MATERIAŁY A POSTĘP CYWILIZACJI " Ci, którzy dominują w dziedzinie materiałów, dominują w technice Tadeshiro Sekimoto były prezes Nippon Electric Corporation Dr inż. Hanna Smoleńska Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania, Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego
Termin cywilizacja wywodzi się z łacińskiego civilitas, słowa oznaczającego zespół cech składających się na ogólną ogładę, jaka winna była charakteryzować obywatela Rzymu, odróżniając go od barbarzyńców. Cywilizacja - poziom rozwoju społeczeństwa w danym okresie historycznym, który charakteryzuje się określonym poziomem kultury materialnej, stopniem opanowania środowiska naturalnego i nagromadzeniem instytucji społecznych. Za przejawy cywilizacji uznaje się: zorganizowane życie miejskie monumentalne obiekty sakralne pismo rozwinięty handel jakiś rodzaj organizacji zajmowanego terytorium
Cywilizacja oznacza wszystko to, co ludzkość stworzyła, dodała do natury dla ułatwienia i ulepszenia życia i co wielu ludziom jest wspólne. (W.Tatarkiewicz) Cywilizacja to właściwość działania społeczno-gospodarczego, rozpoznawana pod względem technicznym, ekonomicznym i formalno prawnym. (Janusz Dietrych) Cywilizacja techniczna sprawia, że świat dzisiejszy jest inny od pierwotnego
Cywilizacja jest głównym, chociaż niezamierzonym rezultatem twórczego działania jednostek i grup ludzkich. Elementy różnych cywilizacji są podobne są to zawsze: środki schronienia (mieszkania), odżywiania, transportu, rozrywki, natomiast formy ich są bardzo różne.
Cywilizacja zmienia się w wyniku postępu technicznego, wyrażającego się wprowadzaniem do procesu produkcji nowych materiałów, udoskonalonych maszyn i sposobów obróbki
Postęp ogół zmian prowadzących do poprawy życia lub stanu rzeczy. Gwałtowny postęp określa się mianem rewolucji (np. rewolucja neolityczna, rewolucja przemysłowa). Postęp techniczny proces zmian rozwojowych techniki wyrażający się przez wprowadzenie do procesu produkcji: nowych, udoskonalonych maszyn, urządzeń, narzędzi nowych technologii wykorzystanie w sposób doskonalszy istniejących zasobów.
Historia ludzkiej cywilizacji odzwierciedla rosnącą złożoność organizacji oraz zbiorowych zachowań ludzkich. Rosnąca złożoność organizacji wiąże się również ze wzrostem specjalizacji i różnorodności zawodów.
A jakie jest znaczenie materiałów?
Panel 9000 naukowców opracował listę 50 materiałowych kamieni milowych w historii ludzkości. Pierwszych 10 to : 1. 1864; Dymitr Mendelejew opracował układ okresowy pierwiastków. Wprowadza wszechobecne narzędzie dla naukowców i inżynierów materiałowych. 2. Ok. 3500 p.n.e; Egipcjanie(?) przetapiają żelazo (być może jako produkt uboczny rafinacji miedzi), po raz pierwszy, wykorzystując niewielkie ilości głównie do celów zdobniczych lub obrzędowych. Odkrycie pierwszego sekretu przetwarzania materiału, który stanie się dominującym materiałem hutniczy na świecie.
3. 1948; John Bardeen, Walter H. Brattain i William Shockley wynaeźli tranzystor. Staje się on budulcem dla całej nowoczesnej elektroniki oraz podstawą budowy mikroprocesora i technologii komputerowej. 4. 2200 p.n.e.;narody północnego Iranu wymyśliły szkło. Wprowadzenie drugiego pod względem ważności (po ceramice) ważnego materiału niemetalowego. 5. 1668;Anton van Leeuwenhoek rozwija mikroskopię optyczną zdolną do uzyskania powiększenia 200 razy i większych. Umożliwia badanie świata przyrody i jego struktur, które są niewidoczne gołym okiem.
6. 1755;John Smeaton wynajduje nowoczesny beton (cement hydrauliczny). Wprowadza dominujący materiał budowlany nowoczesnego życia. 7. ok.300 p.n.e.; Metalurdzy w południowych Indiach rozwijają tyglową produkcję stali. Produkują "Wootz" stal, która staje się znany jako "Damascus" stal na idealne miecze. Setki lat później, inspiruje rzemieślników, kowali i metalurgów przez wiele pokoleń. 8. ok. 500 p.n.e; W okolicach współczesnej Turcji, ludzie odkrywają, że płynna miedź może być pozyskiwane z malachitu i azurytu i że stopiony metal może być odlewany w różnych kształtach. Wprowadzenie metalurgii wydobywczej - sposoby pozyskania mineralogiczne skarbów Ziemi.
9. 1912: Max von Laue odkrywa dyfrakcję promieni rentgenowskich w kryształach. Tworzy środki w celu scharakteryzowania struktury krystaliczne i inspiruje W.H. Bragg i W.L Bragg w tworzeniu teorii dyfrakcji, zapewniając wgląd w badanie wpływu struktury krystalicznej na właściwości materiału. 10. 1856;Henry Bessemer patentuje proces obróbki ciekłego stopu żelaza z węglem metodą dolnego przedmuchu. Zapoczątkowuje erę taniej, łatwo dostępnej i produkowanej w dużych ilościach stali, umożliwiając ogromne postępy w transporcie, budownictwie i ogólne industrializacji.
W technice MATERIAŁ to tworzywo lub substancja o określonych własnościach, stosowana w budownictwie oraz do wytwarzania wyrobów codziennego użytku, maszyn, narzędzi lub preparatów
Jak klasyfikować materiały? Ze względu na pochodzenie: NATURALNE SZTUCZNE (INŻYNIERSKIE)
Ze względu na budowę i własności: METALE I ICH STOPY CERAMIKA POLIMERY KOMPOZYTY Ze względu na zastosowanie: MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY FUNKCJONALNE
Opony ze stalowym kordem Beton zbrojony Laminat Podstawowe grupy materiałów inżynierskich
Czasy najdawniejsze
Wczesny Homo faber (człowiek zręczny, twórca, człowiek pracujący) Uprawianie techniki wyróżnia człowieka spośród współmieszkańców Ziemi, jako jedyną istotę celowo i świadomie wytwarzającą narzędzia. Działalność techniczna determinuje zaliczanie form kopalnych hominidów do gatunku ludzkiego znacznie bardziej niż inne cechy (np. ewolucyjno-biologiczne). Wedle obecnego stanu wiedzy najdawniejsze jej ślady (eolity) pochodzą sprzed 4,5 mln lat. Człowiek potrafił wykorzystać materiały dostarczane przez otaczający go świat (materiały naturalne), na początku przekształcając je w sposób dla niego użyteczny, a następnie przekształcając także ich strukturę i wpływając na własności. Materiały inżynierskie!
Czy w epoce kamiennej używano tylko kamienia a w epoce żelaza tylko żelaza?
FAZA UMIEJĘTNOŚCI NATURALNYCH (społeczeństwa pastersko-myśliwskie sprzed epoki brązu) każdy wykorzystuje swoje (podobne u wszystkich) umiejętności (brak specjalizacji wytwórczość tylko na swoje potrzeby) używane są łatwo dostępne surowce naturalne (jako materiały bez dodatkowej przeróbki) kamienie kości skóra drewno glina
Australopithecus africanus odżywiał się mięsem, co wpłynęło pozytywnie na jego rozwój umysłowy, ponieważ musiał wytworzyć narzędzia do jego obróbki, poza tym pokarm mięsny wpłynął na powiększenie mózgu. Wytwarzanie narzędzi wpłynęło na rozwój zdolności manualnych hominidów. Ok. 2,5 mln lat temu wyodrębnił się gatunek Homo habilis. Jego przedstawiciele wytwarzali już wiele narzędzi służących do obróbki mięsa: odłupek
Zgrzebło - narzędzie kamienne wykonywane z krzemienia bądź obsydianu, mające formę wielokątnego odłupka o zaretuszowanej. przynajmniej jednej krawędzi. Retuszowana krawędź może być wklęsła, wypukła bądź prosta. W miarę stępiania się krawędzi pracującej dochodziło do jej naprawy przez wtórne retuszowanie, w związku z czym forma tych narzędzi ulegała zmianie.
Techniki wytwarzania narzędzi Surowiec: otoczak; Techniki: odbicie odłupków tylko z jednej strony, w wyniku czego krawędź tnąca powstawała na przecięciu naturalnej powierzchni kamienia. naprzemianległe odbijanie odłupków, przez co tworzyły się dwie powierzchnie odbić, a na ich zrębie bardzo ostra krawędź tnąca. łuszczenie otoczaka opartego na twardej podkładce przez obijanie drugim kamieniem. W wyniku takiego obijania powstawał nacinak o dwóch przeciwległych krawędziach tnących.
Homo erectus (ok. 2 mln lat temu). Gatunek ten dokonał postępu zarówno w dziedzinie techniki, jak i kultury. Pierwszym jego osiągnięciem było wytworzenie pięściaków - narzędzie niemal uniwersalne, służyły do wydobywania z ziemi korzeni i zabijania zwierzyny - ergonomia kształtu! Lecz największym osiągnięciem Homo erectus w dziedzinie techniki było opanowanie ognia. Opanowanie ognia pozwoliło na udoskonalenie techniki polowań, obronę przed dzikimi zwierzętami, obróbkę cieplną pożywienia (pieczenie). Pięściak, tłuk pięściowy - narzędzie wykonane techniką rdzeniowania z naturalnych fragmentów krzemieni i innych skał twardych przy zastosowaniu obustronnej obróbki na większej części lub na całym obwodzie. W ten sposób powstawały narzędzia o migdałowatym, sercowatym czy owalnym kształcie, o dopasowanej do dłoni podstawie.
Świadome wytwarzanie narzędzi typu pierwsze pięściaki - skutki: Myślowe stworzenie obrazu gotowego wyrobu Wybranie surowca o określonym kształcie i wielkości Wykonanie narzędzia Planowanie działania i przewidywanie skutków!
Początek paleolitu środkowego związany - pojawieniem się Homo sapiens neanderthalensis. Neandertalczycy udoskonalili technikę polowań, narzędzia (włócznie, groty), obróbkę kamienia. Umieli rozniecać i podtrzymywać ogień. Mieszkali w jaskiniach i prostych szałasach, wiedli koczowniczy tryb życia polując na mamuty, nosorożce włochate i inne zwierzęta i zbierając rośliny. Grzebali swoich zmarłych. Kultura lewaluaska
Rozwój technologii wytwarzania (paleolit środkowy) bardziej dopracowane powierzchnie, wytwarzanie innych narzędzi z odłupków mentalna manipulacja formą, symetrią i kształtem odłupków (FIZYCZNA REALIZACJA WCZEŚNIEJ ZAPLANOWANEGO KSZTAŁTU WYNIKAJĄCEGO Z PRZYSZŁEGO ZASTOSOWANIA!) A- produkcja ostrzy B- produkcja odłupków
Paleolit górny - wzrost liczby ludności i zróżnicowanie rodzajów narzędzi krzemiennych i kościanych. Ludzie prowadzili koczowniczy tryb życia oparty na łowiectwie, zbieractwie i rybołówstwie. Budowali szałasy ze skór i kości mamutów (tak jak w Mieżyriczu na Ukrainie i w Dolnich Vestonicach na Morawach), z gałęzi i skór (we Francji), mieszkali w jaskiniach (tak jak na Bliskim i Dalekim wschodzie), ziemiankach (Europa i Azja). Ubrania wyrabiano ze skór zszytych za pomocą kościanych igieł i nici ze ścięgien zwierzęcych. Do polowania używano włóczni z krzemiennym grotem wyrzucane często za pomocą specjalnego miotacza, w Afryce (kultura aterska) wynaleziono też łuk. Do połowu ryb używano harpunów. Ludzie korzystali z różnorodnych surowców: krzemienia, kamienia, kości, rogu, drewna, skór. Urządzano wielkie polowania na zwierzęta stadne; na konie w Europie i Azji, na gazele w Afryce i na Bizony w Ameryce Północnej. Wykorzystywano przy tym ogień, pułapki i naturalne przepaści. Zaczątki wymiany, która miała charakter międzyplemiennej ceremonialnej wymiany darów. Rozwój wierzeń religijnych - sanktuaria jaskiniowe (Lascaux, Altamira).
Technologia rdzeni wiórowych (paleolit górny) (technika wiórowa jest do dzisiaj stosowana do obróbki metali!) Wióry po otrzymaniu odpowiedniego retuszu stawały się kolejnymi narzędziami maksymalne wykorzystanie surowca (ekonomia!) seryjność produkcji przekazywanie know how
Neolityczna rewolucja
Neolit - końcowy okres epoki kamienia (poprzedzający epokę brązu). Jego charakterystyczne cechy to uprawa roślin i hodowla zwierząt oraz stałe osady. Proces ten nazwano "rewolucją neolityczną". W neolicie rozwijają się też nowe techniki obróbki kamienia, takie jak gładzenie powierzchni i wiercenie otworów. Wypalanie gliny!!! pierwsze tworzywo całkowicie przekształcone przez człowieka na skutek obróbki cieplnej
Umowny początek: miękka glina FAZA SZTUKI RZEMIEŚLNICZEJ... ceramika rozległa w czasie:... brąz... żelazo wypalenie (przypadkowe?)... twarda ceramika Istota odkryć: kojarzenie prostych faktów przez niektórych, bardziej spostrzegawczych ludzi metodą prób i błędów optymalizacja technologii przetwarzania materiałów pilnie strzeżone tajemnice technologiczne grup rzemieślniczych podział i specjalizacja pracy
Neolit najwcześniej rozpoczął się: w obszarach żyznego półksiężyca (Izraela, Syrii, Palestyny) na początku IX tysiąclecia p.n.e. około 8 tys. lat p.n.e. na terenach Turcji, Iraku i Iranu, 7 500 lat p.n.e w Chinach, 7 tys. p.n.e. w Pakistanie i Europie południowo-wschodniej, 6 200 lat p.n.e. w Dolinie Gangesu, 5 500 lat p.n.e. w Europie Środkowej, 4 500 lat p.n.e. w Europie Północnej. 4 500 lat p.n.e. w Ameryce Środkowej
OSIĄGNIĘCIA: Uprawa roślin: pszenica, proso, jęczmień, groch, soczewica i żyto (gospodarka żarowo-kopieniacza). Pod koniec neolitu następuje wprowadzenie orki sprzężajnej. Hodowla: kozy, owce, od ok. 7 000 lat p.n.e. krowy i świnie Stałe osady i ceramika. Umiejętność dostosowania poszczególnych grup osadniczych się do lokalnych warunków środowiskowych zmiany w technice budowlanej oraz kulturze materialnej
Skara Brae na Orkadach jest najlepiej zachowaną wsią neolityczną w Europie zamieszkana od ok. 3100 roku p.n.e. przez blisko 600 lat, później na skutek zmian klimatu, zostało ono porzucone przez swoich mieszkańców.
Upowszechnia się ceramika (choć np. w Japonii używano jej już w mezolicie) - naczynia, misy, figurki, garnki itp. Zaczynają się rozwijać nowe technologie: tkactwo, górnictwo krzemienia, dalekosiężna wymiana różnorodnych surowców. Rozwijają się kulty religijne - prawdopodobnie kult Wielkiej Matki jako bóstwa płodności (figurki kobiece) i kult słońca (toporki, motywy krzyża wpisanego w koło). Neolit Toporek kamienny.
Neolit Krzemienne groty oszczepów. Inkrustowane naczynie gliniane.
Wióry krzemienne pierwszy symbol statusu a także środek płatniczy Porównanie długości wiórów neolitycznych, które mógł wykonać każdy (z lewej) oraz makrolitycznych wiórów eneolitycznych ( z prawej) produkowanych przez specjalistów A. DZBYŃSKI, PAN WIÓRECKI I ŚWIAT-MASZYNA, SORUS, POZNAŃ 2011
Koncentracja aktywności na terenie osady i niewielkim obszarze poza nią (do 1 dnia drogi) powoduje powstanie specyficznych barier i wzajemnych zależności efekt konieczność zawiązania sieci wymiany z sąsiednimi osadami i społecznościami Osada w pobliżu złóż krzemienia lub obsydianu Pozyskiwanie naturalnego bogactwa i produkcja narzędzi na własne potrzeby oraz na wymianę z sąsiadami Osada centralna większa, dłużej istniejąca Początki specjalizacji w zakresie przetwórstwa i dystrybucji
Chcąc prowadzić wymianę trzeba mierzyć, liczyć i kalkulować myślenie abstrakcyjne! Surowiec strategiczny krzemień Różnica w dostępie do niego różny poziom zamożności grup oraz poszczególnych jej członków
Życie osiadłe duża podażżywności w okresie zbiorów magazynowanie na okresy późniejsze spis zapasów jak i kto ma nadzorować? np. gliniane tokeny na Bliskim Wschodzie niewielkie przedmioty gliniane o różnym kształcie geometrycznym (stożki, kule, krążki) mające fizyczne odpowiedniki np.: jedna kulka = jeden buszel zboża; trzy kulki = jeden buszel zboża+ jeden buszel zboża+ jeden buszel zboża W późniejszym okresie możliwość reprezentowania kilku przedmiotów (np. 5) za pomocą jednego tokena
1. Możliwość przechowywania i przetwarzania praktycznie nieograniczonej ilości informacji 2. Podstawowe zasady rachunkowości dodawanie, odejmowanie, korygowanie 3. Wymuszenie podejmowania racjonalnych decyzji - kalkulacja wynagrodzenie za 4 dni pracy, 4 miary metalu, 1 miara (duża) jęczmienia i 2 małe innych produktów Wysoki status społeczny osoby-osób - posługujących się tym narzędziem i kontrolujących zasoby wspólnoty!!.
Fragment ozdoby z muszli. Topór miedziany (narzędzie pracy?)
Rekonstrukcja sierpa z wczesnej epoki brązu.