в трубе всасывающего насоса уравновешивает давление атмосферы на площадь, равную сечению трубы насоса, вследствие чего вода и останавливается на этой высоте. Значит, чтобы поднять воду на высоту в несколько десятков метров, следовало ставить один насос над другим так, чтобы воду, сливаемую нижним насосом в резервуар, выкачивал в свою очередь следующий, верхний насос, и так дальше, цепью, до конца.
Опыт давно уже научил людей поступать именно таким образом, когда приходилось откачивать воду с большой глубины. С незапамятных времен существовали и нагнетательные насосы с самодействующими клапанами.
Водяной насос многому научил людей за две тысячи лет своего существования и, как мы увидим дальше, претерпел на своем веку немало удивительных, чудесных превращений.
Вес воздуха ничтожен по сравнению с весом воды или железа, но все же каждый литр его весит более одного грамма. А так как высота воздушного слоя очень значительна, то оказывается, что давление, производимое атмосферой у поверхности земли на маленькую площадь в один квадратный сантиметр, превышает уже килограмм.
В обычных условиях мы, конечно, не замечаем, какая огромная тяжесть давит на нас, раз давление это равномерно распределено повсюду. Однако стоит только нарушить это равновесие, например путем удаления воздуха из трубы, как тотчас же атмосферное давление скажется самым резким образом. Даже сравнительно незначительное снижение атмосферного давления мы уже чувствуем на себе, поднявшись на высокую гору, когда организм наш должен приспособляться к уменьшенному давлению воздуха. Летчики, поднимающиеся очень высоко, это знают особенно хорошо.
Хотя действительный вес столба воздуха сечением в один квадратный сантиметр и несколько больше килограмма, в технике для упрощения расчетов давлением одной атмосферы принято считать давление, равное одному килограмму на квадратный сантиметр поверхности.
Почти одновременно с Торричелли вопросом, что такое пустота и почему ее не терпит природа, интересовался еще один замечательный ученый — Отто фон Герике, бургомистр города Магдебурга. Он занимался больше научными опытами, чем коммунальными делами, и опыты в науке ставил на первое место.
«Словоизвержение и красивые фразы, так же как и умение вести споры, ровно ничего не стоят в естествознании!» — говорил он.
Герике не стал спорить с философами, а взялся за опыты. Ничего не зная об открытии Торричелли, он пришел к тем же выводам, что и итальянский ученый, но начал с другого конца. Он поставил себе целью прежде всего получить совершенную пустоту, а потом уже посмотреть, что из этого выйдет.
Чтобы получить пустоту (вакуум) в каком-нибудь сосуде (например, в бочке), Герике решил выкачивать из него воду, не впуская в сосуд воздух. Сделать это было очень трудно, и опыт не удался, но он привел Герике к мысли, что при помощи особенного насоса, состоящего из той же технической формы — цилиндра и поршня, можно выкачивать не только воду, но и воздух. Такой воздушный насос Герике и сделал. При помощи его он откачал воздух из медного шара, а затем этот «пустой», по его мнению, шар опустил в воду и открыл кран. Вода ворвалась в шар, но, к удивлению Герике, все-таки заполнила его не весь. Некоторая часть в шаре — правда, незначительная, величиной с грецкий орех — осталась незаполненной. Очевидно, это пространство занимал остаток воздуха.
Герике сделал правильное заключение из своего опыта: совершенной пустоты, действительно безвоздушного пространства, добиться практически невозможно. Поэтому, хотя в технике и говорят часто о безвоздушном пространстве, о вакууме, в действительности речь идет только о сильно разреженном воздухе, а не о полном его удалении, не об абсолютной пустоте.
Как видите, все это, по справедливости, могло заинтересовать не только молодого Папена, но и его учителя. Они вооружились воздушным насосом и стали в свою очередь производить различные опыты с безвоздушным пространством. Совместно с Гюйгенсом Папен внес очень важное усовершенствование в воздушный насос — тарелку с колпаком. Воздух они стали выкачивать не из шара с узким горлышком, а из-под стеклянного колпака на тарелке, куда можно было помещать с удобством все, что хотели подвергнуть опыту в безвоздушном пространстве.
Однажды, работая с воздушным насосом, Папен заметил то, что раньше его видел и Герике, а именно: когда под поршнем образовывалось разреженное пространство, наружное давление атмосферы гнало поршень обратно с большой силой. Это наблюдение показало Папену, что атмосферное давление может совершать работу, если придумать соответствующую конструкцию машины.
Папен под руководством своего учителя произвел с воздушным насосом массу опытов. Он опубликовал результаты их в своей первой книге: «Новый опыт над безвоздушным пространством». Труд свой Папен посвятил Гюйгенсу и в посвящении написал:
«Опыты эти принадлежат вам, так как почти все они были произведены мной по вашей мысли и по вашим указаниям. Но так как мне известно, что они служили для вас простым развлечением и что вы едва ли захотели бы вверить их бумаге, а тем более публиковать, то я не боюсь навлечь на себя ваше неудовольствие, приняв на себя их описание».
Книга Папена содержала много интересных научных новостей и поэтому имела успех. На автора книги обратили внимание академия, ученые, придворная знать. Папен не скрыл от своих читателей и сделанного им важного наблюдения, хотя о своей идее построить атмосферную машину умолчал.
Но Гюйгенс знал о ней и даже помогал Папену в поисках средства получать под поршнем вакуум. Ведь, в сущности говоря, в этом и заключалась главная задача: если под поршнем в цилиндре будет быстро образовываться вакуум, то, естественно, атмосферное давление заставит поршень опускаться и при этом совершать какую-нибудь работу, например поднимать тяжесть на веревке, перекинутой через блок.
Гюйгенс посоветовал своему ученику попытать счастья с газами, образующимися от сгорания пороха. Горячие газы занимают большое пространство, а охлаждаясь, значительно уменьшаются в объеме. Гюйгенс считал, что таким образом можно получить вакуум, хотя бы и не очень глубокий.
Папен принял совет учителя и построил для своих опытов пороховую машину, состоявшую из железного цилиндра и поршня. Папен рассчитал, что если он зажжет под опущенным к дну поршнем щепотку пороха, то поршень отскочит вверх, а пространство под ним займут горячие газы. Когда они остынут и уменьшатся в объеме, в цилиндре получится разреженное пространство, некоторый вакуум, и атмосферное давление заставит поршень с силой опуститься.
Все это Папен рассчитал правильно и хорошо, но на первом же опыте при взрыве пороха поршень вовсе вылетел из цилиндра, несмотря на задвижку, которая должна была удержать его.
Такого человека, как Папен, подобная неудача не могла остановить, но он отложил опыты, и на очень долгое время. Ему и Гюйгенсу пришлось неожиданно покинуть Францию.
Религиозные верования Папена и Гюйгенса отличались от религиозных убеждений короля и большей части дворянства, а французское правительство готовило в это время очень суровый закон, преследовавший противников государственной религии. Из Франции пришлось бежать многим протестантам, в том числе и Гюйгенсу со своим учеником.
Гюйгенс возвратился на родину, а Папен отправился в Англию, где у самого короля имелась химическая лаборатория. Папен надеялся, что не останется там без дела.
В Англии французский изгнанник прежде всего обратился к одному из основателей Королевского общества, Роберту Бойлю.
Жизнь Бойля проходила в научных занятиях. В его имении, в Солбридже, где он жил, находились и лаборатории, открытые для всех научных деятелей. Бойль не отличался хорошим здоровьем и почти никуда не выезжал из своего поместья, да, пожалуй, и не выходил из своих лабораторий. Но Папена он знал, так как сам много занимался опытами с безвоздушным пространством, о которых, как и Папен, написал книгу. Узнав о горестном положении французского изгнанника, Бойль предложил ему место своего помощника.
В продолжение трех лет Бойль и Папен работали вместе. Они занимались главным образом изучением свойств водяного пара. В результате этих занятий Папен устроил своеобразный паровой котел, названный им разваривателем. Теперь его называют «папенов котел». Это толстостенный железный сосуд с плотно привинчивающейся крышкой. Образующийся при кипячении воды пар не может выходить из такого котла наружу, благодаря чему в котле получается очень сильное давление пара, а температура значительно превышает обычную температуру кипящей воды.
Температуру в котле Папен измерял временем, в течение которого испарялась капля воды, помещенная в специальном углублении на крышке котла. Соответственно со скоростью ее испарения он определял силу давления пара в котле. В своих сочинениях Папен указывает, что если, например, капля высыхает за восемь секунд, то это значит, что давление в котле достигает десяти атмосфер.
Такое высокое давление могло разорвать котел, но Папен придумал предохранительное приспособление. Он сделал в крышке котла отверстие, закрывающееся металлической пробкой. Чтобы пар не выбивал пробку, ее прижимал рычаг с грузом на конце. Если давление пара в котле увеличивалось, угрожая взрывом, пробка поднималась под напором изнутри, и пар выходил наружу. Чем выше требовалось давление, тем ближе к свободному концу рычага сдвигался груз.
Этот предохранительный клапан Папена — самое остроумное устройство в его котле. И до настоящего времени такой клапан имеется на каждом паровом котле, хотя и изобретен более двухсот пятидесяти лет назад.
В папеновом котле, где вода нагревается до очень высокой температуры, мясо отстает от костей, а кости развариваются в студень. Сейчас такие котлы и применяются для варки костей.
Папен, показывая свой развариватель членам Королевского общества, угостил их ужином, для которого все блюда приготовил в разваривателе, на глазах у ученых.
Что это было за угощение, можно судить по описанию одного из таких кушаний в книге Папена: «Новый котел для разваривания костей», изданной в 1681 году. Это второй ученый труд Папена.
«Я брал бычьи сырые кости, — пишет он, — и высушивал их долгое время, выбирая из самой твердой части ноги. Положив их в небольшой стеклянный сосуд с водой, я помещал все это в свою машину и доводил огонь до десяти давлений, после чего в сосуде оказывался превосходный студень, без вкуса и цвета. Сдобрив его сахаром и лимонным соком, я ел его с превеликим удовольствием и находил полезным для здоровья».
Это изобретение дало возможность Папену стать членом Королевского общества и приобрести уважение англичан. Но французский изгнанник был вспыльчив, высокомерен и не умел ладить с английскими джентльменами. Из всех сделанных им в это время знакомств осталась прочной только дружба с Лейбницем, немецким философом и ученым, навестившим Бойля во время поездки по Англии. Лейбниц оценил молодого помощника Бойля, а Папен, несмотря на то что Лейбниц был всего на год старше его, отнесся к нему, как к учителю, и в таких отношениях они остались на всю жизнь. Переписка их не прекращалась, и из этой переписки можно видеть, как в затруднительных случаях Папен нередко обращался к своему немецкому другу за помощью и советом и как много идей подсказал ему Лейбниц.
Как только Папен приобрел некоторую известность благодаря своим научным трудам, опытам и изобретениям, он стал получать приглашения от иностранных академий. В Лондоне материальное положение Папена было не так уж хорошо, и он принял приглашение Венецианской академии наук.
Живой, непоседливый, жаждавший новизны и деятельности, молодой академик недолго прожил в Венеции. Одним почетом питаться было невозможно. Маленькое государство бедствовало, лаборатории академии были обставлены плохо, оценить труды Папена никто здесь не мог. Через три года он вернулся в Англию.
Надо сказать, что, как всякая мода, общее увлечение естествознанием уже проходило. Ученым, не владевшим родовыми поместьями, жилось все хуже и хуже. Лорды и графы, имевшие огромные состояния, конечно, могли беззаботно продолжать научные опыты в собственных замках, но Папену, о котором в Англии уже успели позабыть, пришлось прежде всего позаботиться о том, где, как и на что жить.
Подобно своим великим современникам Декарту, Ньютону, Лейбницу, Гюйгенсу, Папен оставался холостяком. Считалось, что научные занятия нельзя совместить с семейной жизнью, с заботами о жене, о детях, о куске хлеба. Однако на ничтожное жалованье, назначенное Папену Королевским обществом за демонстрацию опытов на заседаниях, оказалось трудно жить в Лондоне и одинокому человеку. Нужда не менее, чем деятельная натура, подгоняла Папена, и он с излишней поспешностью представил Королевскому обществу какую-то вновь изобретенную машину.
Демонстрация машины окончилась полнейшей неудачей. Папена высмеяли. Насколько он заслужил это, теперь трудно сказать, так как Папен машину уничтожил, а сведений о ней не сохранилось.
Пораженный своими неудачами в Лондоне, он отправился в Германию и тут, по рекомендации Лейбница, занял кафедру математики в Марбургском университете.
В Марбурге на первых порах, пока еще он из-за своей вспыльчивости, резкости и высокомерия в спорах с людьми, осмелившимися ему возражать, не нажил себе врагов, Папен мог работать довольно спокойно. А так как все мысли его в это время сосредоточивались главным образом на оставленных парижских опытах с пороховой машиной, то он и принялся снова за осуществление своей старой идеи.
Надо заметить, что опыты Папена не преследовали никаких практических целей. Ученый лишь хотел доказать всему миру, как он прав, утверждая, что при помощи атмосферного давления можно заставить поршень совершать полезную работу в цилиндре. То было время экспериментальной физики, когда ученые изучали природу и ее законы, производя всевозможные опыты. Прежние наивные религиозные верования сменялись научным знанием законов физики, а знания давались опытом и размышлениями.
Да и откуда, каким образом могла прийти Папену мысль о практическом назначении задуманной им машины?
Жизнь шла неторопливо, потребности у людей того времени ограничивались самым необходимым. Земледельцы зимой становились ремесленниками, а ремесленники не бросали земли. Городское население было малочисленно. Фабрик и заводов не существовало. Прядильщики, ткачи, кузнецы, кожевники, гончары, сапожники, мастера всякого рода работали дома, обходясь силой своих рук. Тяжелый мельничный жернов вращали ветряные крылья и водяные колеса. Для других тяжелых работ, например у доменных печей для приведения в действие мехов, подающих воздух в домну, также использовали силу падающей воды.
О каких бы то ни было новых источниках движущей силы никто пока и не думал.
Возвратившись к идее пороховой машины, Папен построил цилиндр с клапаном, через который мог бы выходить избыток газов. Клапан помог делу, и вот, к удовольствию упрямого конструктора, пороховая машина начала работать.
Но что это была за машина! Она состояла из железного цилиндра с отвинчивающимся дном и дырочкой в стенке для фитиля. В цилиндре свободно двигался поршень со штоком. Чтобы привести машину в действие, Папен насыпал на дно цилиндра горсточку пороха, опускал на него поршень, а затем фитилем, выведенным наружу, поджигал порох.
От сгорания пороха образовывались горячие газы, как в пушке, и они подбрасывали поршень вверх; тут поршень удерживала задвижка. Через некоторое время газы, наполнявшие цилиндр, вследствие охлаждения значительно уменьшались в объеме, давление их падало намного ниже атмосферного, и тогда Папен убирал задвижку. Под действием атмосферного давления и собственного веса поршень опускался вниз и при этом поднимал некоторый груз, висевший на веревке, перекинутой через блоки и привязанной другим концом к штоку поршня.
Хотя Папен и убедился в своей правоте, но без особенной радости. Зарядка цилиндра была чрезвычайно сложной; разрежение газа под поршнем получалось незначительное, и машина поднимала совсем не такой большой груз, как рассчитывал изобретатель.
Он не решился демонстрировать ученым собратьям свою «машину для нового применения пороха», как он ее назвал. От старой пушки она отличалась только тем, что круглое ядро заменялось плоским поршнем и поршень не вылетал вовсе из цилиндра, как ядро, а возвращался обратно под влиянием атмосферного давления и собственной тяжести.
Однако сообщение о машине Папен все-таки сделал. В «Лейпцигских ученых трудах» за 1688 год он напечатал отчет, где честно указал, что, «несмотря на все принятые меры предосторожности, в цилиндре оставалось еще не менее пятой части воздуха, и, вместо того чтобы поднимать груз в триста фунтов, можно было поднять только сто пятьдесят».
В те времена еще не знали о существовании различных газов, и поэтому Папен называл воздухом продукты сгорания.
«Но, может быть, возможно найти какой-нибудь другой, более совершенный способ производить под поршнем пустоту?» — думал Папен.
В поисках этого способа, как видно из переписки Папена с Лейбницем, марбургский профессор произвел немало опытов и провел, размышляя, не одну бессонную ночь. В конце концов, перебирая в уме все известные виды «воздуха», Папен вспомнил о водяном паре, который тогда также называли воздухом.
Это была гениальная находка!
Водяной пар, как установили ученые незадолго до того, превращаясь в воду, или, как говорят, конденсируясь, уменьшается в объеме почти в две тысячи раз. Если через сосуд с отверстием пропускать некоторое время водяной пар, то пар вытеснит оттуда воздух и сам займет его место. Закрыв отверстие такого наполненного паром сосуда и облив его стенки холодной водой, легко добиться внутри его быстрой конденсации пара, а значит, получить ту «пустоту», тот вакуум, который так долго не давался Папену.
Теперь, когда новый способ производить «совершенную пустоту» был найден, оставалось только построить машину, чтобы заставить атмосферное давление производить работу. Папену не пришлось долго думать о технической форме для машины: цилиндр и поршень вполне годились для нее.
Вместо пороха Папен налил на дно цилиндра немного воды и опустил поршень до ее поверхности. Затем при помощи жаровни с углями он нагрел дно цилиндра. Вода обратилась в пар, и давление этого пара оказалось достаточным, чтобы поднять поршень до крайнего верхнего положения. В этом положении его удерживала задвижка. Убрав жаровню, Папен охладил цилиндр, облив его водой. Как только пар осел на стенках цилиндра капельками воды и под поршнем образовался вакуум, изобретатель отодвинул задвижку: поршень под влиянием атмосферного давления опустился вниз, поднимая груз, подвешенный к веревке, как и в опыте с пороховым цилиндром.

Вода обратилась в пар, и давление этого пара оказалось достаточным, чтобы поднять поршень до крайнего верхнего положения.
Папен достиг своей цели. Цилиндр и поршень при помощи воды, огня и атмосферного давления стали производить работу. Пусть эта грубая, хлопотливая, громоздкая машина еще ни на что не годилась, кроме как поднимать гирю на веревке через блоки, но она указывала путь к созданию будущих машин, могущих заменить силу человека.
Папен это понимал.
Описывая свой паровой цилиндр в тех же «Ученых трудах» за 1690 год, Папен указывал:
«Отсюда видно, какие большие движущие силы могут быть получены при помощи такого чрезвычайно простого прибора, и притом с очень небольшими расходами. Топку можно сделать из тонкого железа так, чтобы ее легко можно было передвигать от одного цилиндра к другому и один и тот же огонь мог бы непрерывно самым действительным образом подготовлять пустоту по очереди в каждом цилиндре».
Но, наученный горьким опытом своих прежних изобретений, Папен понимал и то, как далеко самым ясным идеям до осуществления и практического применения. Поэтому, предвидя вопросы, он добавлял с горечью и раздражением:
«Каким образом сила эта может быть применена к подъему воды или руды из шахт, или для стрельбы чугунными ядрами, или для передвижения судов против ветра и для множества подобных целей, — об этом было бы дико сейчас говорить. Сообразно с каждым случаем надо строить машину так, чтобы она наиболее подходила для достижения цели».
«Главная трудность, — указывал автор, — состоит в том, чтобы найти такой завод, который мог бы сделать большие цилиндры».
Хотя Папен и принадлежал к разряду ученых, занимавшихся опытами, не преследовавшими никаких практических целей, все же он, как можно видеть из его статьи, уже понимал, что построенная им в лаборатории машина может пригодиться для нужд промышленности и хозяйства. Не случайно поэтому на первое место он поставил «подъем воды».
Дело в том, что хозяйство того времени вполне удовлетворялось ветряными и водяными двигателями, а также силой животных. Однако некоторые отрасли его уже испытывали потребность в ином типе двигателя, так как не могли пользоваться ни водой, ни ветром. Новый двигатель нужен был прежде всего и больше всего насосам, откачивавшим воду из шахт и рудников.
Горная промышленность в это время шла впереди других областей хозяйства благодаря большой потребности в каменном угле, в металле. В таких странах, как Англия, Франция, Германия, истребление лесов достигло угрожающих размеров. В Англии королевским указом, например, было запрещено употреблять древесный уголь при плавке руд. Приходилось поэтому увеличивать добычу каменного угля, углублять рудники. Истинным бичом горного дела являлись подземные воды в шахтах. На откачку затопленных шахт и рудников не хватало рабочих рук.

 

Истинным бичом горного дела являлись подземные воды в шахтах.
Люди, стоявшие ближе Папена к делам промышленного хозяйства, заинтересовались даже несовершенной машиной марбургского профессора, рассчитывая поставить ее к насосу. Карл, ландграф Гессенский, управлявший Марбургом, вызвал к себе Папена и поручил ему взяться за постройку водоотливной машины. Папен согласился на это и кое-что сделал. По крайней мере, в Касселе, куда он перешел по приглашению Карла, в музее до сих пор сохраняется цилиндр водоотливной машины Папена. Но почему дело не пошло дальше, неизвестно. Вероятно, Папен просто разочаровался в практической возможности применить свою машину для работы у насоса.
В самом деле, паровой цилиндр Папена имел недостаток, отбивавший всякую охоту им заниматься: наливание воды, кипячение ее в цилиндре, охлаждение цилиндра и снова кипячение и охлаждение — все это требовало времени и возни. Такая машина могла измучить людей, а толку от нее получалось немного.
Тут же рядом с хлопотливой машиной в лаборатории Папена стоял его знаменитый развариватель, представлявший собой отличный паровой котел. Ничего, казалось бы, не стоило соединить их паропроводящей трубкой и подавать в цилиндр машины готовый пар, а не кипятить воду в цилиндре. Простая эта мысль, которая пришла бы в голову при подобных обстоятельствах любому нашему юному технику, не появилась у Папена.
Это, конечно, не значит, что любой техник талантливее и умнее великого французского ученого. Примерами конструкторской «несообразительности» пестрит история техники. От нее не свободны даже гении. Секрет в том, что преодолеть обычный ход мысли, поступить по-новому, так, как никто еще никогда не поступал, очень трудно и удается не всегда даже гениальным людям. Гораздо проще следовать примеру других, делать так, как обычно в таких случаях делают все.
Причина нашей недогадливости — в привычном взгляде на вещи, в привычном отношении к ним, в невозможности преодолеть обычный ход мысли при решении совсем новых и неожиданных задач. Если бы Папен тут же после постройки своего прекрасного парового котла перешел к опытам с паровым цилиндром, он, может быть, и догадался бы при помощи паропровода и крана в нем подавать готовый пар из котла. Но между постройкой той и другой машины стояла пороховая машина, и в пороховом цилиндре порох приходилось сжигать в самом цилиндре.
Привычка мыслить в одном направлении направила изобретателя после работы с пороховой машиной на тот же путь и при постановке опытов с паровым цилиндром.
К тому же Папен применял свой паровой котел только для разваривания костей. Благодаря такому его, можно сказать, кухонному назначению самая мысль применить развариватель для новой цели вряд ли могла прийти в голову.
В обычных условиях жизни, когда мы делаем нехитрое, обычное дело, привычка облегчает нам труд, подсказывая готовые решения старых, известных задач. В творческом деле, наоборот, нужно бороться с готовыми ответами, негодными для новой задачи. На такую борьбу с привычным ходом мысли творческий человек иногда тратит более всего душевных сил и нервного труда.
Папен не решил предложенной ему задачи привести в движение простой насос при помощи паровой машины. Не одолев этой трудности, Папен в то же время легко разрешил другую задачу, подсказанную ему привычным мышлением. Это «паровая баллиста» Папена, пушка, которая, по его словам, «скоро заставит Францию установить продолжительный мир». Об этом своем изобретении Папен писал Лейбницу в 1702 году.
Идея применить силу пара для «стрельбы чугунными ядрами» в те времена не заключала в себе ничего нового, неожиданного. Еще Леонардо да Винчи, художник, архитектор, философ и инженер, рассказывал своим читателям о такой пушке. Изобретение ее он приписывал величайшему ученому древней Греции Архимеду.
«Архитронито, — пишет Леонардо да Винчи, — есть машина из тонкой меди, изобретение Архимеда, и бросает ядра из железа с большим шумом и большой силой. Ее употребляют следующим образом: третья часть инструмента находится внутри большой массы горящего угля, и, когда она им хорошо нагреется, завинчивают винт, который находится под резервуаром с водой. Когда винт ввинчен вниз, он открывает проход, и, после того как вода вытекла, она течет в нагретую часть инструмента и внезапно превращается в пар, так что, по-видимому, происходит чудо, такая видна сила и слышен шум. Она бросает ядра, весящие один талант, на шесть стадий расстояния».
До изобретения пороха паровая пушка могла казаться чудом и занимать умы изобретателей, но во времена Папена вряд ли она способна была соперничать с обыкновенной пороховой пушкой.
Перебирая в уме прежние попытки людей воспользоваться для той или иной цели силой пара, Папен вспомнил о пушке, но привычный ход мыслей подсказал ему ответ, очень далекий от данной ему задачи.
Совершенно иное направление приняли мысли в творческом воображении Папена после того, как он получил письмо Лейбница, в котором тот сообщал ему о недавно изобретенном в Англии капитаном Севери паровом насосе и приложил чертеж новой машины.
Папен прочитал письмо, взглянул на чертеж и понял, через какой невысокий порог он не мог до сих пор перешагнуть.

 

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.