A találmányok szerepe az emberi civilizáció történetében

Hogyan függ össze a vulkáni működés és a görögtűz?

Mindig van egy ötlet, ami sok mindent megváltoztat, gyakran nem kevesebbet, mint magát a történelmet. Egy merész gondolat, új találmányok, váratlan felfedezések – látszólag semmi közük egymáshoz, mégis, a végén egy ok-okozati láncolat rajzolódik ki előttünk. Ez pedig nem más, mint a technikai fejlődés. Csodálkozunk ezen, pedig éppen ma is folytatódik. Ki tudja vajon, hány feltaláló álmodik, gondolkodik, próbál alkotni valami újat, merészet? Miként folytatódik tovább a történelem?

Az ókori civilizációkban a következőképpen próbálták megoldani az építőkövek egymáshoz rögzítésének ősrégi problémáját.

A babiloniak kátrányt használtak, az egyiptomiak gipszet, de a tökéletes módszerre a rómaiak jöttek rá. Körül-belül az időszámításunk előtti 3. században kezdték alkalmazni a mai Nápoly környékén talált vulkáni hamut, amit a helyiek bodzalananak neveztek. Kiderült, hogy a bodzalana oltott mésszel keverve rendkívül erős kötőanyagot képez. Ez az alapanyag a cement. Ez nagyon jelentős felfedezés volt hiszen, sokkal jobban terhelhető, mintha az építőköveket csak egymásra raknánk. A cement feltalálásának köszönhetően a római építészet rohamos fejlődésnek indult, hiszen attól kezdve felfele építkeztek Rómában. A római építészek látványos diadalíveket, boltozott mennyezeteket és hatalmas kupolákat emeltek. Olyan lenyűgöző sokszintű építményeket is alkottak, mint a Kolosszeum.

A cement lett Róma alapja, hogy az, örök várossá lehessen. Ám a szilárdsága mellett, a római kötőanyagnak volt egy másik különleges tulajdonsága is, ezáltal pedig a város megoldhatott egy másik problémát, amely olyan régi volt, mint a dombok, amelyekre épült.

Hogyan lássa el friss vízzel a lakosságát?

Akkoriban Róma elsődleges ivóvízforrása a Tiberis folyó volt. Ám az egyre növekvő népesség és a folyóba ömlő egyre több tisztítatlan szennyvíz miatt, a római víz egyre egészségtelenebbé vált. Olyan járványok forrása lett, mint a kolera, a tífusz vagy a vérhas. Róma megmentője ezúttal is a cement.

Rómában ma is megtekinthetőek azok az alagutak, amelyek a vízelvezetést oldották meg. Azáltal, hogy a cementet elkezdték használni, a rómaiak rájöttek arra is, hogy a cement felhasználásával olyan vízálló kötőanyagra tettek szert, amely lehetővé teszi a vízvezetékek kiépítését, és nem csak a föld alatt, hanem a környéket behálózó elegáns boltívek tetején is.

Róma polgárai a vízvezetékek hálózatának köszönhetően élvezhették a folyóvíz, a vízöblítéses WC, a közfürdők és a szökőkutak áldását. Ezzel egyidejűleg, a járványok is szinte teljesen megszűntek, a vízhiány pedig távoli emlék maradt csupán. A vízvezetékek lehetővé tették, hogy a városok egyre nagyobbra nőjenek. A sok ember szoros együttélése azonban újabb súlyos problémát idézett elő.

Az ókori Rómában alig múlt el éjszaka anélkül, hogy valahol tűz ne ütött volna ki a városban. A tűzvész gyorsan terjedt a város emeletes házai között. Időszámításunk előtt a 70-es években egy vállalkozó Marcus Licinius Crassus, úgy lett Róma leggazdagabb embere, hogy még akkor megvásárolta ezeket az ingatlanokat tulajdonosaiktól, még akkor, amikor égtek. Ugyanakkor, saját rabszolgáiból erre kiképzett tűzoltó brigádjával eloltotta a lángokat és így lehetővé vált a megvásárolt ingatlanok újrahasznosítása. A befektető, Marcus Licinius Crassus arról is híres volt, hogy ő verte le i.e. 71-ben a Spartacus-féle rabszolga lázadást.

A tűzoltás azonban gyorsan hivatássá vált. Időszámításunk előtt 6-ban Augusztus császár felavatja Róma első hivatásos tűzoltóságát. Mai bajtársaikkal ellentétben az ókori római tűzoltók nem rendelkeztek gépi jármű fecskendőkkel és nagynyomású feszítővágókkal. Kitűnő vízellátással viszont igen, hála a vízvezetékeknek. A kérdés már csak az volt, hogy hogyan juttassák el a vizet a tűzhöz.

Az egyik módszer a hagyományos vödörlánc volt. Ez a megoldás azonban egyáltalán nem volt hatékony, hiszen több víz ömlött a földre, mint a tűzre. Szükség volt egy jobb megoldásra, amellyel a vizet a tűzre zúdíthatták. Ekkor találták fel az úgynevezett szifosz elnevezésű berendezést, amely bármilyen furcsa, de megalapozta évszázadokkal később a reneszánsz kor eljövetelét. Egy kettős működésű szivattyúról van szó, amely úgy működik, hogy amikor a benne lévő két dugattyú egyike felemelkedik, akkor felszívja a vizet, majd amikor lenyomjuk, akkor kipréseli. A kettő együtt, így egyenletes vízáramlást hoz létre.

A kettős működésű szivattyú jóval nagyobb távolságokra volt képest eljuttatni a vizet, mint a vödrök. Modernkori társaikhoz hasonlóan, az ókori tűzoltók is a legközelebbi vízforrásra kötötték rá a szivattyújukat, amelyet a cementkötésű vízvezetékek tápláltak. Ezek a szervezőképességgel társult műszaki ismeretek tették lehetővé, hogy a rómaiak, Európa és Észak-Afrika után, Ázsiára is kiterjesszék birodalmukat, így jött létre a Bizánci Birodalom.

A mai Törökországban, Isztambul néven ismert városban (korábban Konstantinápoly),  ezen szivattyú továbbfejlesztett változatával, halált hozó találmányt (amelyet ma görögtűz néven ismerünk) csináltak belőle. Konstantinápoly évszázadokon át a világ legnagyobb stratégiai fontosságú városának számított. Aki ezt a hajózási útvonalat, a Boszporusz szorost uralta, az rajta tartotta a kezét az Ázsia és Európa közötti kereskedelmen. Ugyanakkor, a tengeri forgalmat is ellenőrizhette a Fekete és a Földközi tenger között. Szó szerint ez volt a világ egyik fő közlekedési csomópontja.

A 6. századra Konstantinápoly a nyugati világ legnagyobb és leggazdagabb városává vált. A bizánci birodalom központja lett. Sikeressége miatt Konstantinápoly célponttá is vált. 674-ben a várost nagy erőkkel bekerítették és ostrom alá vették a szaracénok a szárazföldön és tengeren egyaránt. Bár Konstantinápoly erős falai sebezhetetlenné tették a várost egy közvetlen támadással szemben, az éhségre nem adtak enyhülést. A szaracén tengeri blokád áttörése érdekében a bizánciak új technológiát vetettek be. Egy pusztító hatású folyadék formájában, amely legendává vált.
Ez volt a görögtűz! A kor legfélelmetesebb fegyvere volt, nem létezett nagyobb tűzerő. A kor atombombájának is nevezhetnénk. Egy egész országot meg lehetett védeni vele. Konstantinápolyi feltalálók készítettek egy új kémiai vegyületet, mely a következő anyagokból ált: nyersolaj, fenyőgyanta és állati zsír többféle keveréke. Ha eltaláljuk az arányokat, akkor gyúlékony folyadékot kapunk, amely még a vízen is ég. Ezt találták fel a konstantinápolyi kémikusok.

Tehát, folyadékuk már volt, de szükségessé vált, hogy ezt a gyúlékony folyadékot valamilyen szerkezettel nagy távolságra el tudják juttatni. És a bizánciak rájöttek, akkor hogy a rómaiak által használt szifosz segítségével, annak kisebb átalakításával létrehozták a világ első lángszóróját, oly módon, hogy összesítették a rómaiak szifosz találmányát az általuk feltalált kémiai vegyülettel.

Lássuk, hol tartunk? A vízálló kötőanyagból indultunk ki, amellyel a rómaiak vízvezetékeket építhettek. A vizet pedig tűoltásra is felhasználták a kéziszivattyúkban, vagyis a szifonokban. Ezek a szivattyúk a görögtűzzel együtt Konstantinápoly védelmében játszottak szerepet.

 

A görögtűztől a gőzgépig

A történelmet nem a politikusok és nem is hadvezérek alakítják. Akik előbbre vitte az emberiség ügyét, mindig is a vállalkozó szellemű emberek és a feltalálók voltak. Álmodozók és kalandorok, tudósok és vállalkozók, akik valami újat akartak és mertek befektetni. Nekik és az őket támogató befektetőknek köszönhetően egyre többet ismert meg az emberiség a körülöttünk lévő világból, a természet törvényeiből és abból, miként lehet azokat a szolgálatunkba állítani.

 

A görögtűz birtokában Konstantinápoly biztosította magának a kultúra és tudomány fejlődéséhez szükséges stabilitást. Az évszázadok során Bizánc felhasználta szomszédjainak kultúráját, elsősorban a görgök és arabok tudását és kultúráját, és továbbadta ezeket az orvostudományi, matematikai, filozófiai és természettudományos ismereteket. A bizánci tudósok hozzájárultak az ókori görög írások, így a klasszikus tudomány fennmaradásához.  Ez a tudás kincs!

A 15. században egyre több tudós hagyta el Konstantinápolyt, és kelt útra nyugatra, Itália felé. A bizánci „számkivetettek” Itáliában döntő szerepet játszanak egy szellemi forradalomban, amely kiragadja Európát a sötét középkorból, és új irányba tereli az olyan tudományok fejlődését, mint a matematika, a csillagászat és a fizika.

Ez már a modern kor hajnala: a reneszánsz. A reneszánsz az ókori nyugati civilizáció újjászületése. A görög és római írásokban újra felfedezett ismeretek nagy hatást gyakoroltak a művészet és tudomány fejlődésére. Ebben az időben a művészet és a tudomány még kéz a kézben járt, és ezt semmi sem példázza jobban, mint a reneszánsz kert.  A reneszánsz gondolkodásmód szerint a kert az ember találékonyságénak és természet szépségének egyensúlyát képviselte. Ezt az egyensúly pedig a reneszánsz szökőkutak testesítik meg. A Róma közelében álló Villa d’Este szökőkútjait a vízépítő mérnöki tudomány legnagyobb mesterművei között tartják számon. Bármerre nézünk, sok száz vízsugár és csurgó vize ömlik a medencékbe, kutakba és vályúkba.

A késő reneszánsz nagyhatalmú dinasztiái, köztük a toscanai Medici család is, kertek és fenséges vízi játékok építésével fitogtatták vagyonukat és befolyásukat. Amikor a toszkán nagyherceg kertjének szökőkútjai hirtelen elapadtak, a kor legnagyobb tudósát kérték fel, hogy állapítsa meg hiba okát. Nem más ő, mint Galileo Galilei. Ekkor már idős vak ember volt, aki a világegyetem természetéről vallott radikális nézetei miatt házi őrizetben élt. Ám még a fizika atyjának nevezett nagy Galilei sem talált kielégítő magyarázatot. Ezért átadta a feladatot ígéretes fiatal pártfogoltjának Evangelista Torricellinek.

Torricellinek támadt egy jó ötlete, és meglepő új elméletet alkotott, mely által jobban megérthetjük a minket körülvelő anyagot, a levegőt. Ennél is fontosabb, hogy igazolta valaminek a létezését, amit a természettudomány születése óta mindenki tagadott. Évszázadokon át azt gondolták, hogy a levegő súlytalan. Egészen a 17 századig, amikor Evangelista Torricelli itáliai fizikus meggyőződött róla, hogy a levegő nem csupán tömeggel rendelkezik, hanem nyomással is, ami a rá lefelé ható erőből, vagyis a súlyából adódik. Ezt Toricelli úgy bizonyította, hogy megtöltött higannyal egy csövet, miután teljesen megtöltötte, lezárta a cső egyik végét. A másik végét egy tál higanyba merítette és megnyitotta. A tény, hogy a higany nem ömlött ki a tálba, annak köszönhető, hogy valaminek erőt kell kifejtenie az itt lévő higany felszínére. Ez az erő pedig nem lehet más, mint a levegő súlya. Történetünk szempontjából azonban ennél is fontosabb, hogy a kísérlet leleplezte a természet egyik titkát, amelynek évszázadokon át a létezését is tagadták. Mivel levegő sehol sem juthatott be a csőbe, a lesüllyedő higany mögötti teret az nem tölthette ki. Torricelli pedig éppen ezt kereste, a légüres teret.

Ma már a vákuum mindenütt rendelkezésünkre áll. Azzal takarítunk, világítunk, csomagoljuk az élelmiszereket és a kávénkat is melegen tartja a termoszokban. Ám a 17. században a vákuum gondolata a tudományos gondolkodás teljes megújulásának egyik fordulópontja lett. Mint látni fogjuk döntő szerepet játszott még egy folyamatban, mely az egész emberi társadalmat átalakította, az ipari forradalomban.

Von Guericke, német tudós, feltaláló és politikus, kiszámította, hogy az így létrejött légüres tér több mint ezer kilogramm súly felemelésére képes. Állítása bizonyítására, igás lovakat használt. Ez az általa elvégzett kísérlet megmutatta a „semmi” roppant erejét. Ennek az erőnek a hasznosítása fordulópont volt a történetünkben.

Ez a történet a vízálló cementtel kezdődött, amellyel a kettős működésű szivattyúkat vízzel tápláló vízvezetékek épültek. Ezek a szivattyúk a görögtűzzel együtt segítettek Konstantinápoly védelmében. A helyi tudósok hozzájárultak a reneszánsz kibontakozásához, ami aztán szépséges szökőkutak építéséhez vezetett. Ezek ihlették a vákuum létezésének bizonyítását.

A lakosság megmentésének gyakorlati igényének eredménye a vákuum felfedezése. A 18. században a bányászat a világ egyik legveszélyesebb foglalkozása volt. Ahogyan az aknák egyre mélyebbre nyúlnak, a veszély is egyre nőtt. A bányászok életét nem csak a bányaomlások és a robbanások fenyegették, hanem ki voltak téve egy másik veszélynek is: amennyiben egy rejtett víztározóba ütköztek, az percek alatt eláraszthatta a tárnát. Felmerült a kérdést, hogy hogyan hozható létre elég erős vákuum, ami kiszívhatná a vizet a bányák mélyéről. Erre a kérdésre a választ a leleményes brit mérnökök találták meg. Csak vizet kellett forralni hozzá, hogy gőz keletkezzen. Természetesen a gőzgépről beszélünk. A lehűlő gőz vákuumot hoz létre, amellyel a vizet szivattyúzó dugattyúk működtethetők. Ennek a gépnek az adott korban óriási ereje volt. 3,5 millió liter vizet képes átszivattyúzni csupán négy óra alatt. A gőzgép az ipari forradalom egyik legfontosabb találmánya. Nem csupán a bányászatot korszerűsíti, hanem a gyáripart és az áruszállítást is. Megváltoztatja a világot.

A gőz erejének még hatékonyabb kihasználására egy skót vállalkozó szellemére volt szükség. 1763-ban James Watt műszerészt azzal bízták meg, hogy hozza rendbe egy korai gőzgép méretarányos modelljét. Mivel bosszantotta, hogy néhány fordulatnál tovább nem tudta működésre bírni, Watt hozzálátott, hogy teljesen áttervezze azt. Több mint négy évet áldozott erre, a végeredmény viszont egy újfajta gőzgép, ami négyszer hatékonyabb az elődeinél. A többleterőt azonban nehéz volt féken tartani.

A gőz erejét szabályzó módszer keresése olyan áttörést hozott, ami nem csupán az ipart forradalmasította, hanem a hadviselést is. James Watt mérnöknek köszönhetően már teljesen kiaknázhatták a gőzgépben rejlő lehetőségeket. Wattnak már csak a teljesítmény kézbentartását kellett megoldania. Ehhez pedig két rézgolyóra volt szüksége. A lényeg ugyanis az, ami a központi tengely körül forgó testekkel történik. A fizikusok centrifugális erőnek nevezik azt, amit James Watt az új eszköz alapelveként alkalmazott. Ez lett centrifugális regulátor.

Minél gyorsabban forog a tengely, annál magasabbra emelkednek a testek. Amikor elérnek egy bizonyos magasságot, akkor a fojtószelep lezár, és a gép lelassul. Miközben a súlyok leereszkednek, elérnek egy újabb szintet, ahol megnyitják a fojtószelepet, és a gép ismét felgyorsul. Így tartja fenn a centrifugális regulátor az állandó fordulatszámot. Egyszerű, mégis jelentős újítás! Watt felruházta a gépeit a képességgel, hogy önmagukat szabályozzák.

A Watt regulátor a malmok és a gyárak gőzgépein felszabadította a munkaerőt, hiszen a gépek többé nem igényeltek állandó felügyeletet. Minden gyári munkás úgy dolgozott, hogy a háttérben regulátorok tucatjai segítették őket. Ha a gőzgép az ipari forradalmat hajtó nyerserő, akkor a regulátor az agy.

Mindez egy egyszerű elv következménye, amit ma visszacsatolásos szabályozásnak hívunk. A lényege, hogy egy rendszer képes előre megszabott korlátok között működni. A visszacsatolásos szabályozást rövid időn belül különböző típusú mechanikus rendszerben alkalmazták, például hajókon, repülőgépeken, vonatokon és autókon. Az elektromosság korának hajnalán a szabályozás elvét felhasználták a távbeszélők, az erősítők és az elektromos hálózatok működtetésében is. A visszacsatolásos szabályozás hamarosan élet-halál kérdésévé vált.

 

A csendes-óceáni csatáktól a mélytengeri olajfúrótornyokig

Minden találmány mögött komoly munka van, gyakran egy életnyi befektetett idő és pénz, amíg a nagy ötlettől eljut a megvalósításig, de amint megvalósul, az emberiség mindennapjait és jövőjét változtatja meg. A kutatások és befektetések után az új műszaki megoldások hatékonyabbá teszik az ipart, a termelést – versenyelőnyhöz juttatva egyeseket másokkal szemben. Vagy egy technikai újítás éppen a háborúkban dönt el csatákat és segíti elő a konfliktusok lezárását. A B-29-es amerikai bombázónak és a Mexikói-öbölben található mélytengeri fúrótonyoknak látszólag semmi köze egymáshoz. Pedig van. A történelmet változtatták meg.

1941. december 7-én az Egyesült Államokat megtámadta Japán, ezáltal az USA belépett a II. világháborúba. A hatalmas Csendes-óceánon vívott háborúhoz olyan repülőgépre volt szüksége, amely nagy távolságokat tudott megtenni a magasban, és meg is tudta védeni magát. A megoldás a B29-es superfortress, a kor legfejlettebb bombázó repülőgépe. A B29-es superfortress hatótávolsága 9380 km volt. A végsebessége 587 km/h, és 9000 kg-nyi bombaterhet vihetett magával. Mindezen kívül egy forradalmian új berendezéssel is ellátták. A B29-est a fegyverzetét kiszolgáló berendezés, a tűzvezérlő rendszer, avatta különlegessé. Ez volt ugyanis az első repülőgép, amelynek valamennyi gépágyúját központilag kezelték és automatizálták.

Bemelegszik a központi tűzvezérlő rendszer. Emberfeletti számítási kapacitás egyetlen gombnyomásra. A B29-es tűzvezérlő berendezésének jelentősége az volt, hogy kiiktatva a célzás és lövés esetlegességét, lehetővé tette, hogy a lövész egyszerre több fegyvert is kezeljen.

A tűzvezérlő rendszeren keresztül a lövész a szélsebességet, a magasságot és a ballisztikai tényezőket is számításba véve követhette a mozgó célpontot, ezzel egyidejűleg magukat a fegyvereket is mozgatva.

A távvezérelt géppuskatornyoknak köszönhetően a B29-es belső terét nyomás alá helyezhették, így a bombázó bevetésen a légvédelmi ütegek hatótávolsága fölé emelkedhetett.

Ilyen volt az a küldetés is, amelynek során az Enola Gay nevű B29-es ledobta az atombombát.

Azt mondják, hogy a B29-es volt a csendes-óceáni hadszíntér győztes fegyvere, de a hatása még sok évvel később is érzékelhető volt. A forradalmian új tűzvezérlő rendszerének technológiája, ugyanis hozzájárult a mai automatizált világ alapjainak lerakásához.

Ennek a világnak a működése nagyban függ a fogyatkozó ásványkincsektől. Elsősorban a kőolajtól. A Mexikói-öbölben működik a Per Dido-n, a világ legfejlettebb olajkitermelője. A Per Didos már naponta 100 000 hordó olajat termel ki. Ehhez pedig elengedhetetlen, hogy a műszaki berendezései képesek legyenek önmagukat szabályozni. A Per Dido számos automatikus szabályzó rendszere teszi lehetővé, hogy olajat és gázt bányásszunk a föld egyik legmegközelíthetetlenebb, és legkevésbé ismert helyén, az óceán fenekén. 2450 méter mélyen egy víz alatti rendszer automatikusan elválasztja az olajat a gáztól, és a felszínre szivattyúzza.

A Per Dido egyik legegyedibb vonása a víz alatti átemelő szivattyú. Az olajat elektromos víz alatti szivattyúk emelik a felszínre. A szivattyúk a Per Dido létesítmény legtöbb műszerrel ellátott tartozékai. A közönséges szivattyúk feljavított változatai. Tele vannak érzékelőkkel és az olajáramlást szabályozó rendszerekkel. Szükség esetén a rendszer automatikusan felgyorsítja az olaj áramlását és automatikusan le is lassítja, ha túllépi a biztonságos határértéket, akkor riasztást küld, és azonnal leállíthatják.

Ám a Per Dido automatikus gépeinek sora ezzel nem ér véget. A víz alatti rendszer kiépítése, felügyelete és karbantartása is komoly munka. Ezt önjáró gépek, legénység nélküli tengeralattjárók végzik el. A robot tengeralattjáró két óra alatt ér le a 2500 méter mélyen lévő tengerfenékre. A tengeralattjáró a víz mélyén végzett munkához szükséges korszerű berendezésekkel van tele, de a saját helyzetét is egy kifinomult szabályzó rendszerrel tartja meg.

Érzékelői és fedélzeti számítógépe segítségével a tengeralattjáró a víz alatti áramlások között is képes egy helyben lebegni. Ezek az automatikus rendszerek alkotják a történetünk utolsó kapcsolatát, a tenger alatti olaj és gázkitermelést lehetővé tévő történelmi jelentőségű találmányok láncának utolsó szemét.

Lássuk hogyan jutottunk el idáig!
A vízálló cementtel kezdtük, amellyel a rómaiak vízvezetékei épültek. Így jutott a város a vízhez, amit a kettős működésű szivattyúk segítségével tűzoltásra használhattak. A görögtüzet szóró szivattyúk védték meg Konstantinápolyt, a várost, melynek klasszikus műveltsége hozzájárult a reneszánsz kibontakozásához. Ez a kor hozta el a szépséges szökőkutakat, a vákuummal végzett kísérletek ihletőit, azok pedig az új gőzgépek hátterében álló tudományt. Ez vezetett el James Watt regulátorának feltalálásához, amely B29-es tűzvezérlő rendszerének, és szinte minden modern automatikus technológiának az előfutára volt.

Történetünk azonban ezzel sem ér véget, hiszen az automatizálás során folyamatosan fejlesztik az újabb szabályozó rendszereket. A General Motors kutatási-fejlesztési részlegénél a mérnökök teljesen automatikus járművet terveznek.  Az elv az, hogy az EMV a többi járművel kommunikálva megtalálja a legjobb útvonalat és vezesse önmagát.

A mai műszaki megoldások csupán egy-egy lépcsőfok a jövő találmányai számára, ezek a találmányok pedig átformálják majd a világunkat.

Írta: Molnár Béla

Oldal: A találmányok szerepe az emberi civilizáció történetében
Üzleti partnerkereső portál több mint 23 országban! www.tokestars.hu - © 2008 - 2024 - hirdeteskulfoldon.hupont.hu

Ingyen weblap készítés, korlátlan tárhely és képfeltöltés, saját honlap, ingyen weblap.

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat