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第15章 非比寻常的科学技术之最(1)

世界上第一辆汽车

最早将动力装置(发动机)安到车辆上的人是法国人居纽。1769年前后,他相继制造了两台蒸汽汽车。车身是木制的,长7.32米,高2.2米,蒸汽泡(即蒸汽锅炉)直径1.28米,后轮直径1.5米,可载重4~5吨,时速3.5千米左右。添加一次燃料和水后,蒸汽机可驱动车辆行驶30分钟。这种蒸汽汽车十分笨重,很难控制,在试车过程中,两辆蒸汽汽车先后发生了锅炉爆炸与翻车事故。此后,经改进在1770-1790年间,逐渐出现了蒸汽公共汽车。这种车辆虽然行驶缓慢,但毕竟是人类历史上最早的汽车。在这期间,还出现过寿命不长的,由蓄电池供电的电力汽车,因为不能长途行驶,也被人们放弃了。蒸汽汽车的缺点就在它的动力装置上;蒸汽发动机太重,操作复杂,还有爆炸的危险。在发明新型发动机之前,汽车的发展就必然受到限制。

19世纪,科学家们都在努力研制使用液体燃料(石油制品)的发动机。英国人布朗于1823年、法国人李纳及其同事于1860年,都设计制造了这种发动机。

但是,这项技术的突破要归功于德国人奥托,他在1876年设计、制造了“无声燃气引擎”,将发动机的工作分为四步——进气、压缩爆燃、排气,为现代的“四冲程引擎”奠定了基础。因为这种发动机不像蒸汽机那样,燃料燃烧是在汽缸内进行的,所以起名为“内燃机”。更先进的汽车随着内燃机的发明而出现了。

1885年德国工程师卡尔·本茨在曼海姆制成了的一辆汽车,该车为三轮,采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机,具备现代汽车的基本特点,如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动、前轮转向等。本茨于1886年为这种汽车申请了专利。同年,另一位德国人戴姆勒,独立地研制出自己的马车式汽车。也获得了专利。于是,人们公认1886年为汽车诞生年。

1888年,本茨的妻子贝尔塔带着孩子们偷着驾驶着本茨心爱的三轮汽车,克服了输油管堵塞、电路短路、车闸磨坏、爬坡无力等困难,完成了一次试车,全程达144千米,成了世界上第一个女司机。事后,本茨非但没有责怪他们,还采用了他们的意见,改进了设计,如为增加爬坡力,在变速装置上增加了一个最慢、最有力的速度档。戴姆勒则先后将发动机装在自行车和轮船上,发明世界第一辆摩托车。他的公司于1889年开始生产一种四轮四速汽车,已具有一定商品价值。1926年奔驰公司与戴姆勒公司合计,成为世界上最着名的汽车生产企业之一——戴姆勒·奔驰公司。这两个人被人们誉为“现代汽车之父”。

1895年11月1日,美国一位叫查尔斯·布雷格·金格的人提出在芝加哥成立了汽车联盟。这个世界上最早的汽车联盟诞生11天后,还没有选出委员、还未形成正规组织的时候,即1895年11月12日,法国巴黎以普拉斯·德·罗佩拉4号作为总部,成立了“法国汽车俱乐部”。该俱乐部是今天国际汽车联合会的始祖。

最早的拉链

拉链的发明者是芝加哥机械工程师惠特考恩·加德森,为了制造一根可以使用的拉链,花了他22年的时间。1891年,他制成第一根金属拉链,当时他将它叫做“抓锁”,由两根带齿的金属和一个拉头组成,当拉头扯动时,金属拉链就能封闭或开启,主要用在鞋子上。

1905年,加德森改进了“抓锁”,将两根金属拉链固定在两根布条上,和今天使用的拉链已十分相似。这种拉链很容易地缝制到衣服上,代替纽扣。他将自己的杰作称为“居利提拉链”。

但是加德森的拉链有一个致命的缺陷:十分容易绷开。加德森为此绞尽脑汁,但怎么也找不到解决的办法。正在这时,好像上天有意派了个人来,森贝克这位年轻的工程师恰巧来到加德森的工作室。森贝克对德森的发明十分感兴趣,经过仔细观察,他指出拉链容易绷开是因为齿之间的距离过大,只要缩小距离使金属齿一颗接一颗的紧挨着,就能使拉链咬得更牢固。在森贝克的帮助下,加德森终于制成非常坚固耐用的拉链。

但再好的发明,没有需要又有何用呢?无论制衣商还是家庭主妇,对加德森的发明都不屑一顾。于是,加德森只好把制成的拉链廉价卖给小贩。识货的人最终还是来了。由于当时的一起飞机失事事件,查明原因是飞行员衣服上的纽扣脱落造成的,因此美国海军决定飞行员的衣服不再使用纽扣,而改用拉链。

美国海军向加德森订购了一万根拉链。从此,拉链大行其道。

第一次世界大战后,拉链才流传到日本。日本吉田工业公司是世界上最大的拉链制造公司。它每年的营业额达25亿美元,年产拉链84亿条,其长度相当于190万千米,足够绕地球到月球之间拉上两个半来回。吉田公司的创办人吉田吉雄也成了名闻遐迩的“世界拉链大王”。

世界上第一辆摩托车

摩托车也叫机器脚踏车,是德国人巴特列布·戴姆勒(1834-1900)在1885年发明的。当以煤炭为燃料的蒸汽的汽车普遍行使在街头的时候,由于烟雾弥漫,时速不快等原因,已经由人开始试图利用其他燃料了。在奥托工厂任职的青年技术员戴姆勒决定研制一种小型而高效率的内燃机,毅然辞去工厂的职务,在另外组织的一个专门研制机构进行研制,终于在1883年获得成功,并于同年12月16日获得德意志帝国第28022号专利。1885年8月29日。戴姆勒巴将经过改进的汽油引擎装到拇制的两轮车上制成了世界上第一辆摩托车,并获得了专利。

当时的汽油发动机尚处于低级幼稚的状况,车辆制造尚为马车技术阶段,原始摩托车与现代摩托车在外形、结构和性能上有很大差别。原始摩托车的车架是木质的。从木纹上看,是木匠加工而成的。车轮也是木制的。车轮外层包有一层铁皮。车架中下方是一个方形木框,其上放置发动机,木框两侧各有一个小支承轮,其作用是静止时防止倾倒。因此。这辆车实际上是四轮着地。单缸风扇冷却的发动机,输出动力通过皮带和齿轮两级减速传动,驱动后轮前进。

车座作成马鞍形,外面包一层皮革。其发动机汽缸工作容积为264毫升,最大功率0.37千瓦仅为现代简易摩托车的1/5。时速12千米,比步行快不了多少。由于当时没有弹簧等缓冲装置,此车被称为“震骨车”,可以想象,在19世纪的石条街道上行驶,简直比行刑还难受。尽管原始摩托车是那么简陋,但是从此摩托车才能不断变革,不断改进,才有了一百多年后数亿辆现代摩托车的子孙。

第一辆由内燃机驱动的两轮车名叫“家因斯伯车”,这是1885年德国巴德一康斯塔特市的哥特利勃·戴姆载制造的一种机动车,车架用木头制造。发动机为单缸264毫升四冲程,每分钟700转,最高车速为每小时19千米。出生于符腾堡王国(相当于今日德国的巴登一符腾堡邦之一部分)海尔布隆的勒文斯坦市的威廉·梅巴赫首次骑行该车。

19世纪末至20世纪初,早期的摩托车由于采取了当时的新发明和新技术,诸如充气橡胶轮胎、滚珠轴承、离合器和变速器、前悬挂避震系统、弹簧车座等,才使得摩托车开始有了实用价值,在工厂批量生产,成为商品。

20世纪30年代之后,随着科学技术的不断进步,摩托车生产又采用了后悬挂避减震系统、机械式点火系统、鼓式机械制动装置、链条传动等,使摩托车又攀上了新台阶,摩托车逐步走向成熟,广泛应用于交通、竞赛以及军事方面。20世纪70年代之后,摩托车生产又采用了电子点火技术、电启动、盘式制动器、流线型车体护板等,以及90年代的尾气净化技术、ABS防抱死制动装置等,使摩托车成为造型美观、性能优越、使用方便、快速便当的先进的机动车辆,成为当代地球文明的重要标志之一。尤其是大排量豪华型摩托车已经把当今汽车中先进技术移植到摩托车上,使摩托车达到炉火纯青的境界。摩托车的发展进入了鼎盛阶段。

最为先进的汉字编码法

“汉字全息码”是世界上最先进的汉字编码法。

“汉字全息码”是中学生杜冰蟾经过三年努力于1990年发明的。杜冰蟾出生于一个祖辈均为辞书编纂家的家庭,12岁就开始研究汉字部首,每天只睡几个小时,除了吃饭上学,所有时间都埋头书房,研究的草稿用麻袋装,将汉字200多个部首删减为100个部首,每删去一个,都如同在悬崖上攀登,极尽艰难。可她却说碰到困难就是碰到机会,成功就是克服困难的结果。

“汉字全息码”顺应中国人几千年来的识字习惯和笔顺规则,不规定任何口诀,也不用死记硬背,将汉字分解成100个部首进行编码,把部首、拼音、笔顺、笔画四大元素结合在一起,摒弃了以前编码方式中各种缺点,从简从易。经过这样处理,每个汉字与语词都被转换成四个拼音字母或六位数码,适用于各种中小型电脑键盘,可为全世界学习、使用汉语的人共同掌握,其优越性超过了已有的数百种汉字编码方式。

“汉字全息码”可广泛应用于中文电脑打字、编辑、印刷、管理,以及电报、电传、中外文机器助译等方面。它的发明,使汉字变成科学、规范、精炼、整齐、优美的集约化编码,为方块汉字电脑化和汉文走向世界作出了重大贡献。

当只有15岁的杜冰蟾公布了其汉字全息编码方法的发明后,引起了国内外的强烈反响。美国出版的《世界名人录》把她的名字作为世界最年轻的大发明家收了进去。着名的加拿大西蒙·弗莱泽大学邀请她前往该校讲学,这是西方大学首次把一个少年作为访问学者邀请。权威的日本《科学朝日》杂志称她的发明是“划时代的汉字编码方法”。据有关方面披露,杜冰蟾是世界上提出重大发明的年龄最小的发明家。1990年,中国教育电子公司出资1亿元想购买汉字全息码技术,巨额财富没有打动杜冰蟾的心。1995年,年仅21岁的杜冰蟾成立“杜冰蟾汉字全息码有限公司”,成为中国最年轻的董事长。

最早提出勾股定理的人

勾股定理在西方被称为毕达哥拉斯定理,相传是古希腊数学家兼哲学家毕达哥拉斯于公元前550年首先发现的。其实,我国古代得到人民对这一数学定理的发现和应用,远比毕达哥拉斯早得多。如果说大禹治水因年代久远而无法确切考证的话,那么周公与商高的对话则可以确定在公元前1100年左右的西周时期,比毕达哥拉斯要早了500多年。

中国古代的数学、天文着作《周髀算经》,采用周公与商高对话的形式,对战国以前的数学成就作了很好的科学总结。其中的《勾股章》里,周公问商高古代伏羲是如何确定天球的度数的?天是不能用梯子攀登的,也无法用尺子衡量。

数是从哪里得来的呢?商高回答:数的艺术是从研究圆形和方形开始的,圆形是由方形产生的,而方形又是同折成直解的矩尺产生的。在研究矩形前需要知道九九口诀,设想把一个矩形沿对解线切开,把勾和股分别自乘,然后把它们的积加起来,再进行开方,便可以得到弦。

商高即说当直角三角形的两条直角边分别为3(短边)和4(长边)时,径隅(就是弦)则为5。以后人们就简单地把这个事实说成“勾三股四弦五”。由于勾股定理的内容最早见于商高的话中,所以人们就把这个定理叫做“商高定理”,也即是“勾股定理”。

中国古代的数学家们不仅很早就发现并应用勾股定理,而且很早就尝试对勾股定理作理论的证明。最早对勾股定理进行证明的,是三国时期吴国的数学家赵爽。赵爽创制了一幅“勾股圆方图”,用形数结合得到方法,给出了勾股定理的详细证明。他用几何图形的截、割、拼、补来证明代数式之间的恒等关系,既具严密性,又具直观性,为中国古代以形证数、形数统一、代数和几何紧密结合、互不可分的独特风格树立了一个典范。

这个定理在中国又称为“商高定理”,在外国称为“毕达哥拉斯定理”。为什么一个定理有这么多名称呢?毕达哥拉斯是古希腊数学家,他是公元前5世纪的人,比商高晚出生500多年。希腊另一位数学家欧几里得在编着《几何原本》

时,认为这个定理是毕达哥达斯最早发现的,所以他就把这个定理称为“毕达哥拉斯定理”,以后就流传开了。

世界上第一个地震仪

记录地震波的仪器称为地震仪,它能客观而及时地将地面的振动记录下来。其基本原理是利用一件悬挂的重物的惯性,地震发生时地面振动而它保持不动。由地震仪记录下来的震动是一条具有不同起伏幅度的曲线,称为地震谱。曲线起伏幅度与地震波引起地面振动的振幅相应,它标志着地震的强烈程度。从地震谱可以清楚地辨别出各类震波的效应。纵波与横波到达同一地震台的时间差,即时差与震中离地震台的距离成正比,离震中越远,时差越大。由此规律即可求出震中离地震台的距离,即震中距。东汉时张衡发明的地动仪,是世界上最早的观测地震的仪器。

东汉时期,地震频繁,据《后汉书·五行志》记载,自和帝永元四年到安帝延光四年(公元92-125年)的30多年间,较大的地震就发生了26次,给人民的生命财产造成了巨大损失。为了掌握全国各地的地震动态,张衡在前人积累的地震知识基础上,经过多年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)成功地制造出地动仪。

《后汉书·张衡传》记载:“地动仪以精铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒樽(酒坛)。”仪器里面,中央竖立着一根上粗下细的铜柱(相当于一种倒立型的震摆),叫做“都柱”。都柱周围有八条通道,称为“八道”,八道是与仪体相连接的八个方向的八组杠杆机械。仪体外部相应地铸有八条龙,头朝下、尾朝上,按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。每个龙头的嘴里都衔着一个小铜球,每个龙头下面均蹲着一只铜制的、昂头张口准备承接小铜球的蟾蜍。

一旦发生强烈地震,都柱便因震动而失去平衡,倒向地震发生的方向,从而触动八道中的一道,使相应的那条龙嘴张开,小铜球即落入铜蟾蜍口中,发出很大声响,这样人们就会知道在什么时间什么方位发生了地震。

顺帝永和三年(公元138年)二月初三那天,安置在京城洛阳的地动仪,正对着西方的龙嘴突然张开,吐出了小铜球,激扬的响声,惊动了四周,人们纷纷议论,大地并没有震动,地震仪为什么会报震呢?大概是地震仪不灵吧?谁知过了没有几天,陇西(今甘肃省西部)发生地震的消息便传来了,于是人们“皆服其妙”。陇西距洛阳一千多里,地动仪能够准确地测知那里的地震,事实生动地证明了地震仪是何等的灵敏、何等的准确!

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