13 lipca 2019 r. & centerdot; 11 minut czytania

Rower, jaki znamy dzisiaj, został wynaleziony dopiero pod koniec XIX wieku. A jednak był to prosty wynalazek mechaniczny. Wydawałoby się, że nie wymaga to błyskotliwej inwencji, a na pewno żadnego zaplecza naukowego.

Dlaczego więc nie został wymyślony dużo wcześniej?

Zadałem to pytanie na Twitterze i przeczytaj dyskusję na temat Quora. Postawiono wiele hipotez, w tym:

  • Czynniki technologiczne. Obróbka metali znacznie się poprawiła w XIX wieku: otrzymaliśmy ulepszoną rafinację żelaza i ostatecznie tanią stal, lepsze procesy kształtowania metalu i możliwość wykonywania części takich jak puste rury. Ulepszona technologia kół: koła szprychowe (inaczej szprychowe naprężane) zastąpiły cięższe konstrukcje; do opon potrzebna była wulkanizowana guma (1839); nadmuchiwane opony zostały wynalezione dopiero w 1887 roku. Łańcuchy, koła zębate i łożyska kulkowe to kluczowe części, które wymagają zaawansowanych technik produkcji w celu uzyskania precyzji i kosztów.

  • Iteracja projektu. Wczesne rowery były niewygodne i niebezpieczne. Pierwsza wersja nie miała nawet pedałów. Niektóre wersje nie miały kierownicy i można je było obracać tylko przez pochylenie. (!) Słynna konstrukcja „grosza”, z ogromnym przednim kołem, uniemożliwiała balansowanie stopami, miała skłonność do przechylania się do przodu przy twardym zatrzymaniu i generalnie pozostawiała jeźdźca wysoko w powietrzu, z czego wszystko zwiększone ryzyko obrażeń. Uzyskanie udanego modelu roweru zajęło dziesięciolecia.

  • Jakość dróg. Drogi w XIX wieku i wcześniej były fatalne według współczesnych standardów. Drogi były często błotniste, wybite z przejazdu wielu wozów, błotniste na deszczu. Bruk makadamowy, który nadawał drogom gładkie nawierzchnie, wynaleziono dopiero około 1820 r. Drogi miejskie były wówczas wybrukowane kostką brukową, która była dobra dla koni ale zbyt wyboista dla rowerów. (Nierówności były najwyraźniej cechą pomagającą w spływie ścieków – co prowadzi jedną z odpowiedzi Quory do twierdzenia, że budowa kanałów miejskich była tym, co otworzyło drzwi dla rowerów.)

  • Konkurencja koni. Konie były wówczas powszechnym i akceptowanym środkiem transportu poradziłby sobie z każdym rodzajem dróg. Mogli przenosić ciężkie ładunki. Kto więc potrzebuje roweru? W związku z tym twierdzono, że rower został wynaleziony w odpowiedzi na niedobory żywności z powodu „Roku bez lata”, zdarzenia pogodowego z 1816 r. Spowodowanego wulkaniczną eksplozją góry Tambora rok wcześniej, która zaciemniła niebo i obniżyła temperatury w wielu częściach świata. Kryzys rolniczy spowodował głód zarówno koni, jak i ludzi, co doprowadziło do uboju niektórych koni na pożywienie, a pozostałe podrożały. Mogło to zmotywować do poszukiwania alternatyw.

  • Ogólny wzrost gospodarczy. Wielu komentatorów wskazywało na potrzebę, aby klasa średnia zapewniła popyt na taki wynalazek. Jeśli masz tylko wielu biednych chłopów i kilku arystokratów ( którzy, nawiasem mówiąc, mają konie, powozy i woźnice), nie ma zbyt dużego rynku na rowery. Jest to bardziej prawdopodobne, gdy zdasz sobie sprawę, że rowery były raczej hobby rozrywkowym, zanim stały się praktycznym środkiem transportu .

  • Czynniki kulturowe. Może po prostu do pewnego momentu w historii brakowało zainteresowania użytecznymi wynalazkami mechanicznymi? Ale kiedy to się zmieniło i dlaczego?

To wszystko są dobre hipotezy. Ale niektóre z nich zaczynają giąć pod presją:

Jakość dróg jest istotna, ale tak naprawdę nie jest odpowiedzią. Rowerami można jeździć po drogach gruntowych lub chodnikach (chociaż te ostatnie prowadziły do najazdów z pieszymi i początkowo sprawiały, że rowery były niepopularne wśród publiczności). I historycznie rzecz biorąc, drogi poprawiały się dopiero po tym, jak rowery stały się powszechne – rzeczywiście wydaje się, że częściowo to rowerzyści wzywali do ulepszenia dróg.

Nie sądzę, by konie też to wyjaśniały. Rower, z tego, co przeczytałem, był tańszy w zakupie niż koń, a na pewno był tańszy w utrzymaniu (co więcej, roweru nie trzeba karmić). I okazuje się, że problem pojazdów napędzanych przez człowieka, bez potrzeby koni, interesował wynalazców na długo przed powstaniem nowoczesnego roweru. Nawet Karl von Drais, który wynalazł pierwszy dwukołowy pojazd o napędzie ludzkim po Roku bez Lata, pracował nad tym problemem od lat.

Bardziej przekonują mnie czynniki technologiczne. Być może były one niezbędne, aby rowery stały się praktyczne i wystarczająco tanie, aby je zdjąć. Ale nie były potrzebne do wczesnych eksperymentów. Ramy mogą być zbudowane z drewna. Koła mogą być obręczowane metalem. Koła zębate można pominąć. Łańcuchy można zastąpić pasami; niektóre wczesne projekty wykorzystywały nawet pedały zamiast pedałów, a przynajmniej jeden z nich napędzał koła za pomocą dźwigni, jak w lokomotywie parowej.

Więc jakie jest prawdziwe wyjaśnienie?

Aby to zrozumieć, zagłębiłem się w historię roweru.

Koncepcja pojazdu napędzanego przez człowieka sięga wielu wieków wstecz . Najwcześniejsze odniesienie, jakie znalazłem, dotyczy weneckiego inżyniera Giovanniego Fontany, który na początku XV wieku opisał czterokołowy wózek napędzany przez kierowcę ciągnącego pętlę liny połączonej zębatkami z kołami (nie jest jasne, czy kiedykolwiek próbował zbudować takiej maszyny; Fontana naszkicował wiele dziwnych rzeczy).

Giovanni Fontana ” karetka

Inna wczesna koncepcja została opisana w książce Bicycle by David V. Herlihy:

Ponad trzy wieki temu wybitny francuski matematyk Jacques Ozanam wyłożył teoretyczne zalety powozu napędzanego ludzką siłą, „w którym można jeździć, gdzie chce się, bez koni”. Jego właściciel mógł swobodnie wędrować po drogach bez konieczności opieki nad zwierzęciem, a przy okazji mógł nawet cieszyć się zdrowym ruchem. Co więcej, ten szczególny rodzaj „samojezdnych” pojazdów, w przeciwieństwie do tych, które do napędu wymagały wiatru lub pary, korzystałby z tego najbardziej obfitego i dostępnego ze wszystkich zasobów: siły woli. Ale jak skonstruować taki cenny pojazd? był dwudziestym trzecim z około pięćdziesięciu „użytecznych i rozrywkowych” problemów, które Ozanam zidentyfikował i rozwiązał w swoich słynnych Récréations Mathématiques et Physiques, opublikowanych w 1696 roku.

Ozanam’s książka przedstawiła propozycję innego wynalazcy: kolejny czterokołowy wózek, napędzany przez dwie osoby (jedną do kierowania, drugą do napędzania pojazdu poprzez wchodzenie i schodzenie na dużych kołach połączonych z kołami za pomocą lin, kół pasowych i kół zębatych).

Wóz z napędem ludzkim w Récréations Mathématiques Columbia University Libraries

Wygląda na to, że przez wieki powóz był wzorem dla pojazdów napędzanych przez ludzi. Różni wynalazcy próbowali swoich sił w projektach, a niektórzy nawet je zbudowali. W londyńskim dzienniku znajduje się zapis o zamachu w 1774 roku, który przyspieszył sześć mil na godzinę. Francuski wynalazca Jean-Pierre Blanchard (który później zyskał sławę w balonie) zbudował wóz napędzany siłą ludzkich mięśni, który przejechał kilkanaście mil z Paryża do Wersalu. Amerykański mechanik o imieniu Bolton zbudował wersję w 1804 roku, która wykorzystywała mechaniczną dźwignię z blokujących się kół zębatych. Przypuszczalnie wszystkie te próby nie poszły donikąd, ponieważ maszyny były zbyt duże i ciężkie, aby były praktyczne.

Kluczowym spostrzeżeniem było zaprzestanie prób budowy mechanicznego powozu i zamiast tego zbudowanie czegoś bardziej podobnego do mechanicznego konia. Taki krok podjął już wspomniany Karl von Drais na początku XIX wieku. Drais był arystokratą; zajmował stanowisko mistrza lasu w Baden, co podobno dawało mu wolny czas na majsterkowanie. Jego pierwsze próby, rozpoczęte w 1813 r., To powozy czterokołowe, podobnie jak ich poprzednicy i podobnie jak one nie uzyskały poparcia władz.

Jednak w 1817 r. (prawdopodobnie z powodu wspomnianego kryzysu żywnościowego i wynikającego z niego braku koni, chociaż nie jest to jasne), spróbował ponownie z nowym projektem: dwukołowym, jednoosobowym pojazdem, który jest rozpoznawalnym przodkiem współczesnego roweru. Był wykonany z drewna, z żelaznymi oponami. Nazywał go Laufmaschine, czyli „maszyną do biegania”, nie miał pedałów, a zamiast tego był napędzany przez bezpośrednie odpychanie stopami od ziemi. Nazywano go również „velocipede” (z łac. „Szybka stopa”) lub „drezyna” (angielski) lub „draisienne” (francuski) od nazwiska jej wynalazcy; ulepszona wersja stworzona przez londyńskiego woźnicę była znana w Anglii jako „program dla pieszych”.

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

Bez pedałów i przerzutek, ten prototyp roweru nie był w stanie osiągnąć szybkości ani wydajności współczesnych projektów. Ale, podobnie jak skutery, których dzieci nadal używają dzisiaj, pozwalał na swobodne poruszanie się, zwłaszcza w dół, i utrzymywał wagę podczas ruchu do przodu. Drais osiągnął prędkość do 12 mil na godzinę na swojej maszynie. Stało się modą w Europie w latach 1818–1919, a następnie wyblakło.Wygląda na to, że przyczyną była kombinacja możliwości odniesienia obrażeń i ogólnej irytacji opinii publicznej, że te rzeczy były przejeżdżane przez obszary dla pieszych, takie jak chodniki i parki (niektóre rzeczy nigdy się nie zmieniają; powtarzamy to dzisiaj w przypadku wojen skuterów w San Francisco i inne miasta).

Następny kluczowy krok naprzód nastąpił dopiero kilkadziesiąt lat później, kiedy ktoś włożył pedały na rower. Istnieją sprzeczne roszczenia do pierwszego wynalazcy (sięgającego 1839 r.), Ale zdecydowanie dokonano tego w latach 60. XIX wieku we Francji. W każdym razie to w latach 60. XIX wieku rozwój rowerów naprawdę nabrał tempa. Pedały pozwoliły kierowcy napędzać maszynę szybciej i wydajniej. Ten model został wyprodukowany we Francji, początkowo z drewnianymi ramami, później z żelazem, i stał się powszechnie znany jako „boneshaker” (co daje wyobrażenie o tym, jak ciężka była nadal jazda).

Michaux” boneshaker „, 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
„ The American Velocipede ”, grawerowanie drewna przez Theodore Davis, Harper” s Weekly, Grudzień 1868

Jednak w tym momencie nadal nie było kół zębatych ani łańcuchów. Pedały zostały przymocowane bezpośrednio do przedniego koła. Dało to kierowcy niewielką przewagę mechaniczną: to to samo, co rower typu fixie z przełożeniem 1: 1 (w porównaniu z najczęściej używanymi obecnie przełożeniami, które są bliższe 3: 1). Pomyśl, jak to jest pedałować na rowerze, który jest na zbyt niskim biegu: dużo pompujesz nogami, ale nie jedziesz zbyt szybko.

Jedynym rozwiązaniem było powiększenie koła, co doprowadziło około 1870 roku do śmiesznie wyglądającego projektu „grosza” lub „wysokiego koła” z ogromnym przednim kołem, co prawdopodobnie widzieliście i może kojarzyć się z końcem XIX wieku. Mniej więcej w tym czasie produkowano rowery z metalowymi ramami, kołami ze szprychami i oponami z pełnej gumy (jeszcze nie nadmuchiwane). Taka konstrukcja zapewniała szybszą jazdę i płynniejszą, ponieważ duże koło lepiej amortyzowało wstrząsy. Jednak jazda wymagała akrobatycznej równowagi i jak wspomniano powyżej, była podatna na nieprzyjemne wycieki i obrażenia, w tym „uderzenie głową”, jeśli nagle się zatrzymałeś.

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

Trzeci Ostatnim kluczowym krokiem było oddzielenie pedałów od kierownicy. Od lat 70. XIX wieku próbowano, jeśli nie wcześniej, wariacji na temat tego „bezpiecznego roweru”, w tym przynajmniej jednego napędzanego pedałami i dźwigniami. Pierwszy model, który odniósł sukces komercyjny, wykorzystujący znaną konstrukcję korby i łańcucha, został wyprodukowany w 1885 roku przez Johna Starleya. Wreszcie w 1888 roku John Dunlop wprowadził nadmuchiwane (pneumatyczne) opony, amortyzując jazdę i eliminując ostatnią zaletę grosza.

Tak więc pod koniec 1880 roku rowery ewoluowały w kierunku w postaci, którą znamy dzisiaj, z (w przybliżeniu) równych rozmiarach kół, pedałów, łańcuchów, metalowych ram, kół ze szprychami i nadmuchiwanych gumowych opon.

Więc co możemy podsumować?

Najpierw poprawna projekt nie był oczywisty. Przez wieki postęp był hamowany, ponieważ wszyscy wynalazcy próbowali stworzyć wieloosobowe wózki czterokołowe, a nie jednoosobowe dwukołowe pojazdy. Nie jest jasne, dlaczego tak się stało; z pewnością wynalazcy kopiowali istniejący środek transportu, ale dlaczego mieliby czerpać inspirację tylko z konia i powozu, a nie z konia i jeźdźca? (Niektórzy komentatorzy sugerowali, że nie było oczywiste, że dwukołowy pojazd zachowa równowagę, ale wydaje mi się to nieprzekonujące, biorąc pod uwagę, jak wiele innych rzeczy, na których ludzie nauczyli się balansować, od dłubanek po same konie). czysto spekulując tutaj), że wczesnym wynalazcom mechaniki trudniej było zdać sobie sprawę z fundamentalnej niewykonalności konstrukcji wózka, ponieważ nie mieli zbyt wiele na drodze matematycznych zasad inżynierii, ale z drugiej strony nie jest jasne, co doprowadziło do przełomu w Drais.

I nawet po tym, jak Drais trafił na dwukołowy projekt, wymagało wielu iteracji, co działo się przez dziesięciolecia, aby uzyskać projekt, który byłby wydajny, wygodny i bezpieczny.

Wczesne modele „velocipede” z niemieckiej encyklopedii z 1887 r. Wypróbowano wiele projektów Wikimedia Commons

Po drugie, postęp w materiałach i produkcji był prawdopodobny niezbędny dla roweru, który odniósł sukces komercyjny.Z mojego punktu widzenia jest trochę trudno rozplanować, jakie postępy w projektowaniu były możliwe dzięki nowym materiałom i technikom, a które były po prostu iskierkami pomysłowej wyobraźni, której wcześniej nie wymyślono ani nie rozwijano. Ale fakt, że ludzie byli gotowi pogodzić się z niepewnym projektem z wysokimi kołami, wskazuje mi, że opony pneumatyczne były kluczowe. I jest dla mnie prawdopodobne, że potrzebna była zaawansowana obróbka metali, aby wyprodukować małe, lekkie łańcuchy i koła zębate o wysokiej i stałej jakości, po akceptowalnej cenie – i że żaden inny projekt, taki jak pasek lub dźwignia, nie zadziałałby zamiast tego. Jest dla mnie również prawdopodobne, że drewniane ramy po prostu nie były wystarczająco lekkie i mocne, aby były praktyczne (z pewnością nie chciałbym dzisiaj jeździć na drewnianym rowerze).

Ale możemy wejść głębiej i zapytać pytania, które w pierwszej kolejności zainspirowały moje intensywne zainteresowanie tym pytaniem. Dlaczego nikt nawet nie eksperymentował z pojazdami dwukołowymi aż do XIX wieku? I dlaczego nikt, o ile nam wiadomo, nie rozważał nawet kwestii pojazdów napędzanych przez ludzi aż do 1400 roku? Dlaczego nie było mechaników rowerowych w XIV wieku, kiedy byli zegarmistrzowie, a przynajmniej w XVI wieku, kiedy mieliśmy zegarki? Albo wśród starożytnych Rzymian, którzy budowali młyny wodne i maszyny do zbioru? Albo Grecy, którzy zbudowali mechanizm z Antykithiry? Nawet jeśli nie miały opon i łańcuchów, dlaczego te społeczeństwa przynajmniej nie eksperymentowały z drezynami? A może nawet nieudane projekty wagonów?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zdać sobie sprawę, że jest to część znacznie szerszego zjawiska. Zadałem to samo pytanie o odziarniacz do bawełny, który w przeciwieństwie do roweru nie wymagał zaawansowanych materiałów: to drewniane pudełko, druciana siatka i bęben z drucianymi zębami; w rzeczywistości było to tak proste, że gdy pomysł wyszedł na jaw, właściciele plantacji ręcznie robili nielegalne kopie (pozbawiając Eli Whitneya większości tantiem z patentów). To samo pytanie można zadać w odniesieniu do wszystkich kluczowych wynalazków mechanizacji tekstyliów; Anton Howes, historyk gospodarczy, który włączył się do wątku na Twitterze, do którego link znajduje się powyżej, zwrócił uwagę na latający wahadłowiec Johna Kaya:

Innowacja Kay była niezwykła w swojej prostocie . Jak ujął to wynalazca Bennet Woodcroft, tkanie zwykłym czółenkiem „było wykonywane przez ponad pięć tysięcy lat w górę, przez miliony wykwalifikowanych robotników, bez żadnych ulepszeń przyspieszających operację, aż do roku 1733”. Wszystko, co dodał Kay, było trochę drewna i trochę sznurka. I zastosował to do tkania wełny, która była głównym przemysłem Anglii od średniowiecza. Nie miał specjalnych umiejętności, nie wymagał do tego specjalnego zrozumienia nauki i nie napotkał specjalnej zachęty, aby to zrobić Jeśli chodzi o instytucje, latający wahadłowiec był technicznie nielegalny, ponieważ oszczędzał siłę roboczą, patent został natychmiast spirowany przez konkurentów bez skutku, a Kay został zmuszony do przeniesienia się do Francji, wygnany z kraju przez wściekłych tkaczy, którzy zagrozili jego własności, a nawet Kay nie spotkał się ze specjalnymi zachętami – wprowadził nawet innowacje pomimo pewnych strasznych barier społecznych i prawnych.

Są też inne historie, w których wczesna wymyślać jonu, pomysł nie znalazł poparcia, jeśli nie był jeszcze w pełni wykonalny, a następnie rozwój został zarzucony na dziesięciolecia. Przychodzą mi na myśl wczesne, nieudane eksperymenty Richarda Trevithicka z lokomotywami.

W świetle tego myślę, że najgłębszym wyjaśnieniem są ogólne czynniki ekonomiczne i kulturowe. Jeśli chodzi o czynniki ekonomiczne, wydaje się, że musi istnieć pewien poziom nadwyżki, aby wesprzeć ogólnokulturowy wysiłek badawczo-rozwojowy, który tworzy wynalazki. Zauważ, że Karl von Drais był baronem, który najwyraźniej miał wygodną pracę i wynalazł w wolnym czasie. Jest to powszechne wśród badaczy tamtej epoki: często byli to arystokraci lub w inny sposób niezależnie bogaci (i ci, którzy nie musieli walczyć o wsparcie bogatych mecenasów). Obecnie mamy laboratoria badawcze zarówno na uniwersytetach, jak i w korporacjach, a także inwestorów wysokiego ryzyka, którzy finansują rozwój nowych produktów i usług. W chwili, gdy staje się jasne, że pewien rodzaj innowacji może być możliwy, wiele zespołów jest finansowanych i pracuje nad wprowadzeniem ich na rynek. Nie ma już wieloletnich luk w osi czasu innowacji, a przynajmniej znacznie mniej.

Patrząc na czynniki ekonomiczne po stronie popytu, wydaje się, że nadwyżka tworzy rynki dla nowych produktów. Może PKB na mieszkańca musi po prostu osiągnąć pewien punkt, zanim ludzie będą mieli czas, uwagę i energię, aby pomyśleć o nowych wynalazkach, które nie są dosłownie umieszczaniem jedzenia na stole, dachu nad głową lub koszuli na plecach.

Wreszcie istnieją czynniki kulturowe. Howes mówi, że „innowacja nie leży w naturze człowieka, ale zamiast tego jest przyjmowana… kiedy ludzie nie wprowadzają innowacji, często dzieje się tak po prostu dlatego, że nigdy nie przychodzi im to do głowy.Joel Mokyr mówi podobnie, że „postęp nie jest naturalny” (a jego książka na ten temat A Culture of Growth pomogła zainspirować ten blog). Zgadzam się z obydwoma.

Pełne wyjaśnienie tych ekonomicznych i kulturowych jest głównym projektem tego bloga w przyszłości.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *