Tecnología a plena vista: materiales de ingeniería primitivos
No es inusual para un tropo de ciencia ficción que nuestro héroe se encuentre en una situación en la que no hay tecnología. Tal vez esté de vuelta en el pasado o en un planeta lejano. También me viene a la mente el profesor de la isla de Gilligan. Apuesto a que al lector medio de Hacakday le iría bastante bien en una situación así, pero hay una cosa que a menudo se pasa por alto: los materiales. Claro, puedes construir una radio. ¿Pero puedes hacer un alambre? ¿O placas de metal para un condensador? ¿O un altavoz? Tendemos a pasar por alto cuántas abstracciones usamos cuando construimos. Incluso convertir árboles en madera no es un proceso completamente obvio.
Las personas, por naturaleza, siempre están buscando formas de usar las cosas que las rodean. Incluso hace 300.000 años, la gente encontraba piedras y las usaba como herramientas. No pasó mucho tiempo antes de que descubrieran que algunas rocas podían formar otras rocas para formar formas útiles como hachas. Pero la era de los materiales de ingeniería es mucho más reciente. Ya sea arcilla, metal, vidrio o, más obviamente, plásticos, estos materiales son significativamente más útiles que las rocas adheridas a palos, pero hacerlos primero es ingeniería por sí solo.
Madera, Barro, Arcilla
Los primeros pasos utilizaron madera de árboles, incluida la corteza y madera inusual como el corcho y otros materiales vegetales. También usaban barro, y el barro se convirtió en cerámica hace unos 26.000 años. La cerámica fue una gran ciencia en su día. La cultura Corded Ware, que se extendió por Europa hace unos 5.000 años, creó cerámica que decorarían con cuerdas mientras aún estaba húmeda. Si se dispara, la cuerda se quemará y dejará su marca en la pieza terminada. El hueso fue otro elemento estructural temprano. La gente de hoy a veces imita técnicas de alfarería prehistórica, como el video técnico de la Edad de Piedra a continuación.
Días de cobre
Cuando los primeros humanos tropezaron con el cobre en su forma elemental, hace unos 7.500 años, los humanos comenzaron a darle forma para convertirlo en herramientas útiles. Aproximadamente 500 años después, hay evidencia de que los humanos aprendieron a fundir el cobre para ayudar con el proceso de modelado. Pasarían otros 1.000 años antes de que los artesanos comenzaran a fundir cobre y fundirlo. El cobre es blando por sí solo, pero por experimentación o por accidente, alguien descubrió que agregar arsénico al cobre haría que el bronce fuera mucho más difícil. Incluso la mitad del arsénico puede producir bronce, que es un 10% más duro y resistente que el cobre elemental. Supere ese dos por ciento y los resultados serán aún mejores. Las fórmulas de bronce posteriores usarían estaño en lugar de arsénico, pero el estaño tendría que esperar a una metalurgia más avanzada. Sin embargo, se ha hecho cargo, no porque sea mucho mejor desde un punto de vista metalúrgico, sino que derretir y tirar el arsénico es malo para la salud.
Debido a que el mineral de cobre a menudo contiene arsénico de todos modos, este descubrimiento de bronce fue fácil de hacer. El bronce se ha utilizado ampliamente en Europa, Asia, África y América del Sur en diferentes épocas del pasado distante. Si tienes el equipo, puedes hacer tu propio bronce como [Paul] se hace en el video a continuación. Probablemente ya tengas la soldadura que usa.
Más allá del bronce
Los metales más allá del bronce deberían haber esperado hasta hace unos 5.000 años, cuando se pensaba que la minería del hierro había comenzado en serio, coexistiendo durante un tiempo con el bronce y luego reemplazada por el acero. El Pilar de Hierro de Delhi es el ejemplo más antiguo de resistencia a la corrosión. planchar. El pilar tiene más de siete metros de altura y unos 1.600 años de antigüedad. Si bien la gente en Irán e India aprendió a crear acero, su producción fue altamente especializada y el acero no estuvo ampliamente disponible hasta el siglo XIX.
Aunque las pirámides de Egipto y Mesoamérica son impresionantes, los griegos y los romanos realmente tenían una inclinación por la ciencia de los materiales. No dolió que los romanos tuvieran un suelo que facilitaba la creación de hormigón. Los griegos conocían el amianto y lo usaban para confeccionar ropa y manteles. La ventaja era que para limpiarlos simplemente los arrojaba al fuego. La desventaja fue que los estudiosos notaron que los esclavos que extraían amianto no vivían mucho tiempo.
Materiales de ingeniería reales
Probablemente lo más cercano que tuvimos al material de ingeniería durante muchos siglos fue el vidrio. El vidrio tiene una historia sorprendentemente larga. El vidrio puede ocurrir naturalmente alrededor de los volcanes y cuando un rayo golpea la arena, pero ha sido relativamente raro, lo que lo hace muy valioso. Los arqueólogos creen que la producción de vidrio comenzó en el norte de Siria, Mesopotamia o Egipto. El vidrio egipcio data de alrededor del 3100 a. C. El vidrio moldeado aparece en Siria alrededor del 1500 a. C. Recuerde que no había Internet y que la fabricación de vidrio era un secreto muy bien guardado. Sin embargo, hacia el 650 a. C., se escribió un manual en cuneiforme que describía cómo crear vidrio. Casi seis siglos después, los babilonios descubrieron cómo soplar vidrio.
Muchas personas que trabajaron el vidrio en realidad no lo hicieron, sino que lo prefabricaron como cuentas, palos o lingotes. Se han encontrado lingotes de vidrio en naufragios antiguos como el naufragio de Uluburun frente a la costa de Turquía. Los 175 lingotes de colores son los más antiguos que se conocen. Curiosamente, el barco también llevaba un frasco lleno de cuentas de vidrio junto con otras materias primas como diez toneladas de cobre y aproximadamente una tonelada de estaño. Esto sería suficiente para crear unas 11 toneladas de bronce.
Una de las mejores cosas del vidrio es que se puede calentar y rehacer. Esto también es bueno para el reciclaje, por supuesto. Cuanto más caliente es el vidrio, menos viscoso es. Esto significa que puede calentar el vidrio para que sea muy aceptable para reformar y luego, cuando se enfría, puede realizar manipulaciones más precisas sobre él mientras la viscosidad disminuye.
Los romanos realmente tenían la fabricación de vidrio. Puede ver una recreación de cómo hicieron piezas de vidrio en el video a continuación.
Desde aproximadamente el 25 d.C., el vidrio realmente ha despegado. En un siglo, se volvió relativamente asequible. Esto es más o menos al mismo tiempo que la gente aprendió que agregar dióxido de manganeso al vidrio lo explicaría y, como se mencionó anteriormente, los babilonios aprendieron a soplar vidrio, lo que hizo que la producción de jarrones de vidrio fuera más barata que muchas alternativas. Sin embargo, el vidrio de la ventana era de muy mala calidad en ese momento.
Vidrio más moderno
Sería 1674 antes de que George Ravenscroft descubriera que agregar un libro de bolígrafos al vidrio fundido facilitaba el trabajo y mejoraba el aspecto del acabado. La idea de que la fabricación de vidrio sea tan antigua es increíble cuando uno se da cuenta de que requiere temperaturas de alrededor de 1700 ° C. Hoy en día, esto no es un problema importante, pero imagina la construcción de un horno de este tipo hace miles de años, o en ese planeta alienígena en el que estás atrapado.
El vidrio comercial moderno utiliza carbonato de sodio para reducir el punto de congelación. Sin embargo, el vidrio hecho con carbonato de sodio tenía una desafortunada tendencia a derretirse en agua. La inclusión de piedra caliza crea un vidrio de cal sodada que maneja bien el agua. Además, el óxido de magnesio y el óxido de aluminio hacen que el vidrio sea más duradero. Los aditivos exactos dependen del uso del vidrio. Mientras que el vidrio puro (cuarzo fundido) sería 100% sílice, el vidrio moderno tiene aproximadamente un 70% en peso. También hay otros procesos. Pyrex es una marca de vidrio de borosilicato, que está hecho con óxido de boro para darle una excelente resistencia a la temperatura. Gorilla Glass es conocido por su durabilidad en teléfonos móviles. Puedes ver cómo se hace esto en el video a continuación.
Frente de casa
La cristalería moderna suele tener tres partes separadas: la casa, el extremo caliente y el extremo frío. La casa del conjunto maneja las materias primas. Como era de esperar, el extremo caliente derrite la arena y otras materias primas para crear vidrio. El extremo frío se trata, se inspecciona y luego se procesa en productos de vidrio.
El vidrio se fabrica mediante un proceso flotante. El líquido metálico, generalmente estaño, retiene el vidrio fundido hasta que se endurece. El estaño funciona bien porque tiene un peso específico alto y no se mezcla con el vidrio fundido. Sin embargo, el oxígeno causa problemas con la producción de dióxido de estaño, por lo que el proceso generalmente se realiza en una atmósfera de nitrógeno. Esto produce una tela muy plana y uniforme. Antes de la invención del proceso de vidrio flotado, el vidrio de estaño se fabricaba soplando cilindros, cortándolos y aplanándolos, entre otros métodos.
Como puede imaginar, esto no fue muy efectivo. El baño de estaño es autonivelante y el vidrio forma una cinta perfectamente lisa e igualmente gruesa. A medida que fluye el vidrio, la temperatura del baño de estaño se enfría de 1100 ° C a aproximadamente 600 ° C. Luego, el vidrio se puede quitar con rodillos. La velocidad de los rollos y la velocidad de flujo crean diferentes espesores de vidrio. El enfriamiento a través de un horno especial requiere el vidrio y luego se corta en láminas del tamaño deseado.
Una palabra ... Plásticos
Ni siquiera hemos conseguido plásticos, pero como la mayoría de la gente los conoce, eso no es un problema. Los plásticos, como los conocemos, datan de 1907, por lo que tienen la misma edad que la radio y las computadoras. Ciertamente, había algunos materiales plásticos naturales o materiales como el caucho que podían procesarse en formas útiles: los mesoamericanos, por ejemplo, usaban caucho natural para las pelotas. Algunos de los primeros plásticos se fabricaron a partir de leche, que es un experimento científico común para los niños, incluso hoy en día.
El primer plástico sintético no fue la baquelita, aunque fue el primer plástico totalmente sintético. El primero fue en 1855 cuando [Alexander Parkes] Reducción de la celulosa con ácido nítrico para formar parkesina, que se ha utilizado como marfil falso. Varios plásticos a base de leche aparecieron a fines del siglo XIX. Sin embargo, el uso generalizado del plástico no comenzó realmente hasta después de la Primera Guerra Mundial. Muchos plásticos comunes como el PET y el polipropileno no aparecieron hasta las décadas de 1940 y 1950.
La próxima vez
La próxima vez que quieras imaginar que estás atrapado en un planeta de baja tecnología y establecerte como un rey, piensa en todos los materiales que consideras ciudadanos de una civilización tecnológica. (Y lea el segundo libro de la trilogía Deathworld de Harry Harrison para una comprensión más práctica del guión). Alambre, sujetadores, madera prensada, hojalata, plásticos, pegamento, soldadura. Nos paramos sobre los hombros de gigantes tan altos que apenas nos damos cuenta de que están allí.
Si se encuentra en el planeta Harrison, tal vez ahorre tiempo y simplemente construya una impresora 3D. Entonces puedes moldear vidrio. Pero luego necesitas motores y controladores. Eso necesita cables y contactos metálicos y resistencias y ... bueno ... no dijimos que iba a ser fácil. Nuevamente, el calor solar y la arena pueden hacer vidrio sin demasiada tecnología.
Ingo dice:
… Diez toneladas de cobre y alrededor de una tonelada de estaño. Esto sería suficiente para crear unas 11 toneladas de bronce.
¡Me gusta esto!Ingo dice:
Quiero decir, ¡ya tenían las matemáticas que necesitaban!
