Различные примеры применения задачи «навыворот»

Что может быть несуразнее? Воду кипятить, чтобы тут же остуживать, остуживать, чтобы тут же снова кипятить. Словно комический пешеход: два шага вперед, шаг назад!

Ньюкомену стало ясно: воду надо раз навсегда нагреть и потом уж не охлаждать. Нужно где-то в особом сосуде постоянно кипятить воду и оттуда брать пар для цилиндра.

Воду кипятят в особом котле. Через узкую трубку с краном пар напускают в цилиндр. Когда пар вытесняет воздух, впрыскивают в цилиндр фонтанчик холодной воды. Пар быстро охлаждается, оседает на стенках. В цилиндре образуется пустота, и наружное давление вгоняет поршень внутрь.

Фонтанчик появился в машине от одной неполадки. В те времена не умели как следует пригонять поршень к цилиндру, и пар свистел через зазор. Чтобы прекратить утечку пара, Ньюкомен налил поверх поршня слой воды. И машина неожиданно оживилась. Поршень резвее стал лезть в цилиндр. Холодная вода просачивалась к пару, пар сгущался быстрее, и в цилиндре быстрее образовывалась пустота.

Это мигом подметил Ньюкомен, который цеплялся за каждую возможность ускорить ход машины. Он стал нарочно вспрыскивать в машину водяной фонтанчик, и струя воды, хлеставшая в цилиндре, подгоняла машину, как хлыстом.

От поршня машины Ньюкомена подымается цепь к качающемуся коромыслу, похожему на колодезный журавль. С другого конца журавля свисает цепь к поршню водяного насоса. Журавль вытягивает поршень, как бадью из колодца.

Огнедействующий насос работает так. Машинист становится к кранам и впускает в цилиндр попеременно то пар, то фонтанчик холодной воды. Работа детская, а машина работает, как слон. Одна машина Ньюкомена заменила собой 50 лошадей, работавших на откачке.

Ньюкомен оказал большую услугу углепромышленникам. Жаркое пламя пылало в топках, день и ночь тяжелые коромысла медленно раскачивались над насосами. И один углепромышленник уверял домашних, что не может заснуть спокойно, если не слышит лязга цепей и сопения огненных журавлей, работающих на шахтах.

Детская работа — крутить в паровой машине краны. Говорят, что ее поручали детям.

Рассказывают, как один мальчуган нечаянно усовершенствовал паровую машину. Называют даже имя этого смышленого мальчика — Гемфри Поттер.

Ему надоело проводить целые часы у машины, не смея оторваться от кранов ни на минутку. Рядом резвятся сверстники. Завидно. Хочется и самому пошалить с ними.

Взял Поттер две веревочки и привязал их: одним концом к рукояткам кранов, а другим — к коромыслу. Когда коромысло опускалось, одна веревочка натягивалась и закрывала кран. Когда коромысло поднималось, натягивалась другая веревочка, и кран открывался.

Прицепил веревочки и побежал шалить, а машина в его отсутствие стала работать сама. До тех пор человек служил составной необходимой частью машины. А с тех пор машина стала обходиться без человека.

Так, мол, нечаянно и была усовершенствована машина Ньюкомена. Вот, мол, какой курьез — лентяй мальчишка, а сделал важное изобретение!

Современные историки техники — инженеры, профессора, доктора наук — до сих пор разводят руками перед притчей о Гемфри Поттере. Можно даже, не видя машины Ньюкомена, поглядев лишь на ее чертеж, сообразить, что задача не решалась так просто — веревочками. Ведь для этого надо забраться на качающееся коромысло, на высоту трехэтажного дома, так как ближе никаких движущихся деталей не было. Нужно дать веревочкам подходящую слабину, чтобы рукоятка крана быстро дергалась в определенный момент. Наконец, как ни ловчись, а придется для обратного хода рукоятки пойти на усложнение, обогнуть веревочкой весь огромный двигатель, пустив ее по специально смонтированной системе блоков. Ну а блоки в то время считались «золотой» деталью, и вряд ли проказник хранил их, как Том Сойер, в кармане!

Да и был ли мальчик-то? Может, мальчика-то и не было? Ведь в то время «огневая машина» слыла уникальной, таинственной, даже грозной установкой, вроде нашей атомной электростанции, и никто бы не бросил ее под присмотр проказнику-мальчишке.

Исторические документы говорят другое. Автоматическое парораспределение изобрел серьезный английский механик Бейтон.

Ну а как же Гемфри Поттер? Похоже, что сказочку о Поттере сложила какая-нибудь добрая воспитательница детского сада. Почему же так стойко держится притча?

Потому, что она сочинена недобрыми устами. Ее пустили враги и конкуренты Бейтона, чтобы опорочить его патент. Они силились доказать, что автоматическое парораспределение— такое плевое дело, что додуматься до него мог любой мальчишка.

Почему же до сих пор живет эта выдумка? Ведь о Гемфри Поттере написаны целые повести.

Дело в том, что еще большие заслуги в автоматическом управлении кранами имеет гениальный русский изобретатель Ползунов. Он построил огневую машину, которая «сама себя в движении без помощи рук содержала». Иностранные литераторы избегают писать о русских изобретателях. Вот они и пережевывают притчу о мальчике, усовершенствовавшем паровую машину.

Машина Ньюкомена шестьдесят лет подряд верой и правдой служила на шахтах, прилежно откачивая воду.

Так продолжалось до тех пор, пока учебная модель этой машины не попала в починку механику Глазговского университета англичанину Джемсу Уатту. И Уатт так увлекся маленькой моделькой, что всю жизнь посвятил развитию паровых машин и прославился в этом деле как большой изобретатель.

Увлечение Уатта зародилось неспроста. В те времена начинали ругать машину Ньюкомена, и чем дальше, тем крепче ее ругали.

— Помилуйте! — возмущались заводчики,— Это прорва, а не машина, столько жрет топлива!

Сами посудите, пятьдесят лошадей приходилось держать при иной машине, и они едва успевали подвозить дрова. Из тысячи полен, исчезавших в топке, от силы шесть шли впрок. Тепло от шести полен превращалось в полезную работу. Остальное тепло расходовалось зря.

А размеры! Для машины в каких-нибудь тридцать сил нужен был целый дом.

Скорость? — тут заводчики окончательно махали рукой. Десять подъемов насоса в минуту — разве это работа?!

Все это Уатт слышал давно. С жадным интересом рассматривал он модель. Мы знаем теперь в свете современной теории моделей, что нельзя безнаказанно уменьшать машину. Уменьшение машины в пропорциональном масштабе изменяет картину процессов, текущих в ней. Так говорит теория, о которой даже не догадывался Уатт. Но Уатту повезло. Здесь эти процессы изменились так, что уменьшенная модель большой машины стала увеличенной моделью недостатков большой ньюкоменовской машины. На модели они прямо выпирали наружу. И поэтому Уатт их сразу заметил.

С каждой минутой росла в Уатте уверенность: именно он, и никто другой, сможет усовершенствовать машину.

Откуда пришла такая уверенность?

Уатт был нечета кабинетным белоручкам — многим ученым того времени. Он был отличный механик — золотые руки. Беспристрастные биографы Уатта называют к тому же его руку железной! У него оказалась впоследствии жесткая хватка дельца и предпринимателя. У него имелось и больше — золотая голова. Но мало ли в мире умелых рук и ясных голов?

Было у Уатта еще кое-что, чего не хватало в те времена другим механикам мира. Он был другом и верным помощником в опытах знаменитого исследователя теплоты профессора Блека. Уатт досконально знал свойства пара и теплоты, знал, как немногие знали в его время. Он прощупал здесь все своими руками.

Поэтому Уатт взялся за машину Ньюкомена уверенной рукой мастера. Он приступил к ней во всеоружии научных приборов: термометров, манометров, силомеров. Когда не хватало приборов для измерений, он изобретал их сам и продолжал исследования.

Уатт совершенно перекроил машину. Он понял, что большая потеря тепла — раз за разом охлаждать водой цилиндр и тут же снова его нагревать. Уатт выбросил водяной фонтанчик. Цилиндр был нагрет постоянно. А холодильником служил отдельный сосуд, постоянно остужаемый водой. Он соединялся с цилиндром трубкой с краном. Перед рабочим ходом поршня открывался кран — пар уходил в холодильник и там оседал водяными каплями. В холодильнике и в цилиндре получалась пустота.

Теперь машина имела все части современных паровых машин.

Первая паровая машина Папена напоминала простейшее животное, маленький комок живой слизи — амебу. Тело амебы, ее слизь была одновременно и ртом, чтобы питаться, и ножками, чтобы передвигаться, и щупальцами, чтобы хватать. Цилиндр паровой машины был одновременно и цилиндром, и котлом, и топкой, и холодильником.

Папен отделил топку от котла. Ньюкомен — котел от цилиндра. Уатт отделил от цилиндра холодильник.

Машина перестала быть похожей на амебу, и если уж напоминала что-нибудь живое, то скорее всего высшее животное с его специально приспособленными частями тела: ногами, чтобы ходить, руками, чтобы хватать, ртом, чтобы питаться.

  1.8Историки техники до последних лет спорили, чем была машина Ньюкомена. Одни утверждали, что огнедействующий насос Ньюкомена не был паровой машиной в строгом значении этого имени. Это была воздушная машина. Поршень в ней двигался силой давления внешнего воздуха, а пар служил только для того, чтобы получить пустоту в цилиндре.

Другие не соглашались с таким названием. Что значит воздушная, атмосферная? Ведь столб атмосферного воздуха сам ничего двигать не может, как спущенная пружина игрушечного ружья. Надо пружину сначала взвести. Вот пар и выполняет эту работу. Таким образом, работает все-таки пар, а не воздух. Он взводит «пружину» атмосферного давления, которая давит затем на поршень.

Но как ее ни взводи, а воздух — слабая «пружинка». Давление внешнего воздуха от людей не зависело. Чтобы увеличить силу машины, был единственный путь — увеличивать размеры поршня. Машина получалась большой и слабой.

Какая обида! Бурлит вода в котле, из трубы хлещет пар, и пар этот в машине почти не используется.

Уатт был потрясен до глубины души. Люди держат в руках сокровище и не замечают этого. Подумать только! Неукротимая сила давления пара, бешеная сила, которая рвала нередко котлы в опытах Блека, эта сила в полной мере не использовалась в машине.

Уатт решил прибрать пар к рукам. И в этом первая заслуга Уатта.

Уатт закрыл цилиндр крышкой с дыркой, в которой впритирку ходил шток поршня. От парового котла в дно цилиндра и крышку провел трубы с кранами.

Зажигает огонь в топке, поднимает давление в котле, начинает орудовать кранами. Открывает нижнюю трубу. Врывается пар в цилиндр, поддает поршень снизу. Поршень стремительно взлетает вверх. Стоп! — закрыта нижняя труба. Открывает верхнюю. Жмет пар сверху, гонит поршень вниз. Вверх — вниз, вверх — вниз! Пошла машина!

Конечно, Уатт догадался, объединил все краны в один золотник, чтобы им управляла сама машина. И пошла машина сама с невиданной скоростью. Небольшая, быстрая, мощная.

Ходит поршень вверх и вниз, качается коромысло. Качается коромысло, да не так, не во всю силу. В чем дело? Виновата цепь. Когда поршень идет вверх, гибкая цепь не передает движения. Пришлось заменить цепи жесткими стержнями и придумать от них передачу к коромыслу. А от коромысла...

Но тут о таких серьезных вещах пойдет речь, что придется начать особый разговор. 
1.9 Года за два до того, как машина Ньюкомена попала к англичанину Уатту, на Барнаульском заводе, на Алтае, русский механик Ползунов сделал гениальное открытие.

Он увидел в огнедействующем насосе двигатель, пригодный для движения всех машин.

— Позвольте,— скажут,— да ведь это любому видно!

Это нам теперь, с нашей колокольни, далеко видать!

А тогда считалось, что есть всего лишь два универсальных двигателя — ветряная мельница и водяное колесо. А машина Ньюкомена — двигатель недорожденный — это насос, пусть самодвижущийся, но насос.

Мы уже упоминали однажды, что когда хотелось привести в движение какое-нибудь устройство, например доменные меха, то поступали так. Машину Ньюкомена заставляли накачивать воду в высокую водокачку. Из водокачки гнали воду на водяное колесо. А от водяного колеса привычным способом приводили в движение доменные меха. О том, что можно переделать машину так, что она сама могла бы двигать меха, об этом долго никто не мог догадаться.

Родившись из насоса, машина продолжала казаться насосом. Люди по-прежнему видели куколку там, где уже развилась и созрела бабочка и сейчас разорвет иссохшую оболочку и выползет на свет, расправив пестрые крылья.

Только гениальный человек мог разглядеть в огнедействующем насосе будущий двигатель, пригодный для движения любых машин. Этим гением и был великий русский изобретатель Иван Иванович Ползунов.

Сын простого солдата, Иван Иванович Ползунов был человеком государственным. Он работал «механикусом» в Барнауле на государственном предприятии, которых много было в России до XIX века. Задачи государственных предприятий, как пишут историки, были много шире задач частных капиталистических предприятий, где была одна цель — выгонять прибыль. Это были задачи снабжения страны, государства, нации. Ползунов тут рос и воспитывался как человек, интересы которого были неотделимы от интересов государства. Выходец из простого народа, он иначе представлял себе эти интересы, чем крепостники, видевшие в России одни свои поместья. Ползунов стремился «славы Отечеству достигнуть» и «облегчить труд по нас грядущим». Его манили более светлые перспективы, чем задача спасения английских шахтовладельцев от вод, затоплявших шахты. Он задумал «водяное руководство пресечь», оборвать цепи, приковавшие заводы к рекам, и «огонь слугою к машинам склонить», создать паровой двигатель, пригодный для всех машин.

Он принялся строить «огненную машину, способную по воле нашей, что будет потребно исполнять». Машина выходила необычной, не похожей на ньюкоменовскую: два цилиндра, своеобразная передача.

Обгоняя время, он смело строил исполинскую машину высотой с трехэтажный дом, целиком из металла. В его век, век деревянных машин, это было исключительно трудной работой. Ведь топор, пила и другие немудреные инструменты тут не много помогали делу.

Ползунову пришлось изобретать вспомогательные машины для невиданного строительства. Он изобрел