Создание системы естественнонаучной и технологической подготовки молодежи к инновационной деятельности - Коллектив авторов

Тот, кто умел выполнять такую тонкую работу лучше других, становился «специалистом», очень важным для племени. Началась общественное разделение, в племенах появилось некое подобие внутренней общественной структуры. Чтобы умение сохранилось в племени, выработанные навыки умелец должен был передавать другим. Для этого было необходимо общение посредством речи.

Затем люди научились искусственно добывать огонь с помощью трения или высекания искр из камней. Первые искусственно сделанные жилища, представляющие центральное дерево с прислонёнными к нему шатром ветками, приобрели очаги, каменные стенки которых защищали пламя от ветра и конденсировали тепло.

Покорение огня и создание очагов в первых жилищах сделали Человека менее зависимым от прихотей меняющейся погоды и дали ему новые преимущества в борьбе с животными за своё выживание.

Следующий тип инноваций связан с использованием новых конструкционных материалов. Кроме камня люди стали использовать кости, дерево, глину. Примитивная глиняная посуда позволила Человеку дольше хранить пищу, т.е. повысить эффективность использования добычи. Первые ткацкие станки V века до нашей эры позволили получить новый материал, который в сочетании со звериными шкурами сделал одежду человека более удобной и практичной. Всё это позволило сделать следующий важный шаг по пути независимости людей от природы – от охоты и собирательства перейти кземледелиюи скотоводству.

Таким образом, примитивные, на первый взгляд, инновации, такие как каменные рубила и очаги с огнём, оказались судьбоносными. Они позволили сделать Человеку качественный скачок, отделивший его от животных. Поэтому мы смело можем сказать, что Человек создал Инновацию, но и Инновация создала человека. Не будь первых изобретений – не было бы и Человечества.

Первыми техническими инновациями, давшими огромный импульс развития, конечно же, стали такие простые механизмы, такие как рычаг, салазки, наклонная плоскость и колесо. Эти приспособления позволили человеку резко повысить свою энергообеспеченность.

Из технических «безделушек» более позднего времени, кардинально повлиявших на развитие цивилизации, необходимо выделить подковы и хомуты. Подковы, по некоторым версиям, использовали кельты около 400 г. до н.э., а широкое распространение в Европе они получили сравнительно недавно, в VIII-Х вв. н.э. Коэффициент полезного действия тяглового усилия лошади увеличивается чуть ли не втрое. Энергетический скачок позволил кардинально увеличить количество распахиваемых земель в Европе, а потребность в железе для подков обусловила развитие других ремёсел.

Эти приспособления во многом определили развитие Римской империи: повышение производительности труда в сельском хозяйстве привело к общему экономическому росту; так как тягловая сила – основной «двигатель» того времени – стала работать значительно эффективнее, появилась возможность транспортировать различные достаточно тяжелые военные машины, что привело к росту возможностей римской армии; появление удобного транспорта в виде запряженных в повозки лошадей обусловило необходимость постройки многочисленных дорог, объединяющих огромные пространства Римской империи в единое государство.

Логично предположить, что следующий принципиальный скачок в энергообеспечении был сделан именно в Римской империи как самой передовой державе того времени. Этот скачок связан с появлением водяных мельниц. По сути, водяная мельница – это энергостанция, в которой в качестве источника энергии используется уже не мускульная сила людей и животных, а энергия воды. Описание таких мельниц сделано Витрувием во II веке до н. э., но в Риме существовали общественные водяные мельницы уже в IV до н.э.

Позже получили распространение ветряные мельницы, хотя уже в кодексе вавилонского царя Хаммурапи, жившего примерно в 1750 г. до н. э., упоминаются ветряные мельницы. Греческий изобретатель Герон Александрийский в I веке н. э. приспособил мельницу для надувания мехов органа.

Водяные и ветряные мельницы долгое время являлись единственными источниками энергии, поэтому они были локальными центрами, вокруг которых концентрировалась промышленность и сельское хозяйство.

Огромное влияние на ход истории оказали инновации в области вооружения. Принципы действия вооружений Древности сводятся всего к двум положениям: использование потенциальной энергии деформированного упругого элемента (как в луке) и удлинение плеча броскового рычага при вращательном движении для увеличения линейной скорости снаряда (как в праще). То есть праща и лук являются теми техническими инновациями, которые в различных сочетаниях и исполнениях нашли дальнейшее развитие в виде разнообразных механизмов.

Первой появилась праща. Она представляет собой круглый лоскут кожи с двумя длинными ручками. В этот лоскут вкладывают камень, потом берут за ручки и сильно раскручивают камень над головой, затем отпускают одну веревочку, и освобождённый камень по касательной к описываемой окружности движения устремляется в цель. Использование пращи позволяет придавать камню значительно большую скорость, чем при простом броске рукой, но при этом сильно страдает прицельность.

Более точным оказался лук. Первые упоминания о массовом использовании лука относятся к 1500 г. до н.э., хотя, конечно, он был изобретён ещё раньше. Все основные усовершенствования классического лука связаны с изменением его конструкционных материалов. Сначала делали цельнодеревянные луки, затем композиционные, состоящие из нескольких склеенных разных пород деревьев и даже костей. Дальность полёта определялась коэффициентом жёсткости лука и величиной его деформации. Чем труднее натягивать тетиву, тем большей кинетической энергией обладает вылетающий снаряд (стрела или болт). Понятно, что убойная сила лука ограничена физическими возможностями заряжающего его лучника. Поэтому все дальнейшие усовершенствования были связаны с увеличением силы натяжения лука, которое достигалось использованием различных вспомогательных механизмов. Первым промежуточным звеном между луком и арбалетом был гастрафет («брюшной лук»). Для взведения тетивы его одним концом упирали в землю, а на другой конец наваливались животом, отчего и происходит и название «гастрафет».

Увеличение размеров лука и появление механизмов натяжения тетивы привело к появлению первых полноценных метательных машин, которые уже можно было использовать при осаде крепостей. Замена тетивы лентой, а стрелы – камнем привела к появлению баллист. Баллисты являлись прототипом современной полевой артиллерии, их возили на лошадях, мулах или быках.

Одно из самых древних и достоверных описаний применения больших метательных машин можно найти в сообщении Плутарха об осаде Сиракуз римлянами (214-212 гг. до н. э.). Масштабы вооружённости древних армий этими устройствами поражают. Например, при взятии Карфагена (146 г. до н. э.) у защитников было отбито 120 больших катапульт и 200 малых, а также 33 большие баллисты и 52 малых.

По свидетельству древнеримского историка Вегеция, каждая центурия (воинское подразделение, имеющее до 100 воинов) – имела одну карробаллисту, а на каждую когорту (12 центурий) добавляется ещё и катапульта. Таким образом, один легион (60 центурий) имел на вооружении около 60 карробаллист и 5 катапульт. В трактате Вегеция «Военное дело у римлян» описано подробное боевое расписание легиона, должностей и окладов, состава подразделений и даже штатная численность «баллистического» парка легиона.

Но с падением Римской империи произошёл и упадок в вооружении. Вранние средние века широко использовался требуше (или требушет), довольно примитивный агрегат, по изяществу намного проигрывающий машинам римлян. Но его преимущество было в простоте устройства и эксплуатации.

Принцип действия очень прост: основу составляет неравноплечный рычаг, к его короткому плечу привязывают тяжелый груз, а к длинному – верёвку, на конце которой находится метательный снаряд в мешочке. Тяжелый груз поднимают вверх, рычаг закрепляют – требушет заряжен. Затем рычаг освобождают, груз под действием силы тяжести начинает опускаться вниз, снаряд на другом конце поднимается, разгоняется и вылетает.

Дальнейшее развитие в средневековом вооружении получил миниатюрный вариант баллисты, который стал называться арбалетом. Специальный механизм натяжения тетивы позволял стрелять с очень большой скоростью короткими стрелами – болтами. Пробивная способность этого оружия сводила к нулю преимущества рыцарской защиты. Городские ополчения стали мощной силой, способной противостоять профессиональным отрядам рыцарей. Типичная ситуация, когда дилетант, вооружённый новым техническим средством, оказывается значительно сильнее профессионала с устаревшим вооружением.