根据推测,起重机发明的具体时间约是公元前10年。那时候,在一本建筑手册里,一位叫维特鲁维斯的罗马建筑师描述了关于起重机的情况。这种机械装有一根桅杆,杆顶有滑轮,由牵索使桅杆的位置得到固定,用绞盘拉动通过滑轮的缆索,使物件吊起。有些起重机可用两根桅杆,构成人字形,可以把吊起的重物横向移动,但不会有多大的移动幅度,操作起来也非常吃力。
在中世纪的欧洲,人们崇敬上帝,到处都矗立起高大的教堂。要把建筑材料弄到屋顶上去,自然离不开起重机。至于修建那些高耸的塔楼和塔尖,尽管用到的单个石头很小,可要提升的高度却不是以前的建筑所能比拟的。这或许就是因为发明了杆式起重机的缘故。
所谓杆式起重机都有一个长臂,向水平方向伸出,在中世纪英国的建筑史中称之为hawke。从1078年起对伦敦塔的修建,也使用了这种长臂起重机。值得一提的是,建筑物建好后,人们却因为考虑到维修时也许还会用它,所以并不急于将起重机搬走。据说,在科隆教堂旁边,有一台16世纪的起重机竟然一直待了300年,还没有被弄走。
进入14世纪以后,转臂式起重机在意大利出现。它有一根倾斜的悬臂,臂顶装有滑轮,既能升降还能够旋转。它使用起非常灵活,效率也非常高,很快就在欧洲各国的码头上露面了。
19世纪以来,人们对起重机进行了比较大的改进。1805年,英国工程师伦尼应伦敦船坞的要求,为他们建造了一批蒸汽起重机。1846年,水力起重机问世,它的发明应归功于阿姆斯特朗。
从20世纪初起,欧洲开始使用塔式起重机。到30年代,活动式起重臂出现在起重机上。有了各种各样的起重机,建造现代化的建筑物和从事大规模起卸货物就变得可能了。
丝绸的由来
丝绸是在中国首先出现的。它的发明与应用,极大地丰富了人们的物质文化生活,是中国古代人民对人类文明的重大贡献之一。
1977年,在浙江余姚的河姆渡遗址中,考古学家挖掘出一个骨制盅。人们惊奇地发现,盅上刻制有4条形态逼真的蚕纹,蚕的头部和身上的横节纹历历在目。这说明,早在7000年前,河姆渡人就开始开始注意蚕了。
在距今4700年前的浙江吴兴的钱山漾遗址,丝帛、丝带和丝绳之类的实物陆续出现,说明古籍中“伏羲氏化蚕”、“嫘祖教民养取丝”的传说是有据可考的。
在甲骨文和铜器铭文中,出现了“蚕”、“茧”、“丝”等字眼,而有“丝”旁和与“系”字有关的象形字非常之多。商王还设置了“上丝”这个官职。
战国时期,热锅上架起的丝框出现,大大地提高了缫丝的产量,不过需要两人操作。进入汉代,人们创造出一人操作的缫丝机,这种机器使用踏杆使丝框产生转动作用。
在唐宋元三代,人们对脚踏缫车进行了重大改进。元代的王祯在《农书》中说:在长江南北的农村,改进过的踏脚式南缫车和北缫车已经得到普及。
明代科学家宋应星在《天工开物》一书中,还总结出一句缫丝的六字诀,就是“出口干、出水干”。出口干,是讲蚕茧解舒好以后,缫丝要确保一个头抽干净;出水干,是说缫丝时要随缫随干,才能使丝质的坚韧性和色泽得到保证。
将蚕丝缫制完毕,就要用工具编织成丝绳和丝带,再经纬交织成丝绸,就可以用来制作服饰了。关于编织的起源,很可能是从编筐篮、结渔网起源的。
从战国至汉代,有框架的多综多蹑织机、花楼式束综提花机先后出现。使用它们时,总要用蹑(脚踏杆)代替手来提综,从而使花纹循环数得到增加,花纹从传统的商绮、周锦的对称几何纹,逐步发展为动物纹、人物纹等较为复杂的花纹。
到了汉代,中国的丝织技术已经达到精湛的地步。20世纪70年代初,在长沙马王堆西汉墓中,出土了一件素纱禅衣,衣长128厘米,袖长190厘米。更让人惊奇的是,整件衣服虽然做工复杂,却仅有49克,连一两都不到。
中国的丝织品传入中亚、西亚和欧洲的时候,是在汉武帝派张骞通西域之后。那时候,联结中西双方友谊的,是一条闻名天下的“丝绸之路”。早在公元前4世纪,外国人就知道中国是丝绸大国,送给中国一个雅号——赛里斯,就是丝国的意思。
但是,中国人虽然将丝绸卖到西方,却一直严守丝绸生产技术的秘密。直到552年,居住在君士坦丁堡的拜占庭帝国皇帝查士丁尼获得了一批走私丝绸及技术。后来,阿拉伯人得到了制丝技术,并加以发展,丝绸技术才慢慢地在近东地区流传开来。
人造纤维的由来
早在1664年,英国皇家学会的胡克博士写成了《显微绘图》一书。在这部着作中,他说:“或许可以找到制造黏性东西的某种方法。这种黏性东西通过网筛拉出后,和蚕吐出的丝类似,或许它有比蚕丝更优秀的特点。”
胡克的预言非常正确。他所说的那种东西就是人造纤维。在今天,人们非常熟悉这种东西,把他看作平常之物。
进入18世纪,法国化学家雷奥米尔明确指出,人造纤维很可能会被成功地制造出来。不过,直到19世纪,一个叫安德曼的瑞士化学家通过不懈的努力,成为生产人造丝的第一人,并获得了专利权。
1883年,英国科学家斯旺对灯丝产生兴趣,到处寻找做灯丝的材料,他用溶于醋酸的硝化纤维素通过许多小孔的方法,居然意外地造出了一种人造纤维。
可是,人们并没有因为斯旺的发现,而改变对人造纤维意义的狭隘认识。若干年后,研究蚕病起因的德·夏尔多内想在法国创办一个工厂,进行人造丝的批量生产。1889年,他的人造丝在巴黎博览会上展出,全世界都为之震惊!人们终于发现,不起眼的人造纤维是一项多么重要的发明啊!
没过多久,德国人获得了生产铜铵嫘萦的专利,而铜铵嫘萦就是一种人造丝。
人造纤维生产的第三次突破,是在英国出现的。当时,克罗斯、贝文和比德尔这三位化学家创造了生产粘胶纤维的方法。
生产人造纤维的方法使许多新奇的纺织品问世。1910年,德国的一家本伯格公司第一次用粘胶纤维作为织袜子的原料。
对人造纤维而言,最初主要是作为丝的代替品出现的。1924年,利莲菲尔德博士取得了一项专利,被准许生产高强度的人造纤维,仅仅过了几年,这种高强度的人造纤维就被当做汽车轮胎的的帘布来使用了。
1938年,美国的卡罗瑟斯博士通过试验,发现了一种新材料——尼龙。尼龙就是人们都知道的聚酰胺纤维。杜邦公司抢在同行之先,第一次大批量生产尼龙制品。
1941年,化学家通过研究又发现了涤纶。这种合成聚酯纤维与尼龙颇有不同之处。它是用从石油获得的乙二醇和对酞酸作原料制成的,有很多应用的途径,特别适合与羊毛之类的天然纤维混纺。它与尼龙相同的一点是具有热塑性,能反复编织和加工成型。
除此之外,用来做日常用品的合成纤维,还有弹性纤维、玻璃纤维、丙烯纤维、聚烯烃纤维、金属纤维、粘合纤维和聚氯乙烯等。人造纤维的用途涉及到人们日常生活的很多方面。
尼龙的由来
在众多有机合成材料中,尼龙是最早被发明出来的。作为一种合成纤维,尼龙是从煤、空气和水、石油、天然气中提取出来的。尼龙的出现,极大地影响了人们的日常生活。
以前,人们身上穿的、睡觉盖的,都要以天然纤维为原料。这些天然纤维有丝绸、棉花、树皮等等。自从有了尼龙纤维,人类制作衣服的物质来源就被大大拓展了。
尼龙的发明,归功于一个名叫华莱士·卡洛萨斯的科学家,他曾在伊利诺伊大学和哈佛大学从事过短时间的教学工作。
1928年,32岁的卡洛萨斯到杜邦化学公司去上班。在这里,他对巨分子物质进行了系统研究,开创了塑料研究的辉煌时代。氯丁橡胶的发明是他的一项重要成就。这种化学物质可以作为橡胶的替代品,不渗油,不受变化的温度影响,如果用于制作塑料水管、垫圈及汽车发动机上的带子,绝对可以制造出理想的产品。
此后,卡洛萨斯继续领导自己的研究小组,进行科学实验。他使酸与醇发生反应,得到了一种超级聚合物。助手朱利安·希尔则发现长链分子能够被拉开,使其加固。1934年,另外一个叫唐纳德·科夫曼的助手,通过酸醇反应模式,找到了一种聚合物的链状分子,然后产生了一种尼龙产品。
在卡洛萨斯的领导下,它的研究组还创造出一种挤压机,能够在尼龙生产中脱掉水分,使薄的、连续不断的细线生产出来。
1935年2月28日,卡洛萨斯小组将各含6个碳原子的酸和醇进行合成,形成了一种树脂,命名为“尼龙六六”。他们发现,这种物质能够拉成极细的线,可以成为丝绸的理想的替代品。
后来,卡洛萨斯不幸染上严重的抑郁症,于1937年自杀身亡。可是杜邦公司没有因为英才罹祸而停止生产尼龙。就在1938年,第一批尼龙袜进入市场。
第二次世界大战期间,尼龙成了降落伞、蚊帐、网、船绳等物品的用料。由于这些产品有很强的军用价值,市场上不再出现尼龙袜,这种情况直到战争结束后才有所改变。
战后,不但尼龙袜出现,各种类型的尼龙纺织品也层出不穷。人们不但用尼龙做衣服,还用它做各种民间用品。从浴帘到床上用品,从地毯到安全带,从救火水管到人造毛皮……只要人们稍稍留意,就会发现尼龙在生活中无处不在。
在众多尼龙产品中,以尼龙服装最为流行。尼龙这件不起眼的物质,甚至改变着世界时装的发展进程。
地震仪的由来
古代文献中有很多关于地震的记载,最早在舜帝时,人们就已经注意这种自然现象了。可是一直到西汉,还没有关于研究地震的记录。直至到了东汉,科学家张衡发明了地动仪,人类对地震的研究才得以启动。
张衡是河南南阳人,在他生活的那个时代,总是发生地震,百姓深受其害。有一年,京城洛阳发生大地震,地面陷裂,地下涌出洪水,房屋大量倒塌,许多灾民只得远离故土,到别处谋生。这件事使张衡受到很大触动,于是,他下决心对地震进行真正的研究,试图设计一种先进仪器,使之具有监测地震的能力。
张衡以对地震方向性的认识为基础,又受到建筑中“都柱”(宫室中间设柱)的重要启示,公元132年,他终于发明了一种能够监测地震的仪器——地动仪。这是世界上第一架地震仪。这一仪器的出现,证明我国的地震研究在当时走在世界前列。
张衡苦心创造出的这个仪器,“以精铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒樽”,里面的结构非常精巧,发挥主要作用的是中间的“都柱”,相当于一种倒立型的震摆。在它周围,还有八组机械装置。樽外相应地安装了8条口含小铜珠的龙,分别用来表示东、南、西、北、东南、东北、西北、西南八个方向。
龙倒伏,龙头向下,每个方向各有一只张口的蟾蜍,蹲在龙头之下。一旦发生较强的地震,“都柱”受到震动,就会失去平衡而触动八组机械装置中的一组,使相应的龙口张开,小铜珠就落到蟾蜍口中,发出清脆的响声,从而提示人们,使人们掌握地震发生的时间以及方向。
现在,北京的国家博物馆和科技史馆中收藏的地动仪模型,是今人根据古代文献中的记载制作而成的。该模型与当年张衡制作的地动仪在总体上是相符的。
张衡当年制成地动仪后,人们还不敢十分相信。公元139年,仪器西边方向的龙嘴里掉下一颗铜珠,监测的官员据此说明京城西方有地震发生。几天后,陇西地区果然有人到京城洛阳报信,说那里有强烈地震出现。这证明了地动仪的预报是较为准确的。
在古代地震学中,张衡的地动仪属于最高成就了。欧洲同类仪器的出现,与地动仪相比足足要晚1700多年。
气压计的由来
气压计是在17世纪出现的,发明者是科学家伽利略的学生托里切利。
1643年,托里切利和他的同事维亚尼,将一些水银灌入一根长约0.9米的一端封闭的管子里,用大拇指将顶端按住,然后把它倒置,使管口在一个装有水银的盘子里浸入。
当实验者拿开大拇指后,管子里的水银就开始下降,在水银的顶端,有6英寸长的一段真空形成。这段真空被后人称为“托里切利真空”。
托里切利对人们解释说,空气的压力向下压盘中的水银,托住管内的水银,使水银柱的重量,与气压产生的上托力恰好平衡,水银柱的高度则用来表示大气压力的大小。根据这个认识,他制造了第一个气压计。这就是今天用来量度大气压力的装置。
后来,帕斯卡尔通过科学研究证实了他的看法。帕斯卡尔把托里切利的气压计带到山顶上去。水银柱在他爬山时就以缓慢的速度下降。越向上爬,空气越稀薄,气压计受大气压力的影响就越小。
托里切利和维亚尼通过仔细观察,还发现每天水银柱的高度都会发生细微的变化。不久,他们又发现气压低,往往表示天气不稳定,要不就是快有暴风雨了。以他们的这个发现为依据,有些国家在1649年开始进行系统的气象观察,而气压计则为科学家们提供很有用的资料,成了他们不可缺少的法宝。
1843年,世界上第一个非水银气压计问世,它的设计者是一个名叫维迪的法国人。它有一个扁平的金属盒,盒内空气自然要完全抽出来。现在家用的气压计与当初维迪设计的仪器基本相同,都显得小巧坚固,是一种无液气压计。
通讯电子
电话的由来
电话是在北美洲首先问世的,它的发明者是出生于英国苏格兰地区的科学家亚历山大·格雷厄姆·贝尔,他是美国人民的骄傲。
1862年,贝尔就读于赫赫有名的爱丁堡大学。在读书期间,他想到电话装置能帮助听力受损的人得到丰富的信息,就决定为这个目标而奋斗。贝尔还拜访了电报的发明人之一查尔斯·惠斯登,与他探讨如何将先进技术应用于电话。
毕业之后,贝尔进入波士顿大学,通过努力工作,终于成为一名声音心理学教授。他在学校里专门研究对聋哑人的语言教育,这种研究方向使他联想到了自己在上学期间的兴趣。自己不是对电话装置很感兴趣么?而这种装置如果用在教育方面,将会使多少聋哑人受益呀!想到这里,他开始研究电学,希望通过电流使声音向外传播。
一位名叫加德纳·哈伯德的着名科学家对他的实验表示赞同,并无私地给予设备资助。后来,贝尔有幸成为哈伯德的乘龙快婿。
1874年,贝尔遇到了年仅18岁的电气技师沃特森。贝尔非常欣赏沃特森的才华,于是聘任他为自己的助手,与他一道继续展开对电话的研究。沃特森在科研方面表现得非常出众,这使得贝尔更愿意与他合作。他们默默地对电话设备进行改进,使之臻于完美。