El desarrollo de la historia mecánica antigua

Antes del 3.000 a.C. (período prehistórico), el ser humano había utilizado ampliamente herramientas de piedra y hueso. Las herramientas para mover objetos pesados ​​incluyen rodillos, palancas y trineos. Estas herramientas se utilizaron en la construcción de las pirámides en el antiguo Egipto. Poco después del 3500 a. C., la antigua Sumeria babilónica ya tenía carros con ruedas, que se fabricaban instalando ruedas debajo del trineo.

Las herramientas importantes en tiempos prehistóricos incluyen taladros de arco y platos giratorios de cerámica. El taladro de arco consta de una broca de pedernal, una varilla de perforación, un casquillo y una cuerda de arco. Tirar del arco hacia adelante y hacia atrás puede hacer girar la varilla de perforación, que se utiliza para perforar agujeros, expandir agujeros y hacer fuego. El taladro de arco evolucionó más tarde hasta convertirse en el torno de arco, convirtiéndose en una herramienta más eficiente.

En los primeros días de las dinastías tercera a sexta de Egipto (alrededor de 2686 a. C. a 2181 a. C.), se comenzaron a utilizar en la agricultura primitivos arados de madera y hoces de metal tiradas por bueyes. Las herramientas de cobre se fabrican principalmente mediante forja. Alrededor del 2500 a. C., en la zona entre Europa y Asia se utilizaban carruajes de madera de dos y cuatro ruedas. En tumbas antiguas de Egipto se han encontrado carros de dos ruedas que datan aproximadamente del año 1500 a.C. Siria fabricó molinos manuales para moler cereales en el año 1200 a.C.

Durante la construcción y el transporte de materiales se han utilizado herramientas sencillas como palancas, rodillos de cuerda y canales horizontales. Las poleas aparecieron por primera vez en el siglo VIII a. C. y fueron utilizadas por los asirios como mecanismo para disparar flechas en los castillos. Los cabrestantes se utilizaron originalmente en las minas para extraer minerales y sacar agua de los pozos. En esta época, la maquinaria hidráulica antigua, como los relojes de agua egipcios, los sifones, las cajas de explosión y las bombas de pistón, también recibieron un desarrollo y aplicación iniciales.

El periodo comprendido entre el 600 a.C. y el 400 d.C. en la antigua Grecia y Roma se denomina periodo cultural clásico. Durante este período, nacieron en la antigua Grecia algunos filósofos y científicos famosos que hicieron contribuciones destacadas al desarrollo de la maquinaria antigua.

Por ejemplo, la teoría del erudito Hero sobre cinco máquinas simples (palancas, picos, poleas, ruedas, ejes e hilos) que empujan objetos pesados ​​sigue siendo relevante hoy en día. Durante este período, las herramientas para trabajar la madera mejoraron enormemente, además de los conjuntos de herramientas comúnmente utilizados para trabajar la madera, como hachas, sierras de arco, taladros de arco, palas y cinceles, taladros de bolas, martillos de garras que pueden sacar clavos de hierro y dos-. También se desarrollaron sierras manuales para la tala. También se utilizaron ampliamente los tornos de eje largo y los tornos de pie, utilizados para fabricar muebles y radios de ruedas. El torno de pedal se utilizó hasta la Edad Media y sentó las bases para el desarrollo de los tornos modernos.

El punzonado de monedas también fue un logro importante en el procesamiento de metales durante este período y fue el germen de la tecnología moderna de producción en masa. Pero con la caída del Imperio Romano, esta técnica se perdió durante cientos de años.

Hacia el siglo I a.C., los antiguos griegos fabricaban molinos de piedra a base de molinos manuales. Este es un avance en mecánica y máquinas. Casi al mismo tiempo, la antigua Roma también desarrolló molinos tirados por burros y molinos similares de ruedas de piedra.

La primera aplicación de los trenes de engranajes en Europa fue en los odómetros utilizados en vehículos de combate para registrar el kilometraje. La aplicación del principio de palanca en maquinaria se ha vuelto más común en este momento, como en las poleas y poleas dobles utilizadas para levantar objetos pesados ​​en los edificios. También se mejoraron los carruajes y carros.

El desarrollo de la maquinaria hidráulica antigua durante este período fue primero para ampliar el alcance del uso de herramientas de elevación de agua de tipo naranja y ruedas hidráulicas de tipo cubo; para crear nueva maquinaria de fluidos como ruedas de vórtice y molinos de agua del Norte. el primero se basa en girar una varilla roscada para elevar el agua de un lugar bajo a un lugar alto, y se usa principalmente para el suministro de agua en las ciudades romanas. El segundo se usa para moler granos y depende del flujo de agua para empujar el impulsor cuadrado. Gira y su potencia es inferior a medio caballo de fuerza. El más potente es el molino de agua de Vitruvio. La rueda hidráulica es impulsada por el agua que fluye hacia abajo. Seleccionando adecuadamente el número de dientes de los engranajes grandes y pequeños, se puede ajustar la velocidad del molino de agua. caballos de fuerza, que luego se incrementó a cincuenta caballos de fuerza. Se convirtió en el motor principal más poderoso.

Durante este período también se desarrollaron las bombas de presión y las bombas de succión hechas de pistones y cilindros. La primera que apareció fue la bomba de presión Philo utilizada para extinguir incendios. Posteriormente, hubo bombas de succión y bombas de presión que levantaban agua de los pozos, así como las bombas de émbolo de doble cañón utilizadas por los romanos para extinguir incendios.

La maquinaria térmica apareció principalmente como un juguete de los eruditos y filósofos griegos en esta época. En el siglo I d.C., la bola de vapor de Hero (también llamada Rueda del Dios del Viento) es un ejemplo. El vaporizador en la parte inferior de la bola de vapor contiene agua y se le conecta una bola hueca mediante un ramal. La bola tiene dos boquillas tangenciales en direcciones opuestas. Cuando se pone fuego debajo de la olla y el agua en la bola hierve y se convierte en vapor, empujará la bola para que gire continuamente si el empuje de reacción del chorro generado es lo suficientemente grande. La bola de vapor es mundialmente famosa por ser el primer dispositivo que convierte la presión del vapor en energía mecánica. Quizás sea el primer dispositivo en aplicar el principio de reacción del chorro.

El período del 400 al 1500 d.C. pertenece a la Edad Media, el período anterior al 1000 es el período temprano de la Edad Media, el período del 1000 al 1500 es el período tardío y los siguientes 250 años son el período cercano a la Revolución Industrial.

La Alta Edad Media duró unos 600 años. El desarrollo de la tecnología mecánica quedó paralizado durante mucho tiempo debido al declive de la cultura clásica de la antigua Grecia y Roma. En el período posterior, con el desarrollo de la agricultura y la artesanía, Italia, Francia, Gran Bretaña y otros países establecieron sucesivamente universidades para desarrollar las ciencias naturales y las humanidades y cultivar talentos. Al mismo tiempo, absorbieron la ciencia y la tecnología avanzadas de China y Arabia. y el Imperio Islámico en ese momento. La tecnología mecánica comenzó a desarrollarse.

Primero, el carbón se utilizó para fundir arrabio en Europa occidental y se fabricaron grandes piezas fundidas. Con el desarrollo de las turbinas hidráulicas, hubo suficiente energía para impulsar grandes fuelles hechos de cuero para obtener temperaturas de fusión más altas. El número de talleres que fabricaban cañones y campanas aumentó gradualmente, y el peso de las piezas fundidas aumentó gradualmente. En agricultura, se crearon rejas de arado con vertederas cóncavas curvas para reemplazar las rejas de arado puntiagudas de la época romana.

En esta época también aparecieron los taladros manuales, cuya estructura muestra que el principio del mecanismo de manivela se ha utilizado en maquinaria. En cuanto a la maquinaria de procesamiento, aparecieron los tornos con grandes discos de rueda. En el siglo XII y la segunda mitad del XIII aparecieron relojes primitivos equipados con escapes de cuerda y relojes de balanza. El reloj de volante fue el primer reloj mecánico práctico, equipado con manecillas de hora y segundero, lo que indica que el sistema de engranajes del reloj se había desarrollado aún más y se usaba ampliamente en los hogares europeos en el siglo XV.

Los relojes se fabricaban antes del año 1500 d.C. Las mejoras importantes fueron el uso de resortes helicoidales en lugar de pesas para generar energía y la adición de un mecanismo de trinquete. El éxito de la creación de relojes mecánicos no sólo fue necesario para la civilización moderna, sino que también impulsó la tecnología de fabricación de piezas de precisión. Posteriormente, los relojes mecánicos se mejoraron ampliamente, por ejemplo, el reloj de péndulo reemplazó al reloj de volante original. En 1676, Gran Bretaña fabricó dos relojes de precisión con diferentes longitudes de péndulo para el Observatorio de Greenwich. Los relojes de bolsillo de esta época utilizaban tiras bimetálicas para resolver el problema de la compensación de temperatura del volante.

En la maquinaria hidráulica antigua, existían turbinas hidráulicas de carrera descendente o ascendente (molinos de agua), así como molinos de viento y turbinas eólicas. La turbina de flujo descendente horizontal fue una mejora de los primeros molinos de agua y se utilizó como energía para minería, trituración, fundición y otras operaciones en los siglos XII y XIII. Este tipo de turbina hidráulica fue mejorada y desarrollada hasta convertirse en una gran turbina hidráulica ascendente en el siglo XIV, que se utilizaba para levantar minerales. Durante este período, Europa occidental logró grandes avances en la utilización de la energía hidráulica y los talleres de turbinas aumentaron rápidamente.

Del 1500 al 1750 d.C., la tecnología mecánica se desarrolló extremadamente rápido. El progreso en materiales se refleja principalmente en el uso de acero, especialmente arrabio, en lugar de madera para fabricar máquinas, instrumentos y herramientas. Al mismo tiempo, para resolver el problema del transporte en la minería, alrededor de 1770 los británicos desarrollaron vagones tirados por caballos. Primero se utilizaron rieles de madera y luego fueron reemplazados por rieles de ferrocarril.

Durante este período, las máquinas herramienta también lograron muchos logros, como la producción de laminadoras hidráulicas y varias máquinas herramienta, como máquinas cortadoras de engranajes, tornos roscadores, pequeñas rectificadoras de pedal y rectificadoras para lentes de instrumentos ópticos. Máquina pulidora, etc. Las bombas de agua también se desarrollaron durante este período. Se utilizaron principalmente para resolver los problemas de drenaje de minas y suministro de agua urbana en ese momento, incluidas las bombas de drenaje de minas, las bombas de rotación directa (1588) y las bombas centrífugas (1689).

En ese momento, Italia inventó el compresor de aire hidráulico (comúnmente conocido como caja de viento de agua), que puede usarse como soplador para fundir acero en reemplazo del antiguo Pihu. En 1759 aparecieron de nuevo los grandes sopladores. La maquinaria impulsada por el viento, como los molinos de viento, también se volvió más utilizada y aumentó en número, con miles de ellas solo en el Reino Unido, utilizadas para moler harina, bombear agua y aserrar madera.

En cuanto a maquinaria eléctrica, en 1698, la bomba de agua de vapor de mina fabricada por Savery en Inglaterra fue llamada "Miner's Friend" y fue pionera en el uso del vapor para el trabajo. En 1705, Newcomen del Reino Unido inventó la máquina de vapor atmosférica. Aunque era muy imperfecta, fue la primera máquina de vapor que funcionó de manera confiable. Se usaba principalmente para levantar agua y tenía una potencia de hasta seis caballos de fuerza. Se utilizó por primera vez en 1750. Se promovió en Europa y luego se extendió a los Estados Unidos.

Durante este periodo nace la ciencia de la ingeniería en Europa. Muchos científicos, como Newton, Galileo, Leibniz, Boyle, Hooke, etc., sentaron diversas bases teóricas para la nueva ciencia.

Para fomentar las invenciones, Italia e Inglaterra establecieron agencias de patentes en 1474 y 1561 respectivamente. En la década de 1760 también se crearon sociedades científicas como la Royal Society.

Gran Bretaña comenzó a publicar documentos de conferencias científicas en 1665 y Francia estableció la Academia Francesa de Ciencias aproximadamente al mismo tiempo. Rusia y Alemania también establecieron la Academia de Ciencias de Rusia y la Academia de Ciencias de Berlín en 1725 y 1770 respectivamente. Estas instituciones académicas rompieron las restricciones de la iglesia en ese momento para llevar a cabo discusiones libres e intercambiar opiniones académicas y resultados experimentales, promoviendo así en gran medida el desarrollo de la ciencia, la tecnología y la ingeniería mecánica.