蒸汽機發明家——瓦特

2021-02-20 52數學網

1736年1月19日,詹姆斯·瓦特出生於蘇格蘭格拉斯哥附近。

瓦特改進、發明的蒸汽機是對近代科學和生產的巨大貢獻,具有劃時代的意義。它導致了第一次工業技術革命的興起,極大地推進了社會生產力的發展。後人為了紀念他,將功率的單位稱為瓦特。

在18世紀的蘇格蘭,一個男孩在廚房裡看祖母做飯,灶上有一壺開水,壺蓋啪啪作響,不停地往上跳動。對於這種司空見慣的事, 男孩卻感到好奇,猜不透是什麼緣故使壺蓋跳動,就問祖母,祖母對此當然是漫不經心和不耐煩的。

於是,他就蹲在火爐旁邊細心地觀察,剛開燒水時壺蓋很安穩,水要開了,壺裡的水蒸汽冒出來,推動壺蓋跳動了,他把壺蓋揭開蓋上,蓋上又揭開,反覆驗證。他還把杯子、調羹遮在水蒸汽噴出的地方。這個男孩就是詹姆斯·瓦特。

瓦特的父親是熟練的造船工人並擁有自己的船隻與造船作坊,還是小鎮的官員。瓦特的母親出身於一個貴族家庭並受過良好的教育 。

瓦特小時候因為身體較弱去學校的時間不多,主要的教育都是由母親在家裡進行。瓦特從小就表現出了精巧的動手能力以及數學上的天分。

1764年,瓦特在修理一臺紐可門式蒸汽機的過程中,瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理,並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點:活塞動作不連續而且慢;蒸汽利用率低,浪費原料。以後,瓦特開始思考改進的辦法。

從1766年開始,在三年多的時間裡,瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難,終於在1769年制出了第一臺樣機。第一臺帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了,但它同紐可門蒸汽機相比,除了熱效率有顯著提高外,在作為動力機來帶動其他工作機的性能方面仍未取得實質。

後來,瓦特製造出了一套被稱為「太陽和行星」的齒輪聯動裝置,把活塞往返的直線運動轉變為齒輪的旋轉運動。由於對傳統結構的這一重大革新,瓦特的這種蒸汽機真正成為了能帶動一切工作機的動力。最終,使人類進入「蒸汽時代」。

說到連杆運動,順便講一講,在連杆系統領域中有一個困擾人類近百年的難題——利用連杆系統是否能畫出直線來?

當時看來,這個問題是如此的困難,以至於人們普遍猜測甚至試圖去證明,能畫出直線的連杆壓根兒是不存在的。

1864年,一位法國海軍軍官波塞利耶發明了第一個能畫出直線的連杆系統,在當時引起了極大的轟動。波塞利耶連杆的原理並不難理解,利用初中幾何知識足以證明其正確性。

1757年格拉斯哥大學任命瓦特為其正式「數學儀器製造師」,並在校園裡安排了一個車間。1785年瓦特被接受為英國皇家學會院士。

在英國各地,有超過50條道路以瓦特的名字命名。瓦特的創造精神、超人的才能和不懈的鑽研為後人留下了寶貴的精神和物質財富。

參考文獻

1.matrix67.com/blog.顧森.個人博客

2.百度百科

3.歷史上的今天


本期題目:

用加、減、乘、除和括號,將「1736年1月19日」中的4個數:1,17,19,36進行計算,得到21。

上期答案:(20-18)×13+1=27

【「數學史」上的今天】欄目簡介

本欄目以重大歷史事件為線索,介紹數學和數學家的故事,數學與各種文化的關係等。讓學生了解數學發展的脈絡,認識到數學並不是孤立的學科,而是聯繫生活的方方面面的。另外,以歷史事件發生的日期,算變形24點,提高學生的心算能力。

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    上期我說了,瓦特被邀請去維修蒸汽機。這個說法有意思,大家都說蒸汽機是瓦特發明的,怎麼瓦特還被邀請去維修蒸汽機呢?如果他發明的真的是蒸汽機,那他現在維修的是什麼東西呢?要說清楚這事,還得從使用蒸汽這個事說起。早在古希臘的時候,就有一位科學家發明了一種玩具,這個玩具就是利用蒸汽推動一個球,不停地轉。
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