菲奇没有申请发明专利,也没有公布他的发明,后来从事海上的投机买卖,最后破产,在贫病交加中默默无闻地自杀而亡。
1788年,英国的赛明顿制造在两侧装有桨轮的轮船,航行成功。1803年,他制成一艘拖船在克莱德运河上航行。由于这台大马力的拖船将使在河岸用缆绳拉船的拖船业者失业,而遭到他们的拼命反对,并把拖船强行拖上岸,伟大的发明就这样被扼杀了。赛明顿在失望中逝世。
由于菲奇、赛明顿在造船史上没有建树,通常人们认为富尔顿是轮船的第一个发明家,并被誉为“轮船之父”。
罗伯特·富尔顿于1765年生于美国宾夕法尼亚州的兰开斯特,16岁时,在费城学习绘画,曾为富兰克林画像而知名,又在富兰克林的资助下去英国学画。
在英国期间,富尔顿对机械产生了浓厚的兴趣,并立志当个发明家。他研究了赛明顿的拖船,会见了发明蒸气机的瓦特。
1797年,富尔顿去法国巴黎定居,先后发明了鱼雷和潜水艇。他来巴黎是想把武器卖给拿破仑,但是拿破仑并不感兴趣,根本不相信富尔顿。
在法国,富尔顿结识了美国驻法公使,并在他家里看到了菲奇的轮船设计图。于是,富尔顿决心自己制造轮船。
富尔顿说干就干,几经努力,在1803年建造了第一艘轮船,在巴黎的塞纳河试航。
这是一艘以瓦特蒸气机为动力,以桨轮为推进方式的汽船,长70英尺,宽8英尺。试航定于8月10日。
这一天,富尔顿满怀信心地走上汽船。这艘船机械全部安装完毕,等待启航。船启动了。
虽然这艘船逆水行驶时,速度已如快步前进的行人,但由于蒸气机刚被引上船,它的推进系统还不够完善,航速和稳定性方面都不够理想。
由于富尔顿的汽船研制工作没有得到法国政府的重视,第一艘轮船的试船没有取得应有的成功,又因试制这艘船而濒于破产,他只得返回美国。
回国后,富尔顿得到美国的农场主、发明家利文斯顿的帮助,才有资金、人力、材料去继续研究他的汽船。
富尔顿对前人所造的轮船和自己在巴黎造的轮船进行认真的研究,感到有许多技术问题需要解决,如船的吨位和动力大小的比例问题,船身长和宽的比例问题,桨轮大小问题等等,要正确解决这些问题,必须进行进一步的实验。
多年来,富尔顿历尽艰辛,经过许多次波折,为了解决一个问题往往要经过许多次失败。但他具有百折不挠的决心,不达目的誓不罢休。
在第二艘汽船的研制中,富尔顿在造船技术上进行了两个大革新。
第一是把明轮桨改为螺旋桨。富尔顿在第一艘汽船上用的是明轮桨推进系统,它影响了汽船的速度、稳定性和耐波性。回到美国后,他听说有人发明了螺旋桨船,富尔顿研究了它的技术资料后,认为螺旋桨有更大的优越性。
第二是大胆地采用铁板作为造船材料。人们总是认为浮力原理不适合金属,因此造船只能用木质材料,要想用铁造船,那只能在梦中实现。
然而在1787年,威金逊首先用铁板造了一艘船,它安全地浮在水面上,并没有沉没。从而把铁也能造船的梦想变为现实。
1806年,富尔顿在纽约附近的哈得逊河上正式开始建造他的第二艘汽船。
富尔顿和工人们日夜兼程地建造新船。为了得到性能优良、马力强劲的蒸气机,富尔顿亲自跑到英国向瓦特求援。
当别人看到富尔顿用铁板造船时,流言四起,说富尔顿是个怪人,他的船是用铜便士熔造的。坚定的富尔顿岂能被谣言动摇决心?面对人们的造谣诬蔑和攻击毁谤,他只能一如既往,不断努力,继续前进。
通过一年多的紧张施工,一艘被命名为“克来蒙特”号的汽船终于建成。
船长150英尺,宽13英尺。好奇的人们从船旁经过,望着这艘怪船,都说这是“富尔顿的蠢物”,因为他们没有看见这样的怪船:长长的船身,上面立着一个大烟囱,却不见桅、帆之类的东西。
对于别人的讥笑,富尔顿并不在意,一笑置之。
1807年8月17日,“克莱蒙特”号在哈得逊河上作历史性的航行。
试航的时间到了,富尔顿胸有成竹地看着船体滑入水中,工人点燃锅炉,蒸气机轰鸣起来,随着一声汽笛,船前进了。
“动了,动了!”
“富尔顿真了不起!”
河岸围观的人也非常兴奋,跟着船跑起来。
“克莱蒙特”号在行进中相当稳定,而且速度也比较快,从纽约沿哈得逊河逆流而上,到达上游的阿尔巴尼城,共150英里,只用32小时。
试航获得成功,富尔顿胜利了。从此,“克莱蒙特”号成为哈得逊河的定期航轮。
“克莱蒙特”号的成功,是富尔顿认真研究、反复试验、不屈不挠、艰苦探索的结果。在造船和修船期间,富尔顿每天早晨5时就到工地,整天在那里工作,和木工、油工、水手们在一起。
“克莱蒙特”号一开始并不是完善的,锅炉和阀门经常漏气,经过多次改进才消除这些缺陷。他为了改进船工的条件,也增加了一些设备,才不断地使航速由4英里到5英里,又提高到6英里。
富尔顿的“克莱蒙特”号是近代造船史上第一艘真正的汽船。它以铁为新型造船材料,以蒸气机为新的动力系统,以螺旋桨为新的推进系统,开创了造船史的新纪元。
“克莱蒙特”号标志了帆船时代的结束,汽船时代的开始。
1808年,富尔顿又建造了两艘轮船。在以后的几年里,富尔顿又建造了13艘轮船,在世界船舶发展史上写下了光辉的一页。
自从富尔顿的“克莱蒙特”号试航成功以后,汽船制造业即在美国和欧洲许多国家发展起来。到20世纪初,汽船成为许多国家的内河航运和海洋运输的主要交通工具。
1815年2月23日,富尔顿逝世。但当人们乘船邀游蔚蓝色的大海时,一定不会忘记这位百折不回的富尔顿。
陆上交通的新纪元
瓦特蒸气机引起水域交通工具的革命,同时也促进了陆上交通工具的革命,英国人斯蒂芬逊的蒸气机车驶进了近代科学技术史的舞台。
蒸气机车,就是我们所熟悉的火车。一个火车头拉着一条长龙似的车厢,飞快地在轨道上奔驰。它越过平原,穿过峻岭,飞渡桥梁,穿越隧道。
然而,这力大无比的火车头是谁发明的?又是怎么制造出来的?
车的历史和船同样久远,早期的车以人力和畜力为主要动力。马车是人类文明史上数千年来主要的陆上交通工具,是近代火车的直接先驱。
18世纪中期开始进行蒸气机的研究,这时就有人想用蒸气机来牵引车,但不是在轨道上行驶的蒸气机车,而是公路上行驶的蒸气汽车。
在蒸气机刚发明时,主要用于矿井下抽水泵的动力,后来有人想用于矿车的牵引,以便把大量煤炭快速地运到远处。
那时,由于采矿业的发展,矿产品的运输是一个突出的问题,运输工具仍然是马车。在使用马车的过程中,人们逐渐发现,马车在有轨道的路上行驶时,拖拉的重量比在普通路面上高3倍。于是就铺设了木轨道,因为当时的冶金业不发达。
木轨道的发明和应用,是运输业的一大进步,也为蒸气机车的发明打下了基础。
随着冶金业的发展,在1738年英国的一家矿山出现了第一条“铁轨”,当然它只是包有铁皮的木轨,运行的仍然是马车。
1759年,英国物理学家罗比森提出了用蒸气车在铁轨上拉动车子的最初设想,第一次把蒸气机和铁轨联系起来。但是,许多人担心,具有铁轮的机车又笨又重,在光滑的铁轨上行驶,只会打滑空转,根本无法前进。
于是,1769年法国的居纽制造出蒸气汽车,1783年,英国的默多克制成的也是蒸气汽车。
1802年,英国的特列维希克制造出了第一台真正的铁路上行驶的蒸气机车。这辆机车可以牵引5辆货车,载重10吨和70名乘客,时速8公里,性能优异。
遗憾的是,用铸铁制造的铁轨非常脆,运行几次后就损坏了,机车再也无法行驶。这样,尽管特列维希克的机车是一次巨大的成功,却没有能够得到应用。同时,由于他缺乏继续研究的毅力,而逐渐被人们遗忘。
英国的斯蒂芬逊也热心研究蒸气机车,终于发明了第一台真正可供实用的蒸气机车。
乔治·斯蒂芬逊,1781年6月8日生于英国一个穷苦的矿工家庭,8岁时就去给人家放羊,16岁时随父亲去煤矿做工,当上了一个给蒸气机烧锅炉的工人的助手。由于天天和蒸气机打交道,而热爱上机械,对蒸气机的构造和性能逐渐熟悉了。
要掌握技术,通晓理论,没有文化是非常困难的。他头脑里总是在想,水蒸气为什么能使机器转动?转动的机器为什么能代替人进行工作?这些原理书上有,可是没有文化的斯蒂芬逊看不懂。于是他下决心努力学习文化。
矿上有一所夜校,专门招收7至8岁的儿童。这一天,一位大约18岁的小伙子来到夜校,和比他矮半截的小同学一起上课,他就是斯蒂芬逊。
从这一天开始,斯蒂芬逊白天做工,下班后还帮别人修理钟表,晚上拖着疲惫的身体去夜校读书。凭着坚韧的毅力,他从夜校毕业了。
有了知识,就可以阅读各种科技书籍,研究蒸气机和其他机械,斯蒂芬逊的理论和技术突飞猛进。
1809年的一天,矿上的一辆运煤车坏了,许多技师查了很长时间,都找不到原因。
“让我来试试。”斯蒂芬逊自告奋勇。
“你也行?”一个骄傲的技师鄙视地看着眼前这个不起眼的锅炉工。
“真不知天高地厚!”另一位技师也讥笑着附和。
“我会修好的!”斯蒂芬逊是那样的自信。
他从容不迫地把车子拆开,一件件检查、修正,然后重新安装好,运煤车又欢快地开动了。
斯蒂芬逊由于修好了技师们修不好的运煤车,而被任命为工程师,年仅28岁。
1812年,斯蒂芬逊在伦敦工业展览会上看到了特列维希克的蒸气机车模型,从而产生了极大的兴趣.投入到蒸气机车的研制中。斯蒂芬逊对当时火车制造和行驶中存在的问题,进行了认真的研究,总结前人的经验教训,加上他具有蒸气机及一般机器的基础知识,和不懈的奋斗精神,经过两年多的研究试制,终于在1814年制成了他的第一台蒸气机车,名字叫“布鲁茨赫尔”
号。
这台机车在坡道上行驶,载煤30吨,时速7公里。当然这台机车本身很不完善,它的外形比较难看,构造简单,由于没有安装弹簧,行驶时颠簸剧烈,甚至把铁轨都颠坏了。
于是有一些人对这一新生事物大肆指责。有人说隆隆的机车声破坏了世界的安宁,铁路两旁的牛羊受惊不敢吃草,鸡鸭受惊而不能下蛋。有人说车头冒火把附近的树烧焦了。有人说,锅炉会爆炸,车厢会颠覆,乘客将会遇难。
斯蒂芬逊不怕讥笑与责难,克服困难,继续研究。
从1814年到1825年,斯蒂芬逊先后制造了19台机车,信心大增。
这期间,他对机车和轨道进行了重要的技术革新。首先是把蒸气机的出汽管道用小管引入烟囱,一方面减小了噪音;另一方面加快了出烟速度,使煤燃烧更充分,提高了热效率,提高了机车的载重量和速度。
其次,在机车上增加了弹簧和其他部件,减轻了震动,提高了稳定性。
第三是改革铁路轨道。原来的轨道是在优质木轨外包上铁皮,而斯蒂芬逊第一次用铁铸成的铁轨,并在枕木下铺了石子,从而加强了铁轨的抗震能力。
1823年,英国建造从斯托敦到达林顿之间的商业铁路,斯蒂芬逊出任总工程师。
1825年9月27日,斯蒂芬逊亲自驾驶自己设计制造的“旅行号”蒸气机车在这条铁路上试车。
有人这样描写试车的盛况:“今天早晨发生的情景是难以描述的,人人精神振奋,心情愉快.有些人喜形于色,另一些人惊讶不已,使得这个场面丰富多彩。机车在预定的时刻开动了……铁路两旁人山人海,许多人跟着火车跑;另外一些人骑马沿路旁跟随火车。”
“旅行号”机车牵引132节车厢,载有90吨货物,并带有450名乘客,时速20公里。
这次试车成功了!从此,开辟了陆上运输的新纪元。
1826年,英国决定在两大城市曼彻斯特和利物浦之间修建一条铁路,由斯蒂芬逊主持修建。
这条铁路的工程是空前的。沿线要架设63座桥梁,在利物浦附近要开挖2公里的隧道。斯蒂芬逊不畏艰难,顽强拼搏。
他还顶住人为的非难。有人散布谣言,说什么火车和煤烟会毒害家禽牲畜,火车要爆炸而炸死乘客。更严重的是,那些依靠运货马车和客车而谋生的人们,担心铁路建成后将失去生活来源,而对斯蒂芬逊进行人身迫害。
斯蒂芬逊下定决心,不怕诽谤与恐吓,排除艰难和险阻,和工人们齐心协力,顽强奋斗,终于把这条铁路建成了。
这个时期,也有其他人试制机车,他们提出:“这条铁路用斯蒂芬逊的机车不一定合适,应该和其他机车进行比赛,从中选出最优秀的机车。”
“那就进行一次机车比赛来决定吧。”斯蒂芬逊欣然同意。
比赛的条件是,以时速16公里的速度,在利物浦附近的赖布尔3.2公里的线路上往复行驶20次。
1829年10月,比赛的日期到了。参加比赛的有4台机车,其中就有斯蒂芬逊最新研制的“火箭号”。
赖布尔人山人海,人们观看这场从来没有看过的机车比赛。首先是“新奇号”,在第三次往返中,机车管道破裂。第二台机车一开始就出了毛病而不能行驶。
第三台登场的是“火箭号”,以平均45公里的时速,跑了20个来回,获得了普遍赞誉。
最后一台在第10次往返中出了故障,人们为之惋惜。
斯蒂芬逊的“火箭号”机车大获全胜。
从此,人们不再怀疑蒸气机车的性能了。在英国出现了铁路建筑的热潮。
其他国家的铁路运输也迅速发展起来。
斯蒂芬逊原来只是个牧童,18岁时还是个文盲,但是他勇于实践,敢于创新,甘于吃苦,乐于奉献,为蒸气机车做出了杰出的贡献,被后人誉为“近代蒸气机车之父”。
此后,斯蒂芬逊一直从事机车制造和铁路建设工作,直到1848年逝世。
第一次工业革命是生产力发展的必然结果,极大地推动了社会的发展。
第一次工业革命从其进程来看,可分为三个阶段,即以纺织机械为内容的工作机革命,以蒸气机为内容的动力机革命,以汽船和机车为内容的运输革命。这三个阶段依次可视为序曲、主调、尾声,构成了第一次工业革命的完整乐章。
第一次工业革命极大地推动了自然科学的发展。
能量的规律与对热的探索
在第一次工业革命中,蒸气机的发明、改进和应用,极大地推动了社会的发展。同时,蒸气机的使用引起人们对热现象的广泛兴趣,推动了人们对热学、热力学和能量转化方面的基础理论的研究。
能量转化和守恒定律的发现,是19世纪的三大科学成就之一。这一成就是人们经历长期的实验研究和理论探索的结果。