Энергия и цивилизация

Насколько мощны люди как первичные движители и насколько эффективны? Ответ на первый вопрос был получен задолго до начала систематических исследований в области энергии в XIX веке. Ранние оценки варьируются: труд одной лошади приравнивают к труду от двух человек до четырнадцати (Ferguson 1971). До 1800 года данные сходились к корректному максимуму в 70-150 Вт для большинства взрослых, работающих без перерыва много часов. При постоянном труде при 75 Вт требовалось десять человек, чтобы выдать мощность одной стандартной лошади.

В 1798 году Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) провел более систематическое исследование способов, какими люди используют собственную силу в повседневной работе (Coulomb 1799). Его набор примеров варьировался от подъема на Тенерифе (2923 м) на Канарских островах за менее чем 8 часов до дневной работы носильщика дерева, поднявшегося 66 раз в день на 12 метров с ношей в 68 кг. Первая задача потребовала общей работы в 2 МДж и мощности в 75 Вт, вторая – около 1,1 МДж и мощности в 120 Вт. Все последующие расчеты только подтвердили диапазон мощности, определенный Кулоном: большинство взрослых мужчин могут выполнять полезную работу при 75-120 Вт (Smil 2008а). В начале XX века, после исследования интенсивности обмена веществ (ИОВ), проведенного Френсисом Бенедиктом (1870–1957) в институте Карнеги (Бостон), были сформулированы уравнения ожидаемых энергетических затрат и установлены типичные множители ИОВ для разных уровней физической активности (Harris and Benedict 1919), валидные для широкого спектра типов телосложения и разных возрастов (Frankenfield, Muth and Rowe 1998).

Как уже упоминалось, сравнение эффективности работы людей и животных принесло очень разные результаты. Один из исследователей (Nicholson 1825, 55) сделал вывод: «худший способ использовать силу лошади – заставить ее нести или тащить что-то в гору; если склон окажется крутым, то три человека сделают больше, чем лошадь…С другой стороны, при движении по горизонтали… человек… не может сделать более одной седьмой от того, на что способна лошадь». Использование животных не всегда выглядело практичным. Как отмечал тот же Кулон (Coulomb 1799), чтобы работать, людям нужно меньше места, чем животным, их легче перевозить, их усилия проще комбинировать.

Эффективность маленьких, часто недокормленных лошадей античности и раннего Средневековья была куда ближе к человеческой, чем у мощных тягловых животных XIX века. Лошадям часто закрывали глаза (или вообще ослепляли) и привязывали животных прямо к балкам, которые крепились к центральной оси, чье вращение использовалось для работы (обмолот зерна, замешивание глины для кирпичей, извлечение масла из семян, сока из тростника и фруктов) или для наматывания веревки, привязанной к грузу (подъем воды, угля, руды или людей из шахты). В некоторых случаях животные вращали вороты, прикрепленные к механизмам, чтобы увеличивался выигрыш в силе.

Эти лошади, страдавшие от недоедания и плохого обращения, должны были часами ходить по маленькому кругу. Свидетельства подобного нам оставил Апулей в «Золотом осле» (II век н. э., отрывок приведен в переводе М. Кузмина):

Что же я скажу, какими красками опишу моих сотоварищей по стойлам?

Что за старые мулы, что за разбитые клячи! Столпившись вокруг яслей и засунув туда морды, они пережевывали кучи мякины; шеи, покрытые гнойными болячками, были раздуты, дряблые ноздри расширены от постоянных приступов кашля, груди изранены от постоянного трения лямки из альфы, непрерывные удары бича по бокам обнажили ребра, копыта безобразно расплющены вечным кружением по одной и той же дороге, а вся их иссохшая шкура покрыта застарелой коростой. Испуганный зловещим примером такой компании, вспомнил я былую судьбу Луция и, дойдя до границ отчаяния, поник головой и загрустил.

Подобное использование лошадей продолжалось до XIX столетия: к 1870 году они приводили в движение тысячи лебедок в штатах Аппалачских гор и на всем юге США, и на фермах (обмолот зерна, выжимание масла, сдавливание тюков хлопка), и в шахтах – для откачивания воды и подъема грузов из-под земли (Hunter and Bryant 1991). Они ходили по кругу часто меньше чем 6 метров в диаметре (рис. 1.3; 8-10 метров было бы куда комфортнее), до появления электрических трамваев в городах Запада было много лошадей, запряженных в омнибусы и телеги (примечание 4.4., рис. 4.18).