Следующей вехой промышленной революции стал переход от использования мышечной силы людей и животных, а также кинетической энергии воды и ветра к повсеместному внедрению паровых машин. Водяные и ветряные мельницы уже не могли обеспечивать нужды быстро растущей горнорудной и металлообрабатывающей промышленности. Пытались сооружать огромные водяные колёса, но и это не спасало положения. Да и обязательная «привязка»
мануфактур к водяным мельницам на реках была крайне неудобной.
Для дальнейшего развития промышленности требовался надёжный и дешёвый источник
энергии. Им стал универсальный паровой двигатель, изобретённый и построенный Джеймсом
Уаттом (1736—1819).
О движущей силе пара люди знали с глубокой древности. Одним из первых попытался
воспользоваться этой силой французский физик Дени Папен (1647—1714). Он пришёл к идее
пароатмосферного двигателя, представлявшего собой цилиндр с поршнем, который мог
подниматься под давлением пара и опускаться при его конденсации. Однако учёный так и не
смог создать работоспособное устройство.
В 1696 г. английский инженер Томас Се'вери (1650—1715) изобрёл паровой насос для подъёма
воды. В 1707 г. насос Севери был установлен в Летнем саду в Петербурге. Английский механик
Томас Ньюкомен (1663— 1729) создал в 1705 г. паровую машину для откачки воды из шахт. В
1712 г., использовав идеи Папена и Севери, Ньюкомен построил машину, которая применялась
на шахтах Англии до середины XVIII в.
Но уже к 1765 г. Дж. Уатт сконструировал, а позже усовершенствовал паровой двигатель
принципиально нового типа. Его машина могла не только откачивать воду, но и приводить в
движение станки, корабли и экипажи. К 1784 г. создание универсального парового двигателя
было фактически завершено, и он стал основным средством получения энергии в промышленном производстве. В 1769—1770 гг. французский изобретатель Никола Жозеф Кюньо (1725—1804) сконструировал паровую повозку — предшественницу автомобиля. Она до сих пор хранится в Музее искусств и ремёсел в Париже.
Американец Роберт Фултон (1765— 1815) провёл в 1807 г. построенный им колёсный пароход «Клермонт» по реке Гудзон. 25 июля 1814 г. локомотив английского изобретателя Джорджа Стефенсона (1781 — 1848) протащил по узкоколейке 30 т груза в 8 вагонах со скоростью 6,4 км/ч. В 1823 г. Стефенсон основал первый паровозостроительный завод. В 1825 г. начала действовать первая железная дорога от Стоктона до Дарлингтона, а в 1830 г. — железнодорожная линия общего пользования между промышленными центрами Ливерпулем и Манчестером. Джеймс Несмит (1808—1890) создал в 1839 г. необычайно мощный паровой
молот, совершивший настоящий переворот в металлургическом производстве. Он же
разработал несколько новых металлообрабатывающих станков.
Так начался расцвет индустрии и железных дорог — сначала в Великобритании, а затем в
других странах мира.
Джеймс Уатт похоронен там, где покоятся прославленные сыны его отечества, — в Вестминстерском аббатстве. На его памятнике начертано:
Не для того, чтобы увековечить
имя, которое будет жить, пока
процветают мирные искусства,
но чтобы показать, что
человечество воздаёт почести
тем, кому оно обязано
благодарностью, король, его
слуги, а также многочисленные
дворяне и граждане королевства
воздвигли этот памятник
Джеймсу Уатту. Его гению
удалось путём опыта
усовершенствовать паровую
машину. Благодаря этому он
умножил богатства своего
отечества, увеличил мощь
людей и поднялся до высоких
ступеней среди великих
деятелей науки, этих истинных
благодетелей человечества.

Под общим термином «конструкционные» понимают материалы (в первую очередь металлы),
предназначенные для изготовления различных конструкций, деталей машин и механизмов.
Требования к свойствам этих материалов определяются условиями, в которых они
используются. Ведь технические средства работают повсюду: на песчаных просторах пустынь
и во льдах Крайнего Севера, в океанских глубинах, в космосе и в сложных, порой
экстремальных условиях — под воздействием химических реактивов и радиации. При этом
желательно, чтобы материалы были недорогими и легко поддавались обработке.
Из конструкционных материалов наиболее распространено железо. Точнее, не само железо
(поскольку оно не обладает достаточной твёрдостью), а сплавы на его основе: чугуны и стали.
В современном машиностроении из них изготовляется порядка 80—85% всех деталей, да и
добывается железа в 20 раз больше, чем всех остальных металлов вместе взятых.
Стали и чугуны — это сложные сплавы железа с углеродом (в сталях его от 0,01 до 1,5%, в чугуне — от 2 до 6,7%) и легирующими (от нем. legieren — «сплавлять»)
добавками, которые вводят для улучшения конструкционных качеств. Например, если в стали
содержится более 12% хрома,
она становится нержавеющей; 18% хрома и 9—10% никеля позволяют выдерживать кипячение
в растворах азотной и фосфорной кислот. Введение в броневые стали 4% молибдена повышает
их сопротивление к пробиванию снарядами в 3 раза (это обнаружили на Путиловском заводе
ещё в конце XIX в.). Если же в сталь добавить всего 0,1—0,2% ванадия, то прочность её
увеличится на 50%.
Помимо легирования используют и другие способы изменения свойств материалов. Например,
сплавы нагревают до 1000 °С и более, а потом быстро охлаждают в водяной или масляной
ванне. В результате такой термообработки (её называют закалкой) сталь приобретает
повышенную прочность и твёрдость.
Важное значение для производства имеют также технологические свойства материала:
способность свариваться, заполнять в жидком состоянии литейную форму, деформироваться
при штамповке и подвергаться обработке на металлорежущих станках. Ведь если материалы
окажутся слишком твёрдыми, резцы станка просто сломаются.
Для сталей, используемых в производстве фасонных профилей и особенно штампованных
деталей, важнейшим свойством является пластичность, т. е. способность изменять свою форму
не разрушаясь. Стали с мелким зерном и небольшим содержанием углерода (до 0,7%) лучше
всего штамповать, а стали, в состав которых входит 0,25% углерода, хорошо свариваются.
Существуют специальные стали для обработки на автоматических металлорежущих станках
(так называемые автоматные стали). Твёрдость их (до закалки) невысока: это позволяет
обрабатывать металл с большой скоростью. Стружка такой стали получается мелкая, её легко удалять. Резцы, фрезы, штампы делают из инструментальных сталей, среди которых наиболее распространена сталь быстрорежущая. Название стали отражает её назначение: броневая, судостроительная, орудийная, котельная, рессорная, жаропрочная и т. д. Из сплавов на основе железа наилучшими литейными свойствами обладает чугун. При застывании чугун немного расширяется и заполняет все самые мелкие детали формы. Из него отливают и станины станков, и всевозможные художественные изделия.
В электротехнике царствует медь, которая обладает наименьшим после серебра электрическим сопротивлением, легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку, хорошо паяется и сваривается. Из меди делают провода, контакты и другие детали электроустановок. Сплав меди с оловом — бронза — сыграл столь важную роль в судьбе человечества, что период его широкого применения получил название «бронзовый век». Бронза упруга, хорошо сопротивляется трению и выдерживает переменные нагрузки. Из неё изготовляют мембраны и пружины, подшипники скольжения и детали зубчатых передач. Ну а «музыкальные способности» бронзы издавна используют при отливке колоколов.
Латунь (сплав меди с цинком) тоже достаточно древний материал. За жёлтый цвет его в старину называли «фальшивое золото». Эти сплавы превосходят медь по прочности. Латуни обладают высокой стойкостью к воздействию воды, в том числе морской, а потому их используют в судостроении.
Алюминий — металл наиболее распространённый: в земной коре его содержится 8,8%. И сам он, и его сплавы очень легки, хорошо проводят электричество и тепло, устойчивы к коррозии. Сплавы алюминия пластичны, хорошо обрабатываются давлением и свариваются, а некоторые (силумины) обладают прекрасными литейными свойствами. Из них отливают детали двигателей внутреннего сгорания, корпуса насосов, делают провода. Это основной материал для авиации и ракетной техники. Если алюминий подешевеет в 5—10 раз, то он начнёт интенсивно вытеснять сталь и другие сплавы железа.
Детали из титана внешне напоминают стальные, но почти в два раза легче. По прочности титан не уступает сталям и плавится при более высокой температуре. По содержанию в земной коре он стоит среди металлов на четвёртом месте после алюминия, железа и магния. В морской воде титан служит в сотни раз дольше нержавеющей стали, его не разъедает «царская водка» (смесь соляной и азотной кислот), растворяющая даже «царя металлов» — золото. Титан хорошо деформируется при штамповке и сваривается, хотя довольно трудно обрабатывается резанием.
Из титановых сплавов изготовляют детали обшивки и двигателей самолётов, ракет (на один только аэробус уходит более 40 т титановых сплавов). Из них же делают ёмкости для продуктов и агрессивных сред, корабельные винты, корпуса судов и подводных лодок. Чистый титан при контакте не разлагает кровь и не отторгается тканями живого организма, поэтому из него делают фиксаторы костей и различные протезы, в том числе искусственные клапаны сердца.
Авиация, ракетно-космическая техника и многие другие отрасли требуют лёгких и в то же время прочных материалов. Сплавы на основе алюминия и магния при малом весе не имеют достаточной прочности, а прочные легированные стали слишком тяжелы. Не всегда спасают титановые и даже ещё более прочные бериллиевые сплавы. Объединить их ценные свойства удалось в композитных материалах (см. статью «Нанотехника — технология настоящего и будущего»). Они образуются из сочетания нескольких разнородных материалов и обладают свойствами, которых не имеет ни один из компонентов. Наиболее известный пример такого материала — автомобильная покрышка. Каркас (арматура) из тонкой и прочной проволоки, введённый в резиновую массу, воспринимает основные нагрузки и сохраняет форму изделия. Аналогичны по строению и материалы с металлической матрицей, в частности детали из алюминия, армированные тонкой стальной проволокой. Они сочетают малый вес с высокой прочностью. Помимо металлов и их сплавов для армирования композитных материалов широко применяют углеродные, борные, стеклянные, полимерные и другие волокна, а также нитевидные кристаллы (так называемые усы), обладающие на сегодняшний день наивысшей прочностью.
Композитные материалы на основе полимеров и всевозможные пластмассы всё чаще заменяют металл. Низкая теплопроводность, высокая коррозионная и химическая стойкость, превосходные электроизоляционные свойства позволяют им занимать прочное положение в ряду самых разнообразных конструкционных материалов.

В XIV—XVI столетиях в культуре и технике Италии, а позже и других стран Европы
произошли важные изменения, подготовившие переход от Средневековья к Новому времени.
Прежде всего, стал возрождаться интерес европейцев к полузабытому наследию разрушенной
античной культуры. Отсюда и название периода — эпоха Возрождения, или Ренессанс (фр.
renaissance). В этот сравнительно короткий промежуток истории жили знаменитые учёные и
инженеры — Леонардо да Винчи и Леон Баттиста Альберти, Николай Коперник и Галилео
Галилей; были сделаны великие географические открытия; быстро развивались науки:
математика, астрономия, механика, биология, геология. Изобретения эпохи Возрождения
оказали огромное влияние на всю последующую историю человечества.
КНИГОПЕЧАТАНИЕ
По своему историческому значению изобретение технических устройств
для печатания книг можно сравнить разве что с изобретением в древности колеса или
письменности. Печатание книг большими тиражами, несравненно более дешёвое, чем
переписывание от руки, сделало знания общедоступными.
Как и многие другие изобретения, книгопечатание возникло не на пустом месте. Элементы
типографской технологии и техники накапливались постепенно. Например, способ
размножения вырезанных на деревянной доске изображений был известен в Европе в середине
XIV в. Подобным образом переписчики воспроизводили в рукописях узорные буквицы и
орнаменты, украшавшие листы. Со временем мастера научились вырезать на досках весь текст,
чтобы потом делать оттиски-копии на бумаге. Позже его стали набирать из маленьких кубиков,
на каждом из которых была только одна буква. Набранную страницу заливали расплавленным
мягким металлом, например свинцом. После его затвердевания получалась готовая форма, с её
помощью можно было напечатать уже не один, а много оттисков.
Первым, кто соединил все эти изобретения в одном техническом устройстве и придумал
технологию, обеспечившую печатание удобных для чтения ровных строк, стал немецкий
мастер Иоганн Гуттенберг (между 1394 и 1406—1468). В середине XV в. в городе Майнце он
отпечатал Библию. Книга имела по 42 строки на странице, у неё не было ни титульного листа,
ни нумерации страниц. Отдельные экземпляры этого первого в истории печатного издания
хранятся в музеях как величайшие сокровища.
До конца XV столетия типографии появились в Италии, Швеции, во Франции, в Дании и
других странах. Количество книг резко возросло; не случайно, что, начиная с XVI в. ведёт свою
историю большинство крупнейших европейских библиотек. В России первую типографию основал в 1563 г. Иван Фёдоров (около 1510—1583). В 1564 г. он вместе со своим соратником Петром Мстиславцем выпустил первую русскую датированную печатную книгу — «Апостол».
МЕТАЛЛУРГИЯ И ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Профессор Георг Бауэр (1494—1555) преподавал греческий язык в Университете немецкого города Цвиккау. Его имя вряд ли дошло бы до нашего времени, если бы в 1518 г. он неожиданно не бросил классические языки и не начал изучать горное дело наряду с медициной, химией и философией. Обобщив накопленный к тому времени опыт горно-металлургического производства, учёный опубликовал в 1550 г. трактат «О металлах» в 12 книгах под псевдонимом Агрико'ла. Книги эти служили своего рода энциклопедиями горного дела вплоть до промышленного переворота. Сегодня сочинения Бауэра — один из самых полных и достоверных источников сведений о средневековой металлургии и горном деле.
Георг Агрикола разработал классификацию добываемых горных пород, впервые применил к
полезным ископаемым понятия «чистый» и «смесь», изобрёл и усовершенствовал несколько
машин, применявшихся в горнорудном деле.
ГОРОДСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
В эпоху Возрождения многие европейские города приобрели свой неповторимый облик. Новые
архитектурные идеи опирались на античные образцы, переосмысленные и улучшенные современными архитекторами. Эти идеи воплощались в камне с помощью более совершенных строительных технологий. В то время построены не превзойдённые по своей красоте базилика Святого Петра в Риме и собор Санта-Мария дель Фьоре во Флоренции. В Париже были возведены знаменитый собор Парижской Богоматери, старейший из сохранившихся до наших дней Новый мост, начато строительство Лувра и новой ратуши. А вот уборка улиц и их освещение, водоснабжение городов и канализация — словом, состояние всех городских служб — даже к середине XVI в. не достигли того уровня, который знал Древний Рим. Воду брали из реки в черте города и вручную переносили в дома; поэтому её, как правило, не хватало. Грязь и отходы скапливались на мостовых и в сточных канавах, вызывая эпидемии страшных болезней, например чумы, уносивших тысячи жизней.
В эпоху Возрождения с этим злом начали бороться: строились водозаборные системы, на смену сточным канавам пришли канализационные трубы. Во многих городах стали следить за чистотой протекавших в их черте рек. 28 июля 1500 г. парламент Парижа принял специальные постановления, предписывающие удалить грязь и мусор с улиц и впредь проводить такую уборку регулярно, для чего ввести новый налог с горожан. Спустя десять лет Людовик XII повелел парижанам не только платить налог, но и самим поддерживать чистоту и исправность мостовых на улицах перед своими домами.
Чтобы предотвратить наводнения и улучшить условия для судоходства по рекам, укреплялись их берега и сооружались каналы. В рукописях Леонардо да Винчи сохранился любопытный проект строительства канала на реке Арно, на берегах которой расположена Флоренция. Леонардо предлагал поддерживать постоянный уровень воды в канале с помощью больших резервуаров, накапливающих воду во время дождей и таяния снегов.
В эпоху Возрождения знания человека о мире существенно расширились. Теория Николая Коперника разрушила представление о маленьком уютном космосе с Землёй в центре. Стало ясно, что Вселенная намного больше по своим размерам, а может быть, и вовсе бесконечна; что человек не находится в центре её, а обитает на крошечном шарике, несущемся в пустоте с огромной скоростью. Всё это подрывало основы христианского мировосприятия. В своём отношении к окружающему миру человек не мог уже опираться
только на веру в Бога и был вынужден всё чаще рассчитывать
на свой разум. Начиналась новая эпоха — эпоха рационализма и критического отношения к
действительности, получившая название Нового времени.

БОЕВАЯ КАВАЛЕРИЯ. Одним из главных совместных достижений Запада и Востока в
области военного искусства считается создание боевой кавалерии. Её возникновение стало
возможным лишь после появления стремян, без которых нельзя наносить удар копьём, не падая
при этом с лошади. Родина стремян — Индия (II в.). В конце VIII в. через Китай они попали в
Европу. Дополнительную устойчивость всаднику придавала жёсткая лука тяжёлого боевого
седла с одной подпругой, изобретённая в конце VI в. В результате конник как бы сливался в единое целое с лошадью и мог использовать
её силу при ударе копьём. Примерно в конце IX в. стали пользоваться металлическими
удилами, позволявшими гораздо лучше управлять лошадью, а к концу XI в. появились и шпоры.
Все элементы снаряжения в комплексе давали ощутимый эффект в ходе боя. Первыми оценили
это норманны. И хотя стремена попали к ним позднее, чем к китайцам или арабам, именно
норманны, благодаря своей кавалерии, считались лучшими воинами не только в Европе, но и в
Азии.
МЕЛЬНИЦЫ. С Востока в Европу пришло одно из главных технических устройств
Средневековья — мельница. Водяные мельницы мололи зерно ещё до новой эры в Китае и
Индии, ветряные же впервые появились в Персии. И те и другие попали в Европу как наследие
античной культуры. Здесь они были усовершенствованы и приспособлены для промышленного
применения.
РОСТ ГОРОДОВ. Экономический и социальный подъём XI в. выразился в росте населения.
Разумеется, никаких переписей населения тогда не проводилось. Поэтому любые подсчёты
носят лишь приблизительный, оценочный характер. Но даже эти оценки весьма показательны.
По данным Чиполлы, приведённым в его книге «Экономическая история Европы», за период с
650 по 1340 г. население Европы выросло с 18 млн. до 73,5 млн. человек. Всё больше людей
жили в городах. Если в 737 г. только в Александрии, Константинополе, Антиохии, Басре и
Дамаске число жителей превышало 25 тыс., то к 1212 г. таких городов было уже 11.
Рост городов имел существенные последствия для дальнейшего развития средневековых
технологий — там складывались благоприятные условия для формирования цехов и гильдий. К
тому же городской образ жизни рождал интерес к учёности. В Европе начали строить
университеты, знакомиться с произведениями античных авторов, сохранившиеся на Арабском
Востоке... Не за горами был 1453 год — год взятия Константинополя турками, конец
Средневековья...
МАСТЕРА И ПОДМАСТЕРЬЯ
В Средние века технические знания и умения передавались по наследству. Дети мастеров
учились изготовлять вещи в точности такими же, какими они получались у их родителей.
Поэтому технологические новшества (новации) появлялись крайне редко и распространялись
медленно.
По мере возникновения новых и роста старых городов, с расширением торговли положение
постепенно менялось. Горожанин уже не хотел одеваться, как крестьянин. Он желал иметь
другую посуду, ювелирные украшения, мебель и т. д. Чем больше требовалось изделий, тем
больше нужно было искусных мастеров. Поэтому мастерские быстро росли и количество
работающих в них ремесленников увеличивалось. Не секрет, что лучше всего работу выполняет опытный мастер. И ремесленное производство специализировалось. В результате появились мастерские, выпускавшие, например, только колёса для карет и телег или только бочки. Ремесленники одной специальности объединялись в общества — це'хи, члены которых жили и работали по специально установленным правилам (уставам).
В уставах строго оговаривалась организация работ, вплоть до мелочей. В частности, указывалось, сколько и какого оборудования (например, ткацких станков) мастер может установить в мастерской; сколько учеников и подмастерьев должно быть у него. Определялись условия закупки сырья и сбыта продукции, ограничивались права ремесленников, не вошедших в состав цеха, на производство товаров.
Больше всего в любом цехе было учеников — детей или подростков. Они работали только за кров и еду, но получали возможность постигать секреты мастерства. По прошествии нескольких лет ученик мог стать подмастерьем и самостоятельно выбирать, где ему жить и работать. Теперь он получал плату за свой труд и принимал участие в обучении учеников. Мастеров было гораздо меньше, но прав у них — не в пример больше. Лишь они владели секретами мастерства и определяли, когда ученика можно считать подмастерьем, а подмастерье — мастером. Мастерам принадлежало оборудование, они же решали, когда и чему учить учеников. Согласно цеховым уставам, право делать изобретения принадлежало исключительно мастерам. По мере того как имущественный барьер между ними и подмастерьями увеличивался, а мастера из руководителей превращались во владельцев производства, возможности для внедрения технических новации уменьшались. Конечно, знающий подмастерье и сам мог сделать изобретение, но ему было не по силам обойти мастера, если тот не желал ничего менять в организации производства.
В XIV—XV вв. появились «вечные подмастерья» и «странствующие подмастерья». В то время ссоры между мастерами и подмастерьями считались в порядке вещей. По цеховым правилам, отстранённому от работы подмастерью полагалось каждое утро выходить на специально оговорённое место (обычно на рыночную площадь), где его могли нанять. От предложенной работы отказываться не разрешалось. Чтобы освободиться от обязательств, взятых на себя при вступлении в цех, подмастерье должен был покинуть город.

На протяжении Средних веков постоянно увеличивалась потребность в
железе. Францисканский монах Варфоломей Английский писал в XIII в.: «Со многих точек
зрения железо более полезно, чем золото... Без железа народ не смог бы ни защититься от своих
недругов, ни поддержать господство общего права; благодаря железу обеспечивается защита
невинных и карается наглость злых. Точно так же и всякий ручной труд требует применения
железа, без которого нельзя ни обработать землю, ни построить дом».
Как на Западе, так и на Востоке чугун из железной руды начали выплавлять ещё во времена античности. Первые доменные печи появились в VI—IV вв. до н.э. В Европе железо обрабатывали главным образом ковкой. Важность этого ремесла и непонимание его секретов непосвящёнными превращали кузнеца в фигуру прямо-таки культовую — его почитали и боялись. В Китае широкое распространение получило литьё. В Европе эту технологию впервые применили в Швеции лишь в середине XII в. Некоторые историки считают, что её могли привезти из Китая викинги, ранее селившиеся на Волге. Производство железных предметов непрерывно улучшалось за счёт совершенствования ковки и повышения температуры в печи. Настоящей революцией стало изобретение силового привода от водяных мельниц к молотам и кузнечным мехам.