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第60章 科技·发明(8)

在威尼斯和荷兰,玻璃制造业得到迅猛发展,使眼镜、望远镜和显微镜等以玻璃为原料的制品开始兴起。17~18世纪,欧洲制造的各种玻璃曲颈瓶、试管、烧瓶以及其他各种形状的玻璃瓶,使化学得到发展,这对氧气和其他元素的发现产生了有利的作用。

041塑料的由来

塑料,就是一种很容易塑造的材料。塑料的分子一般由碳原子链组成。塑料的发展与纤维质的天然长链分子有着很大的关系。

19世纪中叶,一个名叫派克士的英国人发现,硝酸纤维素能够转变为可塑物质。1862年,国际博览会上的说明书里,用“硬如角,韧如革,可浇铸,可冲压,可染色,可雕塑”来形容这种可变性物质。其实,它就是第一种塑料。

1869年,一位名叫海厄特的美国科学家发现,如果将樟脑和少量酒精加入到硝酸纤维素中,可制成一种可塑性物质,热压下可成型,这种制品被命名为“赛璐珞”。三年后,这种新产品开始大批量生产,从而开启了塑料工业的新阶段。

当时,人们制作台球和衬领时,常常将赛璐珞作为原料,人们还将它作为天然象牙的代用品。

1889年,一个叫伊士曼的美国厂商用它来生产摄影胶卷后,赛璐珞这才广为人知。后来,这种物质被电影业广为使用,它几乎成了这个行业的同义词。如果没有“赛璐珞”,电影工业就不可能发展得那么早。

赛璐珞与电影工业结缘后,从此摇身一变,成为一种价值独特的产品。

1909年,一位名叫培克兰的比利时化学家通过不断试验,发明了一种酚醛塑料,取名为“电木”。这是第一种防热塑料,绝缘性能极佳,大量用作电灯的附件和开关,以及把手、烟灰缸、电话机、厨房用具和各种容器。电木完全是一种人造化学用品,所以具有很强的发明意义。

过去,有机化合物的产生途径是从煤焦油中提取,数量并不多。后来,人们有了一个惊人的发现:在石油中含有大量有机化合物。这个发现导致整个化学工业的发展呈现出突飞猛进的局面。

1928年,一个名叫卡罗瑟斯的美国化学家,对巨分子物质展开了系统的研究,开创了塑料研究的辉煌时代。发明氯丁橡胶是他的一件重要功绩。当然,在1935年他发明了尼龙,才使得他扬名天下。

1933年,聚乙烯问世。它的发明应归功于英国卜内门化学工业公司。用它产的塑料袋具有美观、轻便、不透水、无毒的优点,在食品包装业中被广泛应用。可是,人们大量使用这种物质,又使得“白色污染”现象出现,给生活环境带来了极大的危害。

042阀门的由来

公元前3世纪,阀门就出现了,它的发明应归功于古希腊的特斯比亚斯。他提议在水钟里采用浮球阀。水箱一满,浮球阀就升起来,将供水管堵住;水位低了,浮球阀就会下降,让水流入。

有人说,由于阀门只允许水、油、空气沿一个方向流动,可以断定,它最先只不过是风箱的一个部件。据说,有一种瓣阀同楔形板风箱一样古老。但人们无法说清它出现的具体年代。“瓣阀”这个术语则来自古老的皮袋型风箱。

从克特西比的压力泵开始,人们将阀门运用于机械上。公元1世纪,维脱劳维斯和赫罗两个人详细地介绍了压力泵的功能,他们说:“灵巧地安在管道口内的环形薄片,不会让压入容器的东西再往回跑。”这样看来,克特西比压力泵的原始瓣阀,形状如同一个长筒,那时是用来为屋顶通风的。后来改用矩形阀,但并没有改变名称。

在文艺复兴时期以前,在所有的泵和风箱阀上都会发现瓣阀。

后来,科学家达·芬奇创造了一种锥形跳动阀门。在1588年,拉梅利写了一本《机械发明手册》,书中所画的那些阀门则以锥形跳动阀门为蓝本。与拉梅利同时代的阿勒奥蒂,将一种蝴蝶阀应用于自动木偶戏中,使管道内的水流得到控制。

蒸汽机出现后,人们需要更精确地控制流入和流出的顺序,这使得精密阀门问世。这种阀门包括纽科门设计的气缸“喷气阀”、保持双动发动机活塞平衡的平衡阀和默多克的滑阀等。

1679年,出生于法国的科学家帕平在英国伦敦创制出一种安全阀,装在他发明的高压锅上。进入18世纪,这种安全阀在蒸汽机上得到普遍使用。当锅炉里的蒸汽压力大于一定的限度,就自动开启,放出蒸汽来减压。

1845年,第一个实用浮球阀在英国约克郡罗塞蓝市问世,它的发明者是克赖姆斯。水箱内的正确水位依靠浮球阀保持。利用随水位起落的中空浮球,自行开关进水阀来使水位得到控制。从此以后,浮球阀便安装到各种抽水马桶之中,人们使用起来非常方便,对这种阀门赞不绝口。

043千斤顶的由来

作为一种手动工具,千斤顶携带起来非常方便,而且只需要普通人的力量,它就能够从下部将沉重物件托起。利用杠杆、棘轮机构、齿条齿轮装置、螺旋机构、液压机,只需把手柄绞转,用手按上下方向进行扳动,就能使支座升起,凭机械效益把重物托高。

千斤顶的用途非常广泛,可以将笨重门扇举起,支承修葺中的建筑物,架起大炮、货车……如今,汽车抛锚是寻常事,而修车的过程中如果要更换轮胎,非得用千斤顶不可。

千斤顶的设计思想是在1250年左右提出来的,第一个提出者是法国建筑师维拉尔。他曾经留下一部草图集,其中就有千斤顶的图样,而且是他亲手绘制的。

千斤顶是一种先进思想的产物。它以液体提升的原理为理论基论,而最早对这种理论予以阐发的,是16世纪的史蒂文和17世纪的帕斯卡尔。但真正把理论变为现实,却已是150年以后的事了。

1795年,一个水压机在英国问世,发明者是一个叫布拉默的人。先前,在新建的住宅里,布拉默想安装抽水马桶,但苦于遇不上懂行的人,只得花力气去研究水力学。在发明水压机不久,他还获得了液压秤的专利权。他的水压机最早的用途是对棉花打包,压碎树木之类的东西。很显然,这种机器用于起重,自然就成了千斤顶。

1812年,布拉默提出了一种设想,那就是制造一种双重螺旋水力千斤顶。没过多久,这种水力千斤顶真的出现了。不过,它一开始使用时,就表现出了一定的局限性,主要是它会使超重重物的速度降低。19世纪40~50年代,斯蒂芬森和布鲁内尔两人在检测用于吊桥的铁链时,曾先后利用过水力千斤顶。

1847年,另一个英国人阿姆斯特朗为了纽卡斯尔码头的工作,设计出一种水力起重机。事实证明,这种机械非常成功,很快就在其他港口得到推广。

1858年,布鲁内尔想利用一些办法,使重量超大的“伟大的东方号”轮船下水,可是他的试验总是难以成功。后来,他改用了18个大型水力千斤顶进行这项试验,效果非常理想,从而也使千斤顶名声大噪。

044起重机的由来

根据推测,起重机发明的具体时间约是公元前10年。那时候,在一本建筑手册里,一位叫维特鲁维斯的罗马建筑师描述了关于起重机的情况。这种机械装有一根桅杆,杆顶有滑轮,由牵索使桅杆的位置得到固定,用绞盘拉动通过滑轮的缆索,使物件吊起。有些起重机可用两根桅杆,构成人字形,可以把吊起的重物横向移动,但不会有多大的移动幅度,操作起来也非常吃力。

在中世纪的欧洲,人们崇敬上帝,到处都矗立起高大的教堂。要把建筑材料弄到屋顶上去,自然离不开起重机。至于修建那些高耸的塔楼和塔尖,尽管用到的单个石头很小,可要提升的高度却不是以前的建筑所能比拟的。这或许就是因为发明了杆式起重机的缘故。

所谓杆式起重机都有一个长臂,向水平方向伸出,在中世纪英国的建筑史中称之为hawke。从1078年起对伦敦塔的修建,也使用了这种长臂起重机。值得一提的是,建筑物建好后,人们却因为考虑到维修时也许还会用它,所以并不急于将起重机搬走。据说,在科隆教堂旁边,有一台16世纪的起重机竟然一直待了300年,还没有被弄走。

进入14世纪以后,转臂式起重机在意大利出现。它有一根倾斜的悬臂,臂顶装有滑轮,既能升降还能够旋转。它使用起非常灵活,效率也非常高,很快就在欧洲各国的码头上露面了。

19世纪以来,人们对起重机进行了比较大的改进。1805年,英国工程师伦尼应伦敦船坞的要求,为他们建造了一批蒸汽起重机。1846年,水力起重机问世,它的发明应归功于阿姆斯特朗。

从20世纪初起,欧洲开始使用塔式起重机。到30年代,活动式起重臂出现在起重机上。有了各种各样的起重机,建造现代化的建筑物和从事大规模起卸货物就变得可能了。

045地震仪的由来

古代文献中有很多关于地震的记载,最早在舜帝时,人们就已经注意这种自然现象了。可是一直到西汉,还没有关于研究地震的记录。直至到了东汉,科学家张衡发明了地动仪,人类对地震的研究才得以启动。

张衡是河南南阳人,在他生活的那个时代,总是发生地震,百姓深受其害。有一年,京城洛阳发生大地震,地面陷裂,地下涌出洪水,房屋大量倒塌,许多灾民只得远离故土,到别处谋生。这件事使张衡受到很大触动,于是,他下决心对地震进行真正的研究,试图设计一种先进仪器,使之具有监测地震的能力。

张衡以对地震方向性的认识为基础,又受到建筑中“都柱”(宫室中间设柱)的重要启示,公元132年,他终于发明了一种能够监测地震的仪器——地动仪。这是世界上第一架地震仪。这一仪器的出现,证明我国的地震研究在当时走在世界前列。

张衡苦心创造出的这个仪器,“以精铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒樽”,里面的结构非常精巧,发挥主要作用的是中间的“都柱”,相当于一种倒立型的震摆。在它周围,还有八组机械装置。樽外相应地安装了8条口含小铜珠的龙,分别用来表示东、南、西、北、东南、东北、西北、西南八个方向。

龙倒伏,龙头向下,每个方向各有一只张口的蟾蜍,蹲在龙头之下。一旦发生较强的地震,“都柱”受到震动,就会失去平衡而触动八组机械装置中的一组,使相应的龙口张开,小铜珠就落到蟾蜍口中,发出清脆的响声,从而提示人们,使人们掌握地震发生的时间以及方向。

现在,北京的国家博物馆和科技史馆中收藏的地动仪模型,是今人根据古代文献中的记载制作而成的。该模型与当年张衡制作的地动仪在总体上是相符的。

张衡当年制成地动仪后,人们还不敢十分相信。公元139年,仪器西边方向的龙嘴里掉下一颗铜珠,监测的官员据此说明京城西方有地震发生。几天后,陇西地区果然有人到京城洛阳报信,说那里有强烈地震出现。这证明了地动仪的预报是较为准确的。

在古代地震学中,张衡的地动仪属于最高成就了。欧洲同类仪器的出现,与地动仪相比足足要晚1700多年。

趣味链接:地震的定级为什么叫“里氏震级”?

地震作为自然灾害给人类带来的灾难是沉重的,每次发生地震后,科学工作者总要告知地震为多少级,那么地震的震级是如何得来的呢?

早在19世纪末和20世纪初,意大利和瑞士的科学家都曾提出过划分震级的方法。但这些标准都是按照地震造成的破坏程度为依据,应该相当于我们现在所说的“烈度”,并非真正表示地震的强度。

1939年,美国人里奇特和古腾堡在分析加州发生过的地震时,试图建立一种能直接反映地震实际强度的分级法,震级分成大、中、小三类。

里奇特在研究时发现:越是强的地震,留下的曲线振幅就越大。里奇特意识到这是一种划分震级的理想参考依据。

后来古腾堡建议,如果某次地震使距离震中100公里处的标准地震仪的划针摆动1微米,即记录下的曲线振幅宽1微米,这次地震就定为一级;如果曲线振幅宽达10微米,地震强度则要定为二级。

依此类推,曲线振幅每扩大到前一级的10倍,就说明震级高了一级。这就是现在国际惯用的“里氏震级”的由来。

046气压计的由来

气压计是在17世纪出现的,发明者是科学家伽利略的学生托里切利。

1643年,托里切利和他的同事维亚尼,将一些水银灌入一根长约0.9米的一端封闭的管子里,用大拇指将顶端按住,然后把它倒置,使管口在一个装有水银的盘子里浸入。

当实验者拿开大拇指后,管子里的水银就开始下降,在水银的顶端,有6英寸长的一段真空形成。这段真空被后人称为“托里切利真空”。

托里切利对人们解释说,空气的压力向下压盘中的水银,托住管内的水银,使水银柱的重量,与气压产生的上托力恰好平衡,水银柱的高度则用来表示大气压力的大小。根据这个认识,他制造了第一个气压计。这就是今天用来量度大气压力的装置。

后来,帕斯卡尔通过科学研究证实了他的看法。帕斯卡尔把托里切利的气压计带到山顶上去。水银柱在他爬山时就以缓慢的速度下降。越向上爬,空气越稀薄,气压计受大气压力的影响就越小。

托里切利和维亚尼通过仔细观察,还发现每天水银柱的高度都会发生细微的变化。不久,他们又发现气压低,往往表示天气不稳定,要不就是快有暴风雨了。以他们的这个发现为依据,有些国家在1649年开始进行系统的气象观察,而气压计则为科学家们提供很有用的资料,成了他们不可缺少的法宝。

1843年,世界上第一个非水银气压计问世,它的设计者是一个名叫维迪的法国人。它有一个扁平的金属盒,盒内空气自然要完全抽出来。现在家用的气压计与当初维迪设计的仪器基本相同,都显得小巧坚固,是一种无液气压计。

047发电机的由来

提起发电机的发明,就不能不提科学史上的两个巨人,一位是法拉第,另一位是西门子。

第一台发电机是西门子制造出来的,电磁学理论是这台机器的理论基础。而享有盛誉的英国物理学家法拉第,则奠定了电磁学的实验基础。

1820年,奥斯特进行了多次试验,发现了电流对磁针能产生作用。法拉第听到这个信息,敏锐地认识到它的重要性。1821年,他在日记中写下了一个重要的科学设想:用磁生电。

之后的一天他突然发现,一个通电线圈产生的磁力,尽管不能在另一个线圈中导致电流产生,可是,当通电线圈的电流刚接通,或是掐断的一刹那,另一个线圈中的电流指针能产生微小的偏转,则是毫无疑问的。

他抓住这个发现进行了好几次试验,终于得出一个结论:如果磁作用力发生变化,那么另一个线圈中就会产生电流。

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