Герон на выдумки горазд

Ветряк Герона

И малый не заставил себя долго ждать! Из книг, дошедших до нас из античных времён в копиях, известно о неком Героне Александрийском. По большому счёту, о нём самом известно только имя, остальное исключительно фантазии. Нет даже точных указаний на годы его жизни, но, скорее всего, он жил во второй половине первого века н.э., то есть, 100 лет спустя после Антикитерского кораблекрушения. Книжные труды, которые приписываются Герону, полны любопытных сведений, благодаря которым они и прошли сквозь века, надо полагать. Поскольку культура ссылок сформировалась в значительно более позднюю эпоху, из этих трудов невозможно определить, что придумал сам Герон, а что только записал. По крайней мере некоторые знания, содержащиеся в его трудах, совершенно точно были известны намного раньше, так что не исключено, что он был всего лишь компилятором и вовсе ничего не изобретал, а только издал уже известное. Такой собиратель и хранитель мудрости, на мой взгляд, куда полезней для науки, чем неуёмный изобретатель. Впрочем, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, благо у нас сохранилась кинохроника:

Не могу не поспорить с выводом, прозвучавшим в конце фильма. Никакой революции произойти не могло. Всё закончилось тем, чем и должно было закончиться. Подавляемые армией и индоктринируемые жрецами провинции породили толпы религиозных фанатиков, погрузившие Рим во тьму раннего средневековья. И труды Герона сыграли в этом процессе определённую роль.

Интересующее нас устройство мельком появляется в ролике на позиции 22:4. На рисунке вверху, спёртым из Википедии, оно представлено подробно. Насколько изображение соответствует реальности -- большой вопрос. Точных чертежей в те времена не делали, а этот рисунок сделан Шмидтом в конце XIX века на основе поверхностного описания в книге. К тому же неизвестно, была ли конструкция построена на самом деле. Так что, рисунок можно воспринимать только как очень общую принципиальную схему. Ветер приводил в движение крыльчатку, та зубчатое колесо, которое нажимало на рычаг насоса. Насос подавал в орган сжатый воздух. Орган пел. Танцевали все. Поскольку единственное, для чего могло пригодиться это устройство, это высвобождение музыкантов. Переносной магнитофон.

Ветряк Герона содержит все упомянутые прежде элементы, а именно: крылья (паруса), колесо на подшипниках, зубчатое колесо, совершающее полезную работу. Детали изготовлены металлическим инструментом и с использованием металла в конструкции. Всё сошлось вместе, и представляется неслучайным, что это место -- Александрия. Город, построенный пришельцами из Европы в Египте, на родине парусов. Однако, продолжения у этой истории не было. Прямого продолжения, разумеется. Инженерная традиция сохранилась и распространялась по миру, производя сходные устройства, ведь они были основаны на принципах, справедливых повсюду, не только в Риме.

Назад

К оглавлению

Вперёд

Люди бьются за металл

Антикитерский механизм

Ещё одним важным изобретением, отрывшим дорогу к ветровым машинам, стала металлургия. Я уже упоминал, что поделки древних изготовлялись из природных материалов. Помимо недолговечности им присущи другие недостатки, главным из которых для машиностроения является нестабильность физических свойств, размера и формы заготовки. Из природного материала трудно изготовить деталь, в точности удовлетворяющую задумке автора. У него своя собственная жизнь, которая не вписывается ни в какие чертежи. Конечно, после глубокой обработки природного материала от него можно добиться стабильного качества, но для такой обработки нужен хороший и, опять таки, стандартный инструмент.

Изготовление бронзы началось вскоре после изобретения паруса и колеса и привело к значительному усовершенствованию производства и его продуктов. Как говорят в таких случаях, им бы теперь жить, да жить, да... В первую очередь совершенствовалось вооружение. Бронзовый век закончился тем, что к концу второго тысячелетия до н.э. все народы друг с другом передрались и перемешались, а это никак не способствовало развитию техники и общественной жизни. Новый подъём культуры начался в эллинистическую эпоху. По правде сказать, сами эллины не особенно преуспели в технике, но они создали традиции научной мысли, которые в последствии способствовали развитию науки вообще и инженерного дела в частности.

Древний Рим продолжил эту славную традицию и произвёл на свет множество технических новшеств, некоторые из которых кажутся пришельцами из будущего. Что, к примеру, стоит один так называемый "Антикитерский механизм". Эта штуковина была обнаружена на борту затонувшего римского судна, которое, по всем видимости, перевозило в Рим контрибуцию от покорённых греков. Так римляне приобщались к греческой культуре. На основании имеющихся на механизме надписей, один из главных его исследователей, профессор Д. Дж. де Солла Прайс датировал создание механизма 87-м годом до н.э.. Эта дата не находится в противоречии с датами, полученными рядом других методов, не таких точных.

Что представляет собой эта находка? Томографические исследования убедительно показывают, что перед нами прибор для предсказания движения небесных светил, что, впрочем, не относится к нашему предмету. Важно, что он состоит из набора бронзовых зубчатых колёс, соединённых вместе и вращающихся как единое целое. С технической точки зрения, это редуктор, преобразователь вращательного движения, древнейший из известных.

Антикитерский механизм содержит в готовом виде два изобретения, чью роль в развитии ветроэнергетики нельзя переоценить. Во-первых, это уже упомянутая зубчатая передача, позволяющая менять частоту вращения, изменять положение в пространстве оси вращения, а так же производить другие преобразования вращательного движения. Второе изобретение не столь очевидно. Прежде было замечено, что первые колёса могли тащить только лошади. Здесь же множество (свыше тридцати) зубчатых колёс одновременно вращались с помощью маленькой ручки. Такой лёгкости хода можно было достичь только используя подшипники. Конечно, это были ещё самые примитивные подшипники скольжения, но они уже работали! Скажу больше, бронзовые подшипники скольжения используются в технике до сих пор, и замены им не видать. Надо полагать, антикитерский механизм неслучайно был изготовлен из бронзы, ведь на дворе давно уже стоял железный век, но бронза -- намного лучший материал для изготовления точных механизмов, чем древние сорта сталей.

Итак, ко Христову дню были созданы и получили распространение необходимые для создания простейшего ветряка изобретения:

1. Парус
2. Колесо
3. Металлургия
4. Подшипник
5. Зубчатая передача

Дело оставалось за малым.

Назад

К оглавлению

Вперёд

Механика сплошных вторников

Больница научила меня лечить первым.

...а потом покатилось

Мало завращать парус, нужно придумать и реализовать способ утилизации полученного вращения. Провести R&D, так сказать, Research and Development. В древние времена, естественно, никто такой ерундой не занимался. Развитие происходило постепенно, от одного устройства к другому, эволюционным путём. По правде сказать, с тех пор принципиально ничего особо не изменилось, только темпы эволюции выросли. Поэтому появление ветряков сдерживалось отсутствием машин, использующих вращение. Для них первым делом требовалось изобрести колесо, которое лежит в основе всех вращающихся машин.

Когда появилось колесо никто точно не знает, но первые колёса были приблизительно ровесниками первых парусов. Самые ранние свидетельства существования колёсных повозок относятся ко второй половине IV тысячелетия до н. э. и встречаются на обширной территории Евразии, от Польши до Месопотамии. Сейчас идёт спор о приоритетах. Скорей всего выяснится, что колесо было изобретено где-то в другом месте, но, наверняка, тоже в Евразии. Я так уверенно об этом говорю потому, что первые колёса были связаны с появлением гужевого транспорта, использующего лошадей. Лошади же были одомашнены где-то в евразийских степях.

Но мы-то помним, что парус появился на другом континенте, в Африке. Египтяне в то время предпочитали речной транспорт, из-за географических особенностей своего мира. Лошади же попали к ним тысячелетия спустя. Тоже самое и с парусом, он был бесполезен в степях. То есть, парус и колесо надо было как-то свести вместе. Но даже от такого союза было бы мало пользы, ведь первые колёса были настолько примитивны, что вращать их могли только лошади, а отнюдь не ветер. Следующий шаг требовал развития собственно вращающихся машин.

Назад

К оглавлению

Вперёд

Механика сплошных вторников

Обесценение сверхценного.

В начале был парус

Люди пользовались ветром всегда, со времён, когда ещё не были людьми. Ветер помогал раздувать огонь, выслеживать зверя, предсказывать погодные изменения, но чаще он всё же мешал делать, причём всё тоже самое. Так что первыми изобретениями, работающими с ветром, наверняка стали всяческие загородки от него. Ветер их нередко разрушал и уносил прочь. Так, глядя вслед за очередным улетающим забором, у человека появилась мысль использовать силу ветра себе во благо. Мысль, которая привела к изобретению паруса. Когда точно это произошло, науке неизвестно. Древние использовали для своих поделок органические материалы, которые плохо сохраняются в природной среде, но зато сохранились изображения на камне. Самым ранним из них признаётся настенный рисунок в гробнице древнеегипетской эпохи вблизи Мемфиса, возраст которого примерно равен 5 тысячам лет. Как можно разглядеть, конструкция парусника не слишком простая, поэтому, скорей всего, мы видим не самый первый парус, но продукт некоторого развития этой корабельной снасти, первой машины, преобразующей энергию ветра в механическое движение. В тоже время, нарисованный парус так же далёк и от совершенства, в последующем конструкция его улучшалась, и этот процесс продолжается до сих пор.

Почему первым был парус? Хотя временами ветер достигает разрушительной, смертоносной силы, чаще всего он очень слаб, а иногда и вовсе совсем стихает. Поэтому ветряные конструкции громоздки (чтобы собрать в них как можно больше ветра), но их отдача невелика. Водное же судно обладает большой грузоподъёмностью, а сдвинуть его с места легко. И пусть оно движется медленно, это нестрашно, ведь в нём можно перевозить большие объёмы грузов и совершенно "задаром". Для Древнего Египта, с его линейной географией, вытянутой вдоль Нила, такие перевозки были очень востребованы. Вниз по течению можно было идти своим ходом, но возвращаться вверх, несмотря на слабое течение этой равнинной реки, было обременительно. Особенно досаждали египетским бурлакам крокодилы. Так что, парус мог много помочь преодолеть путь из Нижнего Царства в Верхнее (в географическом смысле).

Шло время, паруса совершенствовались, парусники становились всё более быстроходными и грузоподъёмными. У сухопутных народов возникало желание использовать силу парусников на берегу. Но ползучий корабль бывает только в сказках. Слишком велико трение. Завалить корабль набок ветер ещё сможет, а вот сдвинуть его с места уже никак. Если только совсем сильный ураган, который случается очень редко. Хорошие колёса и ровная дорога могли бы помочь, но ветер так часто меняет своё направление, что заставить парусник двигаться по узкой дороге в одном и том же направлении, а не по широкой реке и, тем более, морю, совсем не просто. И всё же выход был найден, парадоксальный. Ветер должен приводить в движение парус, не сдвигая его с места. Парус должен вращаться вокруг неподвижной оси. Придумать такое не сложно, сложно извлечь из этой придумки какую-нибудь пользу, потому следующий шаг в покорении энергии ветра был сделан тысячелетия спустя после изобретения паруса.

К оглавлению

Вперёд

Механика сплошных вторников

Роскосмос перенёс запуск к Луне в телестудию в Останкино.