Великие изобретения

Велосипед

Велосипед – двух- или трёхколёсный механизм, который приводится в движение ногами. Это слово происходит от латинских слов velox, velocis (быстрый) и pes, pedis (нога).

На стенах развалин Древнего Египта, Вавилона, Помпеи есть изображения машин, которые по виду напоминают велосипед. Однако даже если подобные конструкции и существовали в древности, то к началу XIX в. о них прочно забыли.

Прототипом велосипеда в Европе был самокат, который появился в конце XVIII в. во Франции. Изобретатель граф де Сивран назвал своё детище селерифером. Оно представляло собой деревянный брус, прикреплённый к двум колёсам. Ездок отталкивался от земли ногами и некоторое время ехал, балансируя, по инерции.

Официально изобретателем велосипеда считается немецкий барон Карл Фридрих Христиан фон Драйс. В 1814 г. он сделал первый деревянный велосипед, в котором, в отличие от самоката, имелось седло и руль над передним колесом. Позже это изобретение назвали дрезиной.

Однако в русской печати есть данные, что в 1800 г. мастеровой Ефим Артамонов собственноручно сделал из металла велосипед. В 1801 г. он проехал на нём из Екатеринбурга до Москвы и демонстрировал своё изобретение во время коронации императора. Однако ни чертежей, ни самого механизма до наших дней не сохранилось.

Слово «велосипед» появилось в 1818 г., когда во Франции началось повальное увлечение новинкой.

Велосипед совершенствовался быстро. В 1839 г. шотландец Макмиллан сделал педали, с помощью которых можно было вращать колёса. Во Франции в 1853 г. Пьер Мишо запатентовал педальный привод на переднее колесо велосипеда. Он же начал производить велосипеды с седлом на пружинах и придумал тормоз, действующий на обод заднего колеса.

Английские изобретатели не отставали от французских. Было увеличено переднее колесо и уменьшено заднее. Такие велосипеды прозвали «пауками». Вскоре появились велосипеды, на которых уже была цепкая передача от педалей на заднее колесо.

Шотландец Джон Данлоп в 1885 г. снабдил колёса велосипеда пневматическими шинами из гуттаперчевого шланга. Он же придумал клапан, позволявший быстро накачивать колесо, но не выпускавший воздух обратно.

В конце XIX в. начался новый велосипедный бум. Одних только патентов на новые модели «быстроногое» каждый год выдавали тысячами!

В 1890 г. несколько фирм одновременно начали производство велосипедов с рамами замкнутой формы. С этого момента облик велосипеда уже практически сформировался, совершенствовались лишь отдельные узлы его конструкции.

Воздушный шар

Воздушный шар – см. Аэростат.

Вычислительная машина

Вычислительная машина – устройство или комплекс устройств, предназначенные для механизации и автоматизации вычислений и обработки информации.

Первые попытки создать устройство, производящее простые арифметические действия, были предприняты ещё в XVII в. Тогда была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные расчёты. В 1642 г. французский учёный Блез Паскаль сконструировал первую механическую счётную машину. Она представляла собой корпус, в котором находились оси с барабанами. Каждый барабан соответствовал одному разряду десятичного числа и на нём были нанесены цифры от 0 до 9. Когда один из барабанов совершал полный оборот, то следующий передвигался на одну цифру. На этой машине можно было складывать и вычитать.

Следующий шаг в конструировании счётных машин сделал немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц. В 1694 г. он сделал 12-разрядный арифмометр, который выполнял все математические операции.

Механизмы Паскаля и Лейбница не получили распространения из-за несовершенства их конструкций. Однако промышленная революция, рост производства и развитие торговли требовали создания вычислительных устройств.

Такой механизм в 1822 г. сконструировал английский учёный Чарлз Бэббидж. Его машина могла выполнять достаточно сложные математические вычисления, которые сводились к одной операции – сложению.

Впрочем, Бэббидж не остановился на достигнутом, а начал разрабатывать конструкцию гораздо более сложной машины, которая должна была стать предшественницей электронно-вычислительных машин (ЭВМ) XX в., но, к сожалению, изобретатель не довёл свою работу до конца.

Для ввода данных в машину Бэббидж предложил использовать перфокарты – листки плотной бумаги с пробитыми в них отверстиями. (Подобную идею до него реализовал в 1804 г. французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар, придумавший первый в мире ткацкий станок с программным управлением.)

Над устройством своей второй машины Бэббидж работал почти 40 лет и оставил потомкам более 200 чертежей её отдельных узлов. Но если Бэббиджа можно назвать конструктором вычислительной машины, то Аду Лавлейс, дочь английского поэта Байрона, можно назвать первым программистом. Она увлекалась математикой и техникой и создала первую программу, которая иллюстрировала работу механизма Бэббиджа.

Однако английское правительство, поначалу финансировавшее работы Бэббиджа, отказалось от этого дорогостоящего проекта.

Основной недостаток этой машины заключался в том, что она была механическим устройством, хотя электромеханическое реле, которое позже стало основным элементом ЭВМ, было уже изобретено.

Первым применил эти реле американец Герман Голлерит, сконструировавший в 1884 г. первую электромеханическую счётную машину, названную им табулятором. В 1890 г. изобретение Голлерита было использовано в 11-й переписи населения США. Скорость подсчёта данных возросла в сотни раз.

Голлерит продолжал совершенствовать свою машину и дальше, а в 1896 г. основал фирму, которая начала выпуск счётно-перфорационных машин. Впоследствии эта фирма объединилась с несколькими другими, и они образовали ныне широко известную корпорацию IBM, производящую персональные компьютеры и другую технику.

Дальнейшее конструирование вычислительных машин было немыслимо без применения электричества. В 1938 г. немецкий инженер Конрад Цузе создал первую в истории электронно-вычислительную машину на телефонных реле, в 1939 г. – модель Z2, а в 1941 г. – первую вычислительную машину Z3 с программным управлением, в которой использовалась двоичная система счисления. Однако эта машина была разрушена во время Второй мировой войны в 1944 г.

В 1930-х гг. в США конструированием релейных счётных машин занимался Говард Айкен. Его работу финансировала фирма IBM, и в 1944 г. машина «Марк-1» была закончена. Работой этой машины нужно было управлять, вводя команды с перфоленты.

После этого Айкен приступил к работе над машиной «Марк-2», которая была закончена в 1947 г. В ней уже не было механических деталей, выполняющих расчёты, все операции выполняли электрические реле. Числа в этой машине представлялись в двоичном коде.

Использовать в вычислительной машине электронные лампы предложил американский учёный Джон Мочли. В 1943 г. вместе с Преспером Эккертом он начал конструировать компьютер ENIAC, создание которого было завершено в 1946 г. Эта машина весила 30 тонн и состояла из 18 тысяч электронных ламп.

Быстродействие и надёжность этой машины были очень низки, но основным её недостатком было то, что она не могла хранить в памяти программы.

После окончания Второй мировой войны инженеры разных стран начали создавать вычислительные машины. В Англии в Манчестерском университете в 1948 г. был создан «Марк-1», в памяти которого уже могли храниться программы.

Эккерт и Мочли основали свою фирму, а в 1951 г. наладили серийный выпуск разработанных ими машин UNIVAC-1. В СССР в 1951 г. появилась первая советская ЭВМ, сконструированная под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева.

Одновременно изобретатели и учёные работали над языками программирования – то есть системами кодов, которыми можно было бы записывать программы.

Однако все сконструированные к 1951 г. вычислительные машины (их называют «машинами первого поколения») работали на электронных лампах, тогда как в 1947 г. был изобретён транзистор, работа которого могла заменить работу нескольких десятков электронных ламп. Появление транзисторов означало рождение нового – «второго поколения» вычислительных машин. В компьютерах также начали применять запоминающие устройства на магнитных сердечниках, которые могли хранить информацию сколь угодно долго. Впоследствии для хранения больших объёмов информации стали использовать магнитную ленту.

Компьютеры «второго поколения» уже работали на полупроводниковых элементах – транзисторах и диодах. А эти элементы соединялись с помощью печатных плат – пластин с гнёздами, где вместо проводов используются тонкие металлические полоски. Размеры вычислительных машин при этом существенно уменьшились, а быстродействие возросло.

Именно для компьютеров «второго поколения» были разработаны первые языки программирования – Фортран, Алгол, Кобол.

Впрочем, с середины 1960-х гг. в компьютерном производстве начали использовать интегральные схемы (ИС) – целые блоки, состоящие из сотен транзисторов, которые были сделаны на одном кристалле полупроводника. Это позволило не только уменьшить размеры, потребляемую мощность и стоимость «больших» компьютеров, но и создать мини-ЭВМ – малогабаритные, простые и дешёвые машины.

Компьютеры «четвёртого поколения» начали появляться в 1970-х гг. (в 1970 г. сотрудник компании «Intel» Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько ИС на одном кристалле кремния). Тогда начали разрабатывать компьютеры, предназначенные для частного пользователя. Некоторые из таких микрокомпьютеров создала фирма «Apple», но широкое распространение так называемые персональные компьютеры получили после того, как в августе 1981 г. корпорация IBM создала модель компьютера IBM PC.

Граммофон

Граммофон – устройство воспроизведения звука с особой пластинки. Это слово происходит от греческих слов gramma (запись) и phone (звук).

Фонограф, изобретённый Томасом Алва Эдисоном в 1877 г., мог использоваться только как дорогая игрушка. Малая продолжительность записи, плохое качество и быстрый износ носителя звука – все эти недостатки были преодолены другим изобретателем – американцем немецкого происхождения Эмилем Берлинером. В 1887 г. он оформил патент на свой граммофон.

Берлинер предложил записывать звук на цинковый диск, покрытый слоем воска. Игла мембраны чертила в нём не борозды, как в фонографе, а извилистые линии. После записи с диска делались копии. Звуковые канавки, сделанные иглой, протравливались кислотой, а потом воск (на который кислота не действует), удаляли. С помощью электрохимического процесса электролиза делали «зеркальный» слепок пластинки, который использовали как форму для штамповки целой серии копий. Первоначально пластинки делали из целлулоида и эбонита, а в 1896 г. Берлинер создал специальную массу на основе смолы растительного происхождения (шеллака), золы и некоторых других веществ. Позднее стали применяться синтетические смолы, среди которых наиболее широкое применение получила виниловая смола.

Устройство, которое с пластинок воспроизводило звук, было названо граммофоном. Диск в граммофоне вращали специальной ручкой, а игла с мембраной сначала двигалась от центра к краю (позднее наоборот). Для усиления звука был использован конусообразный рупор.

Вскоре появились усовершенствованные граммофоны, в которых рупор располагался внутри корпуса, – патефоны (от названия французской фирмы «Патэ»). Это позволило сделать граммофон переносным.

С 1925 г. запись уже производилась не механоакустическим способом через рупор, а электрическим – через микрофон, который был создан для использования в телефоне. Вскоре и пружинный двигатель был заменён электрическим. Появились электрофоны, а также радиолы (в них совмещался радиоприёмник и проигрыватель).

Если в первой половине XX в. пластинки проигрывали на скорости 78 об/мин., то потом скорость снизилась до 45 и 33 Уз об/мин.

Надо отметить, что кроме механической записи на диск использовалась также запись на ленту (для этого иногда использовали киноплёнку).

В конце 1950-х гг. появились первые пластинки со стереофонической (двухканальной) записью, хотя сама идея этого была высказана ещё в начале 1930-х гг. В конце 1960-х гг. появилась также четырёхканальная (квадрофоническая) запись, но широкого распространения она не получила.