История РАЗВИТия пищевой инженерии

Но по-настоящему популярным, общедоступным десертным продуктом мороженое стадо только после освоения промышленной технологии его производства в XX веке [7].

В эпоху феодализма преобладающую роль тоже играло сельское хозяйство, а из его отраслей – земледелие. Постепенно в течение ряда веков совершенствовались способы хлебопашества, развивалось огородничество, садоводство, виноградарство и виноделие, маслоделие. Происходило увеличение количества возделываемых культур. В зависимости от географических условий крестьяне сеяли пшеницу, рис, ячмень, рожь, овес, лен и т. п.

Но в период феодализма сельскохозяйственный инвентарь оставался довольно примитивным. Орудиями труда служили соха с железными сошниками, борона, мотыга, серп, коса, грабли, вилы, цеп, лопата, топор. Несколько позже стал применяться плуг двух типов: легкий и тяжелый с колесным передком. Крупнейшим достижением техники земледелия явилась замена деревянных рабочих частей плуга и бороны железными. Это резко подняло производительность сельскохозяйственных работ. Одновременно с земледелием стали возникать новые отрасли сельскохозяйственного производства, росло животноводство.

В течение длительного периода времени для феодализма было характерно сочетание земледелия, как основной отрасли хозяйства, с домашними промыслами, имевшими подсобное значение. Более или менее крупное сельскохозяйственное поместье располагало и достаточным количеством ремесленников, большей частью крепостных, которые домашним промыслом почти полностью обеспечивал натуральное хозяйство ремесленными продуктами и продуктами питания [5].

Но несмотря на то, что производительность сельхозработ повышалась, земледелие и скотоводство развивалось, объем производства сырья для пищевой продукции был настолько мал, что практически все операции по измельчению и перемешиванию производились вручную с использованием сначала каменных и костяных, а потом и железных орудий труда и глиняной посуды. Причем последняя тоже прошла немалый путь эволюции от глиняных сосудов в виде незамысловатой корчаги, чаш, амфор, кожаных мешков (бурдюки, торсыки, козьи меха) до металлических емкостей из красной меди или чёрной углеродистой жести с тонким гладким слоем олова внутри, алюминиевой или из нержавеющей стали [7].  

Впрочем, до изобретения парового двигателя единственным источником двигательной, помимо ветра и воды, был скот, силой которого приводились в движение многие водочерпальные и иные устройства.

II. КАПИТАЛИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД

XVII и особенно XVIII век оказались временем значительного ускорения в развитии техники. Причинами этого явилась замена путем буржуазных революций в наиболее экономически развитых странах феодального общественного строя капиталистическим и большие успехи, достигнутые к тому времени наукой, создающие основу развития техники. XVII и XVIII века подготовили почву для последующего небывалого научно-технического прогресса.

Направлений развития техники много, гораздо больше различных машин, аппаратов и приборов, больших и маленьких. Быстрое развитие промышленности во многих странах требовало создания достаточно мощных, экономичных и удобных для использования источников энергии, которые могли бы приводить в действие все нуждающиеся в этом машины.

Количество гидросиловых установок, их мощность непрерывно росли. Они получали применение на многих производствах, где до этого машины и орудия приводились в действие вручную или силой животных. Наряду с водяными колесами широкое применение находили ветряные колеса. Задачи они выполняли различные, но чаще всего служили для привода в действие мельниц. Преимущество ветряных колес перед водяными состояло в том, что место их расположения по понятным причинам менее связано с природными условиями, недостатком же являлось большое непостоянство скорости ветра, хотя реки (за редким исключением) тоже имеют существенные колебания стока воды, главным образом сезонные и годовые [6]. 

Одним из главных факторов технического прогресса рассматриваемого периода времени была паровая машина, представляющая собой универсальный двигатель.

И хотя попытки создать двигатель, работающий на водяном паре, использовать силу пара, восходят еще к Архимеду, древнегреческому ученому Герону Александрийскому и Леонардо да Винчи, но задача оказалась не такой простой, а универсальный паровой двигатель был создан и начал находить широкое применение только во второй половине XVIII в.

До этого было сделано несколько более или менее удачных попыток. Одной из первых таких попыток была  паровая машина, созданная  в самом конце XVII в. английским инженером Томасом Севери (1650-1715). Схема ее показана на рис. 6.

Рис. 6. Схема машины Севери

Значительно больший успех имела машина английского изобретателя Томаса Нъюкомена. Первая машина Ньюкомена была построена приблизительно в 1712 г., но уже к 1770 г. на севере Англии, главным образом в Ньюкаслском угольном бассейне, действовало около 100 таких машин, а к 1780 г., па Корнуольских оловянных рудниках (юго-запад Англии) было не менее 70 машин. Машины Ньюкомена использовались также в других европейских странах. Их широкое распространение продолжалось до тех пор, пока в последней четверти XVIII в. на смену им не пришла более совершенная машина – универсальный тепловой двигатель Уатта.

Необходимо, однако, сказать, что автором первого универсального двигателя, не нашедшего, к сожалению, практического применения, был русский изобретатель Иван Иванович Ползунов, (1728—1766). Ползунов задался целью создать совершенный паровой двигатель. В 1763 г. Ползуновым были представлены записка, расчеты и проект первой в мире универсальной паровой машины мощностью 1,8 л. с. В отличие, например, от машины Ньюкомена, которая не могла непрерывно производить работу и использовалась поэтому для привода орудий прерывного действия (например, насосов для откачки воды из шахт), машина, предложенная Ползуновым в виде проекта, могла бы (будучи построенной) производить работу непрерывно, т. е. была спроектирована как универсальная.

В проекте своей машины Ползунов достигал непрерывности ее работы путем применения двух цилиндров, поршни которых поочередно передавали работу на общий вал. Впервые выдвинутый Ползуновым принцип сложения работы нескольких цилиндров на одном валу нашел в дальнейшем широкое применение, в том числе и для двигателей внутреннего сгорания, появившихся во второй половине XIX в. и затем получивших исключительно широкое распространение. Ползуновым также было разработано специальное автоматическое устройство, производившее распределение пара и воды.

Ряд конструкций паровых машин, созданных английским изобретателем Джеймсом Уаттом (1736— 1819), в том числе универсальной паровой, имел очень большое значение (до конца XIX в. паровая машина являлась практически единственным универсальным двигателем) в прогрессе промышленности и транспорта.

К семидесятым годам XVIII века механизация различных отраслей промышленности достигла такого уровня, когда существовавшие источники двигательной силы перестали удовлетворять растущие потребности. Но  преобладала тенденция к увеличению габаритов существующих машин и их производственной мощности, к более широкому использованию энергии и к развитию фабричного способа производства вместо ремесленного и мануфактурного. В гончарных мастерских XVIII века все шире использовалась сила ветра и воды. Шло непрерывное совершенствование паровой машины.

Начиная с конца XVIII века, в капиталистический период истории, в сельском хозяйстве был сделан ряд изобретений, позволяющих повысить производительность труда. В 1785 г. англичанин Кук  изобрел сеялку, в 1819 г. американский фермер П. Вуд сконструировал чугунный плуг разборного типа, в 1822 г. - англичанин Г. Огль построил модель жатвенной машины, где впервые был применен принцип ножниц, были созданы механизмы для вымолачивания зерна [5].

Т. е. в сельском хозяйстве происходили огромные сдвиги. Постоянно возраставшее промышленное население нельзя было прокормить без коренной перестройки всего земледелия. Вопрос механизации сельскохозяйственных работ играл тогда важную роль.

Но молотьба была единственным видом сельскохозяйственных работ, в котором еще задолго до наших времен использовалась не только живая тягловая сила, но и другие источники энергии. В 1636 году Ван Берг получил патент на  молотилку, состоящую из нескольких цепов, приводившихся в действие от кривошипов. В 1732 году Майкл Мензес изобрел молотилку с гидроприводом, которая, согласно его объявлению, «производила за день больше ударов и не меньшей силы, чем удары сорока человек». Она получила некоторое распространение, но первой практически полезной машиной подобного рода стала молотилка с вращающимся барабаном, которую изобрел в 1786 году Эндрю Мейкл. Молотилки получили широкое распространение с начала XIX века, а с 1802 года их стали переводить на паровой привод. Джеймс Кук изобрел и 1791 году барабанную соломорезку. Приблизительно в это же время были созданы машины для резки корнеплодов и приготовления кормов.

Изобретения и идеи возникали одно за другим. Во многом это объяснялось и уровнем развития механики.

Если механика конца XVII—отчасти XVIII в. занималась в основном задачами движения материальной точки и системы точек, имевшими особенно важное значение для проблем небесной механики, то в XIX в. центр внимания был перенесен на разработку вопросов физической и технической механики.

Старые представления о машинах как приспособлениях для подъема и передвижения больших грузов малой силой и те элементарные приемы для расчета машин, которые были завершены в предшествующий период, уже не могли удовлетворять быстро развивавшееся производство. Машину стали рассматривать как устройство для передачи сил (или движения) с изменением их величины и направления.

Развитие механики идет в эту эпоху в двух направлениях: разрабатываются и совершенствуются аналитические методы механики и закладываются основы так называемой прикладной механики. Центром развития механики в этот период становится Франция. Работы французского ученого Ж. Лагранжа (1736-1813), особенно его «Аналитическая механика» (1813 г.), определили аналитическое направление в этой науке. Одновременно во Франции формируется и прикладная механика (этот термин получил всеобщее распространение в 30-х годах XIX в.). В начальный период главную роль в развитии прикладной механики играли ученые, группировавшиеся вокруг парижской Политехнической школы. Прежде всего, это Г. Монж (1746-1819), Л. Карно (1796-1832), Ж. Понселе (1788-1867) и др.

Позднее свой вклад внесли английские ученые (Р. Виллис и др.), затем (во второй половине XIX в.) русские ученые (П. Л. Чебышев) и, наконец, немецкие (Ф. Рело).

Основным в прикладной механике являются понятия механической работы и уравнения движения машин. Важной задачей было определение коэффициента полезного действия машин, проблема обеспечения равномерного движения машин, в связи с чем весьма важной стала проблема устойчивости движения в машинах (Навье, Понселе, Морен, Вышнеградский).

На первых этапах прикладная механика включала и изложение начал гидравлики, теории гидравлических двигателей, теории паровых машин и паровых котлов.

Крупнейшую роль в исследования передачи движений в механизмах сыграла выдвинутая Гаспаром Монжем идея разработки кинематики механизмов. Первыми специальными работами по кинематике механизмов можно считать книгу Виллиса (1800-1875) «Принципы механики», появившуюся в свет в 1841 г., работу Л. Бурместера «Учебник по кинематике» и, наконец, сочинение Ф. Рело (1829-1905) «Теоретическая кинематика», вышедшее в 1875 г.

Новое направление в теории механизмов создал выдающийся русский математик и механик Пафнутий Львович Чебышев (1821-1894) своей работой «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов», появившейся в 1854 г. Механизмы и методы синтеза Чебышева, однако, не сыграли большой роли в свое время и только в XX столетии его исследования оказали большое влияние на развитие теории механизмов и машин.

В области гидромеханики, основы которой были заложены в XVIII в. работами Э. Эйлера и Д. Бернулли, в эту эпоху возникает новая важная область –  гидромеханика вязкой жидкости. Она разрабатывается в первой половине XIX в. в трудах С. Пуансона, Л. Навье, Дж. Стокса. Навье в 1822г. впервые вывел уравнение движения несжимаемой вязкой жидкости. В этом же направлении работал и английский физик и механик Дж. Стокс. Его уравнение движения вязкой жидкости, известное под названием уравнения Навье-Стокса, было важным этапом в развитии гидромеханики. Работы этих ученых сыграли в дальнейшем важную роль для развития машиностроения. Большое значение для дальнейшего развития гидромеханики имели исследования английского физика Кельвина Томсона (1824-1907) и немецкого естествоиспытателя Германа Гельмгольца (1821-1894). Томсон и Гельмгольц положили начало разработке теории вихревого движения. Томсон установил важную теорему о сохранении циркуляции в идеальной жидкости. Гельмгольц в 1858 г. заложил фундамент теории вихревого движения жидкости, имеющей важнейшее значение для развития гидродинамики и аэродинамики в XX в [5].

Тем не менее, по оснащению машинной техникой сельское хозяйство при капитализме неизбежно отстает от промышленности. Внедрение машинной техники в сельскохозяйственное производство происходит значительно медленнее, чем в промышленности. Если паровой двигатель дал возможность произвести коренные технические преобразования в промышленности, то в сельском хозяйстве он нашел широкое применение только в виде паровой молотилки. Крупные капиталистические сельскохозяйственные предприятия применяют новейшую машинную технику в больших масштабах. Однако мелкий сельскохозяйственный производитель не в состоянии на ограниченном земельном отрезке использовать какие-либо технические нововведения и покупать дорогостоящие сельскохозяйственные машины. Наличие огромного числа мелких хозяйств приводит к тому, что нигде при капитализме не сохраняется столько первобытных приемов труда, как в земледелии. Машинная техника здесь существует наряду с ручной, и по временам даже ручная техника имеет тенденцию к более широкому распространению.

Широкое внедрение машин в капиталистическом сельском хозяйстве задерживается также вследствие наличия дешевой рабочей силы, неиссякаемый источник которой представляет собой постоянно разоряющееся мелкотоварное крестьянское хозяйство.

В силу всех этих особенностей машинная техника проникала в сельское хозяйство гораздо медленнее, чем в промышленность, и сфера ее распространения была ограничена лишь крупными сельскохозяйственными капиталистическими предприятиями. К 70-м годам XIX в. сельское хозяйство основных капиталистических стран по уровню вооружения машинной техникой далеко отставало от капиталистической промышленности.