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第2章 日常生活中的发明与创造(1)

鲁班发明的锯

两千多年以来,鲁班一直被土木工匠尊奉为祖师爷,受到人们的尊敬和纪念。他是我国古代最优秀的土木工匠之一,也是一个有许多创造的杰出发明家。

其中,人们现在用的锯就是鲁班发明的。

有一次,鲁班奉命建造一座宫殿,工程规模浩大,工期却要求很短,而且干到中途,木料又用完了。所有的人都不得不停下来,赶去采木料。

鲁班也亲自起早贪黑地带领徒弟们一边上山砍木头,一边加紧施工,生怕耽误了工期。

鲁班在用斧子砍树时,觉得又费力,速度又慢,斧子用不了多久就钝了,还要去磨,能不能造出一种工具来代替斧子呢?这个想法一直萦绕在鲁班的心头。

有一天,他去山上砍木料,山路很陡,他用力抓住两边的杂草,吃力地向前行进。

当他松开手时,一片茅草叶从他的手指间轻轻滑过,带来一阵剧痛,他仔细一看,手上留下了一条口子,鲜血正从伤口中渗出。

一片又轻又软的小草叶,竟能把手指划破!

鲁班小心地摘下那片茅草叶,仔细地观看,发现在叶子的边缘有一排又细又尖的细齿。

他试着用叶子在斧柄上拉过,叶子软软地歪到了一边,可还是在斧柄上留下了一条印迹,这给了鲁班启发。

他兴奋得转身就向山下跑,也顾不得身边的杂草,深一脚、浅一脚地赶回了工地。

他找来了一把竹片,把它削薄,又在它的边缘削刮,在上边刻出一个个的“牙齿”,用这些齿在木料上来回地拉,果然拉出了一条深深的沟。但只用了几下,竹片上的齿就被磨平了。

他想,如果用比竹片更坚韧的铁片来做这些齿,不就能把木头很轻易地弄断了吗?

于是鲁班拿着这些竹片去找铁匠,让铁匠照着竹片的样子打造出几根带齿的铁片来。他又给这些铁片装上了木制的柄,于是锯子就这样产生了。

工匠们用锯子伐木头,又快,又省力。鲁班和他的徒弟们很快就把木料凑齐了,宫殿也如期完工了。

两千多年过去了,锯子在工匠们的手中一代代地流传至今,即使是现代化的电锯,也没有脱离开鲁班发明的锯子的基本原理。

约翰·沃克发明了火柴

学会取火是人类文明的重大进步。从考古学的研究来看,周口店的北京猿人已经有了人为的取火方法。

过去的取火方法大体有四种:摩擦法、打击法、压榨法和光学发火法。

这当中,最早出现的是摩擦发火法和打击发火法。

中国古代传说中有燧人氏教人钻木取火的故事。所谓钻木取火,就是用一根木棒立在另一块木块上用力旋转,使它摩擦生热而发火的做法。

在太古时代,主要是用燧石互相打击而取火。到有了钢铁之后,人们便改用铁块和打火石碰撞的取火方法了。

比较科学的取火方法是18世纪末在罗马出现的。

那时有人用一根一米多长的大木棒,在其顶端涂上浓氯酸钾、糖和树胶的混合物,当人们要使用火时,就把大棒的顶端伸进一个盛有硫酸溶液的器皿里,使二者相遇发生化学反应而燃烧。这便是火柴的雏形。

1827年,英国化学家约翰·沃克发明了与现代火柴相近似的引火棍。而这个发明也是很偶然的。

有一天,沃克正在集中精力试制一种猎枪上用的发火药。

方法是把金属锑和钾碱混合在一起,然后用一根棍搅拌。这样,棍的一端便粘上了金属锑和钾碱的混合物。后来,他想把粘在木棍上的混合物在地上磨掉,以便再利用这根棍来搅拌新配的混合物。

然而,正当他把木棍在地上使劲摩擦时,突然“扑”的一声冒出了火苗,木棍燃烧起来了。

这个发现使沃克非常兴奋。他想:如果能利用自己发现的办法制造引火物,那对人们来说取火将是多么方便啊!于是,他开始参照自己发现的办法研制火柴了。

1827年4月7日,约翰·沃克制作的第一盒火柴出售了。他的火柴84根为一盒,售价1先令。火柴盒的一端贴有一小片砂纸,把火柴头夹在砂纸中间,向外一拉,火柴便点燃了。

从此,火柴便在全世界得到了普及。

1830年又出现了黄磷火柴,这种火柴一经摩擦即可引燃,但容易出危险,而且它的烟有毒。1835年,又有人发明了安全无害的赤磷火柴。到1848年,德国人又发明了今天通用的安全火柴。

火柴的发明,为人类用火提供了极大的方便。

爱迪生发明了电灯

在电灯问世以前,人们普遍使用的照明工具是煤油灯或煤气灯。这种灯因燃烧煤油或煤气,因此,有浓烈的黑烟和刺鼻的臭味,并且要经常添加燃料,擦洗灯罩,因而很不方便。更严重的是,这种灯很容易引起火灾,酿成大祸。

多少年来,很多科学家想尽办法,想发明一种既安全又方便的电灯。

19世纪初,英国一位化学家用2000节电池和两根炭棒,制成世界上第一盏弧光灯。但这种光线太强,只能安装在街道或广场上,普通家庭无法使用。无数科学家为此绞尽脑汁,想制造一种价廉物美、经久耐用的家用电灯。

这一天终于来到了。1879年10月21日,一位美国发明家通过长期的反复试验,终于点燃了世界上第一盏有实用价值的电灯。从此,这位发明家的名字就像他发明的电灯一样,走入了千家万户。他,就是被后人赞誉为“发明大王”的爱迪生。

1847年2月11日,爱迪生诞生于美国俄亥俄州的米兰镇。他一生只在学校里念过三个月的书,但他勤奋好学,勤于思考,其发明创造了电灯、留声机、电影摄影机等1000多种物品,为人类社会做出了重大贡献。

爱迪生12岁时,便沉迷于科学实验中,经过自己孜孜不倦地自学和实验,16岁那年,便发明了每小时拍发一个信号的自动电报机。后来,又接连发明了自动数票机、第一架实用打字机、二重与四重电报机、自动电话机和留声机等。

有了这些发明成果的爱迪生并不满足,1878年9月,爱迪生决定向电力照明这个堡垒发起进攻。他翻阅了大量的有关电力照明的书籍,决心制造出价钱便宜,经久耐用,而且安全方便的电灯。

他从白热灯着手试验。把一小截耐热的东西装在玻璃泡里,当电流把它烧到白热化的程度时,便由热而发光。他首先想到炭,于是就把一小截炭丝装进玻璃泡里,可刚一通电炭丝马上就断裂了。

“这是什么原因呢?”爱迪生拿起断成两段的炭丝,再看看玻璃泡,过了许久,才忽然想起,“噢,也许是因为这里面有空气,空气中的氧又帮助炭丝燃烧,致使它马上断掉!”于是他用自己手制的抽气机,尽可能地把玻璃泡里的空气抽掉。一通电,炭丝果然没有马上熄掉。但8分钟后,灯还是灭了。

可不管怎么说,爱迪生终于发现:真空状态时白热灯显得非常重要,关键是炭丝,问题的症结就在这里。

那么应选择什么样的耐热材料好呢?

爱迪生左思右想,终于想到熔点最高,耐热性较强要算白金啦!于是,爱迪生和他的助手们,用白金试了好几次,可这种熔点较高的白金,虽然使电灯发光时间延长了许多,但不时要自动熄掉再自动发光,仍然很不理想。

爱迪生并不气馁,继续着自己的试验工作。他先后试用了钡、钛、钴等各种稀有金属,效果都不很理想。

过了一段时间,爱迪生对前边的实验工作做了一个总结,把自己所能想到的各种耐热材料全部写下来,总共1600种之多。

接下来,他与助手们将这1600种耐热材料分门别类地开始试验,可试来试去,还是采用白金最为合适。由于改进了抽气方法,使玻璃泡内的真空程度更高,灯的寿命已延长到2个小时。但这种由白金为材料做成的灯,价格太昂贵了,谁愿花这么多钱去买只能用2个小时的电灯呢?

实验工作陷入了低谷,爱迪生非常苦恼,一个寒冷的冬天,爱迪生在炉火旁闲坐,看着炽烈的炭火,口中不禁自言自语道:“炭……”

可用木炭做的炭条已经试过,该怎么办呢?爱迪生感到浑身燥热,顺手把脖子上的围巾扯下,看到这用棉纱织成的围脖,爱迪生脑海突然萌发了一个念头:

对!棉纱的纤维比木材好,能不能用这种材料?

他急忙从围巾上扯下一根棉纱,在炉火上烤了好长时间,棉纱变成了焦焦的炭。他小心地把这根炭丝装进玻璃泡里,一试验,效果果然很好。

爱迪生非常高兴,紧接着又制造了很多棉纱做成的炭丝,连续进行了多次试验,灯泡的寿命一下子延长到13个小时,后来又达到45个小时。

这个消息一传开,轰动了整个世界。使英国伦敦的煤气股票价格狂跌,煤气行业出现一片混乱。人们预感到,点燃煤气灯即将成为历史,未来将是电光的时代。

大家纷纷向爱迪生祝贺,可爱迪生却丝毫无高兴的样子,头说道:“不行,还得找其他材料!”

“怎么,亮了45个小时还不行?”助手吃惊地问道。“不行!我希望它能亮1000个小时,最好是16000个小时!”爱迪生答道。

大家知道,亮1000多个小时固然很好,可去找什么材料合适呢?

爱迪生这时心中已有数。他根据棉纱的性质,决定从植物纤维这方面去寻找新的材料。

于是,马拉松式的试验又开始了。凡是植物方面的材料,只要能找到,爱迪生都做了试验,甚至连马的鬃毛,人的头发和胡子都拿来当灯丝试验。最后,爱迪生选择竹这种植物。他在试验之前,先取出一片竹子,用显微镜一看,高兴得跳了起来。于是,他把炭化后的竹丝装进玻璃泡,通上电后,这种竹丝灯泡竟连续不断地亮了1200个小时!

这下,爱迪生终于松了口气,助手们纷纷向他祝贺,可他又认真地说道:

“世界各地有很多竹子,其结构不尽相同,我们应认真挑选一下!”

助手们深为爱迪生精益求精的科学态度所感动,纷纷自告奋勇到各地去考察。经过比较,在日本出产的一种竹子最为合适,便大量从日本进口这种竹子。

与此同时,爱迪生又开设电厂,架设电线。过了不久,美国人民便用上这种价廉物美,经久耐用的竹丝灯泡。

竹丝灯用了很多年。直到1906年,爱迪生又改用钨丝来做,使灯泡的质量又得到提高,一直沿用到今天。

当人们点亮电灯时,每每会想到这位伟大的发明家。是他,给黑暗带来无穷无尽的光明。1979年,美国花费了几百万美元,举行长达一年之久的纪念活动,来纪念爱迪生发明电灯一百周年。

留住美好瞬间的照相机

照相是一种能把有形之物原样不变地记录下来的技术。古代,人们为了把物体的形状记录下来,只有采取绘画的方法。但再高明的画师,也难以把物体的原形毫不走样地记录下来。

为了解决这个问题,人们利用光学原理发明了照相机。

最原始的照相手法就是所谓的“针孔照相”。这是通过针孔使物体的像映照在墙壁上的做法。

例如着名画家达·芬奇就曾用这种方法把风景准确地映照在墙上。但是,这种针孔照相本身并不能记录,只是投影而已。

达·芬奇为了把针孔投影记录下来,曾经对投影的像用铅笔描绘,作为记录。

1802年,英国人维丘德首先利用硝酸银的感光作用,把硝酸银涂在纸片上,制成了印像片。1827年,法国人尼布斯在锡板或玻璃板上撒上沥青粉末,上面再敷上一层油或蜡,使之成为半透明体。在阳光下,经过长时间照射,可以留下实物的白色影子,制成不会消逝的照片。但是,每拍一张这样的照片,就要在阳光下晒上6~8个小时,这样复杂的过程显然不适合实际使用。

到了1839年,照相技术有了新进展。一位叫达盖尔的法国学者在一个偶然的机会里发现了一种新的感光材料。达盖尔在研究照相技术时,无意中把一把银匙放在用碘处理过的金属板上,过了一会儿,达盖尔发现这把银匙的影子居然印到了板上。这一现象使他大为吃惊。于是他专门磨制金属板,并在上面涂了碘,用镜头进行拍摄,果然拍下了薄薄的影子。这一成功,极大地鼓舞了达盖尔的信心。

达盖尔继续向突破照相技术的最后难关进军。又是一个偶然的发现帮了他的大忙。有一天,达盖尔到药品箱中找药品,突然看到过去曾经曝过光的底片上,影像已经变得十分清晰。这是什么原因呢?为了找到答案,他每天晚上将一张曝过光的底片放在药箱里,第二天早晨,在取出底片的同时取出一瓶药。

他想:如果某一种有效药品被取出箱外,再放进曝过光的底片就不可能显现清晰。

但是使达盖尔意外的是,当箱子里的药品全部取完后,底片仍然显像清晰。这不禁使达盖尔十分惊异。为了彻底查清原因,达盖尔把箱子翻来覆去进行反复检查,终于发现了箱子里有一些小水银珠。他立刻意识到,奇迹一定是水银造成的。经过分析后达盖尔认为:

因箱子里温度较高,使水银蒸发影响底片使其显像良好。

为了证实这一判断,达盖尔把曝过光的底片放在暗室里,用水银蒸气进行试验,果然取得了预期效果。这样,达盖尔就解决了照相的关键技术——显影问题。接着,他又解决了定影技术,从而彻底解决了照相技术问题。达盖尔的发明和现在的照相技术基本上是相同的。所以,照相技术的发明应当归功于达盖尔。

快速煮饭的高压锅

高压锅作为厨房用具的历史并不太长,但它的出现却是300多年前的事了。

发明高压锅的是法国科学家帕平,他于1647年出生于法国的布卢瓦,后来到伦敦,担任着名科学家波意耳的助手。

由于他有很多发明创造,所以成为了英国皇家学会会员。

帕平早就有发明高压锅的念头。

他想,既然水沸腾的温度可以随着压力的升高而上升,那么,要是把盛水的容器密封起来,在使蒸气不外泄的情况下加热,容器内的压力增高,沸点也会超过100益。如果把食物放在这样的容器里,一定会熟得更快,煮得更烂。

按照这一设想,他开始进行试验。

在密闭的容器里给水加热是很危险的。因为蒸气不能外泄,它对容器的压力就要大大升高,最后就会像炸弹一样引起容器爆炸。

为了使容器内的压力不至于太高,帕平发明了一个减压装置,用它使蒸气在达到危险压力以前就放泄出去,这个装置就是现在高压锅上的“安全阀”。

帕平给他发明的安全高压锅取了个名字叫“消化器”。

高压锅的初次使用是在皇家学会会员的一次集会上,帕平用他发明的高压锅做了菜请大家品尝,给大家留下了深刻的印象。

当时出席这次集会的皇家学会会员约翰·叶维林在他的日记中这样写道:

1681年4月12日。这天下午,几位皇家学会会员受帕平的邀请共进晚餐。

席上的鱼、肉全是用帕平的“消化器”烧煮的,连最硬的牛羊肉都煮得像奶酪一样稀烂,只用了8盎司(约227克)的煤就煮出了大量的肉汁。用牛骨煮的肉冻香气扑鼻,是我从未吃过、也从未见过的。

1681年,帕平写了一本书介绍这种装置,这本书包括一幅高压锅结构图和详细说明其结构的文字,并用若干章的文字详细介绍了用压力锅做羊肉、牛肉、兔子肉、鸽子肉、鲭鱼、狗鱼、大豆、青豆等食物的情况。

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