13. heinäkuuta 2019 & centerdot; 11 min luettu

Polkupyörä, sellaisena kuin me sen tunnemme, keksittiin vasta 1800-luvun lopulla. Silti se oli yksinkertainen mekaaninen keksintö. Se ei näytä vaativan loistavaa kekseliäistä näkemystä eikä varmasti tieteellistä taustaa.

Miksi sitä sitten ei keksitty paljon aikaisemmin?

Esitin tämän kysymyksen Twitterissä ja lue keskustelua Quorasta. Ihmiset ehdottivat monia hypoteeseja, mukaan lukien:

  • Teknologiatekijät. Metallintyöstö parani paljon 1800-luvulla: saimme parannettua raudanjalostusta ja lopulta halpaa terästä, parempia prosesseja metallin muotoiluun ja kykyä tehdä osia, kuten onttoja putkia. Pyörätekniikka parani: lankapuolaiset (alijännitteiset) pyörät korvasivat raskaammat mallit; renkaisiin tarvittiin vulkanoitua kumia (1839); puhallettavat renkaat keksittiin vasta vuonna 1887. Ketjut, hammaspyörät ja kuulalaakerit ovat kaikki tärkeitä osia, jotka edellyttävät edistyneitä valmistustekniikoita tarkkuuden ja kustannusten vuoksi.

  • Suunnittelu iterointi. Varhaiset polkupyörät olivat hankalia ja vaarallisia. Ensimmäisessä versiossa ei ollut edes pedaaleja. Joissakin versioissa ei ollut ohjausta, ja niitä voitiin kääntää vain nojaamalla. (!) Kuuluisa ”penniäkään piirtävä” muotoilu, jolla on valtava etupyörä, teki mahdottomaksi tasapainottaa jalkojasi, oli taipuvainen kaatumaan eteenpäin kovalla pysäkillä ja jätti ratsastajan yleensä korkealle ilmalle, jotka kaikki lisääntynyt loukkaantumisriski. Menestyneeseen polkupyörämalliin pääseminen kesti vuosikymmenien ajan.

  • Teiden laatu. 1800-luvun ja sitä aikaisemmat tiet olivat nykyaikaisen standardin mukaan kauheita. usein lika, ruostumaton monien vaunujen kulkemisesta, mutaantunut sateessa Macadamin päällystystä, joka antoi teille sileän pinnan, keksittiin vasta noin vuonna 1820. Tuolloin kaupunkitiet päällystettiin mukulakivillä, jotka olivat hyviä hevosille mutta liian kuoppainen polkupyörille. (Epätasaisuus oli ilmeisesti ominaisuus, joka auttoi jäteveden valumista – johti yhteen Quoran vastaukseen väittämään, että kaupungin viemäreiden rakentaminen avasi oven polkupyörille.)

  • Kilpailu hevosilta. Hevoset olivat tuolloin yleinen ja hyväksytty kuljetusmuoto voisi käsitellä kaikenlaisia teitä. He voisivat kuljettaa raskaita kuormia. Kuka sitten tarvitsee polkupyörän? Tässä yhteydessä on väitetty, että polkupyörä keksittiin vastauksena elintarvikepulaan ”Vuosi ilman kesää” -tapahtumasta, joka oli vuoden 1816 säätapahtuma, jonka aiheutti Tamboran vuoren tulivuorenpurkaus edellisenä vuonna. Maatalouden kriisi aiheutti sekä hevosten että ihmisten nälkää, mikä johti siihen, että jotkut hevoset teurastettiin ruokaa varten, ja loput hevoset kallistuivat ruokintaan. Tämä olisi voinut motivoida vaihtoehtojen etsimistä. / p>

  • Yleinen talouskasvu. Useat kommentoijat korostivat keskiluokan tarvetta tarjota kysyntää tällaiselle keksinnölle. Jos sinulla on vain paljon köyhiä talonpoikia ja muutama aristokraatti ( joilla muuten on hevosia, vaunuja ja kuljettajia), polkupyörillä ei ole paljon markkinoita. Tämä on uskottavampaa, kun huomaat, että polkupyörät olivat enemmän harrastusviihde ennen kuin niistä tuli käytännöllinen kuljetusväline. .

  • Kulttuuriset tekijät. Ehkä hyödyllisistä mekaanisista keksinnöistä ei ollut vain yleistä kiinnostusta tiettyyn ajankohtaan asti? Mutta milloin tämä muuttui ja miksi?

Nämä kaikki ovat hyviä hypoteeseja. Mutta jotkut heistä alkavat solkiutua paineen alaisena:

Teiden laatu on merkityksellinen, mutta ei oikeastaan ratkaisu. Polkupyörillä voi ajaa hiekkatietä tai jalkakäytäviä (vaikka jälkimmäiset johtivat juoksemiseen jalankulkijoiden kanssa ja tekivät polkupyöristä aluksi epäsuosittuja). Ja historiallisesti tiet parantuivat vasta polkupyörien yleistyessä – näyttää siltä, että osittain pyöräilijät vaativat teiden parantamista.

En usko, että hevosetkin selittävät sitä. Polkupyörän, lukemani perusteella, oli halvempaa ostaa kuin hevonen, ja sen ylläpito oli varmasti halvempaa (ellei muuta, sinun ei tarvitse ruokkia polkupyörää). Ja käy ilmi, että keksijät olivat kiinnostuneita ihmisen käyttämien ajoneuvojen ongelmasta, joka ei vaadi hevosten tarvetta, jo kauan ennen modernia polkupyörää. Jopa Karl von Drais, joka keksi ensimmäisen kaksipyöräisen moottorikäyttöisen ajoneuvon vuoden ilman kesää jälkeen, oli työskennellyt ongelman parissa vuosia ennen sitä.

Teknologiatekijät ovat minulle vakuuttavampia. Ne ovat saattaneet olla välttämättömiä, jotta polkupyöristä tulisi käytännöllisiä ja tarpeeksi halpoja lentoonlähtöä varten. Mutta niitä ei tarvittu varhaisessa kokeilussa. Kehykset voidaan rakentaa puusta. Pyörät voidaan reunustaa metallilla. Vaihteet voidaan jättää pois. Ketjut voidaan korvata hihnoilla; joissakin varhaisissa malleissa käytettiin jopa polkimen sijasta polkimia, ja ainakin yksi malli ajaa pyöriä vivulla, kuten höyryveturilla.

Mikä on todellinen selitys?

Tämän ymmärtämiseksi kaivoin polkupyörän historiaa.

Ihmiskäyttöisen ajoneuvon käsite ulottuu vuosisatojen taakse . Aikaisin löytämäni viittaus on venetsialainen insinööri Giovanni Fontana, joka 1400-luvun alussa kuvaili nelipyöräistä vaunua, jonka kuljettaja vetää vetopyörillä kytkettyyn köysisilmukkaan (on epäselvää, yrittääkö hän koskaan edes rakentaa tällainen kone; Fontana luonnosteli paljon outoja asioita.)

Giovanni Fontana ”itse kuljetusvaunu

Toinen varhainen käsite kuvattiin kirjassa Bicycle David V.Herlihy:

Yli kolme vuosisataa sitten arvostettu ranskalainen matemaatikko Jacques Ozanam esitti teoreettiset edut ihmisvoimalla toimivasta kuljetuksesta, ”jossa voi ajaa itse missä vain haluaa, ilman hevosia”. Sen omistaja voi vapaasti vaeltaa teillä pitämättä huolta eläimestä ja voi jopa nauttia terveellisestä liikunnasta prosessin aikana. Lisäksi tämäntyyppinen ”itse liikkuva” ajoneuvo, toisin kuin tuulta tai höyryä käyttövoimaa vaativa ajoneuvo, kulkisi tällä voimakkaimmalla ja kaikkien resurssien käytettävissä olevalla tahdonvoimalla. Mutta miten rakentaa niin arvokas ajoneuvo? oli kahdeskymmenes kolmasosa noin viidestäkymmenestä ”hyödyllisestä ja viihdyttävästä” ongelmasta, jotka Ozanam tunnisti ja käsitteli kuuluisissa Récréations Mathématiques et Physiques -lehdissään, jotka julkaistiin vuonna 1696.

Ozanam’s kirjassa esitettiin toisen keksijän ehdottama ratkaisu: toinen nelipyöräinen vaunu, jota ajaa kaksi ihmistä (yksi ohjaamaan, toinen käyttämään ajoneuvoa asteittain ylös ja alas suurilla polkupyörillä, jotka on kytketty pyöriin köysien, hihnapyörien ja vaihteiden avulla).

Ihmiskäyttöinen kuljetus Récréations Mathématiques Columbian yliopiston kirjastoissa

Vaikuttaa siltä, että vuosisatojen ajan vaunu oli mallina ihmisajoneuvoille. Eri keksijät kokeilivat käsiään suunnittelussa, ja jotkut jopa rakennettiin. Lontoon päiväkirjassa on ennätys yrityksestä vuonna 1774, joka nousi jopa kuusi mailia tunnissa. Ranskalainen keksijä Jean-Pierre Blanchard (joka myöhemmin saisi kuuluisuutta ilmapallotuksessa) rakensi ihmisen käyttämän vaunun, joka meni kymmenkunta mailia Pariisista Versaillesiin. Amerikkalainen Bolton-niminen mekaanikko rakensi vuonna 1804 version, joka käytti lukitusvaihteiden mekaanista vipua. Oletettavasti kaikki nämä yritykset eivät menneet mihinkään, koska koneet olivat liian suuria ja raskaita ollakseen käytännöllisiä.

Tärkein oivallus oli lopettaa mekaanisen vaunun rakentaminen ja sen sijaan rakentaa jotain enemmän kuin mekaaninen hevonen. Tämän askelen otti edellä mainittu Karl von Drais 1800-luvun alussa. Drais oli aristokraatti; hän työskenteli metsämestarina Badenissa, jonka sanotaan antaneen hänelle vapaa-aikaa ryöstää. Hänen ensimmäiset yrityksensä, jotka alkoivat vuonna 1813, olivat nelipyöräiset vaunut edeltäjiensä tavoin, eivätkä heidän tapaansa saaneet viranomaisten tukea.

Mutta vuonna 1817 (mahdollisesti edellä mainitun ruokakriisin ja siitä johtuvan hevosten puutteen takia, vaikka tämä on epäselvää), hän yritti uudestaan uudella mallilla: kaksipyöräisellä, yhden hengen ajoneuvolla, joka on modernin polkupyörän tunnistettava esi-isä. Se oli valmistettu puusta, rautarenkailla. Hän kutsui sitä Laufmaschineiksi tai ”juoksevaksi koneeksi”; sillä ei ollut polkimia, ja sen sijaan sai virran työntämällä suoraan maasta jalkojen kanssa. Sitä kutsuttiin myös ”velocipede” (latinasta ”nopea jalka”) tai ”draisine” (englanti) tai ”draisienne” (ranska) keksijänsä jälkeen; lontoolaisen valmentajan valmistama parannettu versio tunnettiin Englannissa nimellä ”jalankulkijavirta”.

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

Ilman polkimia tai vaihdetta, tällä protopyörällä ei pystytty saavuttamaan modernin mallin nopeutta tai tehokkuutta. Mutta kuten lasten vielä nykyään käyttämät skootterit, se antoi sinun mennä rannikolle, etenkin alamäkeen, ja se piti painosi edetessäsi. Drais sai jopa 12 mailia tunnissa koneellaan. Siitä tuli Euroopassa villitys vuosina 1818–19, sitten se haalistui.Vaikuttaa siltä, että syyt olivat yhdistelmä loukkaantumismahdollisuuksia ja yleisön yleistä ärsytystä siitä, että näitä asioita ajettiin jalankulkualueiden kuten jalkakäytävien ja puistojen läpi (jotkut asiat eivät koskaan muutu; toistamme tämän tänään skootterisodilla) San Francisco ja muut kaupungit).

Seuraava keskeinen edistysaskel tuli vasta vuosikymmeniä myöhemmin, kun joku pani polkimet pyörälle. Ensimmäiselle keksijälle on ristiriitaisia väitteitä (palataan vuoteen 1839), mutta Ranskan 1860-luvulla se tehtiin varmasti. Joka tapauksessa polkupyörän kehitys todella alkoi 1860-luvulla. Polkimet antoivat ratsastaja ajaa konetta nopeammin ja tehokkaammin. Tämä malli valmistettiin Ranskassa, aluksi puurungoilla, myöhemmin raudalla, ja siitä tuli yleinen nimi ”bonehaker” (joka antaa sinulle käsityksen siitä, kuinka karkea matka vielä oli).

Michaux” boneshaker ”, 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
” American Velocipede ”, Theodore Davisin puukaiverrus, Harper” Weekly, Joulukuu 1868

Tässä vaiheessa ei kuitenkaan vielä ollut vaihteita tai ketjuja. Polkimet kiinnitettiin suoraan etupyörään. Tämä antoi ratsastajalle vain vähän mekaanista etua: se on sama kuin fixi, jonka välityssuhde on 1: 1 (verrattuna nykyään yleisimmin käytettyihin suhteisiin, jotka ovat lähempänä 3: 1). Ajattele, millaista on polkea polkupyörällä, joka on liian matalalla vaihteella: pumpaat jalkojasi paljon menemättä kovin nopeasti.

Ainoa ratkaisu oli tehdä pyörästä isompi, mikä johti noin vuonna 1870 naurettavan näköiseen ”penniäkään” tai ”korkean pyörän” malliin valtavan etupyörän kanssa, jonka olet todennäköisesti nähnyt ja voi olla yhteydessä 1800-luvun loppupuolelle. Tähän aikaan polkupyöriä valmistettiin metallirungoilla, lankapuolaisilla pyörillä ja umpikumirenkailla. Tämä muotoilu antoi nopeamman ja tasaisemman ajon, koska iso pyörä absorboi iskuja paremmin. Mutta se vaati akrobaattista tasapainoa ajamiseen, ja kuten edellä todettiin, se oli alttiina ikäville roiskeille ja loukkaantumisille, mukaan lukien ”otsikon ottaminen”, jos pysähdy äkillisesti.

Pennun muotoinen polkupyörä Flickr / calitexican (CC BY-NC-SA 2.0)

Kolmas Viimeisenä avaimen etenemisenä oli sitten erottaa polkimet pyörästä. Tämän ”turvapyörän” muunnelmia, mukaan lukien ainakin yksi polkupyörillä ja vipuilla, yritettiin 1870-luvulta lähtien, ellei ennen. Ensimmäisen kaupallisesti onnistuneen mallin, joka käytti tuttua kampea ja ketjusuunnittelua, tuotti John Starley vuonna 1885. Lopulta vuonna 1888 John Dunlop esitteli puhallettavat (pneumaattiset) renkaat, jotka pehmustivat matkaa ja poistivat viimeisen penniäkään edun.

Joten 1880-luvun loppuun mennessä polkupyöristä oli kehittynyt muoto, jonka tunnemme heidät tänään (suunnilleen) samankokoisilla pyörillä, polkimilla, ketjuilla, metallikehyksillä, lankapuolaisilla pyörillä ja puhallettavilla kumirenkailla.

Joten mitä voimme tehdä?

Ensinnäkin oikea suunnittelu ei ollut ilmeistä. Vuosisatojen ajan edistyminen pysähtyi, koska keksijät yrittivät kaikki luoda monihenkisiä nelipyöräisiä vaunuja yhden hengen kaksipyöräisten ajoneuvojen sijaan. On epäselvää, miksi näin oli; keksijät kopioivat varmasti olemassa olevaa kuljetusmuotoa, mutta miksi he saisivat inspiraation vain hevosvaunuista eikä hevosratsastajasta? (Jotkut kommentoijat ovat ehdottaneet, että ei ollut ilmeistä, että kaksipyöräinen ajoneuvo tasapainosi, mutta mielestäni tämä ei ole vakuuttava, kun otetaan huomioon, kuinka monta muuta asiaa ihmiset ovat oppineet tasapainottamaan, korsuista kanootteihin itse hevosiin.) On mahdollista (olen puhtaasti spekuloimalla täällä), että varhaisilla mekaanisilla keksijöillä oli vaikeampaa ymmärtää vaunun suunnittelun perustavanlaatuista epäkäytännöllisyyttä, koska heillä ei ollut paljon matemaattisten suunnitteluperiaatteiden tapaa jatkaa, mutta sitten on jälleen epäselvää, mikä johti Draisin läpimurtoon. / p>

Ja vaikka Drais osui kaksipyöräiseen malliin, kesti useita vuosikymmenien aikana tapahtuneita iterointeja päästäksesi tehokkaaseen, mukavaan ja turvalliseen suunnitteluun.

Varhaiset ”velocipede” -mallit saksalaisesta tietosanakirjasta vuodelta 1887. Monia malleja kokeiltiin Wikimedia Commons

Toiseksi materiaalien ja valmistuksen kehitys oli probabia välttämätön kaupallisesti menestyvälle polkupyörälle.On hieman vaikeaa selvittää, mistä seison, selvittää, mitkä suunnittelun edistykset mahdollistivat uudet materiaalit ja tekniikat, ja jotka olivat yksinkertaisesti kekseliäiden mielikuvitusten kipinöitä, joita ei ollut aiemmin suunniteltu tai kehitetty. Mutta se tosiasia, että ihmiset olivat halukkaita sietämään epävarmaa korkeapyöräistä mallia, osoittaa minulle, että ilmarenkaat olivat ratkaisevia. Ja on uskottavaa, että kehittynyttä metallintyöstöä tarvittiin pienten, kevyiden ketjujen ja hammaspyörien valmistamiseksi korkeaan ja tasalaatuiseen, hyväksyttävään hintaan – eikä mikään muu malli, kuten hihna tai vipu, olisi toiminut sen sijaan. Minulle on myös uskottavaa, että puurungot eivät vain olleet tarpeeksi kevyitä ja vahvoja käytännöllisiksi (en todellakaan innosta tänään ajaa puupyörällä).

Mutta voimme mennä syvemmälle ja kysyä kysymykset, jotka innostivat minua kiinnostamaan tätä kysymystä ensinnäkin. Miksi kukaan ei edes kokeillut kaksipyöräisiä ajoneuvoja vasta 1800-luvulle saakka? Ja miksi kukaan, sikäli kuin tiedämme, ei edes käsitellyt ihmiskäyttöisiä ajoneuvoja 1400-luvulle saakka? Miksi ei polkupyörämekaniikkaa ollut 1300-luvulla, kun kellosuunnittelijoita oli, tai ainakin 1500-luvulla, kun meillä oli kelloja? Tai muinaisten roomalaisten joukossa, jotka rakensivat vesimyllyjä ja sadonkorjuukoneita? Tai kreikkalaiset, jotka rakensivat Antikythera-mekanismin? Vaikka heillä ei olisikaan renkaita ja ketjuja, miksi nämä yhteiskunnat eivät ainakaan kokeilleet drenaineja? Tai jopa epäonnistuneet vaunumallit?

Voidaksemme jopa vastata tähän, meidän on ymmärrettävä, että se on osa paljon laajempaa ilmiötä. Esitin saman kysymyksen puuvilla-ginistä, joka toisin kuin polkupyörä ei tarvinnut edistyneitä materiaaleja: se on puulaatikko, teräsverkko ja rumpu, jossa on lankahampaat; Itse asiassa se oli niin yksinkertaista, että kun käsite oli toteutettu, istutusten omistajat tekivät bootleg-kopiot käsin (mikä vie Eli Whitneyltä suurimman osan hänen patenttihankkeistaan). Sama kysymys voidaan esittää kaikista tekstiilien koneellistamisen keskeisistä keksinnöistä; Taloudellinen historioitsija Anton Howes, joka soi yllä olevaan Twitter-säikeeseen, on huomannut John Kayn lentävän sukkulan:

Kayn innovaatio oli yksinkertaisuus yksinkertaisuudessaan . Kuten keksijä Bennet Woodcroft sanoi, kutomista tavallisella sukkulalla ”miljoonat ammattitaitoiset työntekijät olivat tehneet yli viiden tuhannen vuoden ajan, ilman parannuksia toiminnan nopeuttamiseksi vuoteen 1733 asti”. Kaikki Kay lisäsi Jotkut puuta ja jotkut narut. Ja hän käytti sitä villan kutomiseen, joka oli ollut Englannin pääteollisuus keskiajalta lähtien. Hänellä ei ollut erityistä taitoa, hän ei vaadi siihen erityistä tietämystä tiedosta, eikä hänellä ollut erityistä kannustinta siihen Instituutioiden osalta lentävä sukkula oli teknisesti laiton, koska se säästää työvoimaa, kilpailijat piratisivat välittömästi patentin vain vähän hyötyä, ja Kay pakotettiin muuttamaan Ranskaan, vihaiset kutojat, jotka uhkasivat hänen omaisuuttaan ja jopa uhkasivat maata. Kaylla ei ollut erityisiä kannustimia – hän jopa teki innovaatioita huolimatta valtaisista sosiaalisista ja oikeudellisista esteistä.

On myös muita tarinoita, joissa varhainen yritys keksiä ioni osoitettiin, idea ei löytänyt kannattajia, ellei se ollut jo täysin toteuttamiskelpoinen, ja sitten kehitys keskeytettiin vuosikymmenien ajan. Richard Trevithickin varhaiset epäonnistuneet vetureiden kokeilut tulevat mieleen.

Tämän valossa mielestäni syvin selitys on yleensä taloudellisissa ja kulttuurisissa tekijöissä. Taloudellisten tekijöiden osalta näyttää siltä, että on oltava tietynlainen ylijäämä, jotta voidaan tukea keksintöjä tuottavaa koko kulttuuria koskevaa tutkimus- ja kehitystyötä. Huomaa, että Karl von Drais oli paroni, jolla oli ilmeisesti helppo työ ja keksi vapaa-ajallaan. Tämä on tavallista tuon aikakauden tutkijoille: he olivat usein aristokraatteja tai muuten itsenäisesti varakkaita (ja niitä, joiden ei tarvinnut ryöstää varakkaiden suojelijoiden tukea). Nykyään meillä on tutkimuslaboratorioita sekä yliopistoissa että yrityksissä sekä pääomasijoittajia uusien tuotteiden ja palvelujen kehittämisen rahoittamiseksi. Heti kun käy selväksi, että tietyntyyppinen innovaatio voi olla mahdollista, on olemassa useita tiimejä, jotka ovat rahoittaneet ja kiirehtivät tuomaan sen markkinoille. Innovaatioiden aikataulussa ei ole enää vuosikymmenien aukkoja tai ainakin huomattavasti vähemmän.

Kun tarkastellaan taloudellisia tekijöitä kysyntäpuolella, ylijäämä näyttää myös luovan markkinoita uusille tuotteille. Ehkä BKT asukasta kohti on vain saavutettava tietty piste, ennen kuin ihmisillä on edes aikaa, huomiota ja energiaa ajatella uusia keksintöjä, jotka eivät kirjaimellisesti laita ruokaa pöydälle, kattoa pään yli tai paitaa selässäsi. / p>

Lopuksi on kulttuurisia tekijöitä. Howes sanoo, että ”innovaatio ei ole luonteeltaan ihmistä, vaan sen sijaan se vastaanotetaan.”Joel Mokyr sanoo vastaavasti, että” edistyminen ei ole luonnollista ”(ja hänen tästä aiheesta kirjoittama kirjansa Kasvun kulttuuri auttoi innoittamaan tätä blogia). Olen samaa mieltä molempien kanssa. ja kulttuuriset tekijät on tämän blogin merkittävä tulevaisuuden projekti.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *