Câu chuyện buồn về tàu hơi nước đầu tiên trên thế giới và người phát minh ra nó
“…Tôi đang ở trong một tình huống đáng buồn. Khi tôi làm tốt nhất có thể, tôi chỉ khơi dậy sự thù địch.”
Denis Papin (trích từ một lá thư gửi Leibniz, 1712)
Denis Papin (trích từ một lá thư gửi Leibniz, 1712)
Lịch sử tóm tắt của động cơ đầu tiên
Người ta không biết chính xác khi nào cơ chế đầu tiên được thiết kế để sản xuất hàng loạt các mặt hàng cần thiết cho con người được phát minh. Nhưng nhờ vào những ghi chép do nhà thông thái Archimedes để lại, những mô tả về các cơ chế đáng kinh ngạc được thiết kế cách đây hàng ngàn năm và hoạt động hoàn hảo vì lợi ích của người xưa đã được truyền lại cho chúng ta sau nhiều thế kỷ. Những cỗ máy thời tiền sử này được điều khiển bằng sức mạnh cơ bắp của con người, còn những cỗ máy lớn nhất thì được điều khiển bằng sức mạnh động vật. Vì vậy, động cơ đầu tiên chính là con người và những trợ lý bốn chân của con người (ngoại trừ con mèo – không bao giờ có thể đưa nó vào công việc có ích cho xã hội).
Tư tưởng của con người không dừng lại ở đó, và ngay từ những năm xa xưa, con người đã bắt đầu nghĩ rằng sẽ thật tuyệt nếu thay thế sức mạnh của động vật bằng một nguồn năng lượng liên tục nào đó mà không cần phải cho ăn và uống. Sau đó, có người nhận thấy một dòng sông chảy vô nghĩa gần đó và không mang lại lợi ích đáng kể nào cho sản xuất. Có người đã quyết định sử dụng sức mạnh của nước để làm cho dòng sông hoạt động vì lợi ích của loài người lười biếng. Đây chính là cách phát minh ra chiếc đầu tiên. những câu chuyện động cơ - nước.
Lúc đầu, nó được sử dụng để nâng (bơm) nước từ sông và bơm vào kênh tưới tiêu (bơm nước), sau đó dùng để xay bột (cối xay nước). Sau đó, con người bắt đầu sử dụng lực từ nước để vận hành trục của nhiều loại máy móc được thiết kế để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác nhau. Động cơ nước cổ xưa khá thô sơ: nước làm quay một bánh xe lớn và từ đó chuyển động quay được truyền qua các bánh răng và trục đến trục truyền động của một số máy công cụ.
Ở đây nảy sinh một trục trặc nhỏ trong thiết kế: dòng nước làm quay bánh xe nước với tốc độ không đổi, nhưng máy móc lại cần quay với tốc độ thay đổi, và thường là ở tốc độ lớn hơn tốc độ của bánh xe. Các nhà cơ học cổ đại khá thông minh và đã học được cách thay đổi tốc độ quay của trục truyền động bằng các bánh răng có đường kính khác nhau: khi chuyển từ bánh răng nhỏ sang bánh răng lớn, tốc độ quay chậm lại, nhưng lực truyền đi tăng lên, và ngược lại, khi chuyển từ bánh răng lớn sang bánh răng nhỏ, tốc độ quay tăng lên, còn lực thì giảm. Bằng cách kết nối các bánh răng có đường kính khác nhau (với số răng khác nhau), có thể thu được nhiều tỷ số truyền động, điều này rất quan trọng đối với máy khi thực hiện công việc phức tạp. Đây chính là cách hộp số nhiều cấp được phát minh - hộp số thời tiền sử.
Một thời gian ngắn sau, con người bắt đầu sử dụng năng lượng gió và bắt đầu chế tạo động cơ gió - cối xay gió. Nhưng gió là nguồn năng lượng quá thất thường: đôi khi gió thổi, đôi khi thì không, đôi khi gió thổi quá yếu hoặc thổi sai hướng, và đôi khi gió đột nhiên thổi mạnh đến nỗi cối xay bị đổ. Nhưng nước trong sông luôn chảy theo một hướng, làm quay bánh xe với tốc độ gần như không đổi. Phát minh ra động cơ nước đánh dấu sự khởi đầu của một giai đoạn quan trọng trong cuộc sống của nhân loại – sự chuyển đổi từ lao động chân tay sang lao động máy móc.
Giải pháp cho vấn đề lấy năng lượng từ sông đã tạo động lực mạnh mẽ cho sự phát triển của tư duy thiết kế và làm sáng tỏ một nghề mới: kỹ thuật viên cơ khí. Công trình kỹ thuật cổ đại thú vị nhất là một xưởng cưa từ thế kỷ 17.
Nhờ một bộ bánh răng hình trụ phức tạp được kết nối tuần tự, chuyển động quay được chuyển hướng khỏi bánh xe nước và chia thành hai luồng công suất. Đầu tiên, thông qua một tay quay và các thanh truyền, tạo ra chuyển động qua lại của lưỡi cưa, và thứ hai được truyền đến một cơ chế phức tạp để kéo khúc gỗ hoặc tấm ván vào lưỡi cưa. Bằng cách thay đổi đường kính của bánh xe, có thể điều chỉnh cả tốc độ của lưỡi cưa và tốc độ của khúc gỗ.
Dần dần, các nhà máy lớn nhỏ bắt đầu mọc lên dọc theo bờ sông: nhà máy kéo sợi, nhà máy cán bông, nhà máy cưa. Kết quả là ngày càng nhiều người rời bỏ nghề nông để tham gia vào công việc công nghiệp, và một giai cấp mới bắt đầu xuất hiện – giai cấp vô sản.
Nhưng động cơ nước hóa ra cũng không lý tưởng. Đầu tiên, các nhà máy được “gắn chặt” với các con sông, và không phải khu vực nào cũng có sông. Thứ hai, ở một số vương quốc-nhà nước, mùa đông rất lạnh và động cơ nước bị đóng băng. Và các thợ máy trên khắp thế giới bắt đầu đau đầu tìm cách phát minh ra một loại động cơ sao cho hoạt động của nó không phụ thuộc vào ý muốn của Mẹ Thiên nhiên và không bị ràng buộc với dòng sông.
Lịch sử phát minh ra động cơ hơi nước
Khuỷu tay gần, hãy cố cắn vào đó. Vâng, các nhà cơ học cổ đại không thể tìm ra nguyên lý để chế tạo một động cơ có thể hoạt động mà không cần sự trợ giúp của các lực lượng tự nhiên thất thường. Cần phải có một động lực nào đó, nhưng bạn có thể lấy nó ở đâu?
Và rồi, như thường lệ, Đức vua Chance đã đến cứu giúp nhân loại.
Một ngày nọ, một nhà khoa học có họ buồn cười là Papin quyết định luộc một ít khoai tây. Anh ta đặt chiếc chảo lên bếp, một lúc sau nước sôi và hơi nước thoát ra bắt đầu làm nắp chảo kêu lạch cạch một cách khó chịu. Hiện tượng phổ biến này, được nhiều người trên khắp thế giới quan sát một cách vô tư hàng triệu lần, đột nhiên khiến Papin tò mò. Ông đặt một hòn đá lên nắp và bắt đầu quan sát: chuyện gì sẽ xảy ra tiếp theo?
Chiếc nắp vẫn bất động một lúc, nhưng sau đó lại bắt đầu rung chuyển. Bố cho vào một viên đá to hơn, một lúc sau, hơi nước lại bắt đầu làm rung nắp nồi. Nhà khoa học, như thể bị mê hoặc, quan sát một lúc lâu mà không rời mắt khi hơi nước bướng bỉnh đẩy nắp lên, sau đó áp suất hơi nước giảm xuống, và nắp, dưới sức nặng của hòn đá, hạ xuống, rồi lại nhô lên. Và tình trạng này tiếp tục cho đến khi nước sôi cạn hoàn toàn.
Bố thêm chút nước, rồi một ý tưởng thú vị nảy ra trong đầu ông. Anh ta lấy một cái nắp khác có đường kính nhỏ hơn, vừa khít bên trong chảo, gần như không chạm vào thành chảo. Khi nước sôi, ông hạ nắp vào bên trong và ngạc nhiên khi phát hiện hơi nước đang tỏa đều từ bên dưới, và nắp nồi, dưới áp lực của hơi nước, nhanh chóng dâng lên ngang mép chảo. Bố đổ thêm nước sao cho nắp gần chạm tới đáy rồi lặp lại thí nghiệm. Hơi nước lại ép vào nắp và đẩy nó ra khỏi chảo, nhưng lúc này nắp đã di chuyển xa hơn trước. Tại đây, Papin nhận ra rằng nước sôi có thể tạo ra một lực mạnh và bắt đầu nghĩ cách lấy lực này ra khỏi nước và khiến nó làm quay bánh xe dẫn động của máy.
Trong hoàn cảnh buồn cười như vậy, nguyên lý hoạt động của động cơ piston đầu tiên đã được phát hiện, trong đó nắp là piston và nồi là xi lanh. Papin đã phác thảo ý tưởng sử dụng sức mạnh hơi nước để thực hiện công việc hữu ích trong tác phẩm “Nghệ thuật mới” (1707) của mình.
Sau khám phá này, thợ máy chỉ phải tìm cách chuyển đổi chuyển động qua lại của piston thành chuyển động quay của bánh xe. Điều này đạt được thông qua một thanh (thanh truyền) gắn vào piston và một vòng kim loại nặng - một bánh đà, quay lên do lực đẩy của thanh truyền và đạt được quán tính sau khi piston hoàn thành hành trình làm việc, đưa piston trở lại vị trí ban đầu - đẩy nắp vào chảo, được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách giảm mạnh áp suất trong chảo do hơi nước thoát ra bên ngoài. Và bánh đà được kết nối với thanh truyền bằng một thanh ngắn gọi là tay quay. Ba bản lề giúp các bộ phận có thể di chuyển được. Đó là tất cả những lời khôn ngoan.
Vì vậy, vào đầu thế kỷ 18, tình cờ một động lực sáng tạo đã nảy sinh và cuối cùng dẫn đến việc tạo ra động cơ piston đầu tiên, sau này được gọi là động cơ hơi nước.
Điều trên cho thấy rằng tất cả những phát minh quan trọng nhất đều cực kỳ đơn giản và những manh mối dẫn đến chúng nằm ngay bên cạnh chúng ta, nhưng không phải ai cũng có cơ hội nhìn thấy chúng.
Vì nước được đun sôi bằng lửa bên ngoài xi lanh nên động cơ hơi nước, theo phân loại được áp dụng vào thế kỷ 19, được gọi là động cơ đốt ngoài, nhưng vào những năm xa xôi của thế kỷ 18, chúng được gọi một cách ít hoa mỹ hơn - "máy chữa cháy".
Rõ ràng là chiếc chảo Papin nói trên không thể hoạt động như một động cơ hơi nước phù hợp để thực hiện nhiều nhiệm vụ sản xuất khác nhau, và trong lịch sử chế tạo động cơ được chấp nhận rộng rãi, vinh dự phát hiện ra động cơ hơi nước đầu tiên thường không được dành cho ông.
Chỉ có một điều chắc chắn được biết: Denis Papin là một người đàn ông cực kỳ tài năng và đã đi vào lịch sử với tư cách là người phát minh ra van an toàn đầu tiên trong nồi hơi áp suất cao, giúp cứu sống nhiều người và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.
Lịch sử phát minh ra tàu hơi nước đầu tiên
Tuy nhiên, xét theo thư từ còn sót lại giữa Denis Papin và nhà khoa học người Đức nổi tiếng Leibniz, nhà phát minh này vào năm 1707 vẫn có thể hiện thực hóa ước mơ của cả cuộc đời mình và chế tạo ra một động cơ hơi nước hoạt động được. Và không chỉ chế tạo mà còn thử nghiệm và tìm ra ứng dụng thực tế, cải tiến nó thành động cơ hàng hải cho tàu buồm nhỏ. Trên thực tế, Papin là người đã chế tạo ra chiếc tàu hơi nước đầu tiên trên thế giới, đi trước kỷ nguyên đóng tàu hơi nước tới 100 năm. Theo nhà phát minh, cỗ máy hoạt động trơn tru và đáng tin cậy, còn tàu buồm có thể dễ dàng đi ngược dòng.
Nhưng những nhà cai trị hẹp hòi của Đức không những không tỏ ra hứng thú với phát minh này mà còn không cấp cho Papin quyền (giấy thông hành) đi thuyền từ cửa sông. Từ Fulda đến Weser và đến Bremen, cuối cùng đến London, nơi ông hy vọng sẽ thu hút được sự chú ý lớn đối với khám phá của mình. Bị đẩy vào ngõ cụt trong cuộc sống, nhà phát minh, bị hạn chế nghiêm trọng về tài chính, đã quyết định thực hiện một bước đi liều lĩnh - ra khơi mà không được phép, không có giấy phép đã cấp, lên tàu hơi nước của mình ở Kassel cùng với gia đình và hành trang ít ỏi của mình và khởi hành vào sáng ngày 24 tháng 1707 năm XNUMX. Con tàu gỗ với hai bánh lái lớn đã đến làng Locha gần Münden, nơi nó neo đậu vào bờ để bổ sung nguồn cung cấp than.
Con tàu kỳ lạ này, thở ra hơi nước ồn ào và bao phủ trong những đám khói dày đặc, đối với những chủ tàu địa phương lạc hậu về mặt kỹ thuật, có vẻ như là một con quỷ dữ khủng khiếp đến từ địa ngục, ngoài ra, còn có ý định ngang nhiên lướt qua vùng nước mà họ độc quyền mà không cần giấy phép. Những người chủ của những chiếc thuyền buồm vô cùng tức giận, kéo “tàu hơi nước thời tiền sử” vào bờ và đập tan nó thành từng mảnh, đồng thời làm bầm tím hai bên mạn tàu của chủ nhân. Để tưởng nhớ sự kiện này, những người ngu ngốc, mù chữ về mặt kỹ thuật bắt đầu được gọi là những kẻ ngốc.
Bản khắc của một nghệ sĩ vô danh minh họa cảnh phá hủy tàu hơi nước của Papin (hình ảnh nhà phát minh tuyệt vọng được mô tả ở góc dưới bên phải)
Miêu tả trên về sự sụp đổ của con tàu hơi nước là một trò đùa của tác giả, nhưng như chúng ta biết, trong mỗi trò đùa đều có một phần sự thật. Nhiều khả năng, chủ tàu đã trực giác cảm thấy rằng chiếc tàu buồm tự hành này là tiền thân của một loại tàu mới, không phụ thuộc vào dòng chảy và gió thất thường, có khả năng trở thành đối thủ đáng gờm của những chiếc tàu buồm thời tiền sử của họ. Đó là lý do tại sao họ quyết định tiêu diệt kẻ thù nguy hiểm tiềm tàng này ngay từ trong trứng nước.
Quá sốc trước thảm kịch vừa xảy ra, Papin rời bỏ đất nước hoang dã này, mắc kẹt trong thời Trung cổ đen tối, và chuyển đến Anh. Tuy nhiên, đau buồn vì thất bại, ông đã dừng hoạt động sáng tạo và lặng lẽ qua đời, sống những năm cuối đời trong cảnh nghèo đói và hoàn toàn bị lãng quên - ngay cả ngày mất của ông cũng không được biết rõ.
Đây chính là cách mà loài người vô ơn đối xử với một nhà phát minh tài năng đã dành cả cuộc đời để cống hiến cho sự tiến bộ kỹ thuật.
Bản vẽ động cơ tàu của Papin không còn tồn tại, và thực tế về quá trình chế tạo nó vẫn chưa được biết đến trong thế kỷ đó, và vào thế kỷ tiếp theo được tuyên bố là đáng ngờ về mặt lịch sử. Lý do cho điều sau thì rõ ràng: người Đức kiêu hãnh, những người tự coi mình là quốc gia của công nghệ, đã xấu hổ khi thừa nhận rằng họ đã không hiểu được giá trị phát minh của Papin. Và bản thân nhà phát minh là người Pháp, điều này rõ ràng cũng góp phần vào thất bại thảm hại của ông trong việc quảng bá phát minh này ở Đức và là lý do tại sao người Đức phủ nhận việc chế tạo chiếc tàu hơi nước đầu tiên.
Sau đó, nhiều nhà phát minh, không quen với thiết kế máy của Papin, đã cố gắng trong một thời gian dài để tìm ra phương án thiết kế sao cho động cơ hơi nước có thể hoạt động với hiệu quả tối đa có thể và đủ độ tin cậy. Vào những năm khác nhau của thế kỷ 18, nhiều mẫu động cơ hơi nước đã được phát triển, nhưng vấn đề này chưa bao giờ được thực hiện.
Chỉ có người Scotland James Watt mới có thể giải quyết hoàn toàn nhiệm vụ khó khăn này, điều này sẽ được thảo luận bên dưới.
Nguồn:
Baudry de Saunier. Một khóa học chi tiết về cấu trúc của ô tô. Nhà in Nick. Orlovsky, Petrograd, 1916.
Gumilevsky L. Người sáng tạo ra động cơ đầu tiên. Ban biên tập chính của khoa học đại chúng và văn học thanh thiếu niên. Ông M., 1936
Kuznetsov B.V. Phát triển động cơ nhiệt. Nhà xuất bản Năng lượng Nhà nước, M, 1953.
Shpanov N. Sự ra đời của động cơ. Nhà xuất bản Năng lượng Nhà nước, M, 1934.
tin tức