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世界科技全景百卷书: 神奇的“飞鞋”
我国古典小说《水浒》里，有个大名鼎鼎的神行太保戴宗。据说他有一种惊人的法术，每当有紧急军情要传送，他就把四个甲马拴在腿上，一天可以走800里路。 诚然，戴宗的甲马是作者幻想出来的东西，只是反映了古人的一种宏愿。但是，近代科学技术的发展，却真的有人来研究制造戴宗那样的“甲马”——飞鞋。 19世纪末，意大利威尼斯城出了一个名达维柱的“怪人”。他酷爱学习，博览群书，自学了数学和物理，而且常常会有怪主意。 有一天，达维杜看了一本介绍雪豹的书，便定下了主意，要发明一种鞋子，穿在脚上能跑得像雪豹一样地快。当他把这个主意告诉他的朋友们时，大家都说他在白日做梦。 但是，达维杜并不理会人们的热讽冷嘲，真的把自己关在房间里，苦苦地思索，不断地制作和试验。 1894年，达维杜真的制造出一种靠弹力推进的“飞鞋”。这种鞋的底里有一组由杠杆连接成的弹力装置，其中第一个杠杆装置装在脚后跟鞋掌下一个带有螺旋形弹簧的轴上，最后一根杠杆接在富有弹性的鞋底上。当穿着这种鞋走路时，脚对地用力，力通过杠杆传到鞋底，使人健步如飞。由于这种鞋过于笨重，虽然申请并获得了专利，但并没有正式投产。 到了1922年，德国柏林一个叫特林格的工程师，认真分析了达维杜飞鞋的优缺点，认为达维杜的复杂杠杆装置是吃力不讨好的，要使人迈步如飞，关键在于弹力要充足。因此，他发明了一种结构简单的“飞鞋”，就是在鞋底安装一根用钢丝做成的宝塔形弹簧，顶住前脚掌，再在鞋跟处也安装一根弹簧钢丝。这样，就有轻而易举地迈大步的优点了。 1923年，另一个德国人达麦采用带弹力环来代替特林格的钢丝螺旋弹簧，使之弹力更足。可惜钢带太硬，以至落地时老是咔咔作响，让人怪不舒服的，因而未被人们接受。 1924年，又一个德国人波普列采用了螺旋弹簧，只是改进了弹簧的安装位置，把它安装在鞋底和推力踏板之间，使它平稳而又省力。这些改进都是在特林格设计的“飞鞋”基础上作的一些小改进，没有什么大的突破。 到1928年，德国人柳多夫斯基看到汽车轮胎并不是用弹簧做成的，但也弹性十足。于是，他想出了像车胎那样用压缩空气做“飞鞋”的主意。他想，把鞋底做成空心的，里面充上空气，不是像车胎一样既轻又有弹力吗？不久，一种轻便的不用弹簧的飞鞋做成了，但试验结果表明，它的速度并不比特林格“飞鞋”快。 1930年，前苏联人也加入了发明飞鞋的行列。萨哈罗夫把特林格和柳多夫斯基发明的优点凑在一起，即既用压缩空气又用弹簧，使飞鞋兼有两者的长处，曾流行过一个时期。但是，穿萨哈罗夫发明的飞鞋有一个缺点，那就是行走速度太快，往往造成人的重心来不及跟着移动，使人失去重心而摔倒。 针对这些缺点，1934年美国人温克尔发明了一种“安全飞鞋”，安全飞鞋的特点是在萨哈罗大“飞鞋”上加上一个皮制的护腿，将它紧紧地绑在脚后面，起支持重心的作用。这样可以避免跌跤的危险。 说到这里，我们不难看出，到这时所有的“飞鞋”其实都没有使人飞起来，只不过是形容中所说的健步如飞而已。 能不能发明一种鞋，让人穿了就会“飞”呢？科学家、发明家们都在思考这个问题，他们在继续不断地努力，甚至还在美国召开了一个研究飞鞋的国际科学讨论会。会上，来自世界各国的人们各抒已见，大家力图发明使人真正飞起来的鞋。 前苏联一位名叫乌斯丘戈夫的发明家，在会上提出一项设想。他建议在鞋子里装上一个动力装置，这个动力装置能像喷气式飞机那样，喷出强大气流。这样，当人们穿上这种鞋子的时候，只要启动动力装置，不就飞起来了吗？ 一开始，乌斯丘戈夫的设想遭到了许多人的反对。有人说：“如果在鞋子上装上发动机，岂不是天大的笑话，那不如干脆乘直升飞机算了。”也有人说：“在鞋里装发动机，这鞋人还能穿吗？”“喷气式发动机装在鞋子里，喷出来的火焰还不把人给吓死了？”…… 然而，乌斯丘戈夫并不理会他人的讽刺打击。大会结束后，他便一头钻进了实验室，脚踏实地地开始研究他的“离奇发明”了。 经过5年多的努力，一种能使人飞起来的鞋真的问世了。乌斯丘戈夫发明的飞鞋让人飞起来的奥秘就在人的腰部，原来，他在人的腰部拴上一个能产生压缩空气的动装置——气泵。从气泵到鞋底有一根坚固的塑料管连通。人踩下去时，安在鞋底的开关就会自动打开气泵，让强有力的压缩空气冲向地面，依靠压缩空气在地面的冲力使人腾空而起，这样人就能身轻如燕，真正飞步前进了。 乌斯丘戈夫的新发明，开辟了“飞鞋”史上的新纪元。但是，它能飞的时间极其短促，而且装置容易出故障。 时隔3年以后，也就是在1983年，前苏联另外两位发明家沃洛金和利亚贝赫发明了一种能让人持久飞行的鞋子。 沃洛金和利亚贝赫都是前苏联乌菲姆航空学院的工程师，他们是研究喷气式发动机的。因而他们设想：发明一种微型喷气式发动机，把它装在人的鞋底下，不就能实现人的持久飞行了吗？ 真是“皇天不负苦心人”，经过一番努力，他们真的发明了一种微型喷气发动机，并把它装在了鞋底上。他们还在学院广场上作了一场精彩的表演。 1983年夏季的一天，乌菲姆航空学院的大操场上，人声鼎沸，万头攒动，人们从四面八方赶来观看沃洛金的飞鞋表演。 下午3时整，表演开始了。只见沃洛金不慌不忙地来到台上，在众目睽睽之下取出“飞鞋”穿上后开关一按，顿时一团火光从他脚下喷出。随着火光，沃洛金腾空而起，他轻而易举地从高高的表演台上跨下来，越过了几个1米多高的架子，飞过两条小河。几个骑自行车的被他远远地抛到了后面，他还追上了一辆公共汽车。 飞行了半小时，沃洛金又回到了大操场的出发地。人们纷纷涌上台去，拥抱他，狂热地吻他，几个年轻人还把他抛到空中，庆贺他的成功。 沃洛金的飞鞋是很巧妙的，能使人真正地飞起来。据测定，沃洛金穿飞鞋行走的速度是每小时35千米，比步行快4倍，可以与公共汽车一比高低了。但是，沃洛金的飞鞋还不能广泛应用，原因首先是成本太高，而且也不太安全。 虽然沃洛金的飞鞋暂时还没有真正成为实用的代步工具，尽管从达维杜造出第一双“飞鞋”到现在已经100年过去了，但科学家们正在以百折不挠的精神继续研制飞鞋。我们相信，总有一天科学家的实验会取得真正的成功，人类会穿上现代“甲马”前进的！ 鞋的发展 有一句老话，说：“如果这鞋合脚，就穿。”但是，早期的人们之所以穿某一种鞋，原因有很多。不过总不是因为某种鞋合你的脚。 古埃及人大多数是穿浅口鞋走路的，但穿何种鞋得取决于他的地位：贵族穿尖头浅口鞋，一般的平民百姓爱穿芦苇编织的浅口鞋，而奴隶们穿的鞋是用最便宜的棕榈叶制成的。 随着时间的推移，浅口鞋越来越花哨了。希腊有钱的女子每人至少有20双鞋，供在不同场合穿着。出门时，贵夫人得带着她的全部鞋子，以备好应付各种场合穿的鞋。所以，常常会见到一个可怜的奴隶拎着鞋跟着贵妇人后面跑东跑西。 人们穿什么鞋，在过去与天气关系很大，现在也是如此。在北欧，中世纪人们不穿浅口鞋，而穿一种很简陋的“满帮”鞋。这种鞋是一张兽皮，裹住脚，再用皮革制的扣子拴牢。 大家知道，在荷兰几百年来，人们一直穿木头鞋。回想到12世纪，大多数欧洲的贫民都穿用一块木头制成的木底鞋，叫做木屐。在英国和日本，有一种鞋帮是织物而鞋底是木块的木底鞋曾经风靡一时。后来，法国掀起了崇尚穿尖头鞋风。这可能是由于有一位伯爵双脚畸形，他想靠尖头鞋来掩饰，于是穿尖头成风了。 那时鞋头愈尖愈时髦。不久鞋头做得长长的，鞋头必须垫些东西，这样脚尖不会挤疼，脚踝处也不会卡得太紧。这种攀比谁的鞋头尖，实在是无聊而荒唐，结果法律规定鞋尖部分不得超出2英寸。 在那时，另一种款式的鞋在全球风行起来了，那便是高跟皮鞋。16世纪有钱的法国女贵族穿了鞋跟很高的皮鞋，简直是在用脚尖站地。在意大利的威尼斯城，妇女们穿着木屐式坡形高跟鞋，鞋跟有高跷那么高。妇女们穿着这样的高跟鞋，如果没有仆人的搀扶，是没法从车船上下来的。 当时有些款式的鞋之所以流行一时，是因为人们想模仿王族人员的风采。英王亨利八世掀起过穿阔头鞋的时尚，不过亨利八世本人穿这种鞋决不是为了赶时髦，而是因为他的两只脚因痛风而肿胀，他想借阔头鞋掩饰他那双难看的脚。法王路易十四穿高跟鞋，也是出于这种面子的需要，因为穿高跟鞋可以使自己矮的身体显得高一点。 到了19世纪，出现了鞋楦。这是了不起的发明。鞋楦是像脚形的木模，工匠可按鞋楦制作皮革鞋帮再制成皮鞋。有了鞋楦，人们才能制作左鞋和右鞋。鞋楦未发明前，鞋的大小一样，穿在两只脚上都不舒适！ 制鞋方面当时又有了其他革新，这包括发明了皮鞋机，用它来缝制鞋帮，这样制鞋帮就不再用手工劳动了。 今天，确实有上千种鞋类，供人选购。其中有的款式有150种尺码。根据已掌握的资料，美国妇女平均每人一年要买5双皮鞋，而男子仅仅买2双。不过男式皮鞋不仅较耐穿，而且式样不会很快被淘汰。 如果出现了各种价格档次的皮鞋。你可以花几元钱买到一双廉价的低帮浅口皮鞋。你也可以一掷7000美元去买一双貂皮里子的高尔夫球鞋，这种鞋有18克拉重的金饰，还镶着红宝石呢。这种鞋可能很合你脚的大小，不过它可是太贵了！服饰的“内勤” 珍妮纺纱机的发明 在约翰·凯伊发明飞梭之后，人们一直致力于新的纺织机的研制。1761年，英国皇家艺术学会曾专门悬赏鼓励人们发明新型纺织机。获奖的条件是：新发明的机器要能“一次纺6根毛线、亚麻线、大麻线或棉线，而且只需要一个人开机器或看机器。”尽管如此，新的纺织机的研制工作仍进展不大。 1764年的一天，英国曼彻斯特有个兼做木工的织工哈格里夫斯在一次偶然的发现中受到启示。有一天，他的妻子珍妮的纺车突然翻倒在地，但竖起来的纱锭和车轮仍在转动。他猛然想到：几个纱锭并立在一起，不是仍可以用一个轮车来带动吗？经过反复研制，他终于在1765年设计并制造出了一架可同时纺8个纱锭的新纺机。这样，把纺纱的工效一下提高了8倍。为了纪念这次偶然的发明，哈格里夫斯以他的妻子的名字为这种新的纺机命了名。 珍妮纺纱机是在一个框架的底部安上若干绕满粗纱的线轴。框架上有若干个锭子。每一个线轴都用带子连在一个锭子上。在两上横条之间通过的锭子形成一个杆，杆在框架上前后滑动。纺纱工人通过把杆向后移到一定距离的方式抽出粗纱，然后横条挤拢来把带子夹紧，同时杆向后移，转动轮子，轮子转动锭子。待绞合到一定程度时，杆又向前移动，同时锭子慢慢转动，把纱线绕上。在这个时候，纺纱工人拉动控制杆，控制杆压下一根铁丝来，铁丝将线推到能被锭子绕起来的位置。1770年，这项发明获得专利权。 走锭精纺机 走锭精纺机是继飞梭和珍妮纺纱机之后，棉纺织工业中的又一重要发明，它的发明人是英国的克朗普顿。 自从哈格里夫斯发明了珍妮纺纱机之后，阿克赖特又于1769年发明了水力纺纱机。这种纺纱机纺出的纱虽然粗糙，但是很结实，而且这种机器是用水作动力的。利用这种机器，人们很快建起了一大批纺织工厂。 但是，不论是珍妮纺纱机还是水力纺纱机，都有其自身的局限性，需要进一步改进。这个问题引起了克朗普顿的兴趣。1774年，年仅21岁的克朗普顿就开始试制新的纺纱机了。 克朗普顿是个腼腆的青年，他性格内向，独自在兰开夏郡博尔顿郊区一个庄园里工作。他的守寡的母亲是这个庄园的看管人。他埋头苦干了5年，最后终于把机器研制成功了。这时他结了婚，并在妻子的帮助下开始纺纱和卖纱。由于机器先进，他们纺的纱又好又细，没有任何地方的纱比得上。 很快地，一些同行业的竞争对手开始打探克朗普顿新发明的秘密。他们有的搭着梯子爬到顶楼的窗户跟前，偷偷地窥探这种奇妙的新机器。由于他付不起申请专利的花销。便被迫在大庭广众之下签名将这种机器的秘密公开，而他只收到60英镑作为报酬。 克朗普顿发明的精纺机综合了哈格里夫斯和阿克赖特的设计思想，增加了一个至关重要的滑动架。滑动架上安着旋转的锭子；新纺出的纱线绕在锭子上。滑动架前后移动，轻轻地把精纺的纱线绷直，而且一直都是绷直的。克朗普顿还设计了一种小型的精纺机，安装在纺纱者的屋子里，以手臂作动力，以传统的手工方式进行生产。以后他又采用了蒸汽和水力作动力，为改变手工生产方式创造了条件。当时新兴的资本家利用这种新型纺织机，把它作为解决经常性的棉纱短缺的一种方法。 1812年，英国议院补发给克朗普顿5000英镑的奖金。表示对其发明的认可。此时，在英国已经安装了400万个锭子的克朗普顿精纺机来生产棉纱，它相当于400万个妇女用400万台手纺车的生产能力，成千上万的童工在纺纱机旁每天工作达18个小时之久，为资本家创造了巨大的财富。 提花机 提花机是织造提花织物的机械。中国古代能织造出五彩缤纷的丝织品，令举世倾倒，这是和提花机的发明和使用分不开的。 东汉王逸在《机妇赋》中。生动而形象地对提花机作了描述，说：“方员绮错，极妙穷奇，虫禽品兽，物有其宜。兔耳跧伏，若安若危；猛犬相守，窜身匿蹄。高楼双峙，下临清池，游鱼衔饵，瀺灂其陂，鹿卢并起，纤缴俱垂，宛若星图，屈伸推移，一往一来，匪劳匪疲。”其中，“方员”即“方圆”，前4句说的是提花机能织出飞禽走兽、骑士花卉等错综复杂的花纹图案。“兔耳”、“猛犬”是织机上的两对机件。“兔耳”指卷布轴的左、右托脚，“猛犬”可能是指打纬的叠肋木，其下半部在机台下，故曰“窜身匿蹄”。“高楼双峙”是指提花装置花楼的提花束综和综框上弓棚对峙。挽花工坐在花楼上，口唱手拉，按设计的提花纹样来挽花提综，俯瞰光滑明亮的千丝万缕的经线，正如“下临清池”一样。“游鱼衔饵”，乃指挽花工牵动束综衙线，衢线下连竹棍为衢脚，极像垂钩一样，故以衔饵的鱼作比喻。提牵不同经线，有屈有伸，从侧面看如同当时人习惯画的星图，故说“宛若星图，屈伸推移”。“一来一往”形容引纬打纬，运动协调。 提花机何时发明，现在尚无法确定具体的年代。从现知先秦的丝织品花纹分析，商、周时期的织物花纹循环较小，可以用多综多蹑的织机织造；对于花纹循环变化大，组织复杂的大花纹，则用多综多蹑织机织制相当困难，必须使用更为先进的提花织机，而这种提花织机大概是从战国至秦汉时发展起来的。提花机，反映了东汉时已有比较完善的花楼束综的提花织机。后来，提花机又不断得到改进，织造技术亦更趋先进。从唐代绫锦所织出的各种光彩夺目的秀丽图案上，可看到当时提花织造技术已达到高峰。 提花机由花机、花楼、衢盘、衢脚等部分构成，一般由两人操作。一人 （挽花工，通常是小孩）坐在花楼上专司提花操作，一个（织工）坐在花机旁织作。 应用提花机织制花纹最关键技术，是挑花结本。其所制成的花本，是把花纹图样由图纸过渡到织物的桥梁。它是利用“结绳记事”的原理，根据纹样设计图的规律性，通过“同类项合并”，按一定规律把经丝编成很多组，并结集成一股股综绳，即挑结成花本。化本结好，上机织造。织工和挽花工互相配合，根据花本的变化，投梭织制，就可以织出瑰丽的图案。 这种用挑花结本记忆花纹图案变化的规律，就是现代提花机上穿孔纹板的前身，它是中国古代在纺织工艺上的一项重要贡献。 |
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