书城科普人类的创举(科学知识大课堂)
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第13章 发明简史(12)

另外还有独轮脚踏车、可以装卸的边车、载客三轮车、货运三轮车。美国人查尔斯曾经用银元(直径0.038米)做车轮,制成了世界上最小的自行车,轮距为0.07米。车座离地0.178米,脚蹬为0.02米。

自行车家族的成员可谓众多。

自行车竞赛和旅游

自行车运动已经有一百多年的历史。1800年,俄国工匠阿尔塔蒙诺夫用铁打制成一辆自行车,它的后轮比前轮小,装在车轮上的连接杆和踏板可以使车子运转。同年,阿尔塔蒙诺夫骑着自己制造的车,进行了长达五千多千米的旅行,引起了社会的轰动。

1830年,法国勃艮第的一位运动员骑着杜莱西尼式自行车,用两个半小时完成了从博讷到第戌的长达37千米的行程,速度为每小时15千米。

1868年5月31日,法国的奥利维兄弟在巴黎举行第一次自行车赛,这一天标志着自行车运动的诞生。次日,英格兰举行首次自行车赛。

1869年11月7日,巴黎和里昂举行了世界上首次城市间自行车赛。一位英裔法国人詹姆斯·摩尔骑着前轮大、后轮小的自行车获得了冠军,他用10小时24分钟跑完了124千米的路程。

1891年,法国首次举行充气轮胎式自行车赛,赛程从波尔多到巴黎,长达580千米。同年,巴黎至布雷斯特又举行了带回程的自行车赛,全程达1200千米。

1891年,美国纽约市首创六日赛,即两人一组,在1600米的椭圆场地比赛,全程为3368千米。这项比赛于1894年改为接力赛。二战前,这项竞赛还盛行于纽约、芝加哥和其他各大城市,在欧洲也吸引了众多的参赛者。现在,比赛规则已被修改的六日赛仍然进行着,但是时间固定在夜间。

1900年,美国联合比利时、法国和瑞士,组成国际自行车联盟(简称VCI)。现代自行车赛的规则和项目就是由这个组织制定的。VCI具有70多个会员国。

根据国际奥林匹克委员会的要求,1965年分别成立了国际职业自行车运动联合会和国际业余自行车运动联合会,后者有100多个国家参加。比赛分为公路赛、赛车场赛和越野赛。公路自行车赛又分为市镇际赛、团体环程赛、个人计时赛、团体计时赛、分段赛,分段赛中又以环法赛最为著名。它始于1903年,全长4000千米,每年世界一流好手都云集于此,起点与终点都在巴黎。这一天被称为“人民的节日”,比赛被称为“社会性事件”。此外,还有绕埃及赛、意大利为期三周的吉罗杯、环突尼斯赛等。赛车场自行车赛分为短距离赛(竞速赛)、追逐赛、中距离赛(用摩托车导引)、计时赛。越野赛于20世纪初兴起于法国,由于自行车广泛用于军事行动而引起的。它要求运动员骑车在崎岖不平的路上行进,在60~75分钟之内跨越天然障碍和人为障碍,完成比赛。

自行车球则是盛行于欧洲的业余自行车运动项目,它是从足球运动演变而来的。队员骑着自行车,用车轮拨动直径为1.8米~2米的球,使之进入对方球门。

自行车不仅成为比赛工具,还成为旅行和休闲工具。世界各地的人们骑车进行户外旅游。娱乐性自行车运动受到普遍的欢迎。为此,一些国际性的自行车组织和俱乐部应运而生。

1878年英国成立的车友旅行俱乐部,是当时世界上最大的自行车俱乐部。1880年,美国创立了美国轮友联盟。1882年,加拿大成立了轮友协会。1895年,法国建立旅行俱乐部。国际业余自行车联合会的总部设在意大利罗马,目前有160多个会员国。总部设在日内瓦的国际旅游同盟,每年组织一次国际自行车旅游世界大会,目的是增进世界各国人民的友好往来,促进彼此观光交流。

这些国际性的自行车组织和俱乐部,拥有许多青年旅社,负责有关的旅游事宜,如:要求各国政府准许自由通过国界,为旅游者提供自行车,建立夜宿中心旅游营地等。

世界上第一个徒步和骑车周游世界的旅行家是我国的潘德明。他自幼喜爱体育运动,尤其喜爱探险,立志周游世界。为此,他阅读了大量有关世界地理和各种旅行的书籍,并自学了几种外语。1930年,22岁的潘德明从上海出发,开始徒步旅行。经过浙江、福建、广东、香港,到达越南,一天最多可以走75千米。在西贡,他买了一辆自行车,开始骑车旅行,每天行进的路程超过了190千米。他从越南经金边、马来西亚、印度、阿富汗、伊朗、阿拉伯、土耳其,游遍欧美各国,渡太平洋,取道日本回国。此次环球周游世界历时7年,行程数万里,途经40多个国家。潘德明留下了许多宝贵的资料,其中有所到之处加盖的邮戳,近1200多个团体和个人用世界几十种文字书写的签名和题词。

自行车的远大前程

20世纪以来,世界交通运输技术迅猛发展。随着经济的发展、人民生活水平的提高,汽车逐渐家庭化、私人化。在以绿色(无污染或低污染)化、高速化、智能化为基本发展趋势的21世纪的交通史上,自行车会不会被挤入历史博物馆呢?答案是否定的。因为与众多的交通工具相比,自行车有其独特的优势。

一是价格便宜,购置费用少。自行车的价格是汽车价格的几十分之一,乃至上千分之一。在我国,随着改革开放的深化、市场经济的发展,拥有私人小汽车的人越来越多。然而,普通老百姓和一般的工薪阶层仍然是以自行车为交通工具。一辆普通自行车只需要一二百块钱,高档的山地车则需八九百元钱,一般的家庭都能承受得起。何况,与汽车相比,自行车的保养维修费用少,也不需消耗能源。

二是占地面积小,易于停放。自行车不像汽车那样,需要专门的停车库或停车场。它体积小,可以随便放置在适宜的地方,节省空间。同时,自行车停放方便,便于换乘其他交通工具。

三是使用灵活、便捷。自行车方便个人出行,可以直接从出发点到目的地,省去了坐公共汽车的麻烦。骑车不受时间、气候的影响和空间、地域的限制。在交通拥挤、汽车寸步难行的地方,自行车可以游刃有余地穿行于空隙之中,骑车人不必忍受交通堵塞的煎熬。在行进的过程中,骑车人想走就走,想停就停,十分自由。

四是无污染,无噪音。自行车靠人力驱动,不需要燃烧燃料。而像汽车、公共汽车等燃烧柴油或汽油,获得前进动力的机动车辆,排放出大量的废气,污染了空气,并且还产生噪音。

五是有益于身体健康。英国的科学家证明,经常骑自行车能降低高血压患者的血压,因为腿部不停地运动,可以促进全身血液循环。法国生理学家则认为骑自行车可以治疗神经衰弱症和精神紧张症。我国学者发现骑自行车有助于防治或延迟脑溢血的发生。人们意识到骑自行车是一种很好的锻炼身体的运动方式。

由此可见,作为一种绿色交通工具,自行车的前景仍然光明。

火车简史

火车的今天既是它昨天漫长而曲折地演变过来的结果,也是火车奔向明天的坚实起点。但人们对未来的憧憬往往超过对过去的回顾。而对火车来讲,从火车、列车到“地上飞机”的演进,从缓慢、肮脏和不安全到高速或超高速、洁净舒适、安全便利的发展,应该是一个令人感兴趣的话题,因为这里面既体现了人类对理想生活的追求,也凝结着众多科学家和工程师们的智慧和汗水。

火车的诞生

火车,顾名思义,是以火力推动的车,这是铁路列车的俗称。尽管现在的火车已大多不再用火力驱动蒸汽机来牵引整列车的运行,但人们还是习惯地叫它“火车”。下面就来看看真正的“火”车是怎么来的。

在出现汽车和火车之前,陆路上的交通运输曾长期依靠人力车或畜力车如马车等,甚至19世纪以前的煤矿也大都用马车来运煤。

而早在16世纪,就有人在矿井里铺设木轨来使矿车更快地行驶。在最早发生工业革命的英国,在17世纪时使用和矿井中的木轨类似的木轨路,用马车将煤炭运到离矿井较远的煤仓。后来,人们为了延长木轨的寿命,就设法在木轨上包一层硬木,进而包上一层金属,到最后干脆直接用生铁铸造的铁轨代替木轨,但在上面奔跑的仍是马车或人力推动的车。由于路轨对车轮的阻力要比普通路面小得多,因而一匹马常常可以拉好几节车厢。这好几节车厢组成的车就是“列车”,但还只是“马车”而不是“火车”。

在17~18世纪,虽然蒸汽机已经发明出来、并在纺织业等广泛应用开来,但因其笨重、效率较低而不能用在列车上,即使是当时最先进的瓦特蒸汽机,也还是不适用于“列车”。发明一种适用于“列车”的蒸汽机已经成了紧迫的需要。

历史刚刚进入19世纪,这样的蒸汽机以及由它驱动的“机车”就应运而生了。它的发明者是英国机械师理查德·特莱维西克。他为制造机车而特意发明了高压蒸汽机,充分利用了瓦特已经发现而未予应用的蒸汽膨胀的能量。1802年~1803年间,他制造了世界上第一台蒸汽机车,之后不久他又造出了第二台蒸汽机车。1804年2月21日,这台处于试验运行之中的机车牵引着6吨重的列车(包括数节客车),以每小时8千米的速度行走在一条15千米长的铁路上,而在空载时可达20千米的时速。但是,这辆机车并没有取得预想的成功,因为,锅炉安装不当,机车振动较大,用生铁铸造的铁轨因很脆而经不起沉重的负载和冲击,竟然多处断裂。加之,这种机车消耗太大,经济效益差,甚至不如传统的马车。特莱维西克因此也就未在这方面继续努力而转向其他事业了。但应该铭记的是:世界上最早的铁道上运行的蒸汽机车正是他于1804~1808年间制造的原型机车及英国人赫德利于1813年制造的机车。

1812年,英国人布伦金索普设计制造了一辆机车,并最早开始成批生产,这种布伦金索普机车安装的仍是普通锅炉,所以速度仍然很慢,并且它是行走在有齿的轨道上。这种机车一制造出来,就开始投入商业运行。一直到1853年,才为新型的蒸汽机车所代替。

真正推动火车发展的是两位最主要的先驱者乔治·斯蒂芬孙和他的独生子罗伯特·斯蒂芬孙。乔治·斯蒂芬孙在少年时代就以做工谋生,成年后才开始读书。他学习异常勤奋,很快获得了一个机械师所应具备的知识。1814年,他制造了他的第一台机车,时速只有6.5千米。但他将蒸汽活塞的连杆与机车车轮直接相连,省去了毫无必要的飞轮和齿轮,充分利用了车轮和机车的惯性运动。这是机车制造上的一个重大改进。到1821年初,斯蒂芬孙担任从斯托克顿到达林顿的铁路工程师,将原来带异向凸缘的“钣轨”改造成适合于带凸缘车轮的机车的车辆形状简单的“边轨”。当他得知有人能轧制出3米长的熟铁铁轨后,就毅然选择了这种不易断裂的熟铁轨。颇为有趣的是,这条长40千米的铁轨建成后,既供机车使用,也供马车使用,而旅客们都愿乘马车。因为机车不仅噪音大,而且速度太慢,甚至还受到了马车夫的嘲笑。对斯蒂芬孙的这种机车,至今还流传着一个笑话,说他的机车因鸣叫声过大,在路过一座农民小院时,竟把农家的母鸡惊吓得不下蛋了,斯蒂芬孙因此而受到这家农民的控告。

但是,没有什么力量能够阻止机车的发展。1828年,乔治的儿子罗伯特·斯蒂芬孙设计制造了一种改进的机车,被誉为“火箭”号。在1829年的一次著名的试车中,它以每小时22千米的平均速度行驶了96千米,在满载乘客的情况下,它最快曾达到46千米的时速,空载时速不超过56千米,从而证明了蒸汽机车的巨大潜力。“火箭”号的成功依赖于两项关键技术:一是采用了1827年12月由法国人马克·塞甘发明的管式锅炉,它汽压高、热效高而且轻便;二是将排出的废蒸汽用管道引到锅炉烟囱口排出,高速汽流形成较大负压,使锅炉得到强有力的鼓风,燃烧效率大大增强。同时,“火箭”号的成功还标志着铁路运输事业的诞生,因为与蒸汽机车相比,马的奔跑速度通常为每小时46.8千米。可以说,斯蒂芬孙父子建造的这辆世界上第一台大蒸发量机车开辟了人类铁路运输的新纪元。其实,当时与“火箭”号进行比赛的还有“新奇”号和“桑士巴里”号,前者设计漂亮,但挂上车厢后,锅炉爆炸了。后者块头儿大,开动时轰轰隆隆,浓烟滚滚,不可一世,但走了约44千米,许多零件就掉落,汽缸也破损了。随后,便在1830年,在利物浦和曼彻斯特之间就铺设了世界上第一条完全靠蒸汽机车牵引行驶的铁路线。

机车制造的迅速发展

斯蒂芬孙父子并没有陶醉于“火箭”号的成功之中止步不前,而是继续探索,不断改进机车的结构和功能,力求使机车能在功率、速度和载荷量上满足日益增长的工业产品的运输需要。

1833年,斯蒂芬孙父子设计出了“专利获得者”号机车,与他们此前制造的机车相比,这辆机车在锅炉的胴体下面加装了一根车轴,这是为了保证安装了大容量锅炉而使机车自重增加后的行车安全而加装的,这就是三轴机车。“专利获得者”号的命名,是因为它的发明人为保护这一发明,已在1833年10月7日获得了专利证书。