Le vélo , tel que nous le connaissons aujourd'hui, n'a été inventé qu'à la fin du XIXe siècle. Cependant, il s'agissait d'une simple invention mécanique. Il semblait qu'il ne nécessite pas d'idées ingénieuses et certainement pas de préparation scientifique.
Alors pourquoi n'a-t-il pas été inventé auparavant?
J'ai posé cette question sur Twitter, lisez la discussion de cette question sur le service Quora. Parmi les nombreuses hypothèses proposées figuraient les suivantes:
- Facteurs technologiques. Au XIXe siècle, la métallurgie a fait une percée majeure. Nous avons amélioré le nettoyage du fer, puis de l'acier bon marché, et avons appris à mieux traiter le métal et à fabriquer des pièces telles que des tubes creux. La technologie de fabrication des roues s'est améliorée: les roues à rayons en fil ont remplacé les options plus lourdes; pneus requis caoutchouc vulcanisé (1839); Les pneus gonflables n'ont été inventés qu'en 1887. Chaînes, pignons, roulements - toutes ces pièces sont nécessaires et nécessitent des technologies de fabrication avancées pour améliorer leur qualité et réduire les coûts.
- Étapes de développement du projet. Les premiers vélos étaient inconfortables et dangereux. La première option n'avait même pas de pédales. Certains modèles n'avaient pas de direction; les allumer ne pouvait se faire qu'en inclinant. Le fameux système de penny-farthing avec une énorme roue avant ne vous permettait pas d'équilibrer vos jambes, risquait de faire un saut périlleux lors d'un arrêt brusque, et le cavalier était si haut qu'il risquait constamment de se blesser. Des décennies d'améliorations progressives ont été nécessaires pour créer un modèle de vélo réussi.
- La qualité des routes. Jusqu'au 19e siècle, la qualité des routes selon les normes modernes était terrible. Il s'agissait souvent d'amorces, avec des ornières provenant de nombreuses voitures qui passaient, se transformant en saleté pendant la pluie. La route en pierre concassée, qui rendait la surface lisse, n'a été inventée qu'en 1820. A cette époque, les routes de la ville étaient pavées de pavés, adaptés aux chevaux, mais trop inégaux pour les vélos. (La rugosité des routes, apparemment, était intentionnelle et a aidé en cas de débordement d'égout - en conséquence, l'une des réponses à Quora affirme que la construction de l'égout de la ville a ouvert la porte aux vélos).
- Compétition de chevaux. A cette époque, les chevaux étaient un moyen de transport commun et commun. Ils ont fait face à toutes les routes. Ils pouvaient transporter de lourdes charges. Qui a besoin d'un vélo? Dans ce cas, on prétend que le vélo a été inventé en réponse à un manque de nourriture dû à «l'année sans été» en 1816, qui s'est produite en raison de l' éruption du volcan Tambor l'année précédente, en raison de laquelle le ciel s'est assombri et la température dans de nombreux endroits sur Terre a chuté . La crise agricole a provoqué la famine des personnes et des chevaux, ce qui a causé la mort de nombreux chevaux pour leur nourriture et le coût de l'alimentation des autres a augmenté. Cela pourrait servir de motivation pour trouver des alternatives.
- Croissance économique générale. De nombreux commentateurs ont indiqué qu'une classe moyenne est requise pour exiger une telle invention. Si vous n'avez qu'un groupe de paysans pauvres et quelques aristocrates (qui ont déjà des chevaux, des voitures et des cochers), il n'y a pas de marché pour les vélos. Et c'est une option plausible, si vous vous souvenez que les vélos ont d'abord été utilisés pour les loisirs et les divertissements avant de devenir un moyen de transport pratique.
- Facteurs culturels. Peut-être qu'à un moment donné, il n'y avait tout simplement pas d'intérêt pour les inventions mécaniques utiles? Mais quand la situation a-t-elle changé et pourquoi?
Toutes les hypothèses sont bonnes. Mais certains d'entre eux commencent à céder sous la pression de l'analyse.
La qualité de la route est pertinente pour la question, mais pas pour la réponse. Vous pouvez faire du vélo sur le chemin de terre ou sur le trottoir (bien que cette dernière option ait entraîné des affrontements avec les passants et ait d'abord rendu les vélos impopulaires auprès du public). Historiquement, les routes ne se sont pas améliorées jusqu'à ce que les vélos se soient répandus - apparemment, les cyclistes ont fait partie de la force qui nécessitait l'amélioration des routes.
Je ne pense pas que l'affaire concerne les chevaux. À en juger par le matériel que j'ai lu, il était plus facile d'acheter un vélo qu'un cheval, et certainement plus facile à entretenir (au moins, il n'a pas besoin d'être nourri). Il s'avère que les inventeurs se sont intéressés au problème des véhicules mus par la force musculaire et leur permettant de se débarrasser des chevaux, bien avant l'avènement d'un vélo moderne. Même
Karl Dres , qui a inventé le premier véhicule à deux roues musclé après «l'année sans été», avait travaillé sur cette tâche pendant de nombreuses années.
Les facteurs technologiques me semblent plus convaincants. Ils peuvent avoir été nécessaires pour que les vélos deviennent suffisamment pratiques et peu coûteux pour gagner en popularité. Mais pour les premières expériences, ce n'était pas important. Les cadres peuvent être en bois. Les roues peuvent être finies avec du métal. L'équipement ne peut pas faire. Chaînes remplacées par des ceintures; dans certains premiers modèles, les pédales étaient situées sur la circonférence de la roue, et dans un modèle, les roues tournaient les leviers, comme sur une locomotive à vapeur.
Quelle est donc la bonne explication?
Pour comprendre cela, je me suis plongé dans l'histoire du vélo.
Le concept de véhicules à traction musculaire remonte à plusieurs siècles. La première référence à cela, de tout ce que j'ai trouvé, a été faite par l'ingénieur vénitien
Giovanni Fontana , qui a décrit au début du XVe siècle une charrette à quatre roues entraînée par un cavalier tirant sur une corde, qui est bouclée pour engrenages sur roues (il n'est pas clair s'il a essayé de construire une telle une voiture; Fontana faisait généralement un tas de croquis de choses étranges).
Un autre concept ancien est décrit dans le livre «Bicycle» de David Herlichai:
Il y a plus de trois siècles, le célèbre mathématicien français Jacques Ozanam a décrit les avantages théoriques d'une voiture de traction musculaire, dans laquelle "une personne peut rouler comme elle le souhaite sans chevaux". Le propriétaire d'un tel véhicule pouvait se déplacer librement le long des routes, sans avoir à prendre soin de l'animal et à faire de l'exercice physique. De plus, un véhicule «automoteur» de ce type, contrairement aux machines à vent ou à vapeur, fonctionnerait sur la ressource la plus accessible et la plus abondante de toutes: la volonté. Mais comment construire une voiture aussi précieuse? Il s'agit du vingt-troisième de la cinquantaine de problèmes «utiles et fascinants» identifiés et décrits par Ozanam dans son célèbre ouvrage Récréations Mathématiques et Physiques, publié en 1696.
Le livre d'Ozanam proposait une solution d'un autre inventeur: un autre wagon à quatre roues entraîné par deux personnes (l'un roule, le second le met en mouvement, marche sur de grandes pédales reliées par des cordes, des poulies et des engrenages).
Apparemment, le chariot a servi de modèle aux véhicules à traction musculaire pendant des siècles. Divers inventeurs ont approché la conception de telles machines, et certaines ont même été construites. Le magazine londonien a enregistré une course record d'un tel chariot en 1774, qui a atteint une vitesse de 10 km / h. L'inventeur français
Jean-Pierre François Blanchard (plus tard célèbre comme pionnier de l'aviation et de l'aéronautique), a construit une voiture à traction musculaire, qui a parcouru 15 km de Paris à Versailles. Le mécanicien américain Bolton en 1804 a construit sa propre version, en utilisant la rotation des engrenages. Très probablement, ces inventions n'ont abouti à rien, car les machines étaient trop grandes et lourdes pour avoir un intérêt pratique.
1820 Dresin (du nom de l'inventeur, Dresa)L'idée clé était l'idée qu'il fallait arrêter d'inventer un wagon mécanique et créer quelque chose comme un cheval mécanique. Karl Drez a emprunté cette voie au début du XIXe siècle. C'était un aristocrate qui occupait le poste de "gestionnaire forestier" à Baden, ce qui lui laissait le temps de réfléchir et d'expérimenter. Il a dirigé ses premières tentatives en 1813 vers des voitures à quatre roues, comme ses prédécesseurs, et elles n'ont tout simplement pas pu attirer l'intérêt des autorités.
New York Tribune, septembre 1894Mais en 1817 (peut-être influencé par la
crise alimentaire et une pénurie de chevaux, bien que ce ne soit pas exact), il a de nouveau abordé cette idée, déjà avec un nouveau projet: le transport à deux roues conçu pour une personne, dans lequel on peut facilement reconnaître l'ancêtre d'un vélo moderne. Il était en bois et avait des pneus en fer. L'inventeur l'a appelée Laufmaschine, la "machine à courir"; il n'avait pas de pédales et le cavalier devait pousser le sol avec ses pieds. Il a également été appelé le "vélo" du latin "pied rapide", ou "chariot" en l'honneur de l'inventeur; une version améliorée créée par un fabricant de wagons basé à Londres est devenue connue en Angleterre sous le nom de «programme pour les piétons».
Sans pédales et engrenages, ce proto-vélo ne pourrait pas atteindre la vitesse et l'efficacité des modernes. Cependant, à la manière des scooters existants aujourd'hui, il a permis à une personne de rouler sur la route, en particulier en descente, et a gardé le poids du cavalier. Drez a atteint des vitesses allant jusqu'à 19 km / h. L'invention était un passe-temps passager en Europe 1818-19 ans, puis a commencé à décliner. Apparemment, les raisons de la récession étaient l'insécurité potentielle et l'ennui des gens parce qu'ils ont essayé de monter sur ces trottoirs et dans les parcs (certaines choses ne changent jamais; aujourd'hui, les guerres de scooters éclatent avec une vigueur renouvelée).
«Le Shaker» de Pierre Michaud, 1870La percée clé suivante n'est survenue que quelques décennies plus tard, lorsque quelqu'un a eu l'idée d'attacher des pédales à un vélo. Au détriment du premier inventeur, il existe des informations contradictoires (remontant à 1839), cependant, les pédales en France dans les années 1860 étaient déjà sans ambiguïté. En tout cas, c'est dans les années 1860 que le développement du vélo commence vraiment. Les pédales ont permis au cycliste de rouler plus vite et plus efficacement. Un tel modèle a été produit en France, d'abord avec un cadre en bois, puis avec un cadre en acier, et ils ont commencé à l'appeler le «shaker à os» (d'où nous pouvons conclure sur la qualité du voyage à ce sujet).
Vélo américain, gravure, 1868Cependant, à ce moment-là, le vélo n'avait pas encore d'engrenages ni de chaînes. Les pédales étaient montées directement sur la roue avant. Cela n'a pas donné au pilote de sérieux avantages mécaniques: c'était la même chose qu'un rapport fixe dans un rapport 1: 1 (aujourd'hui, dans la plupart des cas, des vitesses 3: 1 sont utilisées). C'est comme faire du vélo dans les rapports les plus bas - vous pédalez rapidement, mais vous conduisez lentement.
Penny Farthing BikeLa seule solution était d'augmenter la roue, ce qui a conduit à l'apparition en 1870 du vélo ridicule "penny-farthing" ou "high wheel", avec une énorme roue avant, que vous avez probablement vue, et vous l'associez à la fin du 19ème siècle. À ce moment-là, les vélos étaient fabriqués avec un cadre en métal, des roues à rayons métalliques et des pneus en caoutchouc (pas encore gonflables). Un tel schéma a permis de rouler plus vite et plus en douceur, car la grande roue absorbait mieux lors de la conduite. Cependant, il exigeait une habileté acrobatique, était sujet aux chutes et aux blessures, y compris les culbutes dans la roue avant lors d'un arrêt brusque.
La troisième et dernière percée clé a donc été la séparation des pédales et des roues. Des variantes d'un tel «vélo sûr», parmi lesquelles il y avait au moins une option avec des pédales sur la roue et des leviers, sont apparues dans les années 1870, et peut-être plus tôt. Le premier modèle commercialement réussi à utiliser le design familier du vilebrequin et de la chaîne fut le modèle John Starley de 1885. Enfin, en 1888, John Dunlop a introduit des pneus gonflables (pneumatiques), ce qui a rendu la conduite plus douce et a éliminé le dernier avantage du système de sou.
Ainsi, à la fin des années 1880, les vélos ont pris la forme que nous connaissons aujourd'hui, avec des roues de taille à peu près égale, des pédales, une chaîne, un cadre métallique, des roues à rayons métalliques et des pneus en caoutchouc gonflables.
Quelle conclusion peut-on tirer?
Premièrement, le schéma correct n'était pas évident. Pendant de nombreux siècles, les progrès ont été bloqués du fait que les inventeurs ont essayé de créer des chariots à quatre roues pour plusieurs personnes, au lieu d'un transport individuel à deux roues. Il n'est pas clair pourquoi il en était ainsi; naturellement, les inventeurs ont copié le transport existant, mais pourquoi ne s'inspiraient-ils que d'une charrette tirée par des chevaux, et non d'un cavalier et d'un cheval? (Certains commentateurs pensent que la capacité d'équilibrer sur des véhicules à deux roues n'était pas évidente, mais cela ne me convainc pas, compte tenu du nombre de choses étranges que les gens ont appris à équilibrer, des canoës creux aux chevaux eux-mêmes.) Il est possible (mais c'est une pure réflexion) si tôt il était plus difficile pour les inventeurs de comprendre l'impraticabilité fondamentale des chariots mécaniques, car ils n'avaient pas de principes d'ingénierie mathématique à portée de main, mais il n'était pas encore clair ce qui a conduit Drez à sa percée.
Et même après que Drez soit tombé sur un système à deux roues, il a fallu plusieurs étapes d'amélioration, qui ont pris plusieurs décennies, pour finalement arriver à une forme efficace, pratique et sûre.
Les premiers modèles de vélos de l'Encyclopédie allemande de 1887Deuxièmement, il était probable que des progrès dans les matériaux et la fabrication étaient nécessaires pour créer un vélo à succès commercial. Aujourd'hui, il est assez difficile de décider quelles percées dans la conception de vélos sont devenues possibles en raison de l'émergence de nouveaux matériaux et technologies, et qui étaient simplement le résultat d'aperçus de l'innovation auxquels on n'avait pas pensé auparavant. Mais le fait que les gens étaient prêts à accepter un système peu fiable avec de grandes roues suggère que les roues gonflables étaient une innovation essentielle. Il me semble également raisonnable que pour fabriquer des chaînes et des pignons petits et légers de qualité élevée et constante à un prix abordable, des percées dans le travail des métaux étaient nécessaires - et qu'aucun autre système, avec des leviers ou des courroies, ne fonctionnerait. Il semble également logique que les cadres en bois ne soient pas assez légers et solides pour une utilisation pratique (aujourd'hui, je n'essaierais certainement pas de faire du vélo en bois).
Cependant, vous pouvez aller plus loin et poser des questions qui m'ont inspiré à étudier ce sujet. Pourquoi personne n'a-t-il même expérimenté avec des véhicules à deux roues jusqu'au 19e siècle? Pourquoi personne, à notre connaissance, n'a même envisagé théoriquement l'idée du transport par traction musculaire jusqu'au XVe siècle? Pourquoi la mécanique des vélos n'a-t-elle pas été inventée au 14e siècle, alors que les horlogers existaient déjà, ou du moins au 16e siècle, lorsque les montres-bracelets sont apparues? Ou les anciens Romains ont-ils construit des moulins à eau et des machines de récolte? Ou les Grecs qui ont créé le mécanisme anticythère? Même s'ils n'avaient pas de chaînes et de pneus, pourquoi ces sociétés n'ont-elles pas au moins expérimenté avec des chariots? Ou même avec des conceptions de chariot à quatre roues infructueuses?
Afin de commencer à répondre à ces questions, il convient de comprendre que ces faits font partie d'un phénomène plus large. J'ai posé les mêmes questions à propos de
Cotton Gin , la première égreneuse efficace, qui, contrairement à un vélo, ne nécessitait pas de matériaux spéciaux: une boîte en bois, du treillis métallique et un tambour à dents métalliques; c'était si simple qu'après la publication du concept, les planteurs en ont fait eux-mêmes des copies piratées (après avoir privé Eli Whitney de la plupart des taxes de brevet). La même question peut être posée concernant toutes les inventions clés de la mécanisation textile; Anton Howes, un historien de l'économie, a rejoint la discussion sur Twitter, mentionnant la
navette "volante" de John Kay:
L'innovation de Kay était remarquable par sa simplicité. Comme l'a écrit l'inventeur Bennett Woodcroft, les gens ont tissé à l'aide de la navette habituelle "depuis plus de cinq mille ans, des millions de travailleurs expérimentés l'ont fait, et aucune amélioration n'a été apportée pour accélérer les travaux jusqu'en 1733". Kay a ajouté un peu de bois et des cordes. Et il a appliqué tout cela à la fabrication de tissus de laine, à l'industrie principale de l'Angleterre depuis le Moyen Âge. Il n'avait pas beaucoup d'expérience, il n'avait pas besoin de comprendre l'aspect scientifique du processus, il n'avait aucune incitation spéciale pour cela. Quant à l'idée elle-même, la navette volante était considérée comme illégale car elle économisait du travail, le brevet a été immédiatement copié par les concurrents, et Kay a dû émigrer en France sous la pression de tisserands en colère qui menaçaient sa propriété et même sa vie. Kay n’avait tout simplement pas d’incitations, il a inventé malgré des obstacles sociaux et juridiques effrayants.
Il y a d'autres histoires où, au début, des tentatives ont été faites pour inventer quelque chose de nouveau, mais l'idée n'a pas eu d'adeptes si elle n'était pas complètement formée, après quoi son développement s'est arrêté pendant des décennies.
Les expériences infructueuses de
Richard Trevitik avec les locomotives à vapeur me viennent à l'esprit.
À la lumière de ce qui précède, je pense que les principaux facteurs sont la situation économique et culturelle dans son ensemble. Les facteurs économiques créent le besoin de valeur ajoutée, soutenant la recherche et le développement culturels généraux qui génèrent des inventions. Karl Dres était un baron sur une sinécure, et était engagé dans des inventions pendant son temps libre. À cette époque, c'était courant pour les inventeurs: souvent, ils étaient des aristocrates ou avaient d'autres revenus indépendants (et les autres devaient chercher le soutien de riches sponsors).
Aujourd'hui, les universités et les entreprises ont des laboratoires de recherche et les investisseurs en capital-risque financent le développement de nouveaux produits et services. Dès que la possibilité d'une certaine innovation devient claire, plusieurs équipes s'affrontent pour tenter de la mettre sur le marché. Il n'y a pas d'échecs d'une décennie dans le calendrier des inventions, ou beaucoup moins.Les facteurs économiques de la demande et de la valeur ajoutée créent également des marchés pour de nouveaux produits. Peut-être que le PIB par habitant devrait atteindre une certaine valeur avant que les gens aient le temps, l'attention gratuite et l'énergie pour penser à de nouvelles inventions qui ne sont pas liées à l'obtention de nourriture, de vêtements et de fournir un toit au-dessus de leurs têtes.Il y a des facteurs culturels. Howes dit que «l'innovation n'est pas inhérente à l'homme, mais est tenue pour acquise. Souvent, les gens n'inventent pas, car cela ne leur vient pas à l'esprit. " Joel Mokier lui fait écho que «le progrès n'est pas quelque chose de naturel». Et je suis d'accord avec eux là-dessus.