蛙腿的启示

　　意大利波洛尼亚大学解剖学教授伽伐尼有一个设备完善的实验室。室里有许多标本、解剖用具；还有像起电机、莱顿瓶等电器设备。伽伐尼早年学习神学，后来学医，成为人体、疾病和治疗方面的权威学者。

　　 1786年的一天，伽伐尼指导学生解剖。有一位调皮的学生没有认真地做实验，反倒对旁边的起电机发生了兴趣，他趁教授不注意的时候摇起了起电机，突然啪的一声起电机和盛蛙腿的铜盘打出一个大火花，把这个学生吓了一跳。伽伐尼和同学们都转过身来，但是此时一个更奇怪的现象引起了大家的注意，摆在金属盘里的蛙腿随着电击抽动了一下，教授的眼睛瞪大了，他顾不上批评这位淘气的学生，而让他从新摇动起电机，全体同学都注视着那个蛙腿，啪的一声铜盘上又打出一个大火花，蛙腿随着电击又抽动了一下，学生们你看我、我看你地议论纷纷。

　　伽伐尼走过来，用解剖刀的刀尖翻动一下蛙腿打算探个究竟，此时蛙腿像活了一样忽然又跳动了一下，这可又使伽伐尼大吃一惊，他用颤抖的手又触动一下蛙腿，果然又引起蛙腿肌肉的抽搐。实验课再也不能正常地进行下去了，同学们都回到自己的桌子上用解剖刀去触动蛙腿希望能看到同样的现象，不过有的学生能使蛙腿抽动。有的则不能，课堂里像开了锅一样，同学们在实验室里跑来跑去，伽伐尼也顾不上去管学生，只是满腹疑惑地用解剖刀去触动蛙腿，直到下课铃声响。

　　尽管伽伐尼不明白其中的道理，但是他像一切科学家一样不放过任何偶然现象。他花费了11年的工夫去研究这件事。

　　有一天，伽伐尼用铜丝勾住蛙腿把一些蛙腿挂到阳台的铁栏杆上去晾干，一阵微风吹来，蛙腿在栏杆上荡来荡去，伽伐尼发现蛙腿每次碰到铁栏杆时都要抽搐一下，这个偶然事件又引起他的思考。他目不转睛地注视着这个怪现象。忽然产生了一个念头：蛙腿的电是来自大气中和生物体中，但是这是一个错误的结论。

　　有一个最不肯接受“生物电”的人就是伽伐尼的同胞意大利帕维亚大学的物理学权威伏打，伏打的性格比较内向，幼年时是一个十分安静的孩子，他4岁才会说话，家里人曾认为他智力迟钝，但到了7岁，他就赶上并超过了其他学生，14岁时就决心当一名物理学家。因此，伏打从小养成了善于思考和不盲从的习惯。伏打在戳蛙腿时注意到，只用一种金属或不用金属时蛙腿是不抽动的，只有两种金属同时存在的时候，蛙腿才会抽动。这个现象伽伐尼已观察到了，但是并不理解，这个现象却引起伏打的深思，他觉得似乎真理就在这里面。

　　伏打用两种金属制作了一根弯棒，一头是钢，一头是铁，中间连在一起。

　　他把一头放在嘴里、另一头靠在眼睛上，当金属棒和眼睛接触的一瞬间，眼睛里有一闪的亮光。如果是同一种金属做成的棒就不会有这种现象。还有一次他用舌头舔着一个金币和一个银币，当用一根导线把金币和银币接通时，舌头就会尝到苦味。这些现象伏打认为都是电造成的。而不是生物特有的，但是，电是从哪里来的呢？

　　他想可能是从两种金属加唾液来的。唾液是一种复杂的化学物质，它能使金属生锈，在这种化学反应中会不会产生电呢？

　　他在两种金属片之间夹上一层饱含盐水的布片，电立即加强了许多倍！

　　而且能输出稳定的电流。

　　“成功了！”

　　伏打高兴极了。

　　“是化学反应！化学反应产生了电，蛙腿的抽搐只是对电的检验，起了验电器的作用。”

　　他明白了腿蛙抽动的真正原因：腿蛙中含有水和盐类，钢制的解剖刀和铜盘是两种金属，当两种金属中间有盐类物质的时候就会产生电，与蛙腿本身无关。不用蛙腿换一个别的方法也能检验化学反应产生的电流。

　　伏打进一步实验，他用了铜片和镀锌的铁片交替放置，中间再用一层层在盐溶液里泡过的布片隔开，制成了一种称为“伏打电堆”的东西，这就是现代电池的原形。

　　电池后来又经过许多科学家的改进，1887年，英国人赫尔森发明了第一块干电池，使电池便于携带，干电池中的电解液是一种黏稠状的物质，所以液体不会溢出。

电流计的发明

传送带

　　现代工业的大规模生产主要依靠传送带。

　　亨利·福特设计了第一条大型“装配线”，用来大规模地生产著名的T型福特牌汽车（这种车是1908年开始生产的）。在大多数欧洲汽车还用手工制造时，专门为大规模生产安装的传送带是福特新建的汽车厂的心脏。它有1／5英里长，然而这种想法却是基于可替换的部件。可替换的部件可追溯到工业革命的初期。

　　 1789年，美国教师惠特尼（轧花机的发明者）跟政府订了一项合同：在15个月内向政府交10000支滑膛枪。如果采取传统的方法，让造枪工人从头到尾一支枪一支枪地造，在15个月内要造这么多的枪是不可设想的。因此惠特尼想出了一个新主意，把造枪的工作化整为零，每一个工人都用一种连续的操作生产一种部件，而所有的部件都必须制造得很精确，能够互相替换。

　　在那时，它是一种完全新的系统，需要新的工具。为此，惠特尼设计了使工人便于使用锉刀的夹具，在适当的地方可钻多达12个孔的型板，使生产的工件不至于太长或太短的固定在车床上的机械止动器，用来铸造各种部件的铸模。惠特尼带了若干个袋子，每个袋子里装着10个同样的部件，到费城的财政局去，叫财政局的官员在每一个袋子里任意拿出一个部件来。他用这些部件当着这些官员的面装成了一支完整的枪。惠特尼证明这种系统是非常有效的。比能“很好地装配”更令人惊异的事情是，他用事实证明不用熟练的军械工人制造的部件，而是用半熟练的机械工人制造的部件，也能在很短的时间内装配起来。

　　对福特有帮助的另一个重要因素是皮带运输机的发展，这种机器在整个19世纪都在发展，主要是用来在港口运输大宗货物。利物浦在1868年安装了第一台大型的粮食传送机。而福特则用他的装配线把正在装配的汽车连续不断地从一个工人传给另一个工人。每一个有工具和部件的工人，必须在给定的时间内干完一件工作。工人不断地干活儿，工件不停地传送。

抓斗大王

　　几十年来，工人们全靠人工使用28毫米粗的钢丝绳在船舱内捆扎原木，然后再用吊车吊起。年复一年，谁也没有想到这有什么不妥。然而有一天，有一个人却着意要改变这种落后的状况。他就是包起帆，人称“抓斗大王”。

　　说起他发明的抓斗，还要从血淋淋的事故说起。

　　 1968年，17岁的包起帆初中毕业，一嘲文化大革命”断送了他学文化、升高中的梦想。他不得不到上海港木材装卸公司报到，当了一名装卸工。从此，包起帆便和木头、吊车打起了交道。夏天，船舱里闷热难耐，他和工人们也要在里面搬运木头；冬天，木头上都结了薄薄一层冰，他们也必须按时完成装卸任务。在这样的工作条件下，稍不留神，就会祸从天降——那些又重又粗的原木就像一只只“木老虎”，随时有可能挣脱钢丝绳的束缚，从高高的吊车上滑落下来，一旦砸在工人们的身上，其后果真是不堪设想。

　　包起帆就曾亲眼目睹过这样的惨状。

　　有一天，包起帆和一位同事正在船舱内工作，只见吊车吊起的大木头在空中打转。突在，险情发生了，一根原木从吊车上滑了下来，压在了这位同事的身上。只听“氨地一声，这位同事便在包起帆的身边倒了下去，鲜红的血液从嘴里吐出。经过医生的检查，砸下的原木压断了这位同事10多根肋骨。

　　这种事故在包起帆的身边是经常发生的，从他进公司以后，就有500多人受重伤或轻伤，10多人死亡。

　　同样的事故也在包起帆的身上发生过。那是1974年春天的某一天，包起帆正在船舱里拉着钢丝绳捆扎原木，就在他把钢丝绳挂上吊钩的一刹那间，挂钩升起来了，将他的左手大拇指连同手套都拉碎，鲜血直流，手上露出了白白的骨头。伤好了以后，包起帆重新进入船舱装卸原木，不料又被木头砸伤了脚腿。

　　面对此情此景，包起帆心想：“这种落后的装卸方法劳动强度高，生产效率低，真是一只令人畏惧的‘老虎口’啊！我一定要想点办法，治一治这只‘木老虎’！”

　　由于伤病在身，包起帆不得不离开自己洒了多年血汗的工作岗位，来到了机修车间当修理工。包起帆就是这样，到哪里都想有所作为。于是，他到新华书店去买了许多书籍——《机械制图》、《车工基捶等，然而，对一个文化水平只有初中二年级的人来说，要读懂读通这一本本厚厚的书，谈何容易啊！包起帆真想有一个重新学习的机会，补上科学文化这一课。

　　机会终于来了。1978年，大学恢复了招考，包起帆如愿以偿，考取了上海市第二工业大学。当然，他读的是半脱产的业余大学，4天脱产学习，2天工作。

　　从初中二年级的水平一下要跃到大学，其困难是可想而知。然而，包起帆却知难而进。三角函数、解析几何虽然是第一次碰到，但是人家做10道习题，他就做20道、30道；电学、光学、力学尽管理解起来有困难，但是人家复习1遍，他就复习2遍、3遍……功夫不负有心人，学习上的困难在一点点地克服、一步步地后退，而包起帆却在一天天地进步。

　　为了补上初中、高中的知识，他特地到书店买来了数理化自学丛书，每天晚上做完功课后就从基础知识补起。包起帆还摸索出一套他自己的学习方法呢，他把厚厚的书本拆成薄薄的几本，揣在口袋里，走到哪里学到哪里，马路边、车站上、汽车里……所有零星的时间都被他利用了起来。就这样，包起帆终于跟上了学习的步伐。

　　就是在拚命读书的时候，包起帆也没有忘记治服“木老虎”的使命。

　　平时，包起帆常常在码头边散步，看到别的公司在装卸黄沙、石子时都是用抓斗，一上一下，一张一合，非常自如。于是，他想：黄沙、石头能用抓斗，为什么木头就不能用抓斗呢？对！我得制造一种安全的能抓木头的抓斗。

　　他利用读书的空闲，又来到自己工作过好几年的船舱调查研究；他还到图书馆、情报所、资料室查数据、找公式；回到家里，他还用硬纸板做成各式各样的抓斗模型……一次次的试验，一次次的失败，关键都在抓斗的开闭结构：抓木头时，它必须张大口；抓起木头时，它又必须紧闭口，将木头紧紧夹住，不让木头滑脱。

　　有一天，包起帆将自家的缝纫机零件拆下来，做成了一个小抓斗，再用两根绳子代替起重索，一上一下地来回放松、收紧，嘿！这小玩意儿竟然能够抓起东西了。

　　经过紧张地画图设计、制造加工，包起帆终于梦想成真。第一只木材抓斗发明成功了！时间是1981年10月，这是包起帆永远难忘的一天，他眼看着自己发明的抓斗轻松自如地装卸着原木，心中涌起了一股自豪感。

　　包起帆发明的第一种抓斗叫“双索门机抓斗”，它是用两根起重索使抓斗打开和闭合的。有了这种抓斗，工人们终于从“老虎口”中解放了出来。

　　这项发明不仅使包起帆获得了国家发明奖，还使他荣获了第16届日内瓦国际发明银奖呢！

　　大学毕业以后，包起帆调到了公司技术科当技术员，这更使他如鱼得水，几乎每年都有新的发明问世。

　　 1983年10月，包起帆被推选为工会代表，赴京参加全国总工会召开的“十大”。在开幕式上，他忽然发现大会发给每位代表用作记录的圆球笔的伸缩结构十分灵活，“哎，这个结构能不能用到我的抓斗上去呢？”真所谓“心有灵犀一点通”。正是这枝普普通通的圆珠笔，使包起帆想到可以将“双索抓斗”改为“单索抓斗”，用一根绳索就可以完成打开、闭合抓斗两个动作了。

　　晚上，代表们都去看电影了，而包起帆却呆在宿舍里拿着这枝圆珠笔出了神，这枝圆珠笔是怎样的结构呢？一连几个晚上，他都没有得出什么结论。

　　一回到上海，包起帆就直奔黄浦江西岸的一家圆珠笔厂，向工人请教圆珠笔芯伸缩的奥秘。但是，接待他的人以为他是同行，是来窃取情报的，对他十分冷淡。包起帆仍不死心，去公司开了介绍信，还是不管用。后来，他又几次登门求教，终于感动了圆珠笔厂的接待人员。当他们知道包起帆是为了搞抓斗发明，才希望弄懂圆珠笔芯的伸缩原理，别无他意时，接待人员才把“秘密”告诉了他。

　　包起帆如获至宝，立刻投入了紧张的发明之中。他和工人们在试验现场连续工作了3天3夜，连春节也是在码头上度过的。就这样，“单索抓斗”诞生了！只见两对平行的爪子，插进原木堆里，原木就顺势滚到抓斗里，起吊工轻轻起动单索抓斗，被夹得紧紧的原木，立刻就成捆成捆地从船舱里抓了上来。

　　一种新的抓斗终于在包起帆的刻苦钻研下诞生了。

传动链条

　　 1864年，斯莱特获得了一种传动链条的专利，这种传动链条可以看作研制一种能驱动自行车和其他机械的精密链条的第一步。他在索尔福德一个工厂制造纺织机械链条。后来这家工厂被瑞士人雷诺德买去。雷诺德又于1880年获得套筒链的专利。把套筒装在这种链上，比斯莱特的设计能提供大得多的承载表面。

　　人们所知的最早的传动链的设计图是达·芬奇画的，然而不知道他画的传动链是否真的制造出来了。我们从拉梅利的《不同的人工机械》一书上，可以看到公元1588年的一种抽水机的插图，这种抽水机就是利用链传动。图上的链有一个方形的链环，与木轮上凸出的齿相配，每一个方形链环都通过3个椭圆形的链环与下一个方形链环连接。

　　因为适合做传动链的金属又稀有又昂贵，又缺乏良好的制作工具，所以传动链未能广泛使用。然而到19世纪初期，由于工业革命的缘故，传动链获得了较为广泛的应用。

　　后轮用链传动的最早的法国自行车是吉尔梅设计的，由梅耶和吉埃于1868年制造出来。虽然传动链已经使用了一段时间，但主要是用于纺织机械，自行车链条仍然相当差劲。后来，一个叫朱赞的法国人于1885年研制成功了所谓的“现代自行车”，它的两个轮子一般大，后轮用链传动。英国人斯塔利于1885年制造出了称为“安全漫游者”的自行车。这种自行车有新的改进，但后轮仍用传动链传动。于是考文垂成了自行车的中心，开始了现代自行车的时代。后来人们又把链传动原理用于摩托车和汽车。现在，精确的传动链已经成为工业机械的最重要的零件之一。

流珠轴承

　　看来很可能是意大利文艺复兴时期的雕刻家和金匠的塞利尼（1500～1571年），首先看出一圈自由旋转的滚珠可能减少两个转动体之间的摩擦力。1543年，他在自传中写道：“我已作成了一尊美丽的朱庇特雕像，将它放在一个木制底座上。我在底座内安了4个小木球，木球的一大半埋在球窝内。整个设计十分巧妙，一个幼小的孩子也能轻而易举地使其前后移动和转身。

　　但是松动地安在滚道里的进行滚动接触的滚珠轴承，直到18世纪最后25年才开始用在风车上。最先用滚珠轴承的风车是柱式风车（约1780年），机器的整个结构围绕中心柱旋转。1794年，威尔士卡马森的一个叫菲利普·沃恩的铁器制造商用经向滚珠轴承作为四轮马车的车轴轴承，并为此申请了专利权。从那时起到19世纪，特别是在19世纪的50年代和60年代，人们将滚珠轴承用在儿童玩的旋转木马、螺旋桨轴、军舰上的机枪转塔、扶手椅和自行车等器械的轴上，并取得了若干专利权。但是，直到有动力装置的车辆出现以后，金属部件因快速行驶而发生大量的磨损时，这项发明才开始得到充分利用。因此，在汽车和能大批生产的精密的球磨机出现以前，滚珠轴承并没有真正起到像今天这样重大的作用。

瓦拉发明了调速器

　　瓦特在1789年发明的蒸汽机中使用的离心调速器，在当时引起的轰动不是太大；瓦特重视动力系统，只把调速器看成是蒸汽机上的一个附件。然而它是第一台通过改变燃料输入量而有效地控制速度的装置，是使一台机器能进行自动调节的一切反馈装置的鼻祖，在发明史上的地位已确定无疑。瓦特的调速器是由一对离心摆组成，最远处与蒸汽机的旋转飞轮相连，直接连在一个套筒上，套筒又与汽缸的进汽阀连接。当飞轮转动较快时，两个球体就向外摆动，使套筒下降；当速度减慢时，球体就随之下垂，迫使套筒上升。

　　汽阀可开大开小，以维持均匀的速度。

　　瓦特调速器的历史，也许可追溯到中世纪和文艺复兴时期机器上有时用来代替飞轮的球—链装置或球—杆装置。然而这些装置只发挥飞轮的功能，通过贮存能量、使钻床或曲柄产生较有规律的运动来带动工具越过“死点”；它们不能控制速度或功率输入，最多只是对调速器的造型有所启发。直到力学发展了，人们知道了钟摆的性能，懂得了离心力后，才有人想到利用球—杆组合装置来进行控制。

　　磨坊工人经常碰到的一个问题是无法利用强风力。因为当轴旋转很快时，磨石容易向上移动，扩大两块磨石之间的距离，以至夹在两块磨石当中的谷粒不能完全磨碎。人们靠手将两块磨石拉紧，使它们之间保持适当的距离。直到1787年，托马斯·米德才想出一种方法，将两个摆分开挂在驱动磨石的正齿轮上，通过链条和万向节提升和调节拉杆。另一对摆与风车翼板相连，这样就使后者随速度的变化而张合。磨坊工人只要改变翼板承受的风力，就能调节旋转轴的速度。两年后，斯蒂芬·胡珀用齿条和扇形齿轮代替链条，设计了一台可以同它匹敌的机器，取得了专利权。

　　与此同时，约翰·伦尼在伦敦建的第一个用蒸汽驱动的磨房——“阿尔比恩磨房”。装有和米德调速器一样的调速器。博尔顿在1788年5月给他的合作者瓦特写信说，“有一种调节顶磨石和底磨石之间的压力或距离的装置。

　　用这种调节装置，蒸汽机运转得越快，上下磨石就越密合……当蒸汽机停止运转时，顶磨石就升起……这是由于两个铅镇重的离心力所致。全速运转时，铅镇重水平上升；运转减慢时，铅镇重就下落。它们通过这种方式对杠杆产生作用。”这一定是瓦特的妙想，因为虽然这种调速器最初是用在磨石上，而不是用在蒸汽机上，但在1788年底前，瓦特就按后一种用途将它进行改装了。由于他知道自己不能声称发现了这个基本原理，因而没有想申请专利权。

　　他先于竞争对手对调速器采取保密措施。