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 görögtűztől a gőzgépig
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 körül velő
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.
Írta: Molnár Béla
Címkék:
Szólj hozzá elsőként!
