Википедия

История инженерного дела

Данная страница не проверялась участниками с соответствующими правами.

Инженерное дело появилось, когда люди столкнулись с необходимостью преобразования природы вокруг себя и создали такие простейшие механизмы как шкив, рычаг и колесо, которые являются частями множество более сложных машин.

Паровая машина, главная движущая сила промышленной революции, показывает значение инженерного дела для современной истории. Эта модель паровой машины выставлена в здании Школы промышленной инженерии Мадридского политехнического университета

Однако сам термин «инженерное дело» имеет более позднее происхождение: «инженером» (лат. ingeniarius) в Средние века назывался человек, проектирующий, строящий и управляющий осадными орудиями, например, катапультами или требушетами, а позднее заменили пороховыми артиллерийскими орудиями. Также инженеры занимались строительством фортификационных сооружений.

Позднее, когда проектирование и строительство гражданских сооружений, таких как мосты и здания, усложнилось и превратилось в отдельную техническую дисциплину, в язык вошёл термин «гражданское строительство»[1]. Гражданские инженеры, или, как их принято называть в России, инженеры-строители, в отличие от своих прародителей, специализируются на строительстве невоенных зданий и сооружений. Военные инженеры сохранились, инженерными войсками, которые занимаются строительством военной инфраструктуры или укреплений, обладают армии различных стран мира.

Инженерное дело в древности

править
 
Антикитерский механизм (Фрагмент A — спереди)
 
Антикитерский механизм (Фрагмент A — сзади)

Зиккураты Шумера и Аккада, пирамиды и Александрийский маяк в Древнем Египте, города долины Инда, водопровод на минойском Крите, Парфенон и Колосс Родосский в Древней Греции, римские акведуки, Аппиева дорога, Колизей и Пантеон Рима, города и пирамиды доколумбовых цивилизаций, Великая Китайская стена и многие другие сооружения свидетельствуют об изобретательности и мастерстве древних инженеров.

Шесть классических простейших механизмов были известны ещё на древнем Ближнем Востоке. Клин и наклонная плоскость были известны с доисторических времён[2]. Колесо и ворот были изобретены в Шумере в 5-м тысячелетии до н. э.[3] Рычаг впервые появился около 5000 лет назад на Ближнем Востоке, где он использовался в рычажных весах[4], а древние египтяне использовали его для перемещения крупных объектов[5]. Рычаг также использовался в изобретённом около 3000 г. до н. э. в Месопотамии (и повторённом около 2000 г. до н. э. в Древнем Египте) шадуфе или колодце-журавле, давнем предшественнике современного крана[4][6]. Самые ранние свидетельства о блоке относятся к Месопотамии начала II тысячелетия до н. э.[7], и к Египту времён XII династии (1991—1802 гг. до н. э.)[8]. Винт, последний из изобретённых простейших механизмов[9], впервые появился в Новоассирийском царстве (911—609 гг. до н. э.)[7]. Египетские пирамиды были построены с использованием трёх из шести простых машин — наклонной плоскости, клина и рычага. Их было достаточно для создания огромных сооружений, подобных пирамиде Хеопса[10].

Самый первый архитектор, известный нам по имени, — Имхотеп[1], чати (первый министр) фараона Джосера, основателя III династии Древнего Египта. Будучи высшим государственным чиновником и очень образованным по тем временам человеком, Имхотеп проектировал и контролировал строительство пирамиды Джосера в египетской Саккаре около 2630—2611 гг. до н. э.[11] Это была первая пирамида в Древнем Египте. В отличие от пирамид Гизы, эта пирамида ступенчатая. Возможно, Имхотеп также первым применил колонны в архитектуре[12].

В Кушитском царстве в 4 веке до н. э. была разработана сакия или чигирь: водоподъёмный механизм, приводимый в движение мускульной силой.[13] Для хранения воды в целях орошения строились водохранилища-хафиры[14]. Тогда же появляются первые сапёры: первоначально они, за неимением осадных орудий и взрывчатых веществ, занимались лишь строительством военных дорог и лагерей, рытьём подкопов под стенами, сменой русел рек и другими видами инженерной войны[15]. Предки кушитов, жившие 3700 и 3250 годами до н. э., были способны высекать здания в скальных массивах, аналогично тому, как набатейцы строили Петру несколькими тысячелетиями позднее[16]. Кушитам были известны различные виды печей для выплавки металлов: сыродутные и доменные[17][18][19][20].

Самые ранние хозяйственно полезные машины, приводимые в движение водой — водяное колесо и водяная мельница — впервые появились в Ахеменидской империи к началу IV века до н. э.[21]

Древние греки создавали машины как для мирных, так и для военных нужд. Им принадлежит создание Антикитерского механизма, одного из первых механических компьютеров, построенным ещё во II веке до н. э. Антикитерский механизм использовался для расчёта движения небесных тел и позволял узнать даты 42 различных астрономических событий. Это достижение, возможно, принадлежит астроному и математику Гиппарху Никейскому. Знаменитый философ Архимед не только плодотворно занимался теоретическими исследованиями, но также построил некоторые механизмы, например архимедов винт, использовавшийся в качестве насоса. С работами Архимеда по оптике связана легенда о поджоге римского флота во время осады Сиракуз с помощью солнечных лучей, сфокусированных при помощи вогнутых зеркал[22][23]. Изобретения Архимеда, также как и Антикитерский механизм, требовали понимания принципов работы дифференциала и планарной передачи. На этих важнейших механизмах построены современные зубчатые передачи, которые широко используются в самых разнообразных машинах. Без них был бы невозможен старт Промышленной революции и появление современного мира[24]. Герон Александрийский, механик и математик, живший во второй половине I века н. э, был величайшим инженером за всю историю, чьи изобретения, как-то: паровая турбина, скорострельный самозарядный арбалет, различные автоматы, в том числе и для продаж, первый одометр — по меньшей мере на тысячелетие опередили ход истории.

Первой попыткой рассмотреть инженерное дело как особый род деятельности можно считать труд Витрувия «Десять книг об архитектуре» (лат. De architectura libri decem). В нём делаются первые известные попытки описать процесс деятельности инженера. Витрувий обращает внимание на такие важные для инженера методы как «размышление» и «изобретение», отмечает необходимость создания чертежа будущего сооружения. Однако большей частью Витрувий основывается в своих описаниях на практическом опыте. В античные времена теория сооружений находилась ещё в самом начале своего развития.

Китайская, римская и греческие армии использовали разнообразные военные машины,: различные виды баллист, катапульт и онагров. Позднее, в Средние века, для нужд осады многочисленных замков было разработано требюше. В 132 году н. э. китайский мыслитель Чжан Хэн изобрёл первый сейсмоскоп. Это достижение не смог повторить никто в мире на протяжении последующих 1100 лет[25].

На рубеже нашей эры, ханьским философом Хуан Танем в трактате «Синьлун» был впервые в истории описан отбойный молоток, приводимый в движение водяным колесом. Это было одно из первых описаний гидравлического устройства. Данный молоток использовался для дробления и отшелушивания зерна[26].

Инженерное дело в Средние века

править

В средние века люди смогли поставить себе на службу силу ветра: ветряная мельница и ветряной насос появились в IX веке в Аббасидском халифате, переживавшем тогда свой золотой век.[27][28][29][30] В дальнейшем ветряные мельницы широко распространились по всей Евразии. Первой промышленной паровой машиной был домкрат, движимый паровой турбиной. Он работал в Египетском эялете Османской империи уже в 1551 году. Об этом упоминает Такиюддин аш-Шами[31][32].

Коттон-джин, машина для очистки хлопковых волокон от семян, был изобретён в Индии в 6 веке нашей эры,[33] а прялка была изобретена там же несколько позднее[34][35]. Оба эти изобретения сыграли главную роль в развитии текстильной промышленности, которая положила начало промышленной революции (для которой, однако, потребовалась уже не ручная, а механическая прялка, изобретённая Джеймсом Харгривсом в 1765 году)[36].

Самые ранние программируемые машины были созданы ещё Героном Александрийским. Их развитие продолжилось на мусульманском Ближнем Востоке. Автоматы использовались поначалу не в производстве, но для развлечения, например, проигрывания музыки. Самым ранним типом такой музыкальный машины был секвенсор. Первым секвенсором был автоматический флейтист, изобретённый братьями Бану Муса и описанный в их «Книге о хитроумных устройствах» от IX века[37][38]. В 1206 году Аль-Джазари собирал програмируеммые музыкальные автоматы. Он оставил описания четырёх музыкальных автоматов, включая механичиских барабанщиков, управляемых программируемой барабанной машиной, которых можно было заставить отбивать разные барабанные ритмы и мелодии[39]. Механические астрономические часы с гидроприводом, изобретённые Аль-Джазари, были первым программируемым аналоговым компьютером[40][41][42].

Аль-Джазари построил пять машин для откачки воды из дворцов беев Артукидской династии. Помимо более чем 50 гениальных механических устройств, Аль-Джазари также усовершенствовал зубчатые колёса, механические регуляторы, часовые спуски, а также методы проектирования и производства.

 
Ранняя китайская ракета

В первом тысячелетии н. э. в Китае был изобретён порох, который вскоре начал использоваться в военном деле. Из пороховых фейерверков, использовавшихся для развлечения публики на праздниках и фестивалях, появились первые боевые ракеты. Военный трактат XI века Уцзин цзунъяо упоминает множество военных машин, стоявших на вооружении армии империи Сун, и среди них пороховое оружие. Пушки, использующие энергию быстросгорающего пороха для метания снарядов, была созданы в XII веке в Китае[43] и уже через несколько столетий радикально изменили облик войны.

Инженерное дело и Промышленная революция

править

Паровой насос для откачки воды из шахт был разработан англичанином Томасом Севери в 1698 году. Другой насос был построен в 1712 году Томасом Ньюкоменом на основе разработок французского исследователя Дени Папена.

Инженерное дело в современном мире

править

XIX и XX века стали временем грандиозных общественных преобразований, которые были бы невозможны без достижений науки и инженерного дела.

С XIX веком связано появление электротехники. Теоретические исследования электричества, проводимые Алессандро Вольта, Андре-Мари Ампером, Майклом Фарадеем, Георгом Омом и другими исследователями, переросли в изобретение Электрического телеграфа в начале века, электродвигателя в 1872 году, телефона в 1870-х, электрического трамвая в 1880-х. Лидерами в этой новой отрасли были США и Германская империя. Фрэнсиса Рональдса можно назвать первым инженером-электриком: он создал первую работающую систему электрического телеграфа в 1816 году и задокументировал своё видение того, как мир может быть преобразован с помощью электричества[44][45]. Первым в России создал электромагнитный телеграф в 1830—32 годах Павел Львович Шиллинг. В 1832 году телеграфная линия его конструкции была проведена в Петербурге между Зимним дворцом и зданием Министерства путей сообщения.

Работы Джеймса Максвелла и Генриха Герца в конце 19 века дала начало электронике. Первым достижением молодой отрасли инженерной науки было создание радио в конце XIX века. Более поздние изобретения электронной лампы и транзистора ускорили развитие электроники настолько, что в настоящее время инженеры-электрики и электронщики превосходят по численности своих коллег любой другой инженерной специальности.

Машиностроение и химическая технология, хотя и появились значительно раньше, активно развивалась в 19 веке. Промышленное производство требовало новых материалов и новых технологических процессов, и к 1880 году потребность экономики в большом количестве химических веществ была такова, что появилась химическая промышленность, новая отрасль, посвящённая крупномасштабному производству химических веществ. Роль инженера-химика заключается в проектировании этих химических предприятий и процессов.

Первая степень доктора технических наук, присуждённая в США, была присвоена Джозайя Гиббсу в Йельском университете в 1863 году, это была также вторая степень доктора наук, присуждённая в США[46].

Примечания

править
  1. ↑ 1 2 Engineering | Definition, History, Functions, & Facts | Britannica (англ.). www.britannica.com (5 сентября 2023). Дата обращения: 23 сентября 2023. Архивировано 25 апреля 2024 года.
  2. ↑ Moorey, Peter Roger Stuart. Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence. — Eisenbrauns, 1999. — ISBN 9781575060422.
  3. ↑ D.T. Potts. A Companion to the Archaeology of the Ancient Near East. — 2012. — P. 285.
  4. ↑ 1 2 Paipetis, S. A. The Genius of Archimedes -- 23 Centuries of Influence on Mathematics, Science and Engineering: Proceedings of an International Conference held at Syracuse, Italy, June 8-10, 2010 / S. A. Paipetis, Marco Ceccarelli. — Springer Science & Business Media, 2010. — P. 416. — ISBN 9789048190911.
  5. ↑ Clarke, Somers. Ancient Egyptian Construction and Architecture / Somers Clarke, Reginald Engelbach. — Courier Corporation, 1990. — P. 86–90. — ISBN 9780486264851.
  6. ↑ Faiella, Graham. The Technology of Mesopotamia. — The Rosen Publishing Group, 2006. — P. 27. — ISBN 9781404205604. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 3 января 2020 года.
  7. ↑ 1 2 Moorey, Peter Roger Stuart. Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence. — Eisenbrauns, 1999. — P. 4. — ISBN 9781575060422.
  8. ↑ Arnold, Dieter. Building in Egypt: Pharaonic Stone Masonry. — Oxford University Press, 1991. — P. 71. — ISBN 9780195113747.
  9. ↑ Woods, Michael. Ancient Machines: From Wedges to Waterwheels / Michael Woods, Mary B. Woods. — USA : Twenty-First Century Books, 2000. — P. 58. — ISBN 0-8225-2994-7. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 4 января 2020 года.
  10. ↑ Wood, Michael. Ancient Machines: From Grunts to Graffiti. — Minneapolis, MN : Runestone Press, 2000. — P. 35, 36. — ISBN 0-8225-2996-3.
  11. ↑ Kemp, Barry J. Ancient Egypt: Anatomy of a Civilisation. — Routledge, May 7, 2007. — P. 159. — ISBN 9781134563883. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 1 августа 2020 года.
  12. ↑ Baker, Rosalie. Ancient Egyptians: People of the Pyramids / Rosalie Baker, Charles Baker. — Oxford University Press, 2001. — P. 23. — ISBN 978-0195122213.
  13. ↑ G. Mokhtar. Ancient civilizations of Africa. — Unesco. International Scientific Committee for the Drafting of a General History of Africa, 1981-01-01. — P. 309. — ISBN 9780435948054. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 2 мая 2022 года.
  14. ↑ Fritz Hintze, Kush XI; pp.222-224.
  15. ↑ Siege warfare in ancient Egypt (недоступная ссылка — история). Tour Egypt. Дата обращения: 23 мая 2020.
  16. ↑ Bianchi, Robert Steven. Daily Life of the Nubians. — Greenwood Publishing Group, 2004. — P. 227. — ISBN 978-0-313-32501-4.
  17. ↑ Humphris, Jane; Charlton, Michael F.; Keen, Jake; Sauder, Lee; Alshishani, Fareed (2018). "Iron Smelting in Sudan: Experimental Archaeology at The Royal City of Meroe". Journal of Field Archaeology. 43 (5): 399. doi:10.1080/00934690.2018.1479085. ISSN 0093-4690.
  18. ↑ Collins, Robert O. A History of Sub-Saharan Africa / Robert O. Collins, James M. Burns. — Cambridge University Press, 8 February 2007. — ISBN 9780521867467. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 9 июля 2021 года.
  19. ↑ Edwards, David N. The Nubian Past: An Archaeology of the Sudan. — Taylor & Francis, 29 July 2004. — ISBN 9780203482766. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 9 июля 2021 года.
  20. ↑ Humphris J, Charlton MF, Keen J, Sauder L, Alshishani F (June 2018). "Iron Smelting in Sudan: Experimental Archaeology at The Royal City of Meroe". Journal of Field Archaeology. 43 (5): 399—416. doi:10.1080/00934690.2018.1479085.
  21. ↑ Selin, Helaine. Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Westen Cultures. — Springer Science & Business Media, 2013. — P. 282. — ISBN 9789401714167.
  22. ↑ Житомирский, 1981, с. 19.
  23. ↑ Кудрявцев, 1982.
  24. ↑ Wright, M T. (2005). "Epicyclic Gearing and the Antikythera Mechanism, part 2". Antiquarian Horology. 29 (1 (September 2005)): 54—60.
  25. ↑ People’s Daily Online (June 13, 2005). China resurrects world’s earliest seismograph Архивная копия от 26 июля 2014 на Wayback Machine. Retrieved on 2005-06-13.
  26. ↑ Needham, 1986, Vol. IV, Pt. II, p. 392.
  27. ↑ Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill (1986). Islamic Technology: An illustrated history, p. 54. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42239-6.
  28. ↑ Lucas, Adam (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology, Brill Publishers, p. 65, ISBN 90-04-14649-0
  29. ↑ Eldridge, Frank. Wind Machines. — 2nd. — New York : Litton Educational Publishing, Inc., 1980. — P. 15. — ISBN 0-442-26134-9.
  30. ↑ Shepherd, William. Electricity Generation Using Wind Power. — 1. — Singapore : World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2011. — P. 4. — ISBN 978-981-4304-13-9.
  31. ↑ Taqi al-Din and the First Steam Turbine, 1551 A.D. Архивировано 18 февраля 2008 года., web page, accessed on line 23 October 2009; this web page refers to Ahmad Y Hassan (1976), Taqi al-Din and Arabic Mechanical Engineering, pp. 34-5, Institute for the History of Arabic Science, University of Aleppo.
  32. ↑ Ahmad Y. Hassan (1976), Taqi al-Din and Arabic Mechanical Engineering, p. 34-35, Institute for the History of Arabic Science, University of Aleppo
  33. ↑ Lakwete, Angela. Inventing the Cotton Gin: Machine and Myth in Antebellum America. — The Johns Hopkins University Press, 2003. — P. 1–6. — ISBN 9780801873942. Архивная копия от 22 сентября 2023 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 20 апреля 2021 года.
  34. ↑ Smith, C. Wayne. Cotton: Origin, History, Technology, and Production / C. Wayne Smith, J. Tom Cothren. — John Wiley & Sons, 1999. — Vol. 4. — P. viii. — «"The first improvement in spinning technology was the spinning wheel, which was invented in India between 500 and 1000 A.D."». — ISBN 978-0471180456. Архивная копия от 1 апреля 2017 на Wayback Machine Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 1 апреля 2017 года.
  35. ↑ Spinning Wheel (англ.). National Museum of American History. Дата обращения: 25 мая 2020. Архивировано 9 августа 2020 года.
  36. ↑ Žmolek, Michael Andrew. Rethinking the Industrial Revolution: Five Centuries of Transition from Agrarian to Industrial Capitalism in England. — BRILL, 2013. — P. 328. — «The spinning jenny was basically an adaptation of its precursor the spinning wheel». — ISBN 9789004251793. Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 29 декабря 2019 года.
  37. ↑ Koetsier, Teun (2001), "On the prehistory of programmable machines: musical automata, looms, calculators", Mechanism and Machine Theory, 36 (5), Elsevier: 589—603, doi:10.1016/S0094-114X(01)00005-2.
  38. ↑ Kapur, Ajay; Carnegie, Dale; Murphy, Jim; Long, Jason (2017). "Loudspeakers Optional: A history of non-loudspeaker-based electroacoustic music". Organised Sound. 22 (2). Cambridge University Press: 195—205. doi:10.1017/S1355771817000103. ISSN 1355-7718.
  39. ↑ Professor Noel Sharkey, A 13th Century Programmable Robot (Archive), University of Sheffield.
  40. ↑ "Episode 11: Ancient Robots", Ancient Discoveries, History Channel, Архивировано из оригинала 1 марта 2014, Дата обращения: 6 сентября 2008 Источник. Дата обращения: 2 мая 2022. Архивировано 1 марта 2014 года.
  41. ↑ Howard R. Turner (1997), Science in Medieval Islam: An Illustrated Introduction, p. 184, University of Texas Press, ISBN 0-292-78149-0
  42. ↑ Donald Routledge Hill, «Mechanical Engineering in the Medieval Near East», Scientific American, May 1991, pp. 64-9 (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering Архивная копия от 25 декабря 2007 на Wayback Machine)
  43. ↑ Lu, 1988.
  44. ↑ Ronalds, B.F. Sir Francis Ronalds: Father of the Electric Telegraph. — London : Imperial College Press, 2016. — ISBN 978-1-78326-917-4.
  45. ↑ Ronalds, B.F. (July 2016). "Francis Ronalds (1788-1873): The First Electrical Engineer?". Proceedings of the IEEE. doi:10.1109/JPROC.2016.2571358. S2CID 20662894.
  46. ↑ Wheeler, Lynde, Phelps. Josiah Willard Gibbs - the History of a Great Mind. — Ox Bow Press, 1951. — ISBN 1-881987-11-6.

Литература

править
Источник — https://ru.wiki.x.io/wiki/История_инженерного_дела