Древние изобретения
Шрифт:
Несчастный случай при катании на коньках со святой Ледви, покровительницей конькобежцев, описанный в ее биографии в 1498 г . спустя столетие после происшествия.
Даже с изобретением современных коньков со стальным лезвием, прикрепленным к подошве деревянного башмака, катание на коньках не стало безопасным. Пятнадцатилетняя датчанка по имени Ледви зимой 1395 г., столкнувшись с другим конькобежцем, была сбита с ног и сильно ушиблась. Она удалилась в монастырь и до своей смерти в 1443 г. посвятила себя религии, в результате чего
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО РАССТОЯНИЯ
Один из основных элементов автомобиля одометр [8], должно быть, принадлежит к наиболее широко используемым приборам в мире. Как видно из пристрастия древних людей к картам, они, так же как и мы, стремились узнать точное расстояние между точками назначения. Поэтому неудивительно, что в древнем мире и в средние века было изобретено несколько конструкций одометра.
Китайская книга, относящаяся примерно к 300 г. н. э., описывает приспособление для измерения расстояния при поездках, ссылаясь на то, что описание работы прибора можно найти в труде ранней эпохи династии Хань. К сожалению, этот древний труд утерян. Гораздо позже в книге "Сун Шин", или придворных записях о династии Сун (960— 1279 гг. н. э.), описано изготовление передвижного средства, известного под названием "повозка с барабаном для записи ли" (ли — китайский эквивалент мили).
Первая повозка была сделана инженером Лу Даолонгом в 1027 г. н. э. Когда повозка трогалась с места, основные механизмы приводили в движение систему шестерен из зубчатых колес с цепью. Расстояние дороги измерялось верхней частью устройства следующим образом: последняя из шестерен в системе делала только один оборот, когда весь механизм преодолевал расстояние в один ли. Затем стопор приводил в движение руки механической деревянной фигуры, чтобы она ударяла в барабан каждый раз, когда был пройден один ли. Наличие других зубчатых колес означало, что новая деревянная фигура ударяла в колокол через каждые 10 ли. Несмотря на некоторые математические проблемы, Ван Зендуо, специалисту в области древней китайской науки, в 1950-х гг. по описаниям оригинальных текстов удалось сделать точную рабочую копию устройства.
Римский одометр
Древнейший сохранившийся чертеж одометра в трудах римского архитектора Витрувия до 1981 г. не поддавался расшифровке. В начале I в. до н. э. Витрувий сделал описание одометра (от греческого hodos — "путь" и metron — "мера") как конструкции, которая позволяет нам, путешествуя в коляске, знать, сколько миль мы проехали. Витрувий описывал систему механизмов одометра и разъяснял, каким образом прибор, установленный в верхней части коляски, отмечает пройденный в милях путь: через каждую милю в коробку со звоном падал камень, в конце поездки коробку открывали и, чтобы определить пройденное расстояние, подсчитывали камни.
Описания Витрувия на бумаге, по-видимому, не лишены смысла. Главная шестерня представляла собой колесо с четырьмя сотнями зубцов, которые прокручивались единственным зубом, прикрепленным к главному колесу коляски. Таким образом, 400 оборотов соответствовали одному движению фиксирующего обороты механизма. Однако возникли проблемы при попытках воплотить описание Витрувия в рабочую конструкцию. Даже великий изобретатель эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.) столкнулся с трудностями. Леонардо, сопоставив расчеты Витрувия и свои собственные, составил два эскиза одометра.
Простоты ради на одном из его рисунков изображены главные зубчатые колеса механизма, на которых было 40 зубцов вместо 400, как в римском тексте. В принципе его конструкция представляла собой правдоподобную рабочую модель. Однако, скорее всего, он понял, что такой механизм, по- видимому, не будет работать при 400 зубцах, даже если колесо будет 6 футов в окружности: такие маленькие зубцы едва ли смогут зацепляться за единственный зубец колеса. Леонардо решил эту проблему на втором рисунке одометра, истолковав "единственный зубец" как червяк или червячную передачу (которая скорее напоминает удлиненный зубец на цилиндре).
Недостаток модели Леонардо, хотя она и работала, заключается в том, что после
Возможно, это не совсем честно по отношению к старому Витрувию. Известно, что другие сложные механизмы, описанные им (см. "Водяные и ветряные мельницы" в разделе Обработка земли и добыча полезных ископаемых и "Клавиатуры" в разделе Спорт и отдых) были изготовлены в сотнях экземпляров. Более того, другая, хотя гораздо более простая, конструкция одометра была описана греко-египетским инженером Героном Александрийским спустя 100 лет после Витрувия. Таким образом, нет никакого основания сомневаться в том, что римский одометр существовал как рабочий механизм.
Проблему разрешил инженер Андре Слисвик, который в 1984 г. развернул новую дискуссию. Витрувий достаточно ясно указал, что этот механизм был "передан (нам) нашими предшественниками". Это наводит на мысль, что он описывал известное ему устройство, которое, вероятно, никогда нс исследовал сам. Имея это в виду, Слисвик все начал сначала. Зубцы древнегреческого счетного устройства с острова Андикитира (см. "Счетные устройства" в разделе Техника и технологии) имели не квадратную форму, с которой был знаком Леонардо, а остроконечную треугольную. Используя зубцы этой формы, добавив глубокую бороздку к колесу с единственным зубцом и расположив его под углом в 50 градусов по отношению к колесу с 400 зубцами, Слисвик решил задачу. Добавление второго одиночного зубца на широкое колесо позволило ему управлять третьим горизонтальным колесом на верху механизма.
Затем Слисвик по другим деталям Витрувия сделал в четыре раза уменьшенную модель. Он просверлил ряд отверстий в верхнем горизонтальном колесе, чтобы удерживать шарики. Когда отверстие через каждую четверть мили проходило над щелью, в нее падал шарик. Одометр Витрувия мог работать лишь в том случае, если не допускалось никаких отклонений в конструкции.
Постедняя задача заключалась в том, чтобы установить подлинного конструктора этого механизма, который, как упоминал Витрувий, пришел из древнейших времен. В самом деле, какой был прок от одометров в Италии во времена Витрувия, когда на дорогах уже два века устанавливались мильные камни? Ответ, возможно, кроется в арабской рукописи, описывающей похожий роняющий гальку механизм в конструкции водяных часов, приписываемых Архимеду (287—212 гг. до н. э.). Величайший инженер классического мира Архимед, возможно, был способен создать механизм с зубчатой передачей. Он был главным научным советником сиракузского царя на Сицилии, ближайшего союзника Рима на протяжении 36 лет рабочей карьеры Архимеда (см. "«Клешни» Архимеда" в разделе Военная техника). За этот период в Италии было завершено строительство сети римских дорог. Возможно, Рим поручил великому научному гению помочь в осуществлении дорожного строительства и создать механизмы правильного измерения и деления расстояния для установки мильных камней. Предположение
Слисвика опирается на косвенную улику, однако она вполне убедительна.
Одометр Витрувия, реконструированный А ндре Слисвиком. Единственный зубец на ступице коляски передвигает вертикальную зубчатую передачу на один ход при каждом обороте колеса. Подобное приспособление приводит в движение горизонтальную зубчатую передачу, перемещая её на один ход после каждых 400 оборотов колеса коляски , равных расстоянию в 5000 футов , или одну римскую милю. ( Для ясности на колесной зубчатой передаче изображено менее 400 зубцов.) Отверстия в верхней части предназначены для круглых камешков; после каждой мили один камешек падает в отверстие ящика (за вертикальной зубчатой передачей), показывая пройденное расстояние.