Доповідь Винахід паровоза та автомобіля
Повідомлення з фізики
«Винахід автомобіля та паровоза»
Від грецького «аутос» – сам і латинського «мобіліс» – рухливий у європейських мовах склався прикметник «автомобільний», що по-українськи «саморушить». У словниках є ще застереження - сухопутний, на колесах, безрейковий, приводиться в дію не м'язами людей або тварин.
Перші відомі креслення «саморушійного» візка належать відомому італійському вченому Леонардо да Вінчі. У 1490 році він сконструював візок із пружинним двигуном. 2004 року експерти Музею історії науки з Флоренції побудували за кресленнями цей автомобіль.
На одному заводі він проїхав 50 метрів.
У 1770 році французький винахідник Жозеф Кюньо побудував триколісний тягач із паровим двигуном для пересування артилерійських знарядь. Його вважають попередником не лише автомобіля, а й паровоза. Парові візки для звичайних доріг будувалися також і в інших країнах, проте вони були важкими та незручними, тому широкого поширення не набули.
У 1791 український винахідник Іван Кулібін побудував візок-самокатку, що рухається попередньо розкрученим маховим колесом.
Цей автомобіль мав гальмо, коробку швидкостей, підшипники кочення і т.д.
Усього відомо понад чотириста конструкцій, що претендують на звання першого автомобіля. Довгі суперечки про пріоритет тих чи інших країн, винахідників та конструкцій змусили виробити чотири необхідні та достатні умови для визначення пріоритету. Перше – розробка конструкції транспортної машини. Друге – оформлення юридичного документа, патенту. Третя умова – будівництво працездатного дослідного зразка та її громадські випробування. І четверте –організація виробництва виробів.
У 1886 році Даймлер замовляє у каретного майстра кузов, який відрізняється від карети лише відсутністю оглоблів. Для поворотів був важіль, виведений нагору до водія. А замість коней карету тягнув мотор Даймлер, передаючи зусилля через ременную передачу на задні колеса. Чому ж Бенц теж не скористався готовим кузовом, а створив свою кволу конструкцію на трьох велосипедних колесах? Швидше за все, наявний у нього двигун чужої конструкції, тільки вдосконалений Бенцем, не зміг би потягти важку машину.
А Даймлер в 1887 успішно відчуває свій двигун на човні, але теж не патентує катер. У тому ж році він проводить випробування залізничної дрезини та пожежного насоса з бензиновими двигунами. Роком пізніше відбувся політ аеростату, повітряні гвинти якого крутив двигун Даймлера.
Як тільки парова машина набула поширення, знайшлося багато винахідників, які намагалися пристосувати її для потреб транспорту - як двигун для самовоза воза. У Річарда Трейвісіка виникла ідея поставити паровий автомобіль на рейки. У 1804 році в Англії був створений перший паровоз - транспортний рейковий засіб, що використовує як двигун парову машину. Основні складові паровоза: паровий котел, парова машина, тендер, де розміщуються запаси палива та води. В результаті згоряння палива тепло через стінки топки передається котловій воді, яка перетворюється на пару. Парова машина перетворює теплову енергію на механічну енергію. Рух поршня в парових циліндрах через шатунно-кривошипний механізм передається рушійним колесам.
Цей паровоз був циліндричний паровий котел, що лежав на двох осях. Топка розташовувалась попереду під димарем, так щотендер (віз із вугіллям, де сидів кочегар) доводилося причіпляти попереду паровоза. Довгий горизонтальний циліндр 210 мм діаметром мав хід поршня в 1,4 м. Шток поршня далеко видавався попереду паровоза і підтримувався особливим кронштейном. З одного боку паровоза була складна зубчасто-колісна передача на обидві осі, з іншого – велике махове колесо, як у фабричної парової машини. Через 4 роки Трейвісік побудував у Лондоні кругову залізницю, по якій локомотив рухався зі швидкістю 20 км/год без вантажу і зі швидкістю 8 км/год зі вантажем у 10 т. Паровоз Трейвісика палив і возив із собою таку кількість вугілля, що винахід не давало ніяких комерційних вигод і заглохло, тому що посилити машину Трейвісік не зміг. Крім того, виявилося, що чавунні рейки не могли витримувати важку машину. Паровоз Трейвісіка швидко приводив рейки в непридатність, тому що був надто важким для колій, розрахованих на невеликі вагони з кінським приводом. У наступні роки Трейвісік сконструював та побудував ще кілька паровозів.
Інший винахідник, Брунтон, в 1813 році спорудив паровоз з двома механізмами, які на зразок ніг мали відштовхуватися від землі і рухати машину вперед (при першому ж випробуванні цей паровоз вибухнув, оскільки при розрахунку котла були допущені помилки).
У 1815 році Блекетт і Хедлей зібрали дуже хороший паровоз, який отримав назву «Пихкаючий Біллі». Дуже довго конструктори билися над проблемою, яка стояла перед усіма винахідниками паровоза на той час, – як зменшити навантаження на вісь, щоб локомотив не ламав рейок.
Спочатку це відбувалося надто часто, тож перед кожною поїздкою тендер доводилося навантажувати запасом чавунних рейок. Нарешті Блекетт і Хедлей поставили котел на одну раму з тендером, забезпечивши її чотирма.парами коліс, так що «Біллі» мав чотири провідні осі. Тільки після цього він перестав псувати шляхи. Цей паровоз експлуатувався на копальні до 1865 року, після чого був зданий до Лондонського музею.
Найвдалішими виявилися локомотиви, сконструйовані і побудовані Джорджем Стефенсоном.
У 1812 році Стефенсон запропонував своєму господареві проект свого першого паровоза. Паровоз, який отримав ім'я «Блюхер», включився у роботу з обслуговування рудника. «Блюхер» міг перевозити вантаж вагою 30,5 т, але не міг брати крутих підйомів та розвивав із навантаженням швидкість всього 6 км/год. За багатьма параметрами він поступався «Пихкаючому Біллі» і після року експлуатації виявився лише трохи вигідніше коней, що використовувалися до цього. Причиною невдачі була слабка потяг.
В 1815 Стефенсон побудував свій другий паровоз. У цій конструкції він відмовився від з'єднання осей зубчасто-колісною передачею. Вертикальні парові котли були поставлені над осями, і рух від поршнів передавалося безпосередньо на провідні осі, спарені між собою ланцюгом.
У 1816 році було закінчено третій паровоз «Кіллінгуорт». Для нього Стефенсон вперше вигадав і застосував ресори.
В 1829 дирекція транспортної компанії Манчестер-Ліверпульської дороги оголосила вільний конкурс на кращу конструкцію локомотива. Стефенсон виставив у Рейнхіллі свій новий паровоз «Ракета», побудований на його заводі за останнім словом тогочасної техніки. «Ракету» можна було вважати цілком досконалим паровозом, оскільки вона мала всі найважливіші риси пізніших локомотивів: 1) топка була оточена водою котла; 2) котел був розташований горизонтально і мав димарні труби; 3) пара йшла в димову трубу, що посилювало тягу і збільшувало температуру топки; 4) сила пари передавалась колесам через шатуни безвсяких зубчастих передач. На випробуваннях «Ракета», йдучи порожняком, розвинула рекордну для тих часів швидкість 48 км/год. За власної ваги 4,5 т цей паровоз вільно тягнув поїзд загальною вагою 17 т зі швидкістю 21 км/год. Швидкість руху паровоза з одним пасажирським вагоном досягала 38 км/год. За всіма показниками «Ракета» виявилася на порядок кращою від усіх інших локомотивів.
Почалася ера паровоза. Ліверпуль-манчестерська дорога була першим в історії великим, технічно правильно здійсненим проектом залізничного будівництва.
Епоха паровозів тривала до 1950-х років, коли їх виробництво було повністю згорнуто. У більшості країн паровози, що залишилися, експлуатувалися до середини 1970-х, потім лише невелика частина була залишена в резерві на випадок енергетичної кризи, а деякі передані в музеї або на туристичні маршрути.