Древние изобретения
Шрифт:
Остроумный механизм Герона, возможно, был отчасти навеян идеей устройства, изобретенного тремя столетиями раньше Филоном Византийским. Это был сосуд со встроенным внутрь довольно загадочным механизмом, позволявшим гостям омыть руки. Над водопроводной трубой была вырезана рука, державшая шар из пемзы. Когда гость брал его, чтобы вымыть руки перед обедом, механическая рука исчезала внутри механизма и из трубы текла вода. Через какое-то время вода переставала течь и появлялась механическая рука с новым куском пемзы, приготовленным для гостя. К сожалению, Филон не оставил детального описания, как работало это исключительное механическое чудо, однако оно, по-видимому, было основано на тех же принципах, что
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ДВЕРИ
Проходя в дверь универсама, вспомните о Героне, бесспорном гении древнего высокотехнологического инженерного искусства. Около 2000 лет назад он изобрел для храмов египетского города Александрия автоматически открывающиеся двери.
Кроме того, Герон с присущим ему чутьем на механические чудеса — интригующие, шокирующие, изумляющие — был еще и специалистом по организации публичных зрелищ. Его конструкция автоматических дверей для храма была подарком египетским жрецам, которые столетиями прибегали к использованию механических или иных чудес, чтобы укрепить свою власть и престиж.
Использовав относительно простые принципы механики, Герон изобрел устройство, при помощи которого словно невидимыми руками открывались двери небольшого храма, когда жрец зажигал огонь на жертвеннике напротив него.
В скрытом под жертвенником металлическом шаре огонь нагревал воздух, тот, расширяясь, проталкивал воду через сифон в огромную бадью. Последняя была подвешена на цепях системы весов и шкивов, которые поворачивали двери на их осях, когда бадья становилась тяжелее.
Когда огонь на жертвеннике угасал, происходила еще одна удивительная вещь. В результате быстрого охлаждения воздуха в шаре вода засасывалась в сифон другим путем. Опустевшая бадья возвращалась вверх, приводя в обратное движение систему шкивов, и двери торжественно закрывались.
На рисунке художника эпохи Возрождения изображены автоматические двери, сконструированные Героном. Кроме жертвенника, все необходимые приспособления спрятаны в помещении под дверьми храма.
Другая конструкция, описанная в трудах Герона, — рожок, звучавший при открытии дверей храма. Он играл роль дверного звонка и сигнала тревоги при взломе.
Несомненно, система автоматических дверей, описанных Героном, действительно использовалась в египетских храмах и, возможно, где-нибудь в греко-римском мире. Сам изобретатель мимоходом ссылался на альтернативную систему, использованную другими инженерами: "Некоторые из них вместо воды применяют ртуть, так как она тяжелее и легко разъединяется огнем". Что означало у Герона слово, переводимое как "разъединяется", пока неизвестно, однако применение ртути вместо воды в механизмах, похожих на конструкцию Герона, конечно же, делало их более эффективными.
Многие, и мы в том числе, хотели бы увидеть подобное волшебство древнего храма, однако маловероятно, что остатки одного из механизмов Герона, открывавших двери, будут когда-нибудь найдены. Позже в Египте христианские и мусульманские поселенцы полностью разорили древние языческие храмы, унеся все полезное — подобным образом с крыши старых церквей исчезает свинец, когда никто о них не заботится. Металлические части автоматических дверей Герона (цепи, шкивы, емкости и приспособления для прекрасно вращавшихся дверей), очевидно, были украдены сотни лет назад. Только благодаря случайно найденным мелким предметам, таким как
ПАРОВАЯ МАШИНА
Изобретение в XVIII в. парового двигателя вызвало революцию в транспорте и промышленности, полностью изменило мир. Однако, подобно множеству ключевых открытий, современное понимание потенциала энергии пара было на самом деле повторением чего-то такого, что было известно 2000 лет назад.
Человеком, сделавшим это изобретение, был Герон Александрийский, который детально описал первый работающий паровой двигатель, названный им "ветряной шар". Его конструкция предельно проста. Широкий свинцовый котел с водой помещали над источником тепла, например горящим древесным углем. По мере закипания воды в две трубы, в центре которых вращался шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, заставляя его вращаться с большой скоростью. Такой же принцип лежит в основе современного реактивного движения.
В предисловии трактата Герона по пневматике некоторые его изобретения характеризуются как "пригодные для повседневного применения", другие — как имеющие "достаточно замечательные результаты". Похоже, что паровой двигатель попал у Герона во вторую категорию и характеризовался, если судить по описанию, как новое изобретение. Однако Герон знал, какое применение могут иметь источники энергии. Например, он сконструировал небольшую ветряную мельницу, заставлявшую звучать музыкальный орган (см. "Клавиатуры" в разделе Спорт и отдых).
Мог ли паровой двигатель использоваться в практических целях? Чтобы найти ответ на этот вопрос, специалист по античности доктор Дж. Г. Лэнделс из университета в Рединге с помощью специалистов инженерного факультета сделал точную рабочую модель устройства Герона. Он обнаружил, что она развивала большую скорость вращения — не менее 1500 оборотов в минуту: "Шар устройства Герона, возможно, был самым быстроврашающимся предметом его времени".
Тем не менее у Лэнделса возникли трудности при подгонке соединений между вращающимся шаром и паровой трубой, что не позволяло сделать приспособление эффективным. Свободный шарнир позволял шару быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался пар; тугой шарнир означал, что энергия расходовалась на преодоление трения. Пойдя на компромисс, Лэнделс посчитал, что эффективность механизма Герона, возможно, была ниже одного процента. Поэтому, чтобы произвести одну десятую долю лошадиной силы (силу одного человека), понадобился бы довольно большой агрегат, потреблявший огромное количество горючего. Энергии бы тратилось на это больше, чем мог произвести сам механизм.
Могли ли древние греки изобрести паровоз?
Гсрону под силу было изобрести более эффективный способ использования энергии пара. Как отмечал Лэнделс, все необходимые элементы для эффективного парового двигателя найдены в устройствах, описанных Героном. Инженеры его времени сделали цилиндры и поршни с чрезвычайно высоким коэффициентом полезного действия, которые Герон использовал в конструкции водяного насоса для тушения пожара (см. "Противопожарные устройства" в разделе Городская жизнь). Подходящий механизм с клапанами для парового двигателя найден в его конструкции водяного фонтана, работавшего на сжатом воздухе. Его механизм похож на современный опрыскиватель от насекомых. Он состоял из круглой бронзовой камеры, которая была совершеннее свинцового котла в его паровом двигателе, так как могла выдерживать высокие давления.