الثورة الصناعية التطورات التقنية الهامة
كان الزجاج يصنع منذ القدم في حضارات الشرق الأوسط. ثم طورت طريقة جديدة لإنتاج الزجاج تُعرف باسم عملية الأسطوانة في أوروبا خلال أوائل القرن التاسع عشر. وفي 1832 استخدمت شركة تشانس بروذرز تلك العملية لإنشاء ألواح الزجاج. فأصبحوا المنتجين الرئيسيين للألواح الزجاجية والنوافذ. سمح هذا التقدم بإنشاء ألواح زجاجية أكبر دون انقطاع، وبالتالي مكن تخطيط المساحة بالحرية في التصميمات الداخلية بالإضافة إلى تركيب المباني. ويعد قصر الكريستال المثال الأسمى لاستخدام ألواح الزجاج بهيكل جديد ومبتكر.
حصل الفرنسي نيكولاس لويس روبرت على براءة اختراع لآلة لصنع ورقة متصلة على حلقة من ربطة القماش في 1798. تُعرف آلة الورق باسم فوردرينير (Fourdrinier) على اسم الممولين الأخوين سيلي وهنري فوردينيير اللذين كانا يعملان في القرطاسية في لندن. على الرغم من التحسن الكبير مع العديد من الاختلافات فإن آلة Fourdriner هي الوسيلة السائدة لإنتاج الورق اليوم.
أثرت طريقة الإنتاج المستمر التي أظهرتها آلة الورق على تطور الدرفلة المستمرة للحديد والصلب لاحقًا وعمليات الإنتاج المستمر الأخرى.
تعتبر الثورة الزراعية البريطانية أحد أسباب الثورة الصناعية لأن تحسين الإنتاجية الزراعية حرر العمال للعمل في قطاعات أخرى من الاقتصاد. ومع ذلك كان نصيب الفرد من الإمدادات الغذائية في أوروبا ثابتاً أو متراجعاً ولم يتحسن في بعض أجزاء أوروبا حتى أواخر القرن الثامن عشر. ومن التقنيات الصناعية التي أثرت على الزراعة: آلة زرع البذور والمحراث الهولندي الذي احتوي على أجزاء حديدية وآلة الدرس.
اخترع المحامي الإنجليزي جيثرو تال آلة زرع البذور محسنة سنة 1701. كانت آلة بذارة ميكانيكية توزع البذور بالتساوي عبر قطعة أرض وتزرعها في العمق الصحيح. كان هذا مهمًا لأن محصول البذور المحصودة للبذور المزروعة في ذلك الوقت كان حوالي أربعة أو خمسة. كانت آلة حفر بذور تال مكلفة للغاية ولم تكن موثوق بها وبالتالي لم يكن لها تأثير كبير. لم يتم إنتاج مثاقب للبذور ذات النوعية الجيدة حتى منتصف القرن الثامن عشر.:26
كان محراث جوزيف فولجامبي الذي اخترعه سنة 1730 أول محراث حديدي ناجح تجاريًا.:122:18,21 أما آلة الدرس التي اخترعها المهندس الإسكتلندي أندرو ميكلي في 1784 فقد حلت محل المدرس اليدوي، وظيفة شاقة تستهلك حوالي ربع العمالة الزراعية.:286 واستغرق الأمر عدة عقود لتنتشر وكانت القشة الأخيرة للعديد من عمال المزارع الذين واجهوا المجاعة بسببها، مما أدى إلى تمرد زراعي سنة 1830 في شغب سوينغ.
أدت الأدوات الآلية وتقنيات تشغيل المعادن التي تطورت خلال الثورة الصناعية في النهاية إلى تقنيات تصنيع دقيقة أواخر القرن التاسع عشر لإنتاج المعدات الزراعية بكميات كبيرة، مثل آلات الحصاد والتحزيم والحصادات المدمجة.
كانت بدايات تعدين الفحم في بريطانيا وبالذات في جنوب ويلز مبكرة. قبل المحرك البخاري كانت أغلب الحفر عبارة عن حفر جرسية ضحلة تتبع تشققات الفحم على طول السطح، ثم تهجر بعد استخراج الفحم منها. وفي حالات أخرى إذا كانت الجيولوجيا مواتية يتم استخراج الفحم عن طريق دهليز أفقي أو يكون المنجم مسحوبا على جانب التل. وفي بعض المناطق يكون المنجم عموديا، ولكن مشكلته المحددة كانت إزالة المياه. يمكن القيام بذلك عن طريق سحب دلاء من الماء إلى أعلى العمود أو إلى نفق (نفق يتم دفعه إلى تل لتصريف المنجم). في كلتا الحالتين يجب تصريف المياه في مجرى أو خندق عند مستوى يمكن أن تتدفق بعيدًا عن طريق الجاذبية.
بدخول مضخة توماس سيفري البخارية سنة 1698 ومحرك نيوكومن الجوي في 1712 سهل بقوة إزالة المياه ومكن من حفر المناجم أعمق، مما أتاح استخراج المزيد من الفحم. كانت تلك التطورات بدأت قبل الثورة الصناعية، وباعتماد تحسينات جون سمتون على محرك نيوكومن تلاها ظهور محرك جيمس واط البخاري الأكثر كفاءة في سبعينيات القرن الثامن عشر قللت من تكاليف الوقود للمحركات، مما جعل المناجم أكثر ربحية. ثم كان محرك الكورنيش الذي طور في 1810 أكثر كفاءة من محرك واط البخاري.
كانت مناجم الفحم في غاية الخطورة بسبب وجود الغاز في العديد من طبقات الفحم. تم توفير درجة معينة من الأمان من خلال مصباح الأمان الذي اخترعه السير همفري ديفي سنة 1816 وكذلك عن طريق جورج ستيفنسون. ومع ذلك أعطت تلك المصابيح فجرًا كاذبًا لأنها أصبحت غير آمنة بسرعة كبيرة وقدمت ضوءًا ضعيفًا. استمرت انفجارات غازات المناجم، وغالبًا ما كانت تؤدي إلى انفجار في غبار الفحم، لذلك ازداد عدد الضحايا خلال القرن التاسع عشر بأكمله. بالإضافة إلى أن ظروف العمل كانت سيئة للغاية، وكذلك خطر سقوط الصخور.
كان النقل الداخلي في بداية الثورة الصناعية يتم عن طريق الأنهار الصالحة للملاحة والطرق البرية، واستخدمت السفن الساحلية لنقل البضائع الثقيلة عن طريق البحر. كذلك استخدم للشحن عربات لنقل الفحم إلى الأنهار، لكن القنوات لم يتم تشكيلها على نطاق واسع بعد. زودت الحيوانات كل القوة المحركة على الأرض، والأشرعة وفرت القوة المحركة في البحر. تم إدخال أول سكة حديدية تقودها الخيول في نهاية القرن الثامن عشر، ودخلت القاطرات البخارية في العقود الأولى من القرن التاسع عشر. عزز تحسين تقنيات الإبحار متوسط سرعة الإبحار بنسبة 50٪ بين 1750 و 1830.
أدت الثورة الصناعية إلى تحسين البنية التحتية للنقل في بريطانيا بشبكة طرق دائرية وقناة وشبكة ممرات مائية وشبكة سكك حديدية. يمكن نقل المواد الخام والمنتجات المنجزة بسرعة أكبر وبتكلفة أقل من ذي قبل. كما سمح النقل المحسن للأفكار الجديدة بالانتشار بسرعة.
سمحت القنوات والمجاري المائية بنقل المواد الكبيرة لمسافات أبعد إلى الداخل. وهذا بسبب قدرة الحصان على سحب بارجة بحمولة أكبر بعشرات المرات من الحمولة التي يمكن سحبها في عربة. لذلك جرى تحسين الملاحة في العديد من الأنهار البريطانية قبل وأثناء الثورة الصناعية، وذلك بإزالة العوائق وتقويم المنحنيات وتوسيع وتعميق وبناء هويسات الملاحة. حتى كان لديها في سنة 1750 أكثر من 1,600 كيلومتر (1,000 ميل) من الأنهار والجداول الصالحة للملاحة.:46
بدأ بناء القنوات في المملكة المتحدة أواخر القرن الثامن عشر لربط مراكز التصنيع الرئيسية بأنحاء البلاد. واشتهرت قناة بريدج ووتر في شمال غرب إنجلترا بنجاحها التجاري الهائل، حيث افتتحت سنة 1761 من ورسلي إلى مدينة مانشستر التي تنمو بسرعة. وموّل الدوق الثالث لبريدجووتر أغلب مشروعها الذي بلغ 168,000£ أو (22٬589٬130£ حسب تقييم 2013). وأهم مزاياها في النقل البري والنهري أنه في خلال عام من افتتاحها سنة 1761 انخفض سعر الفحم في مانشستر بنحو النصف. ساعد هذا النجاح على الإلهام ببناء قنوات أخرى. فبنيت قنوات جديدة على عجل بهدف تكرار النجاح التجاري لقناة بريدجووتر، وأبرزها قناة ليدز وليفربول وقناة التايمز وسيفرن التي افتتحتا في 1774 و 1789 على التوالي.
كانت هناك شبكة وطنية موجودة متكاملة بحلول عشرينيات القرن التاسع عشر. ساعد بناء القناة ليكون نموذج للتنظيم والأساليب المستخدمة في بناء السكك الحديدية بعدها. وبالنهاية حلت السكك الحديدية محلها بأن أصبحت مؤسسات تجارية مربحة بعد انتشارها من أربعينيات القرن التاسع عشر فصاعدًا. كانت آخر قناة رئيسية تم بناؤها في المملكة المتحدة هي قناة مانشستر الملاحية، والتي كانت عند افتتاحها سنة 1894 أكبر قناة للسفن في العالم، وافتتح معها ميناء مانشستر. ومع ذلك لم تحقق أبدًا النجاح التجاري الذي كان يأمله رعاتها وأشاروا إلى أن القنوات هي وسيلة نقل تعيش آخر أيامها في عصر هيمنت عليه السكك الحديدية، والتي كانت أسرع وأرخص في كثير من الأحيان.
تعد شبكة القنوات البريطانية إلى جانب مباني الغزل الباقية من أكثر السمات ديمومة للثورة الصناعية المبكرة التي شوهدت في بريطانيا.
اشتهرت فرنسا بنظام ممتاز للطرق في زمن الثورة الصناعية. لأن معظم الطرق في القارة الأوروبية وفي المملكة المتحدة كانت في حالة سيئة ومدمرة وخطيرة.
ثم بدأت الآلاف الأبرشيات المحلية بصيانة بسيطة للكثير من نظام الطرق البريطاني، ولكن منذ عشرينيات القرن الثامن عشر (وأحيانًا قبلها) أنشئت حواجز رسوم لتحصيل رسوم المرور وصيانة بعض الطرق. فازداد بناء الطرق الرئيسية منذ خمسينيات القرن الثامن عشر إلى الحد الذي أصبح فيه كل طريق رئيسي تقريبًا في إنجلترا وويلز من مسؤولية صناديق حواجز الرسوم. تم بناء طرق هندسية جديدة بإشراف جون ميتكالف وتوماس تيلفورد وأبرزهم جون ماك آدم، حيث كان أول امتداد للطريق «مبلط بالحصى» هو طريق مارش في أشتون جيت في بريستول سنة 1816. كان أول طريق مرصوف بالحصى في الولايات المتحدة هو «طريق بونسبورو تورنبايك» بين هاجرستاون وبونسبورو بولاية ماريلاند في 1823.
كانت حواجز الرسوم تنتشر من لندن وكانت الوسيلة التي تمكن البريد الملكي البريطاني من الوصول إلى بقية البلاد. تم نقل البضائع الثقيلة على هذه الطرق عن طريق عربات بطيئة وعريضة ذات عجلات تجرها فرق من الخيول. أما نقل البضائع الخفيفة فكان بواسطة عربات صغيرة أو مجموعات من الخيول. وكان الحنطور يحمل الأغنياء ويمكن للأقل ثراءً أن يدفعوا لركوب عربات نقل جماعي.
زادت إنتاجية النقل البري بشكل كبير خلال الثورة الصناعية وانخفضت تكلفة السفر بشكل كبير. بين عامي 1690 و 1840 تضاعفت الإنتاجية ثلاث مرات تقريبًا في النقل لمسافات طويلة وزادت أربعة أضعاف في الحنطور.
كان تقليل الاحتكاك أحد الأسباب الرئيسية لنجاح السكك الحديدية مقارنة بالعربات. وقد تجلى ذلك في ترام خشبي غطيت عرباته بصفيحة حديدية في 1805 في كرويدون بإنجلترا.
«يمكن لحصان جيد على طريق رئيسي سريع أن يجر ألفي رطل أو طن واحد. وجرت دعوة مجموعة من الشخصيات لمشاهدة التجربة، والتي يمكن أن تتحقق تفوق الطريق الجديد من خلال إثبات بصري. تم تحميل اثنتي عشرة عربة بالحجارة حتى تزن كل عربة ثلاثة أطنان، وربطت العربات ببعضها البعض. ثم ربطت بحصان الذي قام بسحب العربات بسهولة لستة ميل [10 كـم] في ساعتين، بعد أن توقف أربع مرات لإظهار أن لديه قوة الانطلاق وكذلك سحب حمولته الكبيرة.»
أصبحت السكك الحديدية عملية من خلال الإدخال الواسع النطاق للحديد المسحوب منخفض التكلفة في 1800، ومخارط الدرفلة لصنع القضبان وتطوير المحرك البخاري عالي الضغط أيضًا حوالي 1800.
بدأت عربات نقل الفحم في مناطق التعدين في القرن السابع عشر وغالبًا ما كانت مرتبطة بأنظمة القنوات أو الأنهار لتيسير حركة الفحم. كانت جميعها تجرها الخيول أو تعتمد على الجاذبية، مع محرك بخاري ثابت يعيد سحب العربات إلى أعلى المنحدر. كانت التطبيقات الأولى للقاطرة البخارية على طرق العربات أو الصفائح (كما كان يطلق عليها غالبًا من ألواح الحديد الزهر المستخدمة). لم تبدأ السكك الحديدية العامة التي تجرها الخيول حتى السنوات الأولى من القرن التاسع عشر عندما أدت التحسينات في إنتاج حديد الصب والحديد المطاوع إلى خفض التكاليف.
بدأ بناء القاطرات البخارية بإدخال محركات بخارية عالية الضغط بعدما انتهت صلاحية براءة اختراع بولتون ووات في 1800. وتخرج محركات الضغط العالي البخار المستخدم إلى الغلاف الجوي، مما أدى إلى التخلص من المكثف ومياه التبريد. وأيضًا كانت أخف وزنًا وأصغر حجمًا بالنسبة لقدرة حصانية معينة من محركات التكثيف الثابتة. تم استخدام عدد قليل من هذه القاطرات المبكرة في المناجم. ثم بدأت السكك الحديدية العامة المنقولة بالبخار مع سكة حديد ستوكتون ودارلينجتون في سنة 1825.
جاء الظهور السريع للسكك الحديدية في أعقاب تجارب رينهيل سنة 1829، والتي أظهرت تصميم قاطرة روبرت ستيفنسون الناجح وتطور الانفجار الساخن في 1828 مما قلل بقوة من استهلاك الوقود في صناعة الحديد وزاد من قدرة الفرن العالي.
في 15 سبتمبر 1830 تم افتتاح خط السكك الحديدية بين ليفربول و مانشستر، وهو أول خط سكة حديد بين المدن في العالم، وحضره رئيس الوزراء دوق ولينغتون. وصمم خط السكة الحديد كلا من جوزيف لوك وجورج ستيفنسون، وربطا مدينة مانشستر الصناعية التي تتوسع بسرعة مع مدينة ميناء ليفربول. شاب الافتتاح مشاكل بسبب الطبيعة البدائية للتكنولوجيا المستخدمة، ولكن تلك المشاكل حلت تدريجياً وأصبحت سكك الحديد ناجحة للغاية، حيث نقلت الركاب والبضائع. أدى نجاح نجاحها بالربط بين المدن وخاصة في نقل البضائع والسلع إلى هوس السكك الحديدية.
بدأ بناء السكك الحديدية الرئيسية التي تربط المدن والبلدات الكبرى في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، لكنها اكتسبت زخمًا فقط عند نهاية الثورة الصناعية الأولى. فبعد أن أكمل العديد من العمال السكك الحديدية، لم يعودوا إلى نمط حياتهم الريفي بل بقوا بدلاً من ذلك في المدن، ووفروا عمالة إضافية للمصانع.
ومن ضمن الاختراعات الأخرى كان إنتاج نواعير أكثر كفاءة، بناءً على التجارب التي أجراها المهندس البريطاني جون سمتون، ومع بداية صناعة الآلات وأعاد جون سمتون اكتشاف الخرسانة (استنادًا إلى ملاط الجير الهيدروليكي)، التي فُقدت لمدة 1300 عام.