Το μετρικό σύστημα

Στα τέλη του 18ου αιώνα ίσχυαν στη Γαλλία σχεδόν σε κάθε χωριό διαφορετικά μέτρα και σταθμά, υπολογίζεται περί τις 250.000 συνολικά! Στα γερμανικά κρατίδια του 18ου και του 19ου αιώνα επικρατούσε επίσης μια χαοτική κατάσταση: Η μονάδα μέτρου της μπύρας (Mass) αντιστοιχούσε σε 2 σημερινά λίτρα στο Hessen, 1,95 λίτρα στο Kur-Hessen, 1,89 λίτρα στο Nassau, 1,84 λίτρα στο Wuertemberg, 1,5 λίτρα στο Baden, 1,1 λίτρα στη Βαυαρία κ.ά. Αλλά και η μονάδα για τη μέτρηση του μήκους, ο βραχίονας, είχε από χωριό σε χωριό της Γερμανίας διαφορετικό μήκος: Στην επικράτεια του Baden (τώρα ομόσπονδο κράτος στη Γερμανία) ίσχυαν ταυτόχρονα 112 διαφορετικοί βραχίονες, 92 διαφορετικά μέτρα για επιφάνεια, 163 για το ζύγισμα καρπών και λαχανικών, 123 για υγρά κ.ο.κ. Αντίστοιχα χαοτική ήταν η κατάσταση στην Αγγλία, την Ιταλία, την Πολωνία και άλλες χώρες της Ευρώπης.

Ο Στεβέν σε βελγικό και ο Λαπλάς σε γαλλικό γραμματόσημο.. Γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι κάτω από αυτές τις συνθήκες, σε συνδυασμό δε με ένα τεράστιο πλήθος διαφορετικών νομισμάτων, δημόσιων και ιδιωτικών φόρων, δασμών και απαγορευτικών διατάξεων για διακίνηρη προϊόντων, δεν ήταν δυνατόν να πραγματοποιηθεί το εμπόριο, για το οποίο ενδιαφερόταν κυρίως η ανερχόμενη μεσαία τάξη. Αυτό εξηγεί και το γεγονός ότι η Εθνοσυνέλευση στην επαναστατημένη Γαλλία έδωσε ήδη το έτος 1790, ένα χρόνο μετά την έφοδο στη Βαστίλη, την εντολή στην Ακαδημία Επιστημών να επεξεργαστεί ένα «διεθνές» σύστημα μέτρων και σταθμών! Η αξίωση για πανευρωπαϊκή ή και παγκόσμια ισχύ αυτού του συστήματος δείχνει πόσο σοβαρά αντιμετώπιζε η επαναστατική διοίκηση στη Γαλλία αυτό το στόχο.  Περί τους δύο μήνες μετά την έναρξη εργασιών της Ακαδημίας για το θέμα που τις ανατέθηκε, αποφασίστηκε η αποκλειστική χρήση του δεκαδικού συστήματος σε όλες τις μονάδες. Η ιδέα του δεκαδικού συστήματος δεν ήταν νέα.  ήδη στα τέλη του 16ου αιώνα είχε προπαγανδίσει ο Φλαμανδός μαθηματικός Simon Stevin (Στεβέν, ~1548–1620) με ένα δημοσίευμά του «De Thiende» (=η Δεκάτη) το δεκαδικό σύστημα και καλούσε τον κόσμο της οικονομίας και παραγωγής να το υιοθετήσει. Σχεδόν εκατό χρόνια αργότερα παρουσίασε ο Gabriel Mouton (Μουτόν, 1618-1694) ένα δεκαδικό σύστημα παρεμφερές με αυτό που υιοθετήθηκε και πάλι εκατό χρόνια αργότερα από τη γαλλική Ακαδημία. Το δεκαδικό σύστημα ονομάστηκε μετρικό, επειδή πρώτη μονάδα που καθιερώθηκε ήταν αυτή του μέτρου ως μονάδας μήκους. Κεντρικός εισηγητής ήταν ο Αστρονόμος και Μαθηματικός Pierre Simon de Laplace (Λαπλάς, 1749-1827), ο οποίος πραγματοποίησε προηγουμένως πλήθος ερευνών και διαβουλεύσεων,. Ένα σημαντικό κίνητρο για την εισαγωγή μιας εντελώς νέας μονάδας, η οποία δεν είχε αντιστοιχία σε κανένα βραχίονα και κανένα πόδι του παρελθόντος, ήταν η αντίληψη για κατάργηση των παλαιών φεουδαρχικών επιλογών και η υλοποίηση της ισότητας με αποδοχή από όλους τους λαούς της ίδιας ακριβώς μονάδας.  Ως μέτρο όρισε η Ακαδημία το δεκάκις εκατομμυριοστό του ενός τετάρτου της γήινης περιμέτρου. Για να μετρηθεί δε αυτή η απόσταση ορίστηκε μία επιτροπή δύο επιστημόνων, τον Jean-Baptiste Joseph Delambre και τον Pierre-Francois-Andre Mechain, οι οποίοι θα μετρούσαν με ακρίβεια ένα τόξο του μεσημβρινού, από την πόλη Δουνκέρκη μέχρι τη Βαρκελώνη της Ισπανίας. Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε με τεράστιους κινδύνους για τους επιστήμονες, λόγω των επαναστατικών ανακατατάξεων και των συνεχών πολεμικών συγκρούσεων της εποχής, μεταξύ των ετών 1792 και 1798. Οι δύο ερευνητές, άλλοτε γίνονταν δεκτοί με τμές ως εκπρόσωποι του νέου επιστημονικού πνεύματος στη Γαλλία, άλλοτε ως πράκτορες του φεουδαρχικού εχθρού και άλλοτε ως μάγοι, με τα περίεργα και άγνωστα στους αγρότες όργανα που χρησιμοποιούσαν (θεοδόλιχος κλπ.) Τελικά διαπιστώθηκε ότι η καθιέρωση του μέτρου που είχε γίνει το 1791 είχε μια απόκληση κατά 0,0856 mmμ γιατί η Γη δεν είναι ακριβώς σφαιρική. Έτσι, ορίστηκε το μέτρο ως το πηλίκον του μήκους ενός μεσημβρινού προς 40x106. Το έτος 1983 ορίστηκε, προς το παρόν οριστiκά, το μέτρο ως το διάστημα που διανύει το φως στο κενό σε χρόνο (1/299.792.458) = 3,335640952x10-9 δευτερόλεπτα! Πρότυπο μέτρο Το έτος 1795 όρισε η Εθνοσυνέλευση ως μονάδα μάζας της ύλης το γραμμάριο, ένα κύβο νερού με ακμή 1cm σε θερμοκρασία 0ο Κελσίου και το έτος 1799 υλοποιήθηκε στη Γαλλία το πρότυπο του μέτρου με μια ράβδο από πλατίνα ορθογώνιας διατομής, 25mm x 4,08mm. Είναι προφανές ότι η διάδοση αυτής της νέας μονάδας δεν ήταν εύκολη, τόσο στη Γαλλία επειδή η προσκόλληση στις παραδοσιακές συνήθειες δεν επέτρεπε τον αναπροσανατολισμό, όσο και στην υπόλοιπη Ευρώπη, όπου δεν ήταν δυνατόν να γίνουν αποδεκτές ρυθμίσεις που προέρχονταν από τους μισητούς Γάλλους επαναστάτες! Σταδιακά όμως η χρήση του μετρικού συστήματος εξαπλώθηκε και, μερικές δεκαετίες αργότερα, το έτος 1875, έγινε στο 1ο Συνέδριο Μέτρων και Σταθμών που πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι, παγκόσμια αποδεκτό. Το έτος 1889, κατασκευάστηκε δε νέο πρωτότυπο μέτρο με ράβδο από πλατίνα με διατομή Χ, το οποίο βρίσκεται ακόμα στο Μουσείο Μέτρων και Σταθμών των Σεβρών της Γαλλίας.  Πρέπει να σημειώσουμε εδώ ότι η θεσμοθέτηση ενός νέου, ενιαίου συστήματος μονάδων δεν αποτελεί επστημονικό ή τεχνικό επίτευγμα, βοηθάει όμως σημαντικά στην επικοινωνία μεταξύ των επιστημόνων και στις εμπορικές συναλλαγές. Η υιοθέτηση ενός κοινού συστήματος μέτρων και σταθμών αποτελεί στην ιστορία του πολιτισμού και της τεχνολογίας ανάλογο βήμα με εκείνα της εισαγωγής της γραφής, του αλφαβήτου, της ονοματολογίας ζώων και φυτών κ.ά.

Μηχανουργία, Εργαλειομηχανές

Εργαλειομηχανές ονομάζονται μηχανές σταθερής θέσης με εξωτερική κίνηση, με τις οποίες γίνεται επεξεργασία τεμαχίων στερεού υλικού (π.χ. ξύλο, μέταλλο) για την δημιουργία διαφόρων προϊόντων. Γνωστότερη από τους αρχαίους χρόνους εργαλειομηχανή είναι ο τόρνος, άλλες είναι το δράπανο, η φρέζα, η πλάνη η πρέσα κ.ά. Έχουν διασωθεί γραφικές αποτυπώσεις που παριστάνουν τεχνικούς ήδη στη Μεσοποταμία και την αρχαία Αίγυπτο να χειρίζονται ένα είδος τόρνου, δηλαδή μιας «μηχανής» που περιστρέφει (με τη μυϊκή δύναμη του βοηθού, συνήθως δούλου) το προς επεξεργασία αντικείμενο και ο χειριστής (μάστορας) να επεμβαίνει στη μορφή του αντικειμένου και να το διαμορφώνει. Αντίστοιχες παραστάσεις γνωρίζουμε από την Κίνα, την αρχαία Ελλάδα και άλλες περιοχές της Ευρώπης και της Ασίας. Σημαντικά δημιουργήματα με χρήση τόρνου έχουν διασωθεί από τους Κέλτες και τους Ετρούσκους. Συνηθέστερη και πρωταρχική μορφή αυτής της διαδικασίας επεξεργασίας είναι η διαμόρφωση με τα χέρια πήλινων κεραμικών στον περιστρεφόμενο τροχό. Στον τόρνο επεξεργαζόμαστε κυρίως υλικά αρκετά πιο σκληρά από τον πηλό. Το Μεσαίωνα χρησιμοποιούνται συνεχώς κάποιες μορφές τόρνου για διάφορες κατασκευές, αλλά κυρίως μετά το 14ο αιώνα υπάρχουν συγκεκριμένες αποτυπώσεις και περιγραφές, συχνότερα στο γερμανόφωνο χώρο από τους ωρολογοποιούς, οι οποίοι κατασκεύαζαν λεπτά σπειρώματα σε βίδες. Ο Λεονάρντο ντα Βίντσι έχει σχεδιάσει πρωτότυπους τόρνους για την κατασκευή πολεμικών μηχανών, δεν είναι γνωστό όμως, αν αυτές οι εργαλειομηχανές είναι επινοήσεις του ίδιου του μεγάλου μηχανικού και καλλιτέχνη και αν κατασκευάστηκαν ποτέ πραγματικά.

Αριστερά: Τόρνος σε γερμανικό μηχανουργείο στα τέλη του 14ου αιώνα, Μέση: Σχέδια για τόρνους του Λεονάρντο νδα Βίντσι, Δεξιά: Τόρνος Γερμανού ωρολογοποιού στα τελη του 15ου αιώνα,

Μέχρι την Αναγέννηση φαίνεται να επικρατούσε στους τόρνους η παλινδρομική κίνηση. Δηλαδή το προς επεξεργασία αντικείμενο άλλαζε φορά περιστροφής, λόγω του τοξοειδούς κινητήριου μηχανισμού που χειριζόταν ο βοηθός ή ενεργοποιούσε με το πόδι ο τεχνίτης. Από τα μέσα του 15ου αιώνα φαίνεται να καθιερώνονται οι τόρνοι σταθερής κίνησης, όπως αυτός του Λεονάρντο με τον τροχό μάζας, ο ποίος διατηρεί μια σταθερή ταχύτητα περιστροφής. Τις πρώτες έγκυρες πληροφορίες για την εξέλιξη των εργαλειομηχανών κατά την Αναγέννηση παίρνουμε σήμερα από τη σημαντική έκδοση του Jacques Besson (Μπεσόν, 1540-1576), Γάλλου μαθηματικού και μηχανικού, ο οποίος συμπεριέλαβε στο βιβλίο του που εξέδωσε το έτος 1569 με τίτλο «Theatrum Instrumentorum», όλες τις μηχανές που ήταν γνωστές στην εποχή του. Στη γνωστή εγκυκλοπαίδειά του περιγράφει ο Ντιντερό κατά το 18ο αιώνα επίσης τόρνους για την κατασκευή εξωτερικών και εσωτερικών σπειρωμάτων. Η σύγχρονη ιστορία των εργαλειομηχανών αρχίζει το έτος 1775, όταν ο 'Αγγλος John Wilkinson (Ουίλκινσον, 1728-1808) κατασκεύασε ένα οριζόντιο δράπανο (φρεζοδράπανο) για την επεξεργασία των εσωτερικών επιφανειών πυροβόλων. Η κινητήρια δύναμη της μηχανής του ερχόταν από ένα υδροτροχό. Ο Henry Maudslay (Μόσλυ, 1771-1831) κατασκεύασε το 1794 ένα μεταλλικό τόρνο με αυτοδύναμη προώθηση του κοπτικού εργαλείου. Στη συνέχεια δε κατασκεύασε ο ίδιος διάφορους όμοιους τόρνους με μεταβαλλόμενη ταχύτητα περιστροφής, καθώς επίσης κοπτικές μηχανές για σπειρώματα και γρανάζια.  Ο James Watt κατασκεύασε στη δεκαετία του 1810 ένα παντογράφο, μια μηχανή που χρησιμοποιείται συχνά και σήμερα για να «αντιγράφει» ανάγλυφες επιφάνειες (νομίσματα κ.ά.) και ο Thomas Blanchard (Μπλάνσαρντ, 1788-1864) κατασκεύασε ένα τόρνο, στον οποίο το κοπτικό εργαλείο καθοδηγείτο από μια επαφή που «ακολουθούσε» ένα προκατασκευασμένο υπόδειγμα. Με τον τρόπο αυτό κατασκεύαζε ο Μπλάνσαρντ κάνες μικρών όπλων. Στη δεκαετία του 1840 κατασκευάστηκε ο πρώτος αυτόματος τόρνος (ρεβόλβερ), στον οποίο το εργαλειοφορείο έχει επάνω του όλα τα κοπτικά εργαλεία. Με μια περιστροφή του φορείου έρχεται το κατάλληλο εργαλείο σε θέση εργασίας και εξοικονομείται έτσι σημαντικός χρόνος.

Ο πρώτος τόρνος του Μόσλυ για κοπή σπειρωμάτων (~1800) Σημαντική στον τομέα των εργαλειομηχανών ήταν στα μέσα του 19ου αιώνα η συμβολή του 'Αγγλου Joseph Whitworth (Γουίθγουορθ, 1803-1887), ο οποίος ασχολήθηκε με κατασκευές οργάνων μετρήσεως και σπειρωμάτων. Ο σημαντικός αυτός μηχανικός δημιούργησε, εκτός από τις τεχνικές κατασκευές, και τις αρχές της τυποποίησης, σύμφωνα με την οποία, κάθε τεχνικό εξάρτημα που είχε μελετηθεί και δοκιμαστεί, έπρεπε να κατασκευάζεται, ανεξάρτητα από την υπόλοιπη μηχανή, με ακριβείς προδιαγραφές και σχέδια που προέβλεπαν διαστάσεις, ανοχές κλπ. Έτσι, κάθε εξάρτημα σε μια μηχανή θα ήταν εύκολο να αντικατασταθεί, σε περίπτωση βλάβης, με ένα ανταλλακτικό, ακριβώς ίδιο. Με αυτές τις ιδέες του Γουίθγουορθ περνάει η Μηχανουργία από τη βιοτεχνική στη βιομηχανική εποχή, κατά την οποία η μηχανολογική παραγωγή μαζικοποιείται. Το όνομα του πρωτοπόρου αυτού τεχνικού έχει δοθεί σε ένα τυποποιημένο σπείρωμα (Whitworth threat, -Gewinde) που στηρίζεται σε ίντσες και είναι διαδεδομένο κυρίως στον αγγλοσαξωνικό χώρο. Στην ηπειρωτική Ευρώπη κυριαρχεί το μετρικό σπείρωμα που βασίζεται στο δεκαδικό σύστημα. Οι πρώτες πλάνες για μεταλλικές επιφάνειες κατασκευάστηκαν περί το 1800 στην Αγγλία. Το μηχάνημα αυτό είναι ίδιο με το αντίστοιχο ξυλουργικό, μόνο που το εργαλείο πρέπει να έχει σημαντική ανθεκτικότητα για να πλανίζει μεταλλικές επιφάνειες. Στις πρώτες δεκαετίες του 19ου αιώνα κατασκευάστηκαν μεγάλες πλάνες στην Αγγλία, την Αμερική και τη Γερμανία, με τις οποίες πραγματοποιήθηκαν σημαντικές μεταλλικές κατασκευές.  Η ραγδαία εξέλιξη των εργαλειομηχανών έδωσε τη δυνατότητα, αφενός για μαζική παραγωγή τυποποιημένων προϊόντων, αφετέρου για ακριβείς κατασκευές, με αποτέλεσμα να αρχίσουν να προσφέρονται στην αγορά τεχνολογικά προϊόντα σε όλο και χαμηλότερες τιμές. Οι αυξημένες πωλήσεις οδηγούσαν σε υψηλά έσοδα, τα οποία σε μεγάλο βαθμό επενδύονταν σε όλο και καλύτερες μηχανές κ.ο.κ. Αυτή η συνεχής κλιμάκωση οδήγησε τις επινοήσεις και την παραγωγή σε ένα απρόβλεπτα υψηλό σημείο. Πέρα απ' αυτά, η ακρίβεια των εργαλειομηχανών διευκόλυνε την παραγωγή ήδη κατά το 19ο αιώνα υψηλής ποιότητας λεπτομηχανικών κατασκευών, όπως όργανα μετρήσεως, ρολόγια, βελτιωμένα μουσικά όργανα, μικρά όπλα κ.ά.

Μια μεταλλική κατασκευή που επηρέασε σε σημαντικό βαθμό τις κοινωνικές συνήθειες, ήταν αυτή της κονσέρβας για τρόφιμα. Πέρα από την ανεκτίμητη βελτίωση στην τροφοδοσία ευρύτερων τμημάτων του πληθυσμού με διατηρημένα τρόφιμα, εκτιμάται ότι η επινόηση αυτής της τεχνικής για τη συντήρηση τροφίμων βοήθησε σημαντικά στην πραγματοποίηση των μεγάλων πολέμων του 19ου και 20ου αιώνα. Μέχρι τότε, ένα σημαντικό μέρος των ανδρών ασχολείτο με τη λεηλασία ζώων από σταύλους αγροτών, από τα οποία σιτιζόταν το στράτευμα. Με τη διάθεση τροφίμων σε κονσέρβες έγινε δυνατόν να μετακινούνται εύκολα οι στρατιωτικές μονάδες σε κατοικημένες ή σε ακατοίκητες περιοχές. Κονσέρβες, 19ου αιώνα και σύγχρονη Στα τέλη του 18ου αιώνα προκήρυξε ο Ναπολέων Βοναπάρτης ένα διαγωνισμό με έπαθλο 12.000 χρυσά φράγκα για την επινόηση μεθόδου που θα επέτρεπε την εύκολη τροφοδοσία του στρατεύματος με τρόφιμα. Ο μάγειρας και ζαχαροπλάστης Nicolas-Francois Appert ('Απερτ, 1749–1841) παρουσίασε το 1810 μια κονσέρβα από γυαλί. Δημοσίευσε δε και σχετική μελέτη με τίτλο «Περί της τεχνικής να διατηρούνται ζωικά και φυτικά υλικά για πολλά έτη», ώστε να πάρει, εκτός από την αμοιβή του διαγωνισμού, και σχετικό Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας. Ο 'Απερτ ξεκίνησε για την κατασκευή του από το μεταλλικό κουτί για τη φύλαξη του ταμπάκου, εισάγοντας το βρασμό των τροφίμων για αποστείρωση, πριν αυτά κλειστούν στη γυάλινη κονσέρβα. Αργότερα κατασκεύασε και μεταλλικές κονσέρβες από λευκοσίδηρο. Φαίνεται όμως ότι και στη Βρετανία γίνονταν ανάλογες προσπάθειες για παροχή συντηρημένων τροφίμων, με αποτέλεσμα περίπου ταυτόχρονα με την κυκλοφορία της κονσέρβας του 'Αππερτ να τροφοδοτείται και το βρετανικό ναυτικό με όμοια προϊόντα. Ως εφευρέτης στη βρετανική πλευρά αναφέρεται ο Peter Durant (Ντυράν), αγνώστων λοιπών στοιχείων. Η κονσέρβα του Ντυράν ήταν επίσης μεταλλική και για το στεγανό κλείσιμο χρησιμοποιείτο αρχικά συγκόλληση μολύβδου, πράγμα που είχε ως αποτέλεσμα να παρουσιαστούν σε πληρώματα πλοίων μαζικά κρούσματα μολυβδίασης. Το πρώτο εργοστάσιο στη Βρετανία για μαζική παραγωγή κονσερβών με τρόφιμα λειτούργησε το έτος 1846. Οι παλιές κονσέρβες έπρεπε να αδειάσουν αμέσως μόλις ανοιγόταν το καπάκι τους, επειδή η εσωτερική επιφάνεια οξυδωνόταν από το οξυγόνο. Αργότερα και μέχρι σήμερα αυτό είναι περιττό, γιατί η εσωτερική επιφάνεια των κονσερβών προστατευόταν από λεπτό στρώμα κασσίτερου (0,3μm) και αργότερα από ένα λεπτό φιλμ βερνικιού, εφόσον αυτό δεν αντιδρούσε με τα τρόφιμα. Στον 20ο αιώνα χρησιμοποιείται επίσης αλουμίνιο για την κατασκευή κονσερβών.