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第6章 数理化工大发明(3)

活字印刷术首先是制活字。毕昇所用的材料是胶泥,刻好字后用火焙烧,使之坚硬如瓷。其次是排版,在铁板上放松香、蜡以及纸灰的混合物和一个铁框,将拣出来的字排满一框后即对铁板进行加热,使松脂熔化,将泥活字压平,冷却固定之后,版即制好。最后,就是印刷,方法与雕版印刷一样。印刷完后,将铁板再度加热,使松香和蜡熔化,将泥活字取下放好,以备下次使用。不难看出,毕昇在近千年以前发明的活字印刷术,已经大体上具备了近代活字印刷术所具备的基本原理和操作程序。

毕昇在11世纪中期发明了活字印刷术,但却并未得到广泛应用。400多年后,谷登堡在东方文明的启迪下,也发明了同一原理的活字印刷术。不同的社会制度造就了截然不同的结果——谷登堡的活字印刷术开辟了印刷行业机械化生产的道路,并引领着西方文明大踏步地向前迈进。

1398年,谷登堡出生在德国黑森的美因茨。他对欧洲古老的印刷术做出了彻底改良。在制造活字方面,他找到了铅合金。谷登堡先为每个印刷符号刻制一个凸出的字模冲头,然后进行修正直至完美。之后,用它在铜块上冲出一个凹进的印模。再在其中浇入铅水,冷却后就成了活字。使用时,工人们从字盘中拣出所需字模,把它们放入一个叫“手盘”的容器里,每两个单词之间放入铅空,然后把手盘中的活字移入长方形活字盘,并在行与行之间插入铅条。整个版面排好后,再把它放进一个钢制或铁制的排字架中,最后在架子的缝隙中敲入许多楔子,使活字牢牢地固定在各自的位置上,然后就可以付梓印刷了。

解决了活字问题之后,谷登堡又将精力投入到了印刷机的发明上。最后,他根据木制螺旋压榨机的压印原理制成了代替手工印刷的木制印刷机。与此同时,他还发明了一种可以均匀地粘着在每个金属活字上的油墨,而这些在当时东方的印刷术中都是不具备的。1454年,谷登堡印刷的第一部书籍《圣经》问世了。很快,谷登堡发明的印刷术风靡整个欧洲,到了19世纪,西方的印刷业已经有了长足的进步。如今,伴随着电子计算机和激光技术的发展,铅字正逐渐退出印刷舞台,激光照排技术的问世使印刷业又迎来了一场新的变革。

编织机

威靡·李生活的年代,当时手工纺织十分盛行。威廉结束了剑桥大学的学业后,回到了故乡卡尔文顿,开始了他的牧师生涯,也开始了与那些几乎终日不停编织着的姑娘们为伍的生活。他是一个不适应环境的人,当他听到编织发出来的粗糙声音就感到不舒服。当他瞧着妻子的双手拿着两根针迅速地编织时,突然,他脑中冒出了一个念头:为什么不能用数百根小针代替一根大针,用许多钩子把编织的环状物提起来置于毛线之上,一次就打一排,为什么不能采用一种自动的编织机呢?

其实,威廉的想法并不新鲜。北非的牧民早在公元前若干个世纪就已经开始使用编织机和钩子了;织地毯的工匠使用的一种框架技术跟威廉设想的也相差无几。新鲜的只是编织机的概念和用一排钩子把编织环状物提起来置于毛线之上的简单编织动作。经过3年的努力,1589年,威廉的第一台手动脚踏编织机诞生了。

威廉以为自己找到了一条扬名发财的道路,他带着机器去宫廷谒见伊丽莎白女王,希望得到编织机的发明权和专利权。可是女王对他的发明不感兴趣。威廉的第一台编织机是用粗羊毛来编织的织袜机,女王认为使用这种机械会威胁大英帝国的棉花业,她还认为用羊毛编织的袜子太土气。为了能编织丝袜,威廉又花费了8年的时间改造编织机,可是,这回女王依然拒绝认可他的专利。于是,威廉又和弟弟将机器带到欧洲大陆,这一发明终于得到了法国国王亨利四世的支持,咸廉就在法国里昂用编织机生产长袜。在他的专利即将被批准时,亨利四世却被暗杀了。之后,威廉又和弟弟四处奔走,竭力说服金融家们兴办机械编织工厂,但终究一无所获……1610年,这位编织机的发明者在四处碰壁的绝望中死去了。

直到威廉·李死后,编织机才时来运转,碰到了知音。威廉的弟弟带着机器回到英国,碰到了一个从诺丁汉来的商人,这个商人对机器很感兴趣。于是他们在英格兰中部地区的北部合伙开办了第一个机械化的针织厂。这个冒险十分成功,致使在一个世纪之后,莱斯特的手工编织工人向市政官员请愿,要求保护他们的利益,不在这个县再增加编织机器。

威廉·李的手动脚踏编织机最开始用来织袜,以后逐渐延伸到织衣裤、帽子、围巾等物件,一直沿用了200多年。19世纪初,英国的达乌森德对这种编织机进行了改进,发明了不使用沉降片的舌针,在舌针头部有一个像鳄鱼嘴形的能张合的部件,它能够出色地完成模仿人手指的编织动作,进一步提高了工作效率。

威廉·李虽然抱憾死去,但编织机最终还是因它比人工编织优越的性能而迎来了自身的春天。

电梯

18世纪末至19世纪末,欧洲和美国的工业革命带来了生产力的飞速发展和经济繁荣。这个时期,城市化进程加快,城市人口高速增长。为了在较小的土地范围内建造更多的使用面积,建筑物不得不向高空发展。电梯的出现,使建筑物突破了5层的高度限制。

美国发明家奥蒂斯是一个很细心的科学家,高层建筑的大量出现引发了他改造升降机的念头。1852年,成为奥蒂斯发明生涯中的一个转折点。纽约贝德斯泰德制造公司的老板要求他制造一台货运升降梯来装运产品。作为一名熟练的工长,奥蒂斯并没有被这项任务所难倒,他认为如果将升降梯改造得更好,建筑物就可以突破高度的限制,这是一个多么令人心动的想法啊!

奥蒂斯分析了各种类型的升降机,它们都具有一个致命的缺陷:只要吊绳突然断裂,吊篮就会呈自由落体运动急速下降。在升降梯的设计过程中,奥蒂斯就把难点放在了吊篮的控制上。他设计了这样一种制动器:在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆,与升降梯井道两侧的导轨相连结,起吊绳与货车弹簧联结,这样仅起重平台的重量就足以拉开弹簧,避免与制动杆接触。如果绳子断裂,货车弹簧就会恢复原状,两端立刻与制动杆咬合,即可将平台牢固地固定在原位,以免继续下坠。

这种新设备叫安全升降梯,这项成功的发明使奥蒂斯成为众人注目的焦点。不久,他就收到了订制两台升降梯的订单。这份订单使奥蒂斯对自己的发明进行了认真思索,他坚信这个蒸蒸日上的国家将会需要更多的升降梯。

像任何企业家一样,奥蒂斯也要宣传自己的产品。1854年,在纽约的水晶宫展览会上,奥蒂斯亲自演示了安全升降梯。他爬上电梯的平台,将平台升到大家都能看到的高度。然后,命令助手切断缆绳,在一片惊呼声中,电梯并没有掉下来。当暴风雨般的掌声响起时,站在平台上的奥蒂斯挥动着手里的帽子向人们致意!

安全与这次表演联系起来,这个词使升降梯获得了普遍承认,纽约普通公众和小实业家们很快就想到在商店利用这种升降梯来为顾客服务。

但开始时顾主们却并没有因需要购买奥蒂斯公司的升降梯而踢破门坎。1854年只销售几台;1855年也只有15台;1856年,奥蒂斯公司的记载说明,像我们今天所称作的安全升降梯共售出27台,而且全部是货运升降梯。

到1857年3月,在纽约百老汇与布罗姆大街的豪沃特公司,专营法国瓷器和玻璃器皿的商店里安装了世界上第一台安全客运升降梯。该商店共五层,当时就算是相当高的建筑物了。升降梯的动力是由建筑物内的蒸汽动力站利用一系列轴及皮带驱动的。该梯可载重450千克,速度为每分钟12米,升降梯的初级市场终于起步了。

在随后的几年中,升降机总的营业情况不算很好,但也足够使奥蒂斯继续他的研究与发明工作,以便增加升降梯的需求量。令人遗憾的是,1861年4月8日,奥蒂斯在他刚刚度过50岁生日后便去世了。在这短短的岁月里,他与升降梯工业结下了不解之缘,并为它的研制与发展做出了巨大的贡献。

打字机

打字机的发明者叫克里斯托弗·肖尔斯,但他跟打字机没有一点关系,他只是美国一家烟厂的工人。由于一连串的奇遇和巧合,他成了这项专利的持有人。

肖尔斯的妻子在一家公司当秘书。最初,由于妻子工作忙,经常将做不完的工作带回家,连夜赶写材料,非常辛苦。肖尔斯心疼妻子,只好帮忙抄写,有时写到深夜,两人往往都手酸臂疼。于是,肖尔斯开始有了发明写字机器的想法。经过6年苦心研究,他造出了一台像缝衣机那样的打字机。

机器静静地摆放在桌上,袖珍的齿轮、杠杆、螺钉、拨叉、滚筒……一排排的圆形按键,均匀地分布在机器的正面;稍有机械常识的人,都可以循着每一按键向内部观察——按键通过传动装置,连接着金属杆,而每根杆的末端,都刻写着一个美观的字母,一个可由按键控制向前“击打”的“字母笔”。所有构思巧妙之极,现代打字机就要呱呱坠地了。肖尔斯紧张地分开十指,快速地压下一个个按键。“咔嚓,咔嚓”,听上去还是那么刺耳。

肖尔斯紧锁着眉头,按一下,停一下,纸上却印出了端正的字迹。“难道我的打字机只能一字一顿地断续打?”肖尔斯自言自语道:“那简直太可笑了。”原来,问题就出在键盘上。按照常规,肖尔斯把26个英文字母,按顺序排列在键盘上,A、B、C、D、E、F……为了使打出的字一个挨着一个,这些按键不能相距太远。打字时,只要手指动作稍快,金属杆就会相互发生干涉现象。他找来一本字典,粗略地统计了英语中哪些是最常用的字母,然后重新安排了按键的位置。他把所有常用字母之间的距离,都排地尽可能远一些,让手指移动的过程尽量延长。反常的思维方法竟然取得了成功。手指、按键、金属杆,有条不紊地连续运动。“哒哒哒……”肖尔斯激动地打出了一行字母,如同印刷字一样精美:“第一个祝福,献给所有的男士,特别地,献给所有的女士!”

虽然有人早就设计出更科学的键位排列,却始终不成气候。肖尔斯发明的这种键盘,从1860年一直沿用至今,由于该键盘第一行从左至右排列着WE正RTY6个字母,所以我们把它称作“QWERTY”键盘。

与此同时,曾经是肖尔斯合作者的约斯特也在一家公司的资助下研究打字机。他通过一根控制杆使同一个键能分别打出大、小写字母,这使键盘上原有的78个键减少到52个。约斯特还作了进一步改进,使操作者能随时看到所打出的字。

1868年6月23日,美国专利局正式接受了肖尔斯打字机的发明专利。由于资金困难,他把专利卖给了雷明顿军械公司。不久,市场上隆重推出著名的“雷明顿”牌打字机。

电冰箱

哲学家笛卡儿曾说:“我思故我在。”而冰箱的发明过程恰恰证明了这句话的深刻哲理:一个偶然的发现和一个简单的创意,经过许多思考的大脑后,结出了人类智慧之花。在享受冰箱带给我们方便的同时,推动它发展进程的科学家也让我们永远铭记。

哈里森是澳大利亚《基朗广告报》的老板,在一次用醚清洗铅字时,他发现醚涂在金属上有强烈的冷却作用。醚是一种沸点很低的液体,它很容易发生挥发吸热现象。哈里森经过研究,使用了醚和压力泵,于1851年研制出了第一台人工制冷压缩机,并把它使用在一家肉类冷冻加工厂和澳大利亚维多利亚的一家酿酒厂。从此,这种制冷机具有了工业价值。

1873年,德国工程师、化学家卡尔·冯·林德发明了以氨为制冷剂的冷冻机。林德采用一个小蒸汽机为动力来源,它驱动压缩泵,使氨受到反复的压缩和蒸发,产生制冷作用。林德首先将他的发明用于威斯巴登市塞杜马尔酿酒厂,设计制造了一台工业用冰箱。后来,他将工业用冰箱加以改造,使之小型化,于1877年制造出了世界上第一台人工制冷的家用冰箱。到1891年时,林德已在德国和美国售出12000台冰箱。

1923年,瑞典工程师布莱顿和孟德斯发明了世界上第一台用电动机带动压缩机工作的冰箱,也就是人类的第一台电冰箱。后来,他们把专利权卖给了芝加哥的家荣华公司,该公司于1925年生产出了第一批家用电冰箱。最初的电冰箱其电动压缩机和食物箱是分离的,后者是放在家庭的地窖或贮藏室内,然后,通过管道与电动压缩机连接,才合二为一。

应当看到,电冰箱的大发展,其实是从人类开始利用氟利昂作为制冷剂而转折的。

1930年,美国工程师米德莱试制成功了氟利昂。在氟利昂发现以前,冷冻机中常用的制冷剂主要是二氧化硫和氨。这两种物质都具有臭味,对人体有强烈的刺激性,会影响人的健康。于是米德莱根据元素的周期律,寻找更适合做制冷剂的化合物。最终,他发现氟的化合物毒性小,又不易燃烧,挥发性比较大,可作为一种理想的制冷剂。他选择了一组氟氯化物作为研究对象,并成功地发现了理想的高效制冷剂——氟利昂。很快它逐渐取代了二氧化硫和氨,一直沿用了50多年。

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