Õpilase leiutiste - varrak · 2019. 7. 29. · inimesed või loomad. märksa tõhusam oli siiski...
TRANSCRIPT
LEIUTISTE entsüklopeedia
Õpilase
Inglise keelest tõlkinud Peeter Villmann
SisukordESIMESED LÄBIMURDED 6
Esimesed tööriistad 8Maaviljelus 10Ratta leiutamine 12Maanteel reisimine 14Meresõit 16Purjelaevad 18Archimedes 20Tööstuse alged 22Mehaanilised seadmed 24Tuleviku kavandamine 26Püssirohu jõud 28Püssirohtu kasutavad relvad 30Trükirevolutsioon 32Kirjutamine ja trükkimine 34Zhang Heng 36
UUSAJA MAAILMA LOOMINE 38
Tööriistad 40Tööriistakoda 42Maailma toitmine 44Maaharimine 46Ehitamine 48Alfred Nobel 50Industrialiseerimine 52Nutikas tootmisliin 54Jõudu tuleb juurde 56Taastuvenergia 58Nikola Tesla 60Plastid 62Tehismaterjalid 64Ostmine ja müümine 66Raha 68Veebikaubamaja 70Kontoris 72Kolmemõõtmeline printimine 74Robotid 76Abivalmis robotid 78Robotid tulevad! 80
LÄHME LIIKVELE 82
Jalgratas 84Kaks ratast 86Õhus rulatamine 88Mootorrattad 90Autod rahvahulkadele 92Autod, autod ... 94
LONDON, NEW YORK, MELBOURNE,
MÜNCHEN JA DELHI
Originaali tiitel:
Inventions: A Children’s Encyclopedia
Esmatrükk Suurbritannias 2018. aastal
80 Strand, London, WC2R 0RL
Copyright © 2018 Dorling Kindersley Limited
A Penguin Random House Company
Koostanud: John Farndon, Jacob Field,
Joe Fullman, Giles Sparrow, Andrew Humphreys
Konsultant: Roger Bridgman
Kõik õigused kaitstud. Ühtki selle raamatu osa ei tohi
reprodutseerida mehaaniliste või elektrooniliste vahenditega
ega mingil muul viisil kasutada, kaasa arvatud fotopaljundus
ja info salvestamine, ilma autoriõiguse omaniku loata.
ISBN: 978-0-2413-1782-2 (ingl k)
ISBN: 978-9985-3-4678-5 (eesti k)
© Tõlge eesti keelde. Peeter Villmann, 2019
Tõlke toimetanud ja korrektuuri lugenud
Eda Posti ja Anu Sillaots
Kirjastus Varrak
Tallinn, 2019
www.varrak.ee
www.facebook.com/kirjastusvarrak
www.dk.com
Henry Ford 96Valige endale auto! 98Ühistransport 100Maanteel 102Purjede jõul 104Vee peal 106Paadid ja laevad 108Merel navigeerimine 110Lähme vee alla 112Lennukikandjad 114Tõuseme taevasse 116Vennad Wrightid 118Reaktiivist päikeselennukini 120Muud lennumasinad 122Droonitarned 124Raudteed 126Rööbastel 128Lendav rong 130Stephensonid 132
OLEME ÜHENDUSES 134
Telegraaf 136Aja mõõtmine 138Ajanäitajad 140Telefon 142Helistamine 144Nutitelefon 146Superarvuti 148Raadio 150Raadiot kuulates 152Mandrite ühendamine 154Kaamera 156Tee üks klõps! 158Kino 160Televisioon 162Suured ekraanid 164Kirjutagem üksteisele 166Eredad tuled 168Arvuti 170Koduarvutid 172Veeb 174Ada Lovelace 176
KODUS 178
Lambipirn 180Maailma valgustamine 182Kalad ja päikeseenergia 184Thomas Edison 186Kõrgepinge 188Patarei ja aku 190Pesemine 192Köögimasinad 194Külma tegemine 196
Üks kiire amps 198Tolmuimejad 200James Dyson 202Salvestatud muusika 204Kuulakem muusikat 206Mängud ja ajaviide 208Videomängud 210Vesiklosett 212Kuidas kena välja näha 214On aeg lõõgastuda 216Riidekapis 218Kinnised 220
TERVE INIMENE 222
Vaatame sisse 224Marie Curie 226Õigemad diagnoosid 228Valu tuimastamine 230Meditsiini imed 232Mikroskoobid 234Sõda pisikutele 236Uudsed raviviisid 238Väge täis hallitus 240Vaktsineerimine 242Louis Pasteur 244Hammaste tervis 246Uued kehaosad 248
KOSMOS 250
Tähtede uurimine 252Teleskoobid 254Atacama observatoorium 256Galileo Galilei 258Satelliidid 260Maa jälgimine 262Sidepidamine 264Kosmosepraht 266Raketid 268Rakettide võidujooks 270Mehitatud kosmoselennud 272Mehitatud missioonid 274Kosmosejaamad 276Kosmoses elamine 278Kosmoseagentuurid 280Kosmosetehnoloogiad Maal 282Kosmosesondid 284Piiride nihutamine 286
Nutikad leidurid 288Sõnaseletused 292Register 296 Tänusõnad 302
22
ESI
ME
SED
LÄ
BIM
UR
DE
D
Tööstuse algedSuurt osa inimeste ja loomade tööst enda kanda võtvate mehaaniliste seadmete leiutamine oli üks esimesi samme tööstuse tekkimise suunas. Esimesi masinaid käitasid vesi, tuul või raskusjõud ja need ei vajanud toimimiseks kuigi palju inimesi. Peamised tööstusharud arenesid välja alles pärast hulganisti tööjõudu rakendavate vabrikute rajamist 18. sajandi lõpupoolel.
VANAAJA MASINAD4. sajandist eKr alates on leidurid pannud suuri rattaid tegema vee pumpamise ja masinate käita-mise sarnaseid töid. Ei ole kindlalt teada, kus see esimesena juhtus, kuid kõne alla tulevad India, Kreeka ja Egiptus. Mõne ratta jõuallikaks olid inimesed või loomad. Märksa tõhusam oli siiski lasta ratast liigutada jões või ojas voolaval veel. Need vesirattad olid esimesed masinad, mis muutsid mingi loodusjõu mehaaniliseks energiaks.
Loomade jõul töötava Vana-Kreeka veepumba mudel
Ratast ajasid ringi loomad.
Pronksist veenõud
Mõnda varasemat masinat käitasid ini-meste või loomade
jõul pöörlema pan-dud sõtke veskid. Tööga sõtkeveskil
võidi karistada kurjategijaid.
OHOO!
▶ SUURIM MAAILMASKuulsaimad vesirattad asusid Süürias Hamas
(Ḩama-h). Seal on veel praegugi 17 vesi-ratast, sealhulgas ka maailma suurim
vesiratas, mille läbimõõt on 22 meetrit.
23
ESIM
ESE
D LÄ
BIM
UR
DE
D
LANGEVASAR1. sajandil eKr kasutasid muistsed hiinlased suuri langevasaraid toiduainete töötlemiseks, bambuse purustamiseks paberi valmista-misel ja tulikuuma metalli vormimiseks. Üks inimene ei jõudnud rasket vasarat kergitada ja seda tuli tõsta mehaaniliste vahenditega. Esimesed sedalaadi seadmed töötasid veejõul.
VESIRATAS VEE TÕSTMISEKSKeskajal leiutasid araabia insenerid noria nime all tuntud ratta vee tõstmiseks. Noria võttis jõgedest ja järvedest vett, mis juhiti seejärel joomiseks või pesemiseks kodudesse või niisutusveena põllumaale. Ratas pöörles, pöial paiknevad kopad aga ammutasid vett ja kallasid selle künasse, kust see mööda torusid edasi suunati.
VABRIKUTE JÕUALLIKASVesirataste üks tähtsaid kasutusvaldkondi
oli kangaste valmistamine. Tiirlev ratas käitas ketrus-, kudumis- ja viimistlusmasinaid.
Enne kivisöeküttega aurumasinate leiutamist 18. sajandil pidid kangavabrikud asuma
voolava vee ääres.
Vesirattast ajamiga sepistusvasar
Veejõul töötav kangavabrik, 17. sajandi gravüür
1. Voolav vesi ajab ringi ratast.
3. Võllile kinnitatud kangmehhanism kergitab vasarat ja laseb sellel pehmenenud metallile langeda.
2. Ratas paneb pöörlema võlli.
KUIDAS VESIRATAS TOIMIB
Vesiratta pöial paiknevad labad või kopad. Langev või voolav vesi paneb neile survet avaldades ratta pöör lema. Pöörlev ratas ajab ringi võlli, mis on ühendatud seadmetega.
Osaliselt voolavasse vette asetatud ratas
Vesi paneb ratta serval
olevatele labadele
rõhudes ratta pöörlema.
Ratta pöörlemise suund
Vee voolamise suund
50
UU
SAJA
MA
AIL
MA
LO
OM
INE
PLAHVATAVAD IDEEDMaalilt on näha, kuidas Nobel laeva õhkides dünamiiti katsetab. 1875. aastal leiutas Nobel dünamiidist võimsama lõhkeaine geligniidi. 1887. aastal võttis ta patendi ka ballistiidile, mida kasutatakse veel praegugi raketikütusena.
RAHUVÕITLEJA1888. aastal teatas üks ajaleht eksi
kombel Nobeli surmast, ehkki tegelikult suri tema vend. Nekroloogis nimetati teda ohtlike leiutiste pärast „surmaga kaubitsejaks”. Ta ei soovinud, et teda niiviisi mäletataks, ja eraldas seetõttu
testamendiga suure summa Nobeli auhinna asutamiseks.
PÜSIV PÄRANDNobeli auhindu antakse igal aastal saavutuste eest füüsikas, keemias
ja arstiteaduses, mis on kõik seotud Nobeli
teadlasetaustaga. Neljas on kirjandusauhind ja viies antakse inimesele või organisatsioonile, kes on aidanud kaasa rahvastevahelise rahu kindlustamisele.
DÜNAMIIDI VALMISTAMINE1867. aastal patentis Nobel dünamiidi. Seda „Nobeli ohutut püssirohtu” oli varasematest lõhkeainetest kergem ja turvalisem käsitseda. Üks maailma suurimaid dünamiidivabrikuid (ülal) asus Šotimaal Ardeeris.
Läks õppima ja tööle Pariisi, kus kohtus äärmiselt ebastabiilse lõhkeaine nitroglütseriini leiutajaga. Võttis nõuks seda täiustada.
Alfred Nobel sündis Rootsis Stockholmis. Ta oli üks pere kaheksast lapsest, kuid ainult neli nendest jõudsid täisikka.
Nobel jätkas katsetusi ja hakkas lõpuks tootma dünamiiti. Ta patentis leiutise USA-s ja Ühend-kuningriigis.
Viis inimest, nende hulgas ka Alfredi noorem vend Emil, said traagiliselt surma õnnetus - juhtumi tagajärjel laboris, kus valmistati nitroglütseriini.
1867186418501833
Alfred NobelRootsi keemikut ja inseneri Alfred Nobeli tuntakse enim dünamiidi ning teiste, veelgi võimsamate ja suurema purustusjõuga lõhkeainete loojana. Tema leiutised on tänapäevani aidanud rajada ava kaevandusi ning ehitada kanaleid, raudteid ja maanteid. Tema nimi elab edasi mainekas Nobeli auhinnas, mida antakse igal aastal välja mitmes kategoorias, sealhulgas ka rahuauhinnana.
AJAJOON
51
UU
SAJA
MA
AILM
A LO
OM
INE
Suri Alfredi Nobeli vend Ludvig. Ajalehed avaldasid ekslikult nekroloogi Alfredile, nimetades teda „surmaga kaubitsejaks”.
Nobel leiutas vormitava lõhkeaine geligniidi, mida oli ohutum käsitseda ja säili - tada kui dünamiiti. See oli ka düna miidist võimsam.
Pika süüte nööriga
varustatud dünamiidi pulgad
Nobel suri 63-aastasena Itaalias San Remos infarkti. Ta pärandas suurema osa oma tohutust rikkusest fondile, mis rahastab Nobeli auhindu.
189618881875
OMA LAUA TAGAOma töövahendite kõrval poseeriv Nobel oli nii keemik kui ka tööstur. Pärast dünamiidi leiutamist teenis ta lõhkeainete tootmise ja müümisega suure varanduse.
52
UU
SAJA
MA
AIL
MA
LO
OM
INE
Industrialiseerimine
AURUMASINAur oli maailma esimene suur jõuallikas. 1711. aastal
ehitas Inglise insener Thomas Newcomen esimese aurumasina (vaata lk 56), mille aluseks oli varasem Thomas
Savery aurupump. Newcomeni masin ei olnud siiski kuigi tõhus ja seadmeid hakati aurumasinatega käitama alles siis, kui šotlane James Watt seda täiustas ning patentis
1769. aastal omaenda aurumasina (paremal).
HARGREAVESI KETRUSMASINTöölised töötasid varem vokiga, millega oli võimalik korraga kedrata ainult üht lõnga. James Hargreavesi 1764. aasta ketrusmasin suutis kedrata mitut lõnga üheaegselt. See andis koos aurumasinaga sisse õige hoo tööstuslikule pöördele Inglismaal.
Parema käega keerutab ketraja kiiresti käsiratast, mis paneb värtnad pöörlema.
Värtnad pöörlevad ja vasaku käega
kedratakse lõngu.
Kolvivarras
Tööstuslikku pööret ei tervitanud sugugi mitte kõik –
ludiitideks nimetatud töölised hävitasid muutuste vastu
võideldes masinaid.
OHOO!
Värtnad
Aur lükkab silindris ülespoole
kolbi, mis on kolvivarda abil
ühendatud nookuri otsaga.
Ajavahemikus 1750–1850 muutus Suurbritannia põllumajanduslikust maast maailma juhtivaks tööstusriigiks. Kõige tulutoovam oli kangakudumine. Paljud sulased läksid taludest tööle uutesse vabrikutesse, kus uudseid masinaid pani liikuma auru jõud, ja seda aega tuntakse tööstusliku pöörde nime all.
53
UU
SAJA
MA
AILM
A LO
OM
INE
KUDUMISMASINEsimese kudumismasina konstrueerinud Edmund Cartwright oli Inglise
vaimulik. Ta sai aru, et ajamiga ketrusmasinate toel on võimalik
kangaste valmistamist ümber kujundada. Tema 1785. aastal
ehitatud esimene kudumismasin oli üsna tahumatu, kuid 1787. aastaks
oli masinat piisavalt täiustatud selleks, et rajada Doncasteris kudumisvabrik. Sel pildil on
kujutatud 1830. aastate vabrikut.
HÜDRAULILINE PRESSLeiutaja Joseph Bramah valmistas lukke ja
parandas vesikloseti konstruktsiooni, kuni tema tähelepanu pöördus tootmise täiustamisele.
Tema 1795. aastal valminud hüdraulilises pressis edastatakse
rõhku vede like kaudu. See press kuulub senimaani lõige kasulikumate vabrikuseadmete hulka ja on
kasutatav nii lehtmetalli valmistamisel kui ka tablettide vormimisel.
PUDELITE VALMISTAMISE MASINAmeeriklane Michael Owens tuli kümnesena koolist ära ja hakkas klaasipuhujaks. 1903. aastal asutas ta pudelimasina loomiseks omaenda ettevõtte. Tema masinad muutsid esmakordselt võimalikuks ühesuguste pudelite masstootmise, et varustada nendega Coca Cola sarnaseid firmasid.
Nookur kannab kolvi liikumise üle hoorattale.
Viimistletud kangas keritakse rullile.
Kudumistelgesid käitab lintülekande abil aurumasin.
Hooratas salvestab energiat, et mootor töötaks sujuvalt.
Tänapäeva pudelitehas
Inimese jõul töötav hüdrauliline press
68
UU
SAJA
MA
AIL
MA
LO
OM
INE
■ Mis? Dollar ■ Kes? Põhja-Ameerika Pank ■ Kus ja millal? USA, 1785
1776. aasta iseseisvumisele järgnenud ajal
ei olnud USA-s ühist valuutat. 1785. aastal
andsid 13 koloonia esindajad loa hakata
väljastama uut dollari-nimelist makse vahendit.
1792. aastal määras Ühendriikide Kongress
dollari riigi ühtseks rahaühikuks. Sõna „dollar”
tuleneb Saksa taalrist (Thaler) – nii nimetati
peaaegu 400 aastat kogu Euroopas käibel
olnud hõbemünti.
■ Mis? BankAmericard ■ Kes? Bank of America ■ Kus ja millal? USA, 1958
■ Mis? American Expressi reisitšekk ■ Kes? Marcellus Flemming Berry ■ Kus ja millal? USA, 1891
Reisitšekk on panga väljastatud doku-
ment, mis laseb selle esitajal osta kaupu
ja teenuseid teises riigis. Esimese
rahvusvaheliste reisitšekkide
USA dollar
Krediitkaart
Reisitšekk
RahaKaubavahetusega tegelesid inimesed juba 30 000 aastat eKr. 600 aastat eKr olid ringluses kuld- ja hõbemündid, paberraha tekkis aga Hiinas arvatavasti 11. sajandil pKr. Tänapäeval on loodud uut laadi raha ja uudseid makse viise, krediitkaardist kuni kontaktivabade tehnoloogiateni.
Euroopas kasutamiseks mõeldud reisitšekk, 1990. aastad
Tänapäeva krediitkaart
■ Suurima väärtusega USA rahatäht oli 1934. ja 1935. aastal trükitud 100 000-dollariline.
■ Kõigest kaheksa protsenti maailma rahast on tegelikult käega katsutav sularaha – ülejäänu on üksnes digiraha arvutites.
■ USA viie- ja kümnedollarilise rahatähe keskmine eluiga on veidi üle nelja aasta.
MÕNED FAKTID
Diners Club andis 1950. aastal New Yorgis
välja esimese järelmaksukaardi, kuid see
oli kasutatav ainult vähestes restoranides.
1958. aasta septembris saatis Bank of
America 60 000 USA Fresno linna elanikule
nn BankAmericardi, mis tähendas esimest
edukat üldotstarbelise krediitkaardi käivi-
tamist maailmas. 1966. aastal laskis üks
võist le vate pankade rühm välja Master-
Charge’i, millest sai hiljem MasterCard.
süsteemi lõi 1891. aastal American Expressi
juhatuse esimees Marcellus Flemming Berry.
Reisitšekid olid terve sajandi populaarsed,
kuid nüüd väheneb nende kasutamine
krediitkaartide, sularahaautomaatide ja
veebimaksete laia leviku tõttu pidevalt.
■ Mis? Pangatoimingud veebis ■ Kes? Stanford Federal Credit Union ■ Kus ja millal? USA, 1994
1981. aastal tärkasid tulevase veebipanganduse esimesed versioonid
New Yorgis, kui neli panka (Citibank, Chase Manhattan, Chemical
Bank ja Manufacturers Hanover) võimaldasid klientidel pangaasju
ajada kodust. Inimesed pidi kasutama videoteksi – see varajane ja
mitte eriti kasutajasõbralik
süsteem hõlmas televiiso-
reid, klaviatuure ja mode-
meid. 1994. aastal sai
Stanford Federal Credit
Unionist esimene rahandus-
asutus, mis pakkus kõikidele
oma klientidele panga-
toimin guid veebis.
■ Mis? UPass ■ Kes? Souli bussitranspordi ühendus ■ Kus ja millal? Lõuna-Korea, 1995
Ameerika insener Charles Watson patentis 1983. aastal elektrooni-
lise tuvastuskiibina toimiva raadiosagedustuvastuse (RFID) märgise.
See tehnoloogia avas ukse kontaktivabadele maksetele. 1995. aastal
võttis Souli bussitranspordi ühendus Lõuna-Koreas need esimest
korda ulatuslikult kasutusele linna bussisõitjate jaoks. Nüüd
rakendavad seda maksesüsteemi paljud pangad.
■ Mis? ApplePay ■ Kes? Apple ■ Kus ja millal? USA, 2014
Lisaks mugavatele krediit- ja deebetkaartidele ning
veebipangandusele saame üha sagedamini maksta
kaupade ja teenuste eest nutirakendustega. Rahakotid
ja kukrud võivad peagi minevikku jääda. Selles
vald konnas on juhtkohal Rootsi, kes on sularahata
ühiskonnale väga lähedal – 2016. aastal jäi seal ainult
üks protsent maksete koguväärtusest müntide või
paberraha arvele.
■ Mis? Austraalia dollar paberrahana ■ Kes? Austraalia keskpank ■ Kus ja millal? Austraalia, 1988
Rahatähti on traditsiooniliselt valmis-
tatud puuvillapaberist. 1980. aastatel
hakkasid mõned Austraalia asutu-
sed otsima muid võimalusi ja
1988. aastal väljastas riigi kesk-
pank esimesed plastrahad.
Need on väga vastupidavad
ja ka võltsida on neid märksa
raskem.
Internetipangandus
Kontaktivaba kaart
Maksed nutitelefoniga
Plastist rahatähedAustraalia plastist
100-dollarilised
UU
SAJA
MA
AILM
A LO
OM
INE
▼ HOMMIKUKOHVKiire nutimakse on mugav väiksemate ostude korral.
186
KO
DU
S
Et filmi vaadata, tuli kinetoskoobi kaanes olevast august sisse kiigata.
AJAJOON
Ta päästis 12-aastasena kolme aasta vanuse lapse rongi alla jäämisest. Lapse isa õpetas Edisoni tänutäheks telegraafiga töötama. Edisonist sai telegrafist, kes mõtles vabal ajal igasuguseid asju välja.
11. veebruaril Ohio osariigis sündinud Edison kasvas üles Michiganis, kus sai peamiselt emalt koduõpetust.
Edisoni esimene suurem edu leiutajana oli telegraafi teel aktsiahindu edastav seadis. Ta müüs õigused 40 000 dollari eest, mis võimaldas tal kõigest 22-aastasena hakata tegelema ainult leiutamisega.
186918591847
Edisoni kinetoskoop
Edisoni aktsiakursside trükkija
MENLO PARK1876. aastal asutas Edison New Jersey
osariigis Menlo Parkis uurimislabori. Edison patentis oma eluajal USA-s 1093 ja mujal
maailmas 1200 leiutist ehk rohkem kui keegi teine 20. sajandi jooksul.
LEIUTAMISÄRIEdisonile oli leiutamine äri ehk nagu ta ise ütles: „Ma ei taha leiutada midagi sellist, mida ei õnnestu müüa.” Üks esimesi müü-dud leiutisi oli kinetoskoop. 1888. aastal nõutas Edison patendi seadmele, mille abil sai üks inimene filmi vaadata.
Thomas EdisonElektrilambi, fonograafi ja filmikaamera loomisega seotud Thomas Edison oli mees, kelle leiutised muutsid inimeste elu teiseks. Edison moodustas arvukatest uurijatest ja leiutajatest töörühma, kes aitas tema tähelepanuväärseid ideid arendada ja praktikas katsetada. Ta oli alati valmis oma konkurentidele väljakutset esitama.
187
Pärast fonograafi leiu - tamist (vaata lk 204) käis Edison 1877. aastal välja midagi populaarsemat, seda elektripirni näol.
Ta liitis kinetoskoobiga fonograafi, et luua üks esimesi helifilmi-süsteeme – kinetofoni.
Edison suri 18. oktoobril 84-aasta-sena. Firmad kustu - tasid üle kogu USA tuled, et talle viimast austust avaldada.
1879 1895 1904 1931
KO
DU
S
Dünamo (alalisvoolu tootev generaator) USA esimeses elektrijaamas, mille ehitas 1882. aastal Edison.
Edisoni elektrisulepea
Edison oma auto kõrval, mis sõitis aku jõul.
Edison ja tema töökaaslased katsetavad Menlo Parkis uut lampi.
PIIRATUD EDUPaljud Edisoni leiutised ja sealhulgas ka tema elektriline häältelugeja, betoonmööbliga betoon-majad ja elektrisulepea ei osutunud edukaks, ehkki Edison ise ei arvanud nii. Ta nentis korra lambipirni luues: „Mind ei tabanud ebaõnn. Ma kõigest avastasin 10 000 viisi, mis ei sobi.”
Edison valmistas autoaku, mis tõi talle kõvasti raha sisse.
VOOLUSÕJAD1880. aastal algas Edisoni ja elektri-insener George Westinghouse’i vahel karm vägikaikavedu selle pärast, kuidas on parem elektrienergiat tarnida. Edison pooldas alalisvoolu, Westinghouse aga propageeris vahelduvvoolu. Lõpuks oli Edison sunnitud möönma, et vahelduv-vool on tõhusam viis, sest seda on võimalik kaugemale saata.
Patareitoitel mootor