От обсидиана до линзы. Первая часть цикла о лазерном ЧПУ.
Какое-то время назад попал в мои неспокойные руки лазерный ЧПУ-гравер. Мой дорогой друг из мастерской DeadRabbit отправил мне его на временное пользование и хранение, станок занял свое почетное место на подоконнике и ждал своего часа. Ждать пришлось довольно долго, но вот, неделю назад, мой взгляд все же добрался до заветной машинки. Во тьме осенних вечеров воцарился мир синих вспышек лазера и запах жженой древесины…
По сему, я решил запустить линейку статей о принципе работы данной вундервафли, его устройстве, истории создания и, в конце концов, непосредственно кадры работы чудо-устройства. Это первая статья из цикла, и посвящённая появлению стекла и изобретения линз, благодаря которым человечество и научилось концентрировать потоки света в своих целях.
Природное вулканическое стекло, иначе – обсидиан, было известно человеку с древних времен. Однако искусственно создать данный материал удалось только 6 тысяч лет назад в древнем Египте, Финикии или Месопотамии – историки разнятся во мнениях, кому именно отдать лавры первенства. Бытует легенда, что секрет создания был открыт финикийскими торговцами, которые готовили пищу на берегу, сложив очаг из привозимой ими африканской соды. Однажды утром в кострище они нашли слиток прозрачного стекла. И все-таки это всего лишь легенда, поскольку создание прозрачного стекла требует температуры до 1500 градусов, чего нельзя достигнуть открытым огнем. Другая, более жизнеспособная теория, утверждает, что стекло так же было открыто случайно, как побочный продукт термической обработки меди.
Так или иначе, согласно раскопкам на территории Египта было найдено множество стекольных мастерских. Исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки: соединения меди, кобальта и марганца. В IX веке до нашей эры появились рецепты создания прозрачного стекла. Однако такое стекло было наиболее дорогим – поддержание высоких температур требовало огромных затрат топлива, поэтому прозрачное стекло считалось предметом роскоши. Изготавливались из него, как правило, посуда и украшения.
Развитие стекла не стаяло на месте, и мастера великой Римской империи научились «выдувать» стекло. С помощью стеклодувной трубки из раскалённой массы выдували пузырь и постепенно придавали ему форму различными специальными инструментами.
К концу первого тысячелетия, методы производства стекла существенно изменились, и началось все с Европы. Основные изменения коснулись состава сырья для производства. В связи с тем, что постоянно возникали трудности с доставкой соды, ее заменили поташом, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.
В XI веке немецкие мастера, а в XIII веке – итальянские, освоили производство листового стекла. Они выдували полый цилиндр, затем обрезали его дно, разрезали его и раскатывали в прямоугольный лист. Качество такого листа было не высоким, но практически полностью повторяло химический состав современных оконных стекол. Ими стеклили окна церквей и замков знатных вельмож.
В конце Средневековья, центром европейского стекловарения становится Венеция. В тот исторический период венецианский торговый флот бороздил воды всего Средиземноморья, что способствовало быстрому перенесению новейших технологий. Производство стеклянных изделий было важным ремеслом в Венеции, о чем свидетельствует количество стеклодувов в этом городе - более 8000 человек.
Благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя в XVII веке лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам. Равенкрофт сумел получить более качественный состав стекломассы, чем итальянские мастера. Он заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами.
К этому же времени развитие получили и оптические линзы. Конечно, известны и используемы они стали гораздо раньше – примерно в XIII веке нашей эры. Неосторожное действие стеклодува, уронившего каплю раскаленного стекла, создало фактически плоско-выпуклую линзу. Наблюдательный мастер не мог не отметить, что предметы, на которые он смотрел сквозь эту каплю, меняли свой размер. Ученые той эпохи довольно быстро подхватили случайную находку, и уже спустя пару десятков лет научилось исправлять дефекты зрения с помощью очков.
Примерно с XV века спрос на очки был настолько высок, что повлек за собой не только открытие множества мастерских по их созданию, но и настоящую моду. Очки считались признаком аристократии и статуса, они имели множество форм и размеров, украшались драгоценными камнями, а самые богатые позволяли себе стекла величиной с ладонь. Стекло того времени еще не было достаточно хорошего качества, потому зачастую линзы изготавливались из горного хрусталя или берилла.
Первые научные исследования, в которых были использованы линзы (лупы), принадлежат энтомологам Томасу Моуффет и Георгу Гуфнагелю (1589—1590). Первый из них изучал мелких клещей (0,2—0,4 мм), в частности, он со всей отчетливостью установил различия между чесоточным и сырным клещами.
Уже в XVI в. была высказана идея создания оптического прибора, состоящего из двух, а не из одной линзы. Только в начале XVII в. знаменитый Галилей сначала сконструировал телескоп, а затем (в 1609 г.) и микроскоп.
В рамках разговора о лазерах, дальнейшее развитие оптики нас мало интересует, за исключением ряда фактов, которые будут описаны в последующих статьях цикла, однако стоит заметить, что использование относительно прозрачных материалов с целью концентрации солнечного стекла в одной точке, было применимо задолго до нашей эры. И все же только с появлением чистых линз можно связать дальнейшие физические исследования и открытия в области оптики.
На сегодня все, смотрите в следующих статьях цикла:
Способы художественной термической обработки дерева и кожи. История и примеры.
Принцип работы ЧПУ. Кто, когда и зачем?
Личный опыт, проблемы, работы – истории и инструкции с запахом жженого дерева.
