Механика древних

Механика древних Первое упоминание о вечном двигателе относится лишь к 1150 г. Но означает ли это, что античная наука, и в частности механика, не интересовалась проблемой вечного движения? Можно ответить на этот вопрос бросив беглый взгляд на античное общество, на законы, по которым оно развивалось, а также на практику использования им орудий труда и инженерных знаний при постройке разного рода машин.

Вечное движение являлось одной из тех традиционных проблем, которым в связи с исследованием физических явлений в окружающей жизни греческая философия уделяла много внимания. Один пример. Пифагорейцы, как и древние греки вообще, были буквально очарованы кругом. Они считали, что по круговым траекториям движутся не только небесные тела, но и человеческие души. Но в отличие от нежных тел, которые движутся по идеальным окружностям, а потому движение их вечно, человек не способен «проследить начало и конец своей дороги» и тем самым осужден судьбой на смерть.

При исследований условий, определяющих круговое движение тел, греки пришли к выводам, даже теоретически исключающим всякую возможность существования на Земле искусственно созданного вечного движения, а следовательно, и вечного двигателя. С их точки зрения, движение тел на Земле ускоряется по направлению к ее центру. Правда, эти тела, если их застаешь, могут перемещаться и по круговым траекториям, однако это движение не будет «совершенным». О телах, движение которых было бы действительно круговым, Аристотель говорит, что они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как эти тела «не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Такому условию, однако, удовлетворяют только небесные тела. Это заключение привело далее Аристотеля к выводу, что движение космоса есть мера всех других движений, поскольку только оно одно является постоянным, неизменным и вечным.

Основные представления о значении слова «машина» точно выражает определение, данное знаменитым римским архитектором Витрувием:«Машина есть взаимно связанное соединение деревянных частей, обеспечивающее наибольшую выгоду при поднятии тяжестей. Она приводится в действие искусственно, а именно круговым движением».
Это слишком упрощенное представление античного мира об устройстве машины и ее назначении трактуется значительно шире в более раннем сочинении «Механические проблемы», приписываемом Аристотелю . В частности, автор этого труда перечисляет и описывает целый ряд простых и сложных механизмов, используемых механикой того времени, а именно: рычаг, колодезный журавль с противовесом, равноплечие весы, неравноплечие весы — безмен, клещи, клин, топор, кривошип, каток, колесо, блок, полиспаст, гончарный круг, пращу, руль, металлические или каменные колеса во взаимно противоположном вращении (под этим, вероятно, имелись в виду зубчатые колеса в зацеплении). Из этого перечня видно, что основными конструктивными элементами античных машин являлись простые механизмы: рычаг, клин, наклонная плоскость, колесо и блок. Более древним египетским механикам были известны только рычаг, клин, полиспаст и, возможно, наклонная плоскость.

Главным и чаще всего используемым механизмом был рычаг, изобретение которого приписывается Кинирасу Кипрскому. Теоретической разработкой соотношений между силами, действующими на плечи рычага, занимался Аристотель, а магматическую формулировку этих зависимостей вместе с описанием многочисленных практических примеров предложил Архимед. Первое применение рычага как основного структурного элемента точных механизмов разнообразных автоматов по праву приписывается Герону Александрийскому, так же как Периклу — первое использование его в боевой машине, которую, согласно Диодору, впервые построил механик Артемон при осаде Самоса в 439 г. до н.э. До конца еще не выяснен и вопрос об использовании наклонной плоскости при строительстве пирамид в III тысячелетии до н.э. Ее бесспорное влияние заметно, однако, у архимедова винта, первоначально служившего исключительно для поднятия воды, а позднее применявшегося в прессах для получения оливкового масла. Блоки использовали уже ассирийцы, а также, по-видимому, и египтяне. Вместе с тем уже Герон Александрийский прибегал к объединению нескольких блоков различного диаметра, в результате чего менялась быстрота движения фигур в его автоматах. Из блока же возник и полиспаст, который нашел самое широкое применение в технике римлян.

К наиболее древним и чаще всего использовавшимся простым механизмам относится также клин, известный уже у очень старых культур, прежде всего в форме примитивных инструментов — долота и топора, а позднее в качестве вспомогательного элемента при поднятии тяжестей. Колесо в своем первоначальном виде было призвано служить для замены трения скольжения трением качения при транспортировке крупных и тяжелых грузов. Первоначальные круглые деревянные пластины у первых телег в скором времени превратились в колеса с ободом, которые египтяне, греки, римляне и персы устанавливали на своих одноосных и двухосных повозках. Очень важное применение этот элемент нашел и в качестве педального колеса и колеса с конным приводом. По существу конный привод сделался важнейшей составной частью двигателей различного рода мельниц, в том числе водяных, в то время как основное назначение педального колеса, по Филону Византийскому, состояло в использовании его для привода водяных насосов и поднятия тяжестей.

Весьма существенным элементом древней механики являлось также зубчатое колесо, развившееся, по всей вероятности, из обычного колеса. И хотя еще до конца не ясно, можно ли упоминание в «Механических проблемах» рассматривать как самое первое сообщение о появлении зубчатого колеса. Однако несомненно, что систематически мы начинаем встречаться с зубчатыми колесами только у Герона Александрийского в его знаменитом годометре — приборе для измерения пройденного расстояния — или, в аналогичной форме, в виде цевочных колес в ряде его автоматов.

Как отдельную главу в истории развития античной механики можно рассматривать эволюцию гидравлических и пневматических машин и механизмов. Используя архимедов закон о выталкивающей силе, действующей на погруженное в жидкость тело, два наиболее известных механика и инженера древности Ктезибий и Герон Александрийский построили целый ряд оригинальных устройств. К ним относятся, например, изобретенный Ктезибием двухцилиндровый распылитель однократного действия и предложенный Героном автоматический механизм для открывания храмовых дверей (предыдущая статья). Гидравлика стала играть значительную роль и в измерениях времени, особенно когда (начиная с 422 г. до н.э.) увеличилось число использовавших для этого водяных часов-клепсидр, из которых наиболее совершенные и наиболее сложные в конструктивном отношении разработал все тот же Ктезибий. Из машин-двигателей римлянам было известно только водяное колесо, приводимое в действие силой падающей воды, — важный элемент привода прежде всего для работы водяных мельниц.

Весьма существенными для античного мира являлись и открытия в области аэромеханики. Кроме эолипила (парового шара) Герона — предшественника современных паровых турбин и реактивных двигателей — следует обязательно упомянуть также о построенном Ктезибием органе и особенно о его пневматическом самостреле, в котором действие аэромеханических элементов переносится на иную область приложений — создание военных машин. Поскольку античности не был известен порох, убойная сила оружия того временя зависела от упругости или гибкости дерева, кости и других материалов, из которых изготавливались дуги луков и самострелов. Замена Ктезибием дуги (классического элемента лука) пневматическим метательным механизмом несомненно свидетельствует о высоком техническом уровне его изобретений.

В упоминании об архимедовом стеклянном глобусе, содержащемся в одной из поэм Клавдиана, написанной около 400 г., говорится также о «запертом внутри духе», который поддерживает глобус в постоянном движении. Значение слова «дух», имеющего здесь, вероятнее всего, смысл движущей силы, объяснялось учеными по-разному. Так, например, польский иезуит Коханьский, современник Яна Амоса Коменского, принимал его за «парацельсов астральный газ» . Более правдоподобные сведения об этом глобусе приводятся Цицероном в его сочинении «О государстве». Современные же исследователи античной техники считают, что для вращения архимедова глобуса использовалась сила падающей воды.


Прокомментировать

Вы должны войти чтобы оставить комментарий.