13. července 2019 & centerdot; 11 minut čtení

Kolo, jak ho dnes známe, bylo vynalezeno až koncem 18. století. Přesto to byl jednoduchý mechanický vynález. Zdá se, že to nevyžaduje žádný brilantní vynalézavý pohled a určitě žádné vědecké zázemí.

Proč to tedy nebylo vynalezeno mnohem dříve?

Tuto otázku jsem položil na Twitteru a přečtěte si nějakou diskusi o Quoře. Lidé navrhli mnoho hypotéz, včetně:

  • Technologické faktory. Kovoobrábění se v 18. letech výrazně zlepšilo: dostali jsme vylepšené zušlechťování železa a nakonec levnou ocel, lepší procesy tvarování kovů a schopnost vyrábět součásti jako duté trubky. Vylepšená technologie kol: kola s drátěnými paprsky (neboli taženými paprsky) nahradila těžší konstrukce; pro pneumatiky byla zapotřebí vulkanizovaná guma (1839); nafukovací pneumatiky nebyly vynalezeny až do roku 1887. Řetězy, ozubená kola a kuličková ložiska jsou zásadní součásti, které vyžadují přesnost a cenu pokročilých výrobních technik.

  • Návrh iterace. První kola byla nepohodlná a nebezpečná. První verze neměla ani pedály. Některé verze neměly řízení a dalo se otočit pouze nakloněním. (!) Slavný design „penny-farthing“ se svým obrovským předním kolem znemožňoval rovnováhu s nohama, byl náchylný k převrácení dopředu na tvrdém dorazu a obecně nechal jezdce vysoko ve vzduchu, což vše zvýšené riziko zranění. Cesta k úspěšnému modelu jízdního kola trvala desítky let.

  • Kvalita silnic. Silnice v 18. a dřívějších letech byly podle moderních standardů hrozné. Silnice byly často špína, vyjetá z průchodu mnoha vozíků a v dešti blátivá. Macadamová dlažba, která dala hladké povrchy silnicím, byla vynalezena až kolem roku 1820. Městské silnice byly v té době dlážděné dlažebními kameny, které byly dobré pro koně ale příliš nerovný pro jízdní kola. (Nerovnosti byly zjevně rysem, který pomáhal při odtoku splašků – což vedlo jednu odpověď Quory k tvrzení, že stavba městských kanalizací otevřela dveře jízdním kolům.)

  • Konkurence koní. Koně byli v té době běžným a akceptovaným způsobem dopravy si poradí se všemi druhy silnic. Mohli nést těžká břemena. Kdo pak potřebuje kolo? V této souvislosti se tvrdí, že jízdní kolo bylo vynalezeno v reakci na nedostatek potravin v důsledku „Roku bez léta“, což je povětrnostní událost z roku 1816 způsobená sopečnou explozí hory Tambora o rok dříve, která zatemnila oblohu a snížila teploty v mnoha částech světa. Zemědělská krize způsobila, že koně i lidé hladověli, což vedlo k tomu, že někteří koně byli zabíjeni kvůli jídlu, a ty zbylé byly dražší při krmení. To mohlo motivovat hledání alternativ.

  • Obecný ekonomický růst. Několik komentátorů poukázalo na potřebu střední třídy, která by zajistila poptávku po takovém vynálezu. Pokud máte jen spoustu chudých rolníků a několik aristokratů ( kteří, mimochodem, mají koně, kočáry a řidiče), trh s jízdními koly moc neexistuje. To je pravděpodobnější, když si uvědomíte, že jízdní kola byla spíše koníčkem pro zábavu, než se stala praktickým dopravním prostředkem. .

  • Kulturní faktory. Možná do určité míry v historii docházelo jen k obecnému nedostatku zájmu o užitečné mechanické vynálezy? Ale kdy se to změnilo a proč?

To vše jsou dobré hypotézy. Někteří se ale pod tlakem začínají kroutit:

Kvalita silnic je relevantní, ale ne ve skutečnosti odpovědí. Na jízdních kolech lze jezdit po polních cestách nebo chodnících (i když to vedlo ke sběratelům chodců a zpočátku se mezi veřejností staly nepopulární kola). A historicky se silnice nezlepšily, dokud se kola nestala běžnou – ve skutečnosti se zdá, že to byli částečně cyklisté, kteří požadovali zlepšení silnic.

Myslím, že to nevysvětlují ani koně. Z toho, co jsem četl, bylo levnější koupit kolo než koně, a určitě to bylo levnější udržovat (pokud nic jiného, nemusíte krmit kolo). A ukazuje se, že vynálezci se dlouho před moderním kolem zajímali o problém vozidel poháněných člověkem, které se obejdou bez potřeby koní. Dokonce i Karl von Drais, který po Roku bez léta vynalezl první dvoukolové vozidlo s pohonem na člověka, pracoval na problému už roky předtím.

Technologické faktory jsou pro mě přesvědčivější. Možná byla nezbytná pro to, aby se kola stala dostatečně praktickou a levnou na to, aby mohla vzlétnout. Pro včasné experimentování to ale nebylo nutné. Rámečky mohou být postaveny ze dřeva. Kola mohou být lemována kovem. Ozubená kola lze vynechat. Řetězy lze nahradit pásy; některé časné designy dokonce používaly pedály místo pedálů a alespoň jeden design poháněl kola pomocí pák, jako na parní lokomotivě.

Jaké je tedy skutečné vysvětlení?

Abych to pochopil, ponořil jsem se do historie jízdního kola.

Koncept vozidla poháněného člověkem sahá před mnoha staletími . Nejstarší zmínka, kterou jsem našel, je benátský inženýr Giovanni Fontana, který na počátku 14. století popsal čtyřkolový kočár poháněný řidičem taženým za smyčku lana spojenou ozubenými koly s koly (není jasné, zda se vůbec někdy pokusil postavit takový stroj; Fontana načrtla spoustu zvláštních věcí).

Giovanni Fontana hnací vůz

Další časný koncept popsal v knize Bicycle Davida V. Herlihyho:

Před více než třemi stoletími význačný francouzský matematik Jacques Ozanam vysvětlil teoretické výhody kočáru poháněného člověkem, „ve kterém se člověk může řídit, kamkoli chce, bez koní.“ Jeho majitel se mohl volně pohybovat po silnicích, aniž by se musel starat o zvíře, a dokonce si při tom mohl užít zdravé cvičení. Navíc tento konkrétní typ „samojízdného“ vozidla, na rozdíl od těch, které požadovaly pohon větrem nebo párou, by fungoval na tom nejhojnějším a nejpřístupnějším ze všech zdrojů: na vůli. Ale jak postavit takové cenné vozidlo? byl dvacátým třetím z padesáti „užitečných a zábavných“ problémů, které Ozanam identifikoval a řešil ve svých slavných Récréations Mathématiques et Physiques, publikovaných v roce 1696.

Ozanamovy problémy Kniha představila navrhované řešení od jiného vynálezce: další čtyřkolový vozík, poháněný dvěma lidmi (jeden pro řízení, druhý pro pohon vozidla šlapáním nahoru a dolů na velkých běhounech spojených s koly lany, kladkami a převody).

Přeprava poháněná člověkem v knihovnách Columbia University University Récréations Mathématiques

Zdá se, že kočár byl po celá staletí vzorem vozidel poháněných člověkem. Různí vynálezci si vyzkoušeli design a někteří byli dokonce postaveni. V londýnském deníku je záznam o pokusu z roku 1774, který šel rychlostí až šest mil za hodinu. Francouzský vynálezce Jean-Pierre Blanchard (který se později proslavil balónem) postavil kočár poháněný člověkem, který šel tucet mil z Paříže do Versailles. Americký mechanik jménem Bolton postavil v roce 1804 verzi, která využívala mechanický pákový efekt ze vzájemně propojených ozubených kol. Všechny tyto pokusy pravděpodobně nikam nevedly, protože stroje byly příliš velké a těžké na to, aby byly praktické.

Klíčovým poznatkem bylo přestat se snažit postavit mechanický vozík a místo toho postavit něco podobného mechanickému koni. Tento krok učinil výše zmíněný Karl von Drais počátkem 19. století. Drais byl aristokrat; zastával pozici lesního mistra v Badenu, o kterém se říká, že mu poskytl volný čas na vrtání. Jeho prvními pokusy, počínaje rokem 1813, byly čtyřkolové vozy jako jejich předchůdci a stejně jako oni nezískali podporu úřadů.

Ale v roce 1817 (možná motivovaný zmíněnou potravinovou krizí a výsledným nedostatkem koní, i když to není jasné), zkusil to znovu s novým designem: jednostopým vozidlem pro jednu osobu, které je rozpoznatelným předkem moderního kola. Byl vyroben ze dřeva se železnými pneumatikami. Nazval jej Laufmaschine neboli „běžící stroj“; neměl žádné pedály a místo toho byl poháněn přímým odtlačením nohou nohama. Také se tomu říkalo „velocipede“ (z latiny „rychlá noha“) nebo „draisine“ (anglicky) nebo „draisienne“ (francouzsky) po svém vynálezci; vylepšená verze od londýnského trenéra byla v Anglii známá jako „chodec“.

Draisine c. 1820, Kurpfälzisches Museum, Heidelberg Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
New-York Tribune, září 1894 Flickr / Karin Dalziel (CC BY-NC 2.0)

Bez pedálů nebo převodu, tento proto-bike nemohl dosáhnout rychlosti nebo efektivity moderních designů. Ale stejně jako koloběžky, které dnes děti stále používají, vám umožňoval dojíždět, zejména z kopce, a udržoval vaši váhu při pohybu vpřed. Drais na svém stroji vyskočil až 12 mil za hodinu. V Evropě se v letech 1818–19 stal módním výstřelem, poté vybledl.Zdá se, že důvody byly kombinací potenciálu úrazu a obecné zlosti veřejnosti, že tyto věci byly poháněny pěšími oblastmi, jako jsou chodníky a parky (některé věci se nikdy nezmění; dnes to opakujeme s válkami na skútrech v San Francisco a další města).

Další klíčový pokrok přišel až o několik desetiletí později, když někdo na kolo nasadil pedály. Existují protichůdné nároky na prvního vynálezce (sahající až do roku 1839), ale rozhodně to bylo učiněno v šedesátých letech 20. století ve Francii. V každém případě to bylo v šedesátých letech minulého století, kdy se vývoj jízdních kol opravdu rozběhl. Pedály umožňovaly jezdci pohánět stroj rychleji a efektivněji. Tento model byl vyroben ve Francii, nejprve s dřevěnými rámy, později se železem, a stal se běžně známým jako „bonehaker“ (což vám dává představu o tom, jak drsná jízda stále byla).

Michaux“ boneshaker „, 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
“ The American Velocipede „, dřevoryt, Theodore Davis, Harperův týdeník, Prosinec 1868

V tomto okamžiku však stále nebyly žádné převody ani řetězy. Pedály byly připevněny přímo k přednímu kolu. To poskytlo jezdci malou mechanickou výhodu: je to stejné jako fixie s převodovým poměrem 1: 1 (oproti dnes nejčastěji používaným poměrům blížícím se 3: 1). Přemýšlejte o tom, jaké to je šlapat na kole, které má příliš nízký rychlostní stupeň: hodně pumpujete nohy, aniž byste šli velmi rychle.

Jediným řešením bylo zvětšit kolo, které vedlo kolem roku 1870 k směšně vypadajícímu designu „penny-farthing“ nebo „high-wheel“ s obrovským předním kolem, které jste pravděpodobně viděli a může se stýkat s koncem 19. století. Kolem této doby se kola vyráběla s kovovými rámy, koly s drátěnými paprsky a celo gumovými (dosud nafukovacími) pneumatikami. Tato konstrukce poskytovala rychlejší a hladší jízdu, protože velké kolo absorbovalo nárazy lépe. K jízdě to ale vyžadovalo akrobatické vyvážení a jak bylo uvedeno výše, bylo to náchylné k ošklivým únikům a zraněním, včetně „sundání hlavičky“, pokud jste náhle přestali.

Penny-farthing kolo Flickr / calitexican (CC BY-NC-SA 2.0)

Třetí a konečným klíčovým posunem tedy bylo oddělení pedálů od kola. Varianty tohoto „bezpečnostního kola“, včetně alespoň jednoho poháněného běhouny a pákami, byly provedeny od 70. let 19. století, ne-li dříve. První komerčně úspěšný model využívající známou konstrukci klik a řetězů vyrobil v roce 1885 John Starley. A konečně, v roce 1888, John Dunlop představil nafukovací (pneumatické) pneumatiky, které tlumily jízdu a eliminovaly poslední výhodu penny-farthing.

Takže na konci 80. let 19. století se z kola vyvinula podobu, kterou dnes známe, s (přibližně) stejně velkými koly, pedály, řetězy, kovovými rámy, koly s drátěnými paprsky a nafukovacími gumovými pneumatikami.

Takže k čemu můžeme dojít?

Za prvé, správný design nebyl zřejmý. Po staletí byl pokrok zastaven, protože vynálezci se všichni snažili vytvořit vícekolové čtyřkolové vozy, spíše než jednokolová dvoukolová vozidla. Není jasné, proč tomu tak bylo; vynálezci určitě kopírovali existující způsob dopravy, ale proč by se inspirovali pouze z koně a kočáru, a ne z koně a jezdce? (Někteří komentátoři navrhli, že nebylo zřejmé, že by se jednostopé vozidlo vyrovnalo, ale mě to nepřesvědčilo vzhledem k tomu, kolik dalších věcí se lidé naučili vyvažovat, od zemních kánoí po samotné koně.) Je to možné (jsem čistě zde spekulují), že první mechaničtí vynálezci si těžší uvědomovali základní neproveditelnost konstrukce vozíku, protože neměli příliš mnoho principů matematického inženýrství, ale zase není jasné, co vedlo k průlomu Draise.

A dokonce i poté, co Drais narazil na dvoukolový design, trvalo několik iterací, k nimž došlo po celá desetiletí, než se dostal k designu, který byl efektivní, pohodlný a bezpečný.

Rané „velocipedové“ modely z německé encyklopedie z roku 1887. Mnoho návrhů bylo vyzkoušeno Wikimedia Commons

Zadruhé, pokrok v oblasti materiálů a výroby byl probab nezbytně nutné pro komerčně úspěšné kolo.Od místa, kde stojím, je trochu těžké rozmotat, které pokroky v designu byly umožněny novými materiály a technikami a které byly prostě jiskrami vynalézavé fantazie, která dříve nebyla koncipována ani vyvinuta. Skutečnost, že lidé byli ochotni se smířit s nejistou konstrukcí s vysokými koly, mi však naznačuje, že pneumatiky byly rozhodující. A je pro mě pravděpodobné, že k výrobě malých, lehkých řetězů a ozubených kol vysoké a stálé kvality za přijatelnou cenu bylo zapotřebí pokročilého zpracování kovů – a místo toho by nefungoval žádný jiný design, například řemen nebo páka. Je pro mě také pravděpodobné, že dřevěné rámy nebyly dostatečně lehké a pevné, aby to bylo praktické (dnes bych rozhodně nechtěl jezdit na dřevěném kole).

Ale můžeme jít hlouběji a zeptat se otázky, které v první řadě inspirovaly můj intenzivní zájem o tuto otázku. Proč nikdo neexperimentoval s jednostopými vozidly až do 19. století? A proč nebyl nikdo, pokud víme, ani s ohledem na otázku vozidel poháněných člověkem do 1400? Proč nebyli mechanici kol ve 1300, když tam byli hodináři, nebo alespoň do 1500, když jsme měli hodinky? Nebo mezi starými Římany, kteří stavěli vodní mlýny a sklízecí stroje? Nebo Řekové, kteří postavili mechanismus Antikythera? I když neměli pneumatiky a řetězy, proč tyto společnosti alespoň neexperimentovaly s draisinami? Nebo dokonce neúspěšné návrhy vozíků?

Abychom na to mohli dokonce začít odpovídat, musíme si uvědomit, že je to součást mnohem širšího jevu. Zeptal jsem se na stejnou otázku bavlněného ginu, který na rozdíl od kola nevyžadoval pokročilé materiály: je to dřevěná bedna, drátěné pletivo a buben s drátěnými zuby; ve skutečnosti to bylo tak jednoduché, že jakmile byl koncept hotový, vlastníci plantáží vytvořili ilegální kopie ručně (připravili Eli Whitney o většinu jeho patentových licencí). Stejnou otázku lze položit všem klíčovým vynálezům mechanizace textilu; Anton Howes, ekonomický historik, který se připojil k výše uvedenému vláknu Twitteru, si všiml létajícího raketoplánu Johna Kaya:

Inovace společnosti Kay byla výjimečná svou jednoduchostí . Jak uvedl vynálezce Bennet Woodcroft, tkaní obyčejným raketoplánem „prováděli po dobu až pěti tisíc let miliony kvalifikovaných dělníků, aniž by došlo k nějakému vylepšení pro urychlení operace, až do roku 1733“. All Kay dodal nějaké dřevo a nějaký provázek. A aplikoval to na tkaní vlny, která byla od středověku hlavním průmyslovým odvětvím Anglie. Nemal žádné speciální dovednosti, nepotřeboval k tomu žádné speciální znalosti vědy a neměl žádnou zvláštní motivaci k tomu Pokud jde o instituce, létající raketoplán byl technicky nezákonný, protože šetřil pracovní sílu, patent byl okamžitě piráty bez úspěchu pirátský a Kay byl nucen přestěhovat se do Francie, vyhnán ze země rozzlobenými tkalci, kteří ohrožovali jeho majetek a dokonce svůj život. Kay nečelil žádným zvláštním pobídkám – dokonce inovoval i přes některé impozantní sociální a právní překážky.

Existují i další příběhy, v nichž se časný pokus o vymyslet ion byl prokázán, myšlenka nenalezla žádné podporovatele, pokud již nebyla plně životaschopná, a poté byl vývoj po celá desetiletí zastaven. Na mysl přicházejí rané neúspěšné experimenty Richarda Trevithicka s lokomotivami.

S ohledem na to si myslím, že nejhlubším vysvětlením jsou obecné ekonomické a kulturní faktory. Co se týče ekonomických faktorů, zdá se, že na podporu úsilí v oblasti výzkumu a vývoje v celé kultuře, které vytváří vynálezy, musí existovat určitá úroveň přebytku. Všimněte si, že Karl von Drais byl baron, který zřejmě měl pohodlnou práci a vymýšlel ve svém volném čase. To je běžné u badatelů té doby: byli to často šlechtici nebo jinak nezávisle bohatí (a ti, kteří nemuseli usilovat o podporu od bohatých mecenášů). Dnes máme výzkumné laboratoře jak na univerzitách, tak v korporacích, plus investory rizikového kapitálu pro financování vývoje nových produktů a služeb. V okamžiku, kdy je jasné, že určitý druh inovace je možný, existuje několik týmů financovaných a usilujících o uvedení na trh. Na časové ose inovací již neexistují mezery několika desetiletí, nebo alespoň mnohem méně.

Při pohledu na ekonomické faktory na straně poptávky se zdá, že přebytek také vytváří trhy pro nové produkty. Možná HDP na obyvatele musí zasáhnout určitý bod, než budou mít lidé čas, pozornost a energii přemýšlet o nových vynálezech, které doslova nedávají jídlo na stůl, střechu nad hlavu nebo košili na záda.

A konečně existují i kulturní faktory. Howes říká, že „inovace není v lidské přirozenosti, ale je místo toho přijímána… když lidé neinovují, často je to prostě proto, že jim nikdy nenapadne tak učinit.„Podobně říká Joel Mokyr, že„ pokrok není přirozený “(a jeho kniha na toto téma„ Kultura růstu “pomohla tento blog inspirovat). Souhlasím s oběma.

Plně objasňující tyto ekonomické a kulturní faktory je významným budoucím projektem tohoto blogu.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *