XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Автомобиль: от повозки до наших дней
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
Автомобили в том виде, какими мы привыкли их видеть на улицах городов и загородных трассах, были сконструированы всего несколько десятков лет назад. А история изобретения и создания автомобиля насчитывает несколько сотен лет.
Историю развития легкового автомобиля принято начинать с появления самодвижущихся экипажей. Трудно представить сегодня человеческую цивилизацию без автомобилей. Самая большая выставка автомобилей, которую я видел, находится в г. Сочи. Сочи Автомузей — один из крупнейших в России музеев автомобилей советского времени. Именно после ознакомления с экспозицией данного музея я решил подробнее изучить тему автомобилестроения в мире в целом и в нашей стране в частности.
Актуальность данной темы представляется в изучении и познавании науки о машиностроении в условиях научно-технического прогресса, развитие техники и улучшение её эффективности и продуктивности в связи с развитием новых технологий.
Предмет исследования: История развития автотранспорта
Объект исследования: Автомобили прошлого и нынешнего времени.
Цель моего проекта:
Изучить историю развития автомобиля от повозки до наших дней и рассмотреть перспективы развития автотранспорта в будущем.
Создать макеты автомобилей из конструктора Lego
Задачи:
Узнать:
Об истории создания “самоходной повозки”, которую мы сейчас называем автомобиль.
об изобретении экологически чистого автомобиля будущего.
Создать:
Макеты транспорта разных времен с использованием конструктора Lego и программ для моделирования.
Гипотеза: Я предположил, что появление автомобилей связано с развитием новых технологий и иных сфер жизнедеятельности человека.
В данной работе я постарался построить цепочку развития средств передвижения на пути к автомобилю. Мне интересно, с чего началось развитие транспорта, какой автомобиль был самый первый, как люди обходились без автомобилей, каково влияние авто на окружающую среду и какие будут автомобили в будущем.
Материал будет интересен ребятам, которые интересуются историей развития техники, конструированием и моделированием, будет способствовать выбору профессии, связанной с автотранспортом и инженерией.
2. Основная часть.
2.1. Все начиналось с колеса
Что же было до появления первых автомобилей? Для того чтобы ответить на этот вопрос, придется вернуться к тому времени, когда человек не очень отличался от других представителей животного мира. В истории человечества этот период называется «до нашей эры», а человек, живший в то время, — первобытным. Однако, даже у первобытного человека часто возникала потребность переносить с места на место всевозможные предметы. При этом, естественно, хотелось сделать это как можно быстрее и с наименьшими затратами. В первую очередь, такая потребность возникала во время охоты. В погоне за дикими животными охотник уходил довольно далеко от стоянки своего племени, и ему приходилось нести убитого зверя на плечах. Это был тяжелый и длительный процесс, перечеркивающий радость удачной охоты. Пришлось искать более легкие способы переноса добычи.
Все началось с колеса. Люди не только охотились, они стали засевать поля, разводить скот, строить большие поселения, а потом и города; началась торговля камнем, лесом, зерном... При этом людям приходилось перемещать огромные тяжести на большие расстояния. И идея колеса не могла не родиться.
Колесо — диск или обод со спицами, вращающийся на оси. Изобретено на Древнем Востоке в 4-м тысячелетии до н.э. Представляло собой диск, изготовленный из дерева или камня. Колесо со спицами и гнутым ободом появилось во 2-м тысячелетии до н. э.
Человечество всю свою историю стремилось не только облегчить свой труд, но и уменьшить время проведенное в пути, добираясь из «точки А в точку Б». И ведь действительно, человек не остановился на изобретении колеса, ему не хотелось самому передвигать грузы, телеги, тачки, и тогда он стал использовать прирученных животных, в частности лошадей, буйволов, которых впрягал в повозку или сани.
Самым древним средством передвижения считаются сани, хотя в некоторых местах такой способ передвижения используется и поныне. Раньше в России для передвижения по бездорожью, не только зимой, но и летом применялись повозки, похожие на сани, которые назывались волокушами.
2.2. Повозка
Затем человек придумал повозку. И жизнь его значительно облегчилась: стало возможным перевозить тяжести с места на место, обрабатывать землю, затрачивая меньше сил, передвигаться на большие расстояния быстрее.
В повозки стали запрягать лошадей и быков - так появились первые конные экипажи. Один из наиболее известных древних экипажей- колесницы.
Затем повозку стали делать на четырех колесах. И назвали телегой или колымагой. С древних времен и до наших дней люди используют телеги в сельском хозяйстве.
Какими были первые колёсные повозки? Сначала это были арбы, запряженные волами. В XV веке появились кареты. Царские кареты в России отличались особой роскошью отделки. В XVII столетии появился также транспорт общего пользования – многоместные кареты, которые стали называться дилижансами. До появления автомобилей достаточно состоятельные люди имели собственные экипажи, часто запряженные несколькими лошадьми, что позволяло повысить скорость передвижения.
Повозки с конной тягой использовались по видам перевозок: товарные, почтовые (XIX-XX вв.). Конные повозки применялись для оказания нуждающимся скорой медицинской помощи, и даже когда на улицах российских городов появились автомобили с красным крестом, их долгое время называли «каретами скорой помощи». Успешно применялись конные повозки и в пожарной службе.
В 1856 году в Санкт-Петербурге было организовано движение «конки».
«Конка» - конный омнибус (в наше время автобус) был поставлен на рельсы, что позволило увеличить его скорость. Человеческая изобретательность направлена на поиски источников силы, которые помогли бы уменьшить зависимость человека от живой природы. Переходным этапом на пути к автомобилю стали механические средства передвижения.
2.3. Самобеглые коляски
Шло время, росли города, расширялась торговля. У людей появилась нужда передвигаться и перевозить грузы на далекие расстояния, и освободить при этом животных от тяжелого труда. Люди стали думать об изобретении «Самобеглой коляски»
И придумали: эти экипажи приводились в движение самими пассажирами с помощью педалей. Идеи многих машин и механизмов принадлежат гению Леонардо да Винчи (LeonardodaVinci). Не обошлось без его участия и на этот раз. Среди чертежей Леонардо нашелся проект самоходной повозки. Она имела три колеса и приводилась в движение заводным пружинным механизмом. Два задних колеса были независимы друг от друга. Их вращение производилось системой шестеренок. Для управления было предусмотрено четвертое маленькое колесо, к которому крепился руль. Предполагается, что свою самоходную повозку Леонардо разработал в конце XV века, а применять ее планировалось в театре и на карнавальных шествиях. Однако, история распорядилась иначе. Потомков конструкции Леонардо можно увидеть где угодно, но только не на театральной сцене.
Не остались в стороне и русские изобретатели. В 1791 году Иван Кулибин закончил работу над «самокатной повозкой». Она имела три колеса и приводилась в движение нажатием на специальные педали. Конструкция Кулибина имеет больше общего с веломобилями, нежели с автомобилями. Однако, русский изобретатель использовал в своей «самокатной повозке» конструкторские решения, без которых невозможно представить современный автомобиль: маховик, тормоз, коробку передач и подшипники.
Автомобиль Кулибина не нашел применения, так как государственные деятели не увидели в нем потенциала для дальнейших разработок и массового производства. А паровые автомобили появились в России гораздо позже, чем в Европе и США. В 1830 году в Петербурге К. Янкевич с двумя механиками разработал проект парового самохода — «быстроката», но он так и не был построен. И только 30 лет спустя Амос Черепанов изобрел паровой самоход-тягач.
2.4. Паромобили
Первым, кто снабдил телегу паровым двигателем (хотя некоторыми исследователями это первенство оспаривается), был член иезуитской миссии в Китае Фердинанд Вербист. Он создал, при содействии местных китайских мастеров, свою машину в 1672 году и довольно подробно описал её в книге «AstronomiaEuropea». Эта машина не предназначалась для человека, её длина составляла всего 65 сантиметров. И вообще Фердинанд Вербист создал её как игрушку для тогдашнего китайского императора.
В 1765 г. русский механик Ползунов И.И. первый построил паровую автоматическую машину.
А в 1769 французским изобретателем Никола Кюньо была сконструирована повозка, которая предназначалась для перевозки артиллерии. У нее имелось 3 колеса, из которых одно впереди ведущее и одновременно рулевое. Только вода и топливо, необходимые для движения, весили целую тонну. Повозка передвигалась со скоростью не более 4 км/ч.
И даже были созданы дорожные правила для парового автомобиля:
1). Нельзя со свистком выпускать пар из машины, если есть поблизости лошадь.
2). В городе можно ездить со скоростью 3км./ч.
3). Впереди авто должен идти человек с красным флагом и предупреждать, что за ним следует паровик.
2.5. Переход к автомобилям с электро- и бензиновым двигателем
Паровые двигатели плохо прижились на автомобилях. Они были не надежны и опасны, имели большие размеры. Поэтому конструкторы искали другие источники энергии. В 1828 году бенедиктинец Аньош Иштван Йедлик (ÁnyosIstvánJedlik) изобрел первый электромотор и поставил его на миниатюрную модель автомобиля.
Идею подхватили другие конструкторы. Первые работоспособные электромобили были собраны в 30-40-х годах XIX века. Первопроходцами можно считать британца Роберта Андерсона (RobertAnderson), шотландца Роберта Дэвидсона (RobertDavidson) и американца Томаса Девенпорта (ThomasDavenport). Их изобретения не могли похвастаться надежностью и высокой скоростью передвижения. Но со временем конструкция электромобилей совершенствовалась, а их производство увеличивалось. В 1899 году был поставлен рекорд – автомобиль с электродвигателем развил скорость 100 км/ч.
Во второй половине XIX века произошло самое важное событие для автомобилестроения: был изобретен двигатель внутреннего сгорания. Первую попытку его создания предпринял французский конструктор Филипп Лебон (PhilippeLebon). В 1801 году он изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе. К сожалению, работе над ним не было суждено продолжиться, так как через 3 года после создания опытного образца Лебон погиб.
Вслед за ним разработкой двигателей внутреннего сгорания занимались бельгийский механик Жан ЭтьенЛенуар (JeanÉtienneLenoir) и немецкий изобретатель Август Отто (AugustOtto). Особого успеха добился последний. Его двигатели хоть и не имели электрической свечи зажигания, как у Ленуара, но были производительнее и в пять раз экономичнее. Поэтому изобретение француза уступило первенство конструкции Отто. Эти первые серийные двигатели внутреннего сгорания в качестве топлива использовали газ. Конструкторы сразу оценили преимущества размеров и стали устанавливать их на автомобили. Первая машина с двигателем Ленуара была испытана в 1860 году.
Изобретатели не останавливались на достигнутом и продолжали поиски лучшего горючего для своих двигателей. Около 1870 года австрийский изобретатель Зигфрид Маркус (SiegfriedMarcus) поместил жидкостный двигатель на телегу, которая получила название «первая машина Маркуса». Позже изобретатель создал свой второй прототип. «Вторая машина Маркуса» имела более сложную конструкцию. В 1872 году американский инженер-механик Джордж Брайтон (GeorgeBrayton) создал прототип двигателя, который работал на керосине. Позже он решил использовать в качестве топлива бензин. Но конструктор столкнулся с проблемами, решение которых опередило изобретение немецких инженеров.
В начале XX века электромобили составили серьезную конкуренцию новичкам с двигателями внутреннего сгорания. В этот период в США их выпускали в несколько раз больше, чем автомобилей с бензиновыми двигателями. Особенно отличилась компания DetroitElectric, которая с 1907 по 1942 год производила электромобили, пользующиеся большой популярностью у американцев. В военный период разработка и производство автомобилей с электродвигателями практически прекратились. Конструкторы и предположить не могли, что быстро набирающие популярность автомобили с двигателями внутреннего сгорания через сто лет снова будут бороться за место под солнцем с электромобилями.
Считается, что первый работоспособный бензиновый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1885 г. немецким инженером Готлибом Даймлером (GottliebDaimler). Он был испытан на первом в мире мотоцикле, а позже установлен на экипаж. Создателем первого серийного автомобиля с бензиновым двигателем признан Карл Бенц (KarlBenz).
2.6. Автомобилестроение в России
Россия в конце XIX в. входила в десятку ведущих мировых держав по общей протяженности железных дорог, добыче алюминия, производству некоторых видов промышленной и сельскохозяйственной продукции, а также по количеству имевшихся автомобилей, хотя следует признать, что основная их масса была не собственного производства. В 1896 г. произошло самое знаменательное событие в истории автомобилизации России. В Петербурге был построен первый российский автомобиль.
Официально первыми создателями отечественного автомобиля считаются Е. Яковлев и П. Фрезе. Первый русский автомобиль был представлен в качестве экспоната на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Нижнем Новгороде, где он совершал демонстрационные поездки.
В конце 1920-х годов советское правительство, вынужденное тратить доллары на покупку автомобилей, задумалось о том, что лучше на те же деньги купить инструменты для их производства - иначе говоря, приобрести лицензию у иностранной компании. Выбор пал на FordMotor. Согласно контракту, американцы обязались предоставить чертежи двух автомобилей - легкового и грузового, помочь в строительстве завода и обучить рабочих. Первым легковым авто стала самая массовая модель компании FordModel A, и автомобиль приобрел свое историческое название ГАЗ-А. Первый советский автомобиль массовой сборки ГАЗ-А редко попадал в частные руки, а использовался чаще всего как штабной автомобиль в армии, санитарное авто, а также такси.
Во время Великой Отечественной войны, страдая от бомбёжек, прилагая нечеловеческие усилия, конструкторы Горьковского автозавода умудрялись думать о послевоенном времени, какие автомобили придется выпускать. В 1943 году наступил перелом в войне, и было получено задание приступить к разработке мирной продукции, модели будущей «Победы». По мере того, как страна восстанавливалась после войны, правительство почувствовало потребность в автомобиле представительнее «Победы» для генеральских чинов, министров, послов. Задание на разработку в 1948 г. получил ГАЗ. Срок внедрения новой машины был жёсткий – 29 месяцев. С задачей они справились, создав ГАЗ–М12, большой и роскошный автомобиль того времени.
Послевоенный период развития автомобилестроения в разоренной войной стране был нелегким, поскольку автомобильная промышленность тесно связана со многими отраслями, которые были почти полностью уничтожены во время войны. Таким образом, для восстановления автомобилестроения требовалось возродить всю промышленность СССР, и, тем не менее, уже к 1949 г. был превзойден довоенный уровень выпуска автомобилей, а к середине 50-х гг. в СССР уже действовали 12 автомобильных заводов, выпускающих автомобили 43 моделей и модификаций в количестве, превышающем 400 тыс. шт. в год.
В 1951 году начали проектировать автомобиль ГАЗ -21 «Волга», чтобы решить две задачи: он должен достойно представлять страну на зарубежном рынке и справляться с бездорожьем. Поставленную задачу решили. Автомобиль «Волга» продавали в 75 стран мира.
Любимые автомобили народа.
Московский завод автомобилей в 1947 г. начал выпускать автомобиль «Москвич-400». Позже появились модели «401», «402» и др. Автомобиль «Москвич» с 1952 года стал первым массовым частным автомобилем, с него же в стране началась мода на туристские автопробеги. До начала 1980-х годов «Москвич» был символом прогресса, и даже «Жигулям» непросто было пробивать дорогу к поклонникам.
Самый удачный автомобиль Волжского завода ВАЗ-2121 «Нива» (1977год). «Нива» первый в мире комфортабельный внедорожник. Его покупали все страны мира, это единственный автомобиль который поставлялся даже в Японию.
Спортивный автомобиль.
Спортивный автомобиль MARUSSIA B1/B2 - современная спортивная автомобильная империя России. Суперкары - решительный шаг российского спортивного автопрома. Эта идея принадлежит любителям спортивных автомобилей. К настоящему времени лишь около 30 энтузиастов приобрели суперкары Marussia. В любом случае, эта марка принесла пользу России, дав стимул к технологическому развитию.
2. 7. Авто и окружающая среда. Автомобиль будущего.
Автомобили негативно влияют на окружающую среду. Они вызывают очень большие проблемы с воздухом. Известно, что машины используют кислород за пробег в тысячу километров в таком объеме, который потребляет человек за целый год. Самым проблемным является бензин, автомобили выбрасывают большие количества убийственных доз свинца в атмосферу ежегодно.
Автомобили в большем количестве в основном сосредоточены в больших городах, поэтому воздух в мегаполисах обеднён кислородом и загрязнён продуктами горения нефтепродуктов. Такой воздух приносит вред здоровью человека, из-за такого воздействия нарушается экологическая среда, меняются природные и климатические и условия. Также общеизвестно, что из воздуха эти вредные продукты попадают ещё и в воду, а значит, загрязняется и водная среда.
Автомобиль будущего.
Хотелось бы узнать, какой хотят видеть автомобиль будущего мои сверстники. Проведя опрос среди одноклассников, удалось выяснить, какими характеристиками будет обладать автомобиль будущего. Самые популярные ответы: вместительный, безопасный, экономичный, экологичный и быстрый. В будущем затраты на топливо для автомобиля сохранятся или будет разработан новый источник топлива.
Экологичность - автомобиль не должен загрязнять окружающую среду. Это одно из главных правил автомобиля будущего.
Безопасность – современный автомобиль должен быть безопасен, чтобы защитить водителя и пассажира в случае аварии. В самом лучшем случае, в будущем на дорогах не должно быть аварий, что вполне достижимо, если говорить, что управление автомобилем будет с помощью автоматических систем без участия водителя. У водителя появится большое количество электронных помощников. В автомобиле не останется механических частей – всё заменит электроника. Она будет следить за дорожной ситуацией. У электроники будет больше прав в управлении, чем у водителя. Тогда человеку останется задать маршрут, а машина сама довезёт до места назначения.
Уменьшение размера автомобиля и хорошая обтекаемость – машин становится всё больше, а дорожное пространство увеличивается. Уже сейчас популярны автомобили малых размеров, но существует и противоположная тенденция, а именно увеличение размеров автомобиля. Связано это с увеличением безопасности и улучшением комфорта обитателей автомобиля.
Мой автомобиль полностью на электронике, спортивный и быстрый.
3. Практическая часть
Проекты автомобилей
Я увлекаюсь Lego-робототехникой и создал макеты автомобилей с использованием конструктора Лего и программы для моделирования проектов
Конная повозка
Паровая машина
Самоходная машина
Современная машина
Спорткар
Автомобиль будущего
4. Заключение
В данной работе я рассмотрел цепочку развития средств передвижения на пути к автомобилю. Мне удалось узнать, как люди обходились без автомобилей, изучить первые средства передвижения людей, историю развития транспорта, узнать о первых русских автомобилях, увидеть много новых машин, узнать о влиянии авто на окружающую среду и даже пофантазировать об автомобилях будущего. Я узнал, что, автомобили русских изобретателей были востребованы во всех странах мира. Российское автомобилестроение не стоит на месте, развивается и совершенствуется.
В процессе изучения транспорта я проектировал свои модели: от повозки до автомобиля будущего.
Моя гипотеза о том, что с развитием жизнедеятельности человека, появлением новых изобретений, менялся и транспорт, нашла свое подтверждение.
5. Список литературы:
История автомобилестроения [Электронный ресурс]: http://avtohis – tory.by.ru/
Люди и автомобили [Электронный ресурс]: http://www.peoplecar.ru/ page7.html
Грушевский С. История автомобилестроения [Электронный ресурс]: http://www.free-lance.ru/users/cooperilla/portfolio/
История автомобилестроения в «Крокус-Экспо» // AutoWeek [Электронный ресурс]: http://www.autoweek.ru/review/exhibitions/16663/. – 09.03.2007.