Дальность ракет

Дальность полета всегда была слабым местом ракет. Чтобы аппарат летел дальше, можно увеличить размеры для размещения большего количества пороха или иного вида топлива. Но при этом возрастает вес ракеты, ее труднее привести в действие, а следовательно дальность полета все равно остается ограниченной.
Решение данной проблемы предложил француз Фрезье, а осуществил английский полковник Боксер в 1855 г. Идея заключалась в последовательном соединении двух ракет. Когда задняя секция выгорала, пирозаряд отстреливал ее и воспламенял топливо передней секции. Эта многоступенчатая конструкция обеспечивала большую дальность полета, чем одноступенчатая ракета такого же веса, ведь только часть исходного реактивного снаряда должна была достичь цели. Ракеты Боксера применялись для доставки спасательных тросов с суши на суда, которые потерпели аварии.
Российский ученый Константин Циолковский осознал важность многоступенчатых ракет и уже в 1883 г. доказал, что с их помощью можно совершать полеты в космос. Благодаря его основательной теоретической деятельности в данной сфере Циолковского впоследствии стали называть отцом космонавтики. Однако до таких полетов было еще далеко, и ракеты использовались с другой целью.
Во время 1 мировой войны (1914-18) Англия сбивала немецкие дирижабли неуправляемыми ракетами. После окончания войны в результате неослабевающего интереса к ракетостроению, вызванного трудами Циолковского, СССР первым официально поддержал развитие военной ракетной техники. В 1929 г. исследовательские работы начали осуществлять в Ленинградской лаборатории газодинамики. В 1933 г - эта организация совместно с московской группой изучения реактивного движения (ГИРД) создала ракету с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД), которая установила рекорд высоты (5,6 км) в 1936 г. В 1927 г. группа немецких инженеров организовала Общество космических полетов. Под давлением нацистов эта организация была распущена в 1934 г., но отдельные ученые продолжили свои исследования для военных целей. Так были заложены основы лидерства Германии в ракетной технике во время II мировой войны (1939-45). Первую в мире баллистическую ракету «Фау-1» создал выдающийся немецкий конструктор ракет Вернер фон Браун. Она была применена для обстрела Англии в 1944-45 г.

Альтернативные решения

Хотя ракеты с ЖРД используются для относительно коротких полетов на Луну и другие планеты Солнечной системы, скорость, которую они развивают, недостаточная для путешествий в другие звездные системы. Американский космический зонд «Вояджер-2», чтобы развить высокую скорость, использовал силу притяжения Юпитера и таким образом ускорился примерно до 36 000 км/час. Но даже этого безнадежно мало для полетов к звездам. Ближайшая после Солнца звезда - Проксима Центавра - удалена от Земли почти на 40 млн. км, и космическому кораблю, который летит со скоростью Воя-джера-2, понадобится 126 000 лет, чтобы достичь ее. Поэтому ученые пытаются создать более скоростные ракетные двигатели.
Ракеты с ядерным двигателем нельзя запускать с Земли через радиационную опасность для здоровья людей, однако они могут стартовать из космоса. Такие двигатели могут создавать огромную силу тяги за счет серии ядерных взрывов.

Исследования в США

Американским первооткрывателем в области ракетной техники стал физик Роберт Годдард, который возглавил в 1920 г группу энтузиастов им удалось запустить первую в мире ракету с ЖРД в 1926 г. Группа продолжала делать весомый вклад в ракетостроение вплоть до смерти Годдарда в 1945 г. Именно тогда II мировая война закончилась поражением Германии, в результате чего СССР и США получили доступ к ракетным технологиям и помощь со стороны их разработчиков.
Кроме «Фау-1», во время II мировой войны применялись небольшие тактические ракеты, которые запускались с борта самолета или с земли. Обострение «холодной войны» между США и СССР в 1950-е г привело к созданию стратегических ракет межконтинентальных носителей ядерного оружия.

Двигатели на элементарных частицах

Другие предложенные варианты включают превращение водорода в плазму - газообразный поток заряженных частиц. С помощью магнитного поля плазма вытесняется из двигателя и создает тягу. Еще одна идея заключается в использовании электрического поля для выброса из двигателя ионов (заряженных атомов) ртути или цезия. Испытания подтвердили работоспособность такой системы, хотя создаваемая при этом тяга невероятно имела лишь 1 кг на каждые 4 млн. Вт потребляемой электроэнергии. Однако при постепенном ускорении протяжении многих месяцев такая ракета в конце концов может развить огромную скорость.
Ранее рассматривалась еще одна возможность, которая в свое время пришлась по душе писателям фантастам, фотонный двигатель, создающий тягу за счет излучения потока квантов света. Однако и при просто сфокусированном пучке света создаваемая фотонами тяга не сможет сравниться даже с минимальной тягой ионного двигателя.

Искусственные спутники

Такие ракеты давали возможность советским ученым выводить небольшие объекты на орбиту Земли. В октябре 1957 г. прерывистые звуковые сигналы с крошечного искусственного спутника, запущенного СССР, «Спутника-1» возвестили о начале космической эры.
Через четыре месяца в США под руководством фон Брауна был осуществлен соответствующий запуск. Влияние идей этого ученого продолжались вплоть до внедрения программы «Аполлон» в которой была задействована гигантская трехступенчатая ракета «Сатурн-5», доставившая американских астронавтов на Луну в 1969 г.
Согласно третьему закону механики Ньютона (закон действия и противодействия) каждому действию соответствует равное ему противодействие. Это означает: если вы прыгаете с небольшой лодки на берег, энергия вашего прыжка отталкивает лодку от берега. В ракетах используется тот же принцип. Они двигаются за счет выброса потока вещества (обычно газа). Действие энергии газа вызывает противодействие относительно ракеты и заставляет ее лететь. В отличие от реактивных двигателей, которым нужен забор воздуха для сжигания топлива, в ракетах есть все необходимое для движения - это автономные аппараты, способные двигаться в космическом пространстве.

Ракетное топливо

В большинстве ракет твердое или жидкое топливо сжигается в замкнутом объеме, а образующиеся газы выпускаются через одно или несколько сопел относительно небольшого диаметра. Необходимый для сжигания топлива кислород можно получать из химических соединений например, калиевой селитры. В современных ЖРД жидкий кислород часто используется для сжигания таких видов горючего, как керосин, жидкий водород или гидразин (азотно-водородное соединение).
Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) широко применяются благодаря своей простоте и надежности. Они установлены на большинстве боевых ракет, служат ускорителями некоторых космических аппаратов и иногда как двигатели частей многоступенчатых ракет. Однако для сложных космических полетов отдают предпочтение ЖРД, потому что создаваемая ими тяга легко регулируется. Кроме того, при одинаковой массе топлива ЖРД обеспечивают большую тягу и ускорение, чем РДТТ.

Ракеты в Европе

В 1429 г. французские войска под командованием Жанны Дарк с помощью ракет отстояли Орлеан в сражении против британцев. Впоследствии ракеты были вытеснены более точным оружием - пушками.
Начиная с XVI века ракеты использовались в праздничных фейерверках, сначала в Италии, а затем и в других европейских странах. И лишь в конце XVIII века они снова были применены в боевых действиях. В 1792 г. британские войска в Индии подверглись обстрелу небольшими металлическими ракетами их эффективность оказалась такой большой, что полковник Конгрев решил создать ракетное оружие для британских войск. В 1804 г. он превратил простую ракету на крайне разрушительное оружие с фугасною или зажигательной боевой частью. Но точность попадания этого оружия оставалась низкой примерно до 1844 г., когда англичанин Уильям Хейл изобрел метод стабилизации: изогнутые лопатки в сопле заставляли ракету вращаться во время полета, что придало ей устойчивости.

Ракеты

Ракеты racketi изначально использовались в качестве оружия. Сегодня эти мощные, гигантские аппараты служат для полетов человека в космос и доставки на орбиту искусственных спутников и различного оборудования. Однако ракеты с боеголовками по-прежнему представляют угрозу для жизни на Земле.
Первые ракеты были запущены около 800 лет назад. В начале XIII века их использовали китайцы против монголов. Как и в современном фейерверка, движущей силой китайских ракет был пороховой заряд. Прикрепленные к копьям или стрелам ракеты представляли собой страшное оружие. Монголы были потрясены, но оправились и создали собственные ракеты для войны с арабами. До середины XIII века ракеты имели и арабы. Французские крестоносцы привезли их в Европу.

Хронометр Гаррисона

Проблема была настолько серьезной, что в 1714 г. правительство Англии установило награду в 20 тыс. фунтов стерлингов тому, кто сможет предложить метод точного определения долготы во время мореплавания. Точность должна быть такой высокой, что, если бы речь шла о часах, его суточная погрешность не должна была превышать трех секунд на протяжении шести недель. Награда досталась плотнику Джону Гаррисону который сконструировал несколько хронометров - точных часов для мореплавателей. В 17б0 г. в конкурсе победила его четвертая модель. Во время одного морского путешествия погрешность его часов составила лишь 54 секунды за 156 дней. Гаррисон нашел способ, при котором колебания температуры меняли эффективную длину волосковой пружины, обеспечивая автоматическую компенсацию прежних погрешностей.

Песочные часы

Главный недостаток солнечных часов заключался в том, что им нельзя было пользоваться в ночное время и в пасмурные дни. Эту проблему в конечном итоге удалось решить около 1500 г. к н. е., когда египтяне изобрели клепсидру, или водяные часы. Простейший вид таких часов представлял собой сосуд с маленьким отверстием в нижней части. Залитая в сосуд вода медленно вытекала через отверстие, а уровень воды относительно размеченной шкалы показывал время, что прошло.
На смену солнечным часам пришли песочные, в которых песок сыпался через суженую часть стеклянного сосуда, показывая истечение определенного периода времени, чаще всего получаса или часа. Сегодня миниатюрный песочные часы используется в быту во время варки яиц.
Для отсчета времени также использовали свечу. Зарубки на воске показывали, сколько прошло часов от времени воспаления. Свечи широко применялись для хронометрирования, однако не были точным прибором, поскольку разные фитили, сорта воска и тяга влияли на скорость горения.

Фазы Луны

Для месяца характерно установлен порядок изменения видимой части Луны во время его прохождения по орбите вокруг Земли. Эти различные стадии называются фазами. В течение месяца свет звезд падает на поверхность Луны под разными углами. Когда лучи Солнца освещают Месяц сзади, его фактически не видно с Земли, эта фаза называется новый месяц (новолуние). Через пол - цикла наблюдаем полный месяц (или полнолуние), так как видимая с Земли часть ее поверхности обращена к Солнцу. В основу римского календаря был положен лунный месяц время, за которое Луна проходит полный цикл изменений.
Продолжительность суток определяется вращением Земли вокруг своей оси, а нам кажется, что Солнце восходит и заходит. Сложность при составлении календаря связана с тем, что год длится не целое число дней, а примерно 365.25 дня. В 45 г. к н. е. Юлий Цезарь решил эту проблему и ввел календарь, в котором после трех лет по 365 дней каждый шел 366-дневный високосный год.

Время

Вращение Земли и Луны определяет продолжительность лет, времен года, месяцев и дней. Цикл вращения Земли вокруг Солнца составляет один год. За это время одни звезды сменяют другие на ночном небе, а в погоде происходят сезонные изменения.
Как только была обнаружена такая последовательность событий, люди научились добывать из своих наблюдений практическую пользу. Например, появление определенной звезды означало, что наступило время сева. Древние египтяне знали; ежегодные разлива Нила всегда начинались вскоре после появления над горизонтом звезды Сириус.

Григорианский календарь

Сначала к юлианскому календарю претензий не было, но постепенно выяснили, что год длится на 11 минут меньше, чем посчитали. Эта погрешность была устранена в 1582 г. Папой Римским Григорием XIII, который издал указ день 5 октября считать 15 октября. Иначе календарные даты все больше и больше не совпадали бы с определенными временами года. Чтобы исключить такую погрешность в будущем, он также дал распоряжение вековые годы (на переломе веков) считать высокосными только тогда, когда они делятся на 400 без остатка. Этот григорианский календарь и до сих пор используется в западных странах.
День и ночь были кратчайшими периодами времени, известными нашим далеким предкам. Более точное вычисление времени появилось около 4000 р. к н. е., когда древние египтяне разделили время суток на часы. Первым хронометром были солнечные часы, состоявший в основном из столбика, который втыкали в землю таким образом, чтобы он отбрасывал тень на шкалу с часовыми делениями. Когда солнце двигалось по небосводу, тень от столбика перемещалась по шкале и показывала время.

Точность маятникового механизма

Еще в 1580-е г. итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) открыл изохронность колебаний маятника. За год до смерти он составил план использования маятника для регулирования хода часов, и только в 1649 - его сын Винченцо и слесарь на имя Балестри сделали наконец часы Галилея. Впоследствии совершенная конструкция таких часов была разработана голландским ученым Христианом Гюйгенсом в конце 1650-х г. благодаря чему маятник зарекомендовал себя надежным и точным регулятором хода, а суточная погрешность типового часов снизилась с нескольких минут до десятка секунд.
Другой вид регулятора хода часов был создан в 1658 г., когда Роберт Хук изобрел пружину балансира, или же волосковую пружинку. Эта тонкая винтовая пружина прикреплялась к так называемого балансира. Пружина по очереди закручивалась и раскручивалось в зависимости от направления движения балансира. Это движение позволяло управлять регулятором хода. Главное преимущество балансира по сравнению с маятником заключалась в том, что на его работу гораздо меньше влияло перемещение часов. Так стало возможным изготовление более меньших по размеру и более точных карманных часов.
На начало XVIII века новые географические открытия и расширение мировой торговли обусловили резкое увеличение количества длительных морских путешествий. Для успешного плавания морякам нужен был точный метод определения местоположения своего судна. Самое сложное было определять долготу - число градусов к востоку или западу от Гринвичского меридиана. Для этого нужен был точный часы, который показывал бы время по Гринвичу (Англия). Но качка судов нарушала работу маятника, а часы с балансировочным регулятором хода шел неточно в условиях экстремальных температур, что негативно сказывались на работе тонкой волосковой пружины.

Современные часы

Некоторые современные стационарные и наручные часы все еще выпускаются с механическим приводом, однако электрические и электронные часы уже давно стали нормой. Во многих электрических часах ход стрелок обеспечивает моторчик, который работает от сети переменного тока частотой 50-60 Гц. Подобный принцип работы и у некоторых цифровых электронных часов, но они показывают время на цифровом световом табло. Электронным наручным часам нужен свой регулятор хода, и эту роль часто играет кварцевый кристалл, который обеспечивает почти постоянную частоту вибрации под действием электричества. Вибрирующий кристалл генерирует точно отмеренные во времени электрические импульсы, которые управляют индикацией электронных цифр или же движением механических стрелок. Большинство стационарных часов также работают на кварцевых кристаллах.
Кварцевые часы дают очень высокую точность - до 1 /30 секунды за сутки, но и это - вчерашний день по сравнению с атомными часами, которые используют частоту излучения атомов некоторых элементов (например, цезия) и обеспечивают электронную индикацию времени с погрешностью менее одной секунды за тысячу лет. Такие часы используются в экспериментах, которые требуют точного отсчета времени, и для определения самого времени: сегодня секунда определяется как отрезок времени, за который атом цезия-133 излучают 9 192 631 770 импульсов в определенных конкретных условиях.

Часы с боем

Около 1330 г. в Италии были созданы часы с боем, в котором количество ударов соответствовало каждому часу. А примерно в 1475 г. были изобретены часы с пружинным заводом. Это обусловило разработку портативного часов, что было нереально для механизмов с гирями.
До XVI века. Часы имели только одну, часовую, стрелку. Доли часа можно было определить лишь приблизительно. Это устраивало большинство людей. Однако астрономы нуждались в более точной регистрации своих наблюдений. В результате появились часы с минутной, а некоторые - даже с секундной стрелкой. Часы, ход которого регулировался фолиантом, шел неточно, однако точность вычисления времени значительно возросла с появлением в XVII ст. маятникового часов.

Механические часы

Первые механические часы появились в Европе около 1275 г. однако имя изобретателя нам неизвестно. Подвешенный на шнурке груз вращал колесо, оно приводило в действие механизм часов, который каждый час издавал звон. Вскоре в часов появились стрелки и циферблат. Которые показывали время.
Важная деталь часов - регулятор хода устройство, ограничивающее скорость механизма за счет пошагового вращения зубчатого колеса. Регулятором хода управляет таймер, который обеспечивает нужную скорость хода часов.
Ход старинных механических часов регулировался балансиром, который состоял из перекладины с противовесами с обоих концов, что крепилась на вертикальном стержне. Балансир раскачивался в перед назад, его колебания передавались на регулятор хода, и тот регулировал скорость вращения механизма.

Обработка урожая

После сбора урожая для его обработки и хранения требуются различные машины, такие как прицепы, вилчастые автопогрузчики, конвейеры и машины для отделения картофеля от почвы и камней. Картофель часто собирают, когда земля влажная, а если она выращивается на каменистой почве, в урожай попадает большое количество камней и комков земли. Влажная земля способна привести к гниению картофеля, а камни может ее побить, об шелушить или порезать.
Картофель можно отделить от земли с помощью решета, через которое земля просеивается. Камни можно удалять вручную, однако эта сделка обходится дорого, учитывая связанные с ней затраты труда.
Возможное решение связано с использованием рентгеновских лучей. Собранный урожай движется конвейером и, падая, проходит через пучки рентгеновских лучей, которые улавливают разницу в плотности между камнями и картошкой. При обнаружении камней пневмощуп выхватывает их, пропуская картофель. Такие технологии, которые экономят труд, получили широкое распространение, ведь фермеры пытаются сохранить низкие цены 5 на свою продукцию в условиях конкуренции.

Сбор урожая

Сейчас уборка урожая различных культур, включая корнеплоды (картофель) и фрукты (виноград и винные сорта яблок) механизированный. Одной из первых и важнейших машин такого типа был комбайн, который используют во время уборки зерновых культур (пшеницы). Это самоходный комбайн, который косит, отделяет зерно от соломы, удаляет шелуху, засыпает зерно в грузовик, который его сопровождает, и сбрасывает солому на землю.
Часто солому относят к отходам и считают, что она годна лишь на подстилку для скота или же как грубая кормовая добавка для нее.
Обычно для транспортировки и хранения солома упаковывается в тюки. Это осуществляется с помощью соломокопнительных - машин, буксируемых трактором и подбирают оставленную комбайнами солому, прессуют его в тюки и вяжут шпагатом. Траву можно таким же образом вязать в тюки, и полученное сено хранить как корм для скота.
Важным достижением в сфере обработки сырья в сельском хозяйстве за последние годы стало внедрение « больших тюков», вес которых - около 500 кг. Машины легко справляются с ними, что позволяет тратить гораздо меньше времени на уборку соломы с полей. Соломокопнитель собирает ее, загружает в камеру, где она упаковывается в тюк, а затем обвязывает этот тюк шпагатом и выбрасывает наружу.

Новая конструкция тракторов

В начале 19б0-х гг. прошлого века на тракторах появились сиденья с подушками и подобие кабин для создания более комфортных условий работы трактористов. Однако с такими кабинами был связан другой вид неудобств - шум. Обшивка из листового металла подобно звукоснимателя усиливала шум двигателя, коробки передач и гидравлической системы до такой степени, что это сказывалось на здоровье тракториста.
С тех пор кабина значительно изменилась. В новых тракторах кабины надежно защищают водителя от непогоды, шума и последствий опрокидывания. Почти все они имеют звукоизоляцию, удобные сиденья, системы отопления и вентиляции, стеклоочистители и быстрое управления.
У большинства тракторов двигатель и трансмиссия образуют единый жесткий костяк всей машины, и поэтому нет необходимости в отдельной раме. Мощность двигателей - от 15 до 190 кВт и выше, однако в пропашных тракторов - примерно от 22 до 90 кВт.
Обычно на тракторах устанавливаются дизельные двигатели, обеспечивающие привод на задние или на все четыре колеса. Кроме того, двигатели вращают валы отбора мощности, которые являются поводом для прицепных орудий или тех, что монтируются на тракторе, а также для гидравлических систем, которые управляют этими орудиями.
Основное сельскохозяйственное орудие - плуг. Его назначение во многом подобно лопаты - переворачивать, рыхлить и измельчать верхний слой почвы, одновременно закапывая пожнивные остатки и сорняки. В современном механизированном сельском хозяйстве плуг цепляют к трактору, хотя во многих странах, как и раньше, пользуются простым плугом, в который впрягают лошадей или быков.
Прежде чем посеять зерно во вспаханную землю, нужно выполнить завершающий этап подготовительной работы. Так же, как садовник, что пользуется граблями, чтобы подготовить почву к посадке растений, фермер использует борона для выравнивания вспаханной земли и уничтожения сорняков.
Еще один вид машин для подготовки почвы и уничтожения сорняков - культиватор, снабженный стальными зубьями, или лемехами, для рыхления земли. Фрезерный культиватор, у которого зубцы или лемеха находятся на приводящей вала, может использоваться для подготовки предварительно не вспаханной почвы.
Сегодня много культур высевают с помощью машин, которые рыхлят грунт, опускают в него семена на заданной глубине и через определенные промежутки и затем засыпают его грунтом. Такие машины сразу засевают несколько рядов.

Сельхозтехника

Современная сельскохозяйственная техника играет важную роль в производстве пищевых продуктов. С помощью этих механизмов один человек может за день выполнить объем работ, с которым до внедрения механизации могла справиться лишь целая бригада за неделю.
Пожалуй, самым известным представителем сельскохозяйственных машин является трактор, впервые созданный в конце XIX века, чтобы сменить коня. Он не защищал тракториста от непогоды, а все удобства сводились к наличию упоров для ног и жесткого металлического сиденья. Позже появились сиденья на рессорах и щитки, которые в какой-то мере предохраняли водителя от грязи и пыли, летевшие из-под больших приводных колес. Однако тогда ничто не могло уберечь его от смерти или тяжелого увечья, если трактор переворачивался на наклонной участке земли.

Дорожные работы

На некоторых участках сначала нужно снести дома и другие сооружения, препятствующие строительству. После этого приступают к одному из основных процессов - выемка и перемещение огромных объемов грунта и породы и до десятков миллионов тонн.
Чтобы трасса пролегала по горизонтальной поверхности, большие массы грунта из поднятых территорий пересыпают на пониженные участки. Этот метод называется разработка с закладкой. Изъятый во время прокладки трассы верхний слой почвы используется для покрытия обочин, насыпей и центральных разделительных полос, а затем засаживается травой и другой растительностью.
Для стока воды к обочинам дорожное полотно имеет выпуклую форму (кривизну профиля). В самом начале строительства для сбора воды закладывается мощная дренажная система.
Выделяют три основные составные части дорожной одежды: подстилающей поверхности, основание и покрытие, - все вместе они определяют жесткость покрытия. Жесткое покрытие, сделанное из бетонных плит, швы между которыми заполнены пластичным герметиком, что обеспечивает упругость в случае колебания нагрузок на трассу. Не жёсткое покрытие - «черный щебень», т. е. смесь щебня или песка с каменноугольным дегтем или нефтяным битумом. Такие покрытия называются «термокадами» или «макадами с битумной пропиткой». Битумное дорожное покрытие также известно как асфальт, и оба его разновидности (с дёгтёвым и битумной пропиткой) называют асфальтобетоном.
У покрытий обоих видов подстилающей поверхности состоит из уплотненного щебня или гравия. Основа дорог с твердым покрытием, как правило, бетонная, а с нетвердым из «черного щебня».

Планирование

Если нужно связать автомагистралью два района, следует точно спланировать маршрут. Не стоит прокладывать трассу через центры городов, с/х угодья, уникальные ландшафты и промышленные участки. Как правило, инженеры планировщики проводят предварительную съемку местности и наносят на карту несколько возможных маршрутов. Проанализировав все преимущества и недостатки каждого из них, останавливаются на одном варианте и подробнее изучают и его. Затем делают проектные чертежи. Люди и организации, через земли которых пройдет маршрут автомагистрали, имеют право высказать свои возражения. Во многих случаях осуществляется официальная экспертиза проекта, и по её результатам в него часто вносятся изменения. После утверждения проекта выполняются сотни рабочих чертежей. Кроме маршрута автодороги, на них подробно представлены перекрестки, въезды на автостраду и съезды с нее, мосты, подземные переходы и проезды, а также другие сооружения. Сложность организации всех работ требует использования инженерами специальных компьютерных программ.

Дороги

Многие основные элементы современного дорожного строительства разработаны еще римлянами, которые славились своим инженерным искусством и строили дороги с надежным основанием, хорошим дренажем и ровной поверхностью.
Дорожная сеть римлян была тщательно спланирована, а на главных направлениях были оборудованы остановки, наподобие современных станций технического обслуживания на автострадах. После упадка Римской империи дороги не поддерживались в надлежащем состоянии и постепенно разрушились. Однако много трасс, которыми пользовались римляне, составляют сегодня основу значительной части европейской сети автомобильных дорог.
В Англии наука дорожного строительства достигла расцвета в начале XIX века. Благодаря усилиям шотландских инженеров Томаса Телфорда и Джона Макадама. Телфорд руководил строительством более ІбООкм дорог и около 1200 мостов. А Макадам, кроме прокладки дорог, публиковал труды по их строительству и изобрел дорожное покрытие, известное как термакадам, или дёгте бетон.
Расширение сети железных дорог прервало развитие дорожного строительства в Англии, но интерес к нему возобновился в конце XIX века. В связи с изобретением автомобиля. Рост количества автотранспорта потребовало создание новой дорожной сети. Поэтому в начале 1950-х гг. британцы начали строительство сети автомагистралей.

Ночные дороги

Арматура из стекловолокна

Отдельные элементы изготавливают на месте путем заливки бетона в деревянные формы (опалубки) многоразового использования. Недавно появились несъемные опалубки из стекло-фибробетонна. Такая опалубка становится составной частью конструкции дома. Ее просто устанавливают в нужном месте и заливают бетоном.
Одним из самых распространенных способов строительства высотных зданий является метод консольного сборки от центрального полого ствола из армированного бетона, в котором нередко размещаются шахты лифта. Фундамент для такого дома обычно делают в виде массивного бетонного раствора. Бетонный ствол строится на этой фундаментной плите, а стальной или железобетонный каркас монтируется потом на массивных балках, выступающих из ствола.
Стальными элементами несущего каркаса преимущественно являются двутавровые балки. Они обеспечивают большую жесткость балок при их относительно малой массе по сравнению с дорогостоящими стальными балками. Кроме высотных домов, стальные каркасы используются для строительства небольших промышленных и торговых зданий, малоэтажных многоквартирных и обычных домов.

Использование бетона

Сейчас вместо крепления готовых бетонных панелей к каркасу применяется послойное набрасывания на него бетона с последующим удерживанием. В одних случаях бетон напрыскивается на легкий сборный каркас, который играет роль арматуры. В другой системе торкретирования используемый бетон содержит крошечные стальные волокна, которые придают ему еще большей прочности. Бетон стал одним из важнейших материалов для изготовления таких сборных конструкций, как несущие балки и колонны, плиты перекрытий и кровли, лестничные марши, облицовочные стеновые панели и силовые конструкции стен. В некоторых конструктивных системах такие элементы стен поддерживают вес всего дома, и нет нужды в несущем каркасе из колонн и балок. Бетонные панели наружных стен поступают с завода в готовом виде с декоративной облицовкой и часто со вставленными окнами.

Деревянные каркасные дома

Тогда как большую часть работы во время строительства кирпичного дома нужно выполнять на месте застройки, деревянные каркасные дома можно монтировать из сборных конструкций. Такие стандартные элементы, как узлы каркаса и стеновые панели, серийно изготавливаются на заводах. Это значительно сокращает время что тратится на постройку дома, поскольку в основном работа на месте заключается в составлении больших готовых конструкций.
В районах, где не хватает лесоматериалов, каркас обшивают досками. В других случаях деревянный каркас может нести стеновые панели из бетона.

Кирпичные дома

Много людей во всем мире живут в кирпичных домах. Типичный дом из кирпича стоит на ленточном фундаменте из бетона, залитого в котлованы. Фундамент покрывают слоем так называемой бетонной подготовки. Настил на уровне земли может быть сделан из бетона или деревянных половиц, уложенных поперек балок перекрытия. Концы этих балок опираются на наружные стены дома. Опорой балкам перекрытия первого этажа также служат невысокие промежуточные кирпичные стены, возведенные на бетонной подготовке, поверх которых кладется деревянная балка - лага. Половицы крепятся гвоздями под прямым углом к балкам перекрытия.
Потолок обычно состоит из потолочных балок между капитальными стенами, к которым снизу гвоздями крепятся листы сухой штукатурки. Дощатый настил верхнего этажа прибивается поверх потолочных балок первого этажа. В старых домах сначала прибивали деревянные рейки (дранку) поперек потолочных балок. Между рейками оставляли промежутки, чтобы при набрасывании штукатурного раствора он мог просачиваться между ними. После застывания раствора штукатурка прочно прилегала к рейкам.
Деревянный каркас крыши опирается на капитальные стены, сверху покрывается водонепроницаемым материалом, например, рубероидом. Поперек крыши кладут деревянные бруски и прибивают их к наклонным брусьям. Шифер или черепица крепятся гвоздями или скобами к латам.
Перегородки разделяют здание на комнаты, но не поддерживают конструкцию. Они могут быть построены из кирпича, выложенные из бетонных блоков или штукатурки, прибитой к деревянному каркасу.
Дверные коробки обычно делают из дерева, а оконные рамы из дерева, стали или алюминия. Над дверными и оконными проемами устанавливаются балки (перемычки). Они служат верхней опорой кирпичной кладке которая иначе могла бы просесть и обрушиться. В наше время перемычки делают из стали или бетона. В некоторых домах ставят деревянные перемычки.

Здания

Старинные ремесла, например кирпичная кладка, как и раньше играют важную роль во время возведения домов. Однако современные методы торкретирования (послойного наброски) бетонной смеси или монтаж сборных конструкций требуют новых знаний и навыков.
Древнейшие жилища строились из подручных материалов: веток, дерна, камней и глины. Все это можно было резать и обтесывать для придания нужной формы с помощью примитивных инструментов - каменных топоров и ножей. Саманный кирпич, вылепленный вручную из глины с добавлением соломы и высушенные на солнце, впервые начали использовать в Восточном Средиземноморье около 6000 лет до нашей эры, что стало значительным шагом вперед.

Заготовка леса

Обычно деревья валят при помощи мощных циркулярных пил, затем обрубают ветви и свозят их на места обработки для дальнейшей транспортировки, привлекая краны, гусеничные тракторы, бульдозеры. Если лес подлежит перевозке по суше, с помощью кранов его загружают на колесный транспорт, хотя в Индии и Бирме, чтобы перетащить спиленные деревья, как и в древности, используют слонов.
В некоторых регионах лес легче сплавлять по рекам; спиленные деревья составляют в плоты и сталкивают на воду при помощи кранов. Затем сотни таких плотов связывают вместе и буксируют до пунктов сортировки и маркировки. В отдаленных районах, где на реках нет движения, бревна просто сплавляют вниз по течению - вплоть до пункта назначения партии древесины.
Во многих странах, особенно тех, где заготавливают твердые породы древесины, не хватает мощной техники для распиловки леса. За то заготовленную древесину в виде бревен вывозят в промышленно-развитых стран на деревообрабатывающие комбинаты.
На лесозаводе колоду прежде всего освобождают от коры, а дальше механическими пилами разрезают на заготовки определенных размеров. На этом этапе обработки древесина еще содержит живицу и требует просушки. Естественный процесс возможен, но забирает почти год времени, поэтому древесину обычно отправляют на быстрое просушивание в специальные лессо сушилки. Вследствие такого искусственного высушивания происходит усадка, а иногда даже коробления древесины; следовательно, древесина идет на переработку только после полной просушки, когда она приобретает относительной устойчивости (при условии, что снова не намокнет).
Распиленные лесоматериалы без дальнейшей обработки подлежат использованию на строительстве, а поверхности, которые будут снаружи, требуют доказательства. Нередко брусья передают на продольное разрезание, с покраской или протравливанием поверхности досок. Привлекательная древесина разрезается на очень тонкие листы - облицовочный шпон, что его потом наклеиваются на основу из простой древесины.
Фанера состоит из нескольких листов древесины, склеенных так, чтобы волокна соседних листов образовывали прямой угол. Фанерный лист гораздо прочнее изготовлен из обычной древесины, его трудно согнуть и расколоть; вероятность коробления также незначительна.
В деревообрабатывающей промышленности мало отходов - человек нашел применение для всего. Рейки из древесины низкого качества помещают между листами качественной древесины, производя столярную плиту, а остаточный скрап измельчают на опилки, пропитывают клеем и прессуют на ДСП - древесно стружечную плиту.

Твердая и мягкая древесина

Древесина бывает твердая или мягкая. Мягкую древесину дают хвойные породы - сосна, ель, пихта, папы, а твердую - широколиственные, в частности бук, береза, клен, дуб и тополь. В тропиках твердую древесину получают из черного эбенового дерева, разных видов красного дерева, тика и других ценных пород. Красивая на вид и к тому же твердая древесина всегда высоко ценилась в кругу производителей и покупателей мебели. К сожалению, деревья твердых пород растут медленно, и в тропических лесах их становится все меньше. Например, в Таиланде в 1945 г. тропические леса составляли 70% от всех земельных угодий, а к 1989 г. этот показатель снизился до 18%; поэтому правительство Таиланда запретило вырубку леса. Во многих промышленно-развитых странах раздаются призывы о сокращении импорта твердой древесины.

Древесина

Спрос на древесину всегда большой: она под рукой, распыляя, ей просто придать нужную форму, детали из древесины легко присоединяются друг к другу, а изделия имеют красивый вид.
Каждая порода дерева дает неповторимую по волокнистостью древесину со своим природным рисунком. Этот рисунок проявляется при продольном разрезании ствола, когда обнажается внутренняя структура древесных волокон и клеток.
Еще одной специфической особенностью поверхности древесины есть метки неправильной круглой или овальной формы. Очертания каждого такого сучка зависят от угла, под которым распилили древесину. Сучки попадаются там, где от ствола дерева отходила ветка. Каждая живая ветка со временем будто врастает в ствол, и образованные ею сучки затвердевают в его толще; и наоборот, каждая мертвая ветвь образует сучок, который во время обработки отпадает.

Группы полимеров

Синтетические полимеры можно разделить на три отдельных класса - термопластичные, термостойкие и эластомеры.
Термопласты, такие как полистирол и поливинилхлорид (ПВХ), могут многократно размягчаться при нагревании. Это происходит потому, что цепочки молекул в них подвижны относительно друг друга. Подвижность растет с увеличением температуры. В термостойких полимерах (бакелит и эпоксидные смолы) поперечные связи между цепочками тормозят данный процесс, поэтому они при нагревании не размягчаются.
Эластомеры - резино подобных полимеры, а также натуральные и синтетические резины. Для получения необходимого количества связей между молекулярными цепочками эти материалы подвергают специальной обработке. В результате они приобретают эластичность, то есть способность растягиваться, а после снятия нагрузки принимать первоначальную форму.

Поликонденсация

Много важных полимеров получают методом поликонденсации. Два мономеры, каждый из которых содержит в молекуле более одной реакционной группы, сочетаются с выделением малой молекулы, например, воды. Нейлон получают при взаимодействии кислоты с амином, продуктом замещения атомов водорода в аммиаке. Другим примером поликонденсации является бакелит.
С процессом поликонденсации тесно связана полимеризация перегруппировка.
Она также включает в себя реакции между мономерами, содержащимися в молекуле более одной реакционной группы. Однако в данном случае не происходит выделение малых молекул. Свое название этот тип полимеризации получил потому, что при реакции между мономерами происходит перераспределение атомов и химических связей, соединяющих цепи. Так получают полиуретановые полимеры.

Прямая полимеризация

При осадочной полимеризации предварительно растворенные в специальной смеси мономеры соединяются, образуя нерастворимый полимер, который выпадает из раствора в виде твердого осадка.
Полимеризация в растворе заключается в том, что мономер, растворенный в специальном составе, образует полимер, также растворим в данном растворителе.
В случае взвешенного полимеризации мономер в виде крошечных частиц находится в воде. Эмульсионная полимеризация предполагает использование синтетического моющего средства, который называется эмульгатором (веществом, что облегчает получение эмульсии), для диспергирования (рассеивания) мономера в воде. Для процесса блочной полимеризации не используется ни вода, ни растворитель, здесь присутствуют только мономер и, если требуется, катализатор.
Материалы, полученные методом прямой полимеризации, включают в себя полиэтилен низкой плотности (блочная полимеризация), полипропилен высокой плотности (осадочная), полихлорвинил (эмульсионная или суспензионная) и полистирол (блочная).

Структура полимеров

Несмотря на успехи первых полимеров, без детального понимания процесса полимеризации дальнейший прогресс в этой области был бы невозможен. Данный процесс объяснил в 1920 г. немецкий химик Герман Штаудингер, который описал, каким образом молекулы соединяются в цепочки - из сотен тысяч атомов. Работа Штаудингера дала толчок к развитию промышленности пластмасс, и в начале 1930-х развернулось производство многих важных полимеров.
Полимеры образуются во время соединения между собой молекул-мономеров. Например, при получении полиэтилена молекулы этилена, каждая из которых состоит из двух углеродистых и четырех водородных атомов, образуют цепочку со структурой -(СН2СН)75000. Полный цепочку полиэтилена содержит до 25 000 молекул СН2.
Образование полимера из мономеров возможно под действием физических факторов, таких как температура, давление или механическое перемешивание. В других случаях полимеризация происходит с участием катализатора вещества, которая инициирует реакцию, но само при этом остается без изменений. Некоторые полимеры включают различные мономеры.

Первые полимеры

Событие, предопределившее развитие современной индустрии пластмасс, произошла в 1862 г., когда британский химик Александр представил Парке полимер на основе нитрата целлюлозы, названный впоследствии паркезином. Он получил этот материал, изменив с помощью кислоты на структуру целлюлозы, и применил касторовое масло для смягчения материала.
Технология Паркса приемлемая для лаборатории, однако довольно сложно использовать ее в крупномасштабном производстве. Через два года, в 1864 г., эту проблему решил американец Джон Уэсли Хайєтт. Как смягчающее агент он применил вместо касторового камфорное масло и доказал, что в таком виде процесс пригоден для производства. Хайєтт назвал новый продукт целлулоидом. Вскоре его начали использовать для изготовления сотен изделий, в частности рукояток для ножей, бильярдных шаров и фотопленки.

Усталость металла

Такой дефект, как усталость металла, может возникнуть тогда, когда металлическую деталь подвергать определенной нагрузке в течение длительного периода времени или в случае многочисленных изменений силы напряжения. Дислокации перемещаются в напряженную зону и препятствуют движению друг друга. В результате металл становится хрупким, и образуется трещина, которая может распространиться на всю толщину детали вплоть до ее конечного разлома. Чтобы избежать несчастных случаев, узлы и детали самолетов регулярно проверяют на усталость с помощью неразрушающего контроля.

Кристаллическая структура

Существует несколько способов препятствования такому перемещению. Один из них заключается в контролировании процесса отверждения во время изготовления с целью получения металла, состоящая из относительно большого количества мелких кристаллов. Чем больше кристаллов, тем больше границ раздела между ними, препятствующих перемещению дислокаций в металле. Второй способ блокирования движения дислокаций связан с добавлением атомов другого металла. Вот почему сплав из двух и более металлов тверже и прочнее, чем отдельно взятые металлы, из которых он состоит.
Можно также с помощью напряжений создать такое количество дислокаций в металле, по которой они сами будут мешать друг другу перемещаться. Такого механического укрепления (так называемого наклепа) можно добиться и с помощью напряжений, возникающих в процессе обычной металлообработки. В таких материалах, как стекло или керамика, нет дислокаций, которые легко перемещаются, поэтому они внезапно рушатся, если подвергнуть их напряжением, выше их предела упругости.

Дислокация

Когда металл подвергается напряжению без превышения его предела упругости, он растягивается, поскольку атомы немного «раздвигаются». После снятия напряжения атомы металла занимают свои начальные позиции, вследствие чего металл сжимается. Если напряжение выше предела упругости, некоторые металлы сохраняют новую форму после ее снятия. Это происходит потому, что в структуре кристаллов таких металлов присутствуют многочисленные дефекты дислокации. Одни кристаллы могут иметь лишний атом, а в других одного атома может не хватать. Такие дислокации образуются во время остывания и кристаллизации расплавленного металла. Они могут также формироваться, когда металл подвергается механическому напряжению, и он деформируется при меньшем напряжении. Напряжения, превосходящие предел упругости, заставляют атомные плоскости скользить одна по одной. Чем больше дислокаций, тем легче, не разрушая металл, придавать ему нужную форму путем ковки, прокатки или протяжки (растяжки).
Во время деформирования металла дислокации в нем перемещаются вдоль границ скользящих плоскостей атомов. Если препятствовать движению дислокаций, металл станет тверже и прочнее.

Растительные волокна

Растительные волокна состоят из различных видов целлюлозы - материала стенок растительных клеток. Важнейшим источником их получения является хлопок. Ее длинные трубчатые клетки образуют волокна. В семенных коробочках хлопчатника находятся пушистые комочки, которые состоят из тысяч волокон. Из них получают хлопчатобумажную пряжу.
Льняное волокно, которое широко используется в производстве тканей для одежды, получают из стеблей льна-стригуна. Волокна конопли и джута (травянистое южное растение семейства липовых) идут на изготовление мешковины, канатов.

Искусственные волокна

Вискоза (или искусственный шелк) стала первым искусственным волокном для производства тканей. Этот материал начали выпускать в конце XIX века, когда были разработаны основные технологические процессы изготовления вискозы, которые применяются и до сих пор. Сначала растительный материал (древесная масса) проходит химическую обработку, в результате которой получают вытяжку целлюлозы. Затем из полученного раствора выделяют чистую твердую целлюлозу, из которой производят вискозные волокна.
Из древесной массы получают еще два искусственных волокна - ацетилцелюлозу и триацетилцелюлозу.
Существует много видов нейлона, которые представляют собой искусственные полиамиды - более простые виды натуральных полиамидов (вид белка).
Нейлоновое волокно получают, расплавляя и пропуская небольшие куски химического продукта (полимера) через колпачок или диск с микроотверстиями. Полученные длинные нити нейлона охлаждаются и затвердевают, после чего из них извлекают нить.
Самые популярные среди искусственных волокон - полиэфирные. Акрил широко применяется для изготовления одежды, ковров и искусственного меха. Много акриловых тканей огнестойкие. Непромокаемые ткани получают, нанося прозрачный водоотталкивающий полимер на хлопчатобумажную основу.

Тканые полотна

Ткани делятся на три основных вида: трикотажные, тканые и нетканые. Для получения первых двух из волокон сначала прядут нити, а затем их переплетают.
Тканые полотна изготавливают на ткацких станках. Продольные нити полотна называются нитями основы, а поперечные - уточинами. Различные переплетения нитей основы и уточин определяют фактуру ткани. Рисунок ткани получают, вплетая нити разных цветов.
Трикотаж получают путем образования из пряжи петель и их взаимного переплетения. При серийном производстве трикотажное полотно изготавливают на вязальных машинах, оснащенных рядами язычковых игл. В некоторых машинах количество таких игл достигает 2500, что позволяет получать более 3 млн. петель на минуту.
Нетканые материалы получают из сплошного слоя волокон (полотна). Волокна соединяются вместе за счет обработки их клейкой смолой. После застывания смолы пропитанные им волокна подвергают термофиксации (нагреву) для придания им прочности. Волокна некоторых тканей соединяют, прокатывая ткань между горячими металлическими валиками. Во время плавления волокон между ними образуется прочная связь, которая сохраняется и после охлаждения ткани. Применяют также метод сшивания волокон.
Современные комбинированные ткани состоят из двух и более материалов и обладают свойствами их отдельных компонентов. Например, одежда, которая облегает тело, изготавливают из хлопковой ткани с добавлением лайкры упругого искусственного волокна. Эта ткань плотно окутывает тело и легко восстанавливает свою прежнюю форму.