govorilkin (govorilkin) wrote,
govorilkin
govorilkin

Category:

Животная сила


Первоначально животных одомашнили, чтобы есть их мясо, но со временем основным их назначением стала работа. В доиндустриальных обществах примерно половина потребности в механической энергии обеспечивалась тягловым скотом. Таким образом, приручение животных удвоило силы человечества. Волы, лошади, ослы, мулы, верблюды, слоны - пахали, возили грузы и приводили в движение механизмы, позволяя человеку сосредоточиться на более творческих занятиях.

Ниже мы рассмотрим возможности и особенности использования различных животных.

Бык - свирепое, опасное существо. В т.ч. поэтому крупных рогатых одомашнили позже коз, овец и свиней (в -6 т.л.). Древние люди его обожествляли. Не очень понятно, как они пришли к идее кастрировать быка, но это сделало его послушным. Бык, лишенный достоинства и с ярмом на шее называется волом. Являясь жвачным животным, он может довольствоваться самой грубой пищей, такой как солома (стебли колосьев остающиеся после жатвы и обмолота). Соломой можно покрывать крышу, делать накидки и шляпы, но все равно ее остается много, так что в натуральном хозяйстве это практически бесплатный корм. Кроме соломы вол ест траву (1/3 рациона), в виде сена (скошенная трава) или на пастбище. Минусом этой непритязательности является долгое пищеварение, которое требует делать длинный обеденный перерыв. Без перерыва вол может работать 5-6 часов, с перерывом (минимум 2 часа) до 10, но на практике так разбивать работу не всегда удается. Особенно, если поле далеко от деревни, ведь вол очень медлителен (~3 км/ч).


Настоящим прорывом стало изобретение хомута (-1 т.л. в Китае, попал в Европу в конце +1 т.л.), позволившее использовать в хозяйстве лошадь. До этого ее применение было ограничено верховой ездой и легкими повозками. Лошадь подвижна и имеет быстрый метаболизм, что позволяет работать без долгих перерывов, до 10 часов в день. Это животное слабее вола, но проворнее, за счет чего развивает на 50% большую мощность. И, если вол работет только 6 часов, преимущество увеличивается до 150% (и более, если учесть дорогу к полю). Лошади более капризные в плане питания - соломе предпочитают сено, кроме которого в рационе должны присутствовать бобовые и овес. На влажной или наоборот каменистой почве лошадям необходимы подковы.

Волы и лошади являлись основными сельскохозяйственными животными в истории. Лошади были быстрее и производительнее, но волы были дешевле в содержании и незаменимы при распашке тяжелых почв, где требовалась их большая сила, по крайней мере пока не были выведены специальные породы тягловых лошадей. Вытеснению волов из перевозок способствовало развитие дорожной сети и совершенствование колесного транспорта (подвеска и наклонные спицы). Прочные, легкие повозки и ровные дороги уменьшили требования к силе и позволили лошадям реализовать преимущество в скорости.

Волы были дешевле лошадей, но что если и на волов не хватало? На помощь приходили ослы. Родина ослов - каменистые, засушливые ландшафты, так что в питании они неприхотливы и очень экономичны. При этом они могут выполнять тяжелую работу и перевозить на спине грузы около 60% собственного веса и более (по сравнению с 30% для лошадей). Главным недостатком является то, что их небольшой размер (в среднем 150 кг) сужает круг применения: неглубокая вспашка и доставка небольших грузов. Запряжка из нескольких животных не дает кратного увеличения тяги. Так, четверо животных тянут с силой трех, шесть - четырех. К тому же, увеличение поголовья ослов означает что им перестанет хватать свободно растущих кустов и колючек, и прийдется заготавливать корм, так что эффект экономии пропадет. Еще одним минусом ослов является то, что их копыта боятся влаги, поэтому в северных странах осел не получил распространения.

Достоинства осла и лошади соединились в муле. Этот гибрид немного меньше лошади, но обладает выносливостью и неприхотливостью осла. Он лучше, чем лошадь, подходит для движения по пересеченной местности, так как обладает жесткими копытами, приземистее и может видеть свои задние ноги. Он может идти 40 км без еды и воды и в целом живучее. В работе он также эффективнее. Главный недостаток мулов - они не дают потомства. Также они медленнее лошадей, поэтому при наличии хороших дорог последние предпочтительнее.

Еще одним популярным вьючным животным являлся верблюд. Он может проходить по 30-40 км в день с 250 кг груза, а также использоваться для работы и движения колесных средств. Потенциальная зона обитания верблюда не ограничивается пустыней: в доисторические времена он был типичным степным животным и встречался вплоть до Польши и подмосковья. Его способность запасать энергию и подолгу обходиться без воды означает больше места для полезного груза. Как и осел, он ест любую растительность. Казалось бы, идеальное животное? В Европу верблюды попали с арабским завоеванием и крестовыми походами, но не прижились. Возможно, виной тому медленное размножение верблюда, а также его прожорливость. Это животное идеально в пустынной местности, где оно питается всем, что может найти, но в населенной стране, где каждый клочок земли распахан, ему прийдется заготавливать корм. А ест верблюд не мало. Кроме того, наличие дорог означает меньшую потребность во вьючном животном, а для движения колесного транспорта его использование затруднено ростом - для более эффективного приложения силы нужны высокие повозки, с большими колесами. В третьих, мягкие копыта не дают использовать верблюда в горной местности (испанцы пробовали верблюдов на рудниках в Америке). Кроме центральной Азии, хорошо прижились верблюды только в северной Африке (где их не было до персидского завоевания в -6 веке), поволжье, юге Сибири и Австралии.

Вьючным аналогом верблюда в Индии и юго-восточной Азии был слон. Он съедает по 150 кг листвы в день, и эффективно использовать его где-то кроме как в джунглях - не экономично. В то же время с наступлением сезона дождей слоны становились единственно возможным способом транспортировки. Слон может везти груз в полтонны или работать 8 часов в день, поднимая многотонные грузы. Слоны были неоценимы в качестве помощников лесорубов. Слонов не разводили, а ловили молодых особей в лесу и тренировали в специальных лагерях, так что на самом деле домашним животным слон не является.

На последок упомянем еще одно замечательное животное, выполнявшее даже больше работы, чем все остальные, причем вместе взятые. Это человек. Казалось бы, куда ему тягаться со зверями? Но на самом деле, труд человека достаточно эффективен, если соотнести его с расходом калорий. В зависимости от вида деятельности, человек может развивать до 140 Вт в течение всего рабочего дня, например при гребле. С античности делались попытки приспособить животных для движения кораблей с помощью колес, но гребцы оказывались эффективнее. Носильщики также зачастую оказываются эффективнее мулов и ослов. Непальцы переносят на спине до 150% собственного веса по горным тропам. Они могут пройти там, где животное не сможет. Прямохождение позволяет экономить мышечные усилия. Главный минус человека - медленное размножение. Если лошадь уже в 2 года дает потомство, а с 3 может приступать к работе, у человека на это уходит почти на порядок больше времени. Поэтому выращивать людей не так выгодно, как захватывать их. Хотя и выращивание рабов было выгодным, например после запрета работорговли в Атлантике. В этом смысле человек эффективнее слона или верблюда. А учитывая стоимость раба, он был экономически эффективнее любого животного. Стоимость крепостного в России 18 века была на порядок выше стоимости коня. Значит, физическая сила даже в условиях рабства ценилась гораздо ниже разума.

Таким образом, использование животных можно рассматривать как экстенсивную практику. Животных можно быстро размножить и приспособить к какой-то простой работе, но по мере того как человеческое население медленно но верно растет - пастбища распахиваются, а на пашне пшеница вытесняет овес; труд человека замещает труд животного, поголовье животных уменьшается. Этот процесс завершился в Европе с изобретением паровой машины. В Азии он зашел дальше, например рикши вытеснили конные повозки в конце 19 века в городах. Так или иначе, эти времена в прошлом. Физический труд теперь лег по большей части на "плечи" машин."


Животная сила (часть 2)

В первой части мы рассмотрели, чем отличались различные животные, их сильные и слабые стороны, историю использования. В этой рассмотрим их общие свойства. Все они использовались сходным образом: везли груз на спине или тянули что-то - плуг, повозку или рычаг мельницы.

При вьючном использовании груз помещался в два связанных тюка или корзины, свисавших по бокам животного, которое шло медленным шагом 8-10 часов в день. При этом ослы несли около половины собственного веса, мулы 30-40%, лошади и верблюды - 30%. Вес животных мог отличаться в разы, в зависимости от породы, питания. Средний вес осла можно определить в 150 кг, вьючного мула - 300, лошади и вола - 400, верблюда - 500. Волы как вьючные животные после приручения осла практически не использовались, вероятно для них оптимальной нагрузкой было 25% собственного веса, как для козлов, собак, альпак и прочих "непрофильных" животных, которые тоже иногда носили грузы. Дальность дневного перехода составляла до 30 км для ослов и мулов, до 40 для лошадей и верблюдов. На пересеченной местности и груз и дневная дистанция уменьшались примерно на треть.

При верховой езде оптимальная дневная дистанция составляла до 50 км для обычной лошади или крупного мула. Можно было проехать и больше, но на следующий день пришлось бы давать животному отдых. Или это должна была быть лошадь специальной выносливой породы. Например, арабские скакуны могли проезжать до 100 км в день с грузом. В настоящее время в многодневных соревнованиях на выносливость (например, кубок Тивиса) всадники проезжают по 70-80 км по пересеченной местности. Кочевники использовали по несколько лошадей на всадника, которые периодически сменялись. Монголы таким образом преодолевали до 150 км в день.

Работа и движение повозок осуществляется посредством тяги. Оптимальная тяга, с которой животное может сделать максимум работы, составляет 10-12% его веса для волов, 13-15% для лошадей и прочих. Для крупных животных тягловое усилие относительно их веса обычно меньше, чем для маленьких. В течение короткого времени тяга может увеличиваться, достигая половины собственного веса животного. У волов - даже в несколько раз больше собственного веса, чему способствуют в т.ч. широкие раздвоенные копыта, обеспечивающие лучшее сцепление. Поэтому использование волов предпочтительно на плохих дорогах, где повозки периодически проваливаются в ямы или вязнут в грязи.

Во время работы животные движутся со скоростью около 1 м/с, волы и мелкие животные - 0.8 м/с. Вместе с силой тяги это определяет мощность в физическом смысле (работа, деленная на время). Что примечательно, введенная Джеймсом Уаттом "лошадиная сила" (750 Вт) превышает мощность средней лошади. Крестьянские лошади часто были мелкими, скорее всего их мощность находилась в пределах 450-550 Вт. Волы и небольшие мулы могли развивать около 400 Вт, ослы - 200, верблюды - 650. Когда силы одного животного не хватало, запрягали нескольких. При этом старались подбирать одинаковых по силе и росту животных, но потери мощности были неизбежны: 4 животных тянут с силой 3х, 6 - 4х и т.д. Волы и мулы могли продаваться парами или более крупными командами. В сработанной команде потери мощности были меньше.

Тянущие повозку животные, как и вьючные, большую часть времени идут шагом, но более быстрым. Лошади до трети или даже половины времени могут идти рысью (10-12 км/ч), но с вдвое меньшей тягой. Данные о скоростях передвижения предоставляет руководство Пеголотти, итальянского купца 14 века, касательно путешествия в Китай. Путь из Таны в Джинтархан на повозке, запряженной волами, занимает 25 дней, лошадьми - 10-12 дней, что означает дневную дистанцию в 30 км для волов и 60-70 км для лошадей. Участок Сарайчик-Отрар (~1200 км) преодолевается на повозке, запряженной верблюдом за 20 дней (60 км/д). Грузоподъемность повозки с волами Пеголотти определяет в 785 кг, с лошадьми - 518, но в других источниках можно найти совершенно разные значения. Так, Ксенофонт грузоподъемность повозки с парой волов оценивает в 655 кг, а в артиллерийском руководстве 19 века дается цифра 675 кг для одного вола.

Грузоподъемность колесного транспорта зависит не только от силы животных (а древнегреческие волы были скорее всего поменьше своих более поздних сородичей), но особенно от конструкции колеса и качества дороги. Большой выигрыш дает железный обод, снижающий сопротивление качению на 30% по сравнению с деревянным. Вероятно, в древней Греции железо не было так дешево, чтобы оковывать им колеса, но в Риме это уже широко практиковалось. Брусчатка дает выигрыш еще примерно в полтора раза по сравнению с лучшей грунтовой дорогой. Проходимость грунтовых дорог разного качества может отличаться в 3 раза. Движение по дерну в 2 раза труднее, чем по наилучшей грунтовой дороге.

Грузоподъемность древнегреческой телеги можно прикинуть, поделив тягу двух небольших волов (~75 кгс) на коэффициент 0.07 (колесо с деревянным ободом по плотному ровному грунту) = 1070 кг вес повозки с грузом. Чтобы получить ксенофонтовы 655 кг, повозка должна весить 415 кг, что достаточно правдоподобно (вес крестьянской повозки начала 20 века составлял 200-250 кг при грузоподъемности 500-750). Возможно, она весила меньше, но имела невыгодный угол тяги или маленькие колеса.

Увеличение диаметра колеса кратно снижает сопротивление качению, но при этом вес колеса растет экспоненциально. Легкие колеса со спицами изобрели в конце -3 тысячелетия, но их применение долго оставалось ограниченным. Для нагруженной хозяйственной повозки снижение веса даже на 100 кг давало выигрыш всего в 10-15%. Поэтому например в древнем Риме колеса со спицами имели пассажирские, коммерческие и военные повозки, в то время как хозяйственные довольствовались цельнодеревянными, хотя и обитыми железом зачастую. Изготовление качественных колес было отдельной профессией, требовало большого мастерства и затрат. Для обода, втулки, спиц использовались разные породы дерева, которые иногда приходилось импортировать. Например, египтяне завозили вяз для колесниц из Сирии.

После распада Римской империи транспорт в Европе оказался в упадке, люди передвигались верхом, а товары на средние расстояния возили на вьючных лошадях (на дальние - по морю). В 17 веке с ростом городов появляются пассажирские повозки. В 18м развивается активное дорожное строительство, растут объемы перевозок и появляются междугородние линии дилижансов. Дилижанс - крытая карета с рессорами, запряженная несколькими лошадьми, двигался днем и ночью между станциями, на которых лошади сменялись, а пассажиры могли поесть. Средняя скорость движения по маршруту могла составлять от 100 до 200 км/д. Путешествие стоило дорого, как несколько месячных зарплат работника, но со скидкой можно было проехаться на крыше, где везли багаж.

Со второй половины 18 века начинается строительство каналов, по которым животные тянули баржи. Обычная лошадь по каналу могла везти груз до 30 тонн. Использовались также мулы и ослы. Этот вид транспорта оставался выгодным до 1960х. В 19 веке в городах появляются конные железные дороги. До этого рельсы прокладывались для вывоза руды и угля из шахт. Они применялись минимум с 16 века в Германии и Англии, хотя сначала рельсы были деревянными (сопротивление качению примерно как у брусчатки). Чугунные а затем стальные рельсы начали замещать деревянные с конца 18 века, по мере того как дешевело железо. По стальным рельсам лошадь могла тянуть более 6 тонн. Первые паровозы создавались, чтобы заменить лошадей на этой работе, но лошади долго оставались конкурентоспособными и использовались вплоть до второй половины 20 века. В городах электрический трамвай вытеснил конку в начале 20 века.

Кроме сопротивления качению, движению повозки препятствует трение на оси. Большую часть истории его значение было небольшим, так что зачастую телеги даже не смазывали, и они оглашали окрестности пронзительным скрипом. Но с появлением хороших дорог (особенно асфальтовых, увеличивших грузоподъемность повозок еще в полтора раза по сравнению с брусчаткой/макадамом) на преодоление трения стало уходить до трети всей тяги. Решением стали шариковые подшипники, практически устранившие эту проблему. Их начали массово изготавливать в конце 19 века. К этому же времени относится появление резиновых покрышек, заменивших стальной обод. Эти новшества применялись в конных экипажах, хотя скорее ассоциируются с автомобилями, распространение которых завершило эру гужевого транспорта."

The Economics of Horses and Oxen in Medieval England By JOHN LANGDON
http://www.bahs.org.uk/AGHR/ARTICLES/30n1a3.pdf

Руководство Пеголотти. Купец использует повозки с волами, лошадьми, верблюдами, вьючных ослов, лошадей и верблюдов на разных участках маршрута. Даются расстояния в днях пути, по которым можно определить скорость.

https://depts.washington.edu/silkroad/texts/pegol.html
Данные по грузоподъемности и скорости фугронов и вьючных животных для США 19 века.

[1] THE PRAIRIE TRAVELER: A Hand-book for Overland Expeditions, with maps, illustrations, and itineraries of the principal routes between the Mississippi and the Pacific, by Randolph B. Marcy, Captain U. S. Army, Published by authority of the War Department, 1859.

[2] The Ordnance Manual for the Use of the Officers of the United States Army, 3rd Edition, U. S. War Department, Philadelphia: J. B. Lippincott & Co., 1862.
http://texasmilitaryforcesmuseum.yuku.com/topic/904/1800s-travel-guidelines-for-man-and-beast#.WU1LHHJSDIW

Работа Карлсена Г.Г. на основе исследований Института Коневодства. Содержит методику расчета груза для повозки, данные по сопротивлению качению для разных поверхностей (по видимому, для колес диаметром 75 см) - в приложении 1, производительности лошадей и др.
http://konevodstvo.su/books/item/f00/s00/z0000024/index.shtml

A treatise on roads and pavements by I.O. Baker, 1906

Содержит экспериментальные данные по дорожным покрытиям, колесам разной ширины и диаметра.
https://vk.com/doc4228100_446906095?hash=c77ac2b2c0057e0f69&dl=a5f77fee5b0351861f

The Roads and Railroads, Vehicles and Modes of Travelling, of Ancient and Modern Countries, with accounts of Bridges, Tunnels and Canals, in various parts of the world. 1839
https://archive.org/details/roadsrailroadsve00londuoft

Данные по физическим параметрам животных и их использованию в хозяйстве.
На основе опыта изучения традиционной экономики в Африке
http://www.nzdl.org/gsdlmod?e=d-00000-00---off-0hdl--00-0----0-10-0---0---0direct-10---4-------0-1l--11-en-50---20-about---00-0-1-00-0--4----0-0-11-10-0utfZz-8-00&a=d&c=hdl&cl=CL1.1&d=HASH0113c7507f62288f1860ce3b.1



The Wheel: Inventions and Reinventions
By Richard W. Bulliet

Взято отсюда
https://vk.com/cliometrics
Tags: история, полезное
Subscribe

  • Юридическое

    О решении КС Украины по языковому закону. Хоть некоторые читатели не рекомендовали мне писать на юридические темы, я все-таки рискну написать.…

  • Европейский потоп: и нам "звонок"?

    Тонет-тонет-тонет Европа… Пунктуальные, работящие европейцы ничего не могут сделать… Реки вышли из берегов в Австрии, Бельгии, Италии,…

  • Зашло

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 7 comments