Герон Александрийский – один из наиболее загадочных ученых античности. О его жизни неизвестно практически ничего, даже ее даты крайне неопределенны: где-то с конца первого века н.э. по четвертый. Он был автором многих книг, большая часть которых утрачена и множества конструкций, бывших в ту эпоху лишь занятными игрушками.
В книге «Пневматика» Герон описал различные устройства, приводимые в движение сжатым воздухом. Среди них эолипил – шар, вращаемый горячим паром, выходящим из изогнутых сопел. Это устройство сейчас считается первой машиной, преобразующей тепловую энергию в механическое движение.
В принципе можно было было попытаться сделать следующий шаг – снять с оси крутящий момент и использовать его для чего-то хотя бы символически полезного, но, кажется, Герон такой попытки не сделал. Потом античность кончилась и об идеях великого механика из Александрии забыли больше чем на тысячу лет.
Есть множество изобретений, которые при внимательном рассмотрении, уже были когда-то кем-то изобретены. И речь не о каких-то малозаметных или неизвестных вещах. К примеру, такой значительный в истории человечества механизм, как паровая машина, был изобретен Героном Александрийским, который родился в 10 году нашей эры – одним из самых великих изобретателей в истории цивилизации. Заодно это устройство являлось первой паровой турбиной, да и реактивным двигателем тоже.
Разумеется, это открытие намного опередило свое время и не было использовано так, как могло бы, и как привыкли мы. Устройство это, называемое «Шар бога ветров Эола» – эолипил, известный так же как «двигатель Герона» или «шар Герона» представлял собой закрытую емкость, сверху из которой выходило две трубки, скрепленные посередине шаром, который мог вращаться на них. Шар имел пару противопоставленных друг другу г-образных патрубка.
В емкость через единственное отверстие наливалась вода и пробкой затыкалась наглухо. Под емкостью разводили огонь, вода закипала и пар по трубкам поступал в шар и вырывался из патрубков. Под действием реактивной силы шар начинал вращаться, что не могло не производить ошеломительное впечатление на современников Герона.
Копия парового «шара Герона», изготовленная нашими современниками разгонялась до 1500 об/мин, выдавая давление 0,7 атм/кв.дюйм.
Что интересно, некоторые исследователи полагают, что этот механизм изобрел не Герон, он всего лишь первым описал его устройство, наряду с еще 78 механизмами (в труде, известным под названием «Пневматика»).
Первым такое устройство вполне мог изготовить Ктесибий Александрийский за три века до Герона, который много идей черпал именно в трудах Ктесибия. Второе рождение эолипила случилось в 1577 году. Похожую конструкцию заново изобрел Таки Аль-Дин, астроном, математик и философ. А третье изобретение эолипила произошло еще два века спустя – в 1750 году. Оно известно под именем Сегнерова колеса. Венгерский механик Янош Сегнер создал на принципе эолипила первую гидравлическую турбину (т.е. вместо пара колесо вращала вода). Сегнерово колесо до сих пор используется людьми, и как пример действия гидротурбин и реактивных двигателей для уроков физики, и в поливальных механизмах в парках и с/х.
Эпоха паровых двигателей началась в XVIII веке. Считается, что его изобретателем был военный инженер Томас Севери. Первый паровой двигатель он собрал в 1698 году. Это событие привело к промышленной революции. Однако далее поговорим не о двигателе Томаса Севери, а его предшественнике, который был создан еще в первом веке нашей эры (а по некоторым данным еще на 150 лет раньше).
Его автором является греческий математик Герон Александрийский. Правда, образец этого двигателя не сохранился, но зато осталось его подробное описание. Устройство является самой настоящей паровой турбиной, которая вращается при нагревании емкости с водой. Однако ученые по сей день до конца не знают для каких целей использовалось это изобретение.
Устройство, которое описывает Герон Александрийский, представляет собой котел с закрепленной над ней сферой. К этой сфере прикреплены две загнутых в одном направлении трубки. Пар вырывается через них из сферы и тем самым толкает ее, в результате чего она начинает вращаться. Фактически, для вращения в этом устройстве используется реактивная тяга. Сам Герон в своем описании говорит о том, что принцип работы данной конструкции такой же, как и у неких “танцующих фигурок”. Автор назвал это устройство “эолипил”, что в переводе означает “ветряной шар”.
По описанию Герона двигатель был собран в XVI веке, то есть еще до изобретения Томаса Севери. В тот период времени работа древнего изобретателя была сильно популяризирована, но потом о ней на какое-то время опять забыли. Спустя 100 лет «ветряный шар» вновь обрел популярность. Однако каждый раз его использовали только для демонстрации во время уроков. Применить принцип его работы в других целях почему-то в то время ни кто не придумал.
Герон предположительно жил во второй половине первого века нашей эры. Об этом говорит его описание лунного затмения, которое произошло 13 марта 62 года нашей эры. Герона считают величайшим инженером не только своего времени, но и вообще за всю историю человечества. Только представьте, что 2000 лет назад он изобрел автоматические двери, автомат для продаж (торговый автомат), автоматический кукольный театр, древний аналог одометра и многое другое.
А еще Герон первым начал применять программирование. Для этого он использовал вал со штырьками, подобный тем, которые устанавливают в музыкальные шкатулки. На основе этого изобретения он создавал различные автоматы. Еще одно его интересное изобретение – ветряной орган, музыкальный инструмент, который начинал играть автоматически благодаря силе ветра.
Как вы видите, все его изобретения имеют практическое значение, за исключением паровой турбины. С чем это может быть связано? Возможно, Герон просто опробовал новую придуманную технологию и не успел найти ей применение.
Согласно одной из версий, эолипил вполне мог использоваться для создания чудес в храмах. К примеру, выходящий из носа идолов пар вселял в людей трепет. А если учесть при этом звуки и вибрацию, которую он создавал, эффект мог быть поразительным. Кроме того, устройство наверняка было весело показывать своим древнегреческим друзьям. Но можно допустить, что на самом деле у древнего двигателя было применение, однако ученые о нем попросту еще не знают. К сожалению, сам Герон об этом ничего не написал.
Как сообщает издание Popular Mechanics, конструкция “ветряного шара” имела несколько ошибок, которые не давали ему работать достаточно эффективно. Самая главная из них – сфера имела муфтовое соединение, которое не было герметичным и в то же время имело достаточно высокий коэффициент трения.
Кроме того, эолипил не имеет маховика, в результате чего из-за недостаточной инерции вращение не могло быть плавным при переменной нагрузке. Другой проблемой была слишком высокая скорость вращения – более 1000 оборотов в минуту. Поэтому с этим аппаратом невозможно было использовать какой-либо редуктор, чтобы передать вращение. Однако это совершенно не умаляет его изобретение, учитывая, что речь идет об античных временах. К слову, паровой двигатель можно отнести к тем изобретением, которые изменили мир до неузнаваемости. Правда для этого пришлось ждать еще полторы тысячи лет.
В давние времена культурная столица Римской империи Александрия, расположенная на средиземноморском побережье Египта, была местом зарождения и развития новых религий. Но именно здесь берет свое начало уникальное изобретение, которое в последующем перевернет мир.
Спустя почти полвека после правления Цезаря Августа империя приближалась к своему историческому пику, и новые религиозные течения начали проникать на ее территорию площадью 2,2 миллиона квадратных миль.
В городе быстро зарождались разнообразные мистические культы, практиковались новые формы поклонения и даже создавались совершенно новые боги из плавильного котла римских, греческих и египетских верований.
При таком количестве храмов, претендующих на звание истинных проводников божественной сущности, конкуренция за последователей была жесткой. Чтобы выделиться и привлечь внимание, греческие священники обратились к Герону, также известному как «механикос» («человек-машина»), с просьбой о разработке механизмов, демонстрирующих разные небесные и «божественные» явления. Но грек-вундеркинд не полагался на благосклонность своего пантеона богов для создания невозможного. Вместо этого он использовал науку и инженерию, которые потом выпадут из поля зрения на многие сотни лет.
В древних храмах Герон применил силу гидравлики и пара, создавая поющих птиц, вспышки пламени и движущихся статуй в надежде внушить богобоязненным гражданам религиозный трепет. В процессе создания таких рукотворных чудес он изобрел нечто, что изменило мир, – эолипил, также известный как Геронов шар или турбина. Это была, по сути, первая в мире паровая машина.
Герон – своего рода историческая загадка. Исследователи полагают, что он, скорее всего, был греческого происхождения и жил примерно в 10-70 годах нашей эры. Будучи студентом, он любил исследовать полки огромной библиотеки в Александрийском университете и находился под сильным влиянием работ Ктесибия Александрийского – еще одного греческого изобретателя в птолемеевском Египте. Став взрослым, он писал работы по математике и инженерии, которые были наполнены идеями, на столетия опередившими свое время. Эти книги включали в себя пошаговые схемы и подробные объяснения и, вероятно, разрабатывались как лекции или пособия, что свидетельствует о том, что Герон почти наверняка был преподавателем в Александрийском университете.
Он изобрел первую в мире монетную машину, использовавшуюся для раздачи вина в храмах, а также пожарную машину, водяной орган, разные механизмы для театра и механический «зверинец», демонстрировавший поющих птиц и кукол-марионеток. К сожалению, большинство его работ было уничтожено во время разрушения Александрийской библиотеки, но некоторые сохранились благодаря арабским рукописям.
Как видим, вклад этого человека в инженерное дело, науку и технологии просто потрясающий. В семи книгах, переживших сгоревшую Библиотеку, древний изобретатель исследует концепции автоматов, боевых машин, приводит формулы для вычисления площади и объема, а также рассуждает о природе света. Но самая известная его работа – двухтомник под общим названием «Пневматика». Это одно из первых в мире исследований пара и гидравлической энергии, и на всех страницах автор использует религиозные статуи и иконографию в качестве примеров своих механических идей.
Одна из таких статуй, «Фигура 11: Возлияния у алтаря», демонстрирует женщину с кувшином и мужчину с чашей. Между ними алтарь, на котором поклоняющийся может зажечь огонь, а под их ногами находится камера с вином. Как только прихожанин зажжет алтарь, по словам Герона, «воздух внутри опустится и окажет давление на содержащуюся внутри жидкость, которая, не имея другого пути к отступлению, пойдет через расположенные в статуях трубы, и возлияния не прекратятся, пока огонь не будет потушен». Позже в «Пневматике» Герон адаптирует ту же систему к дверям храма, заставляя их открываться.
В работах Герона много потрясающих вещей, но что действительно изменило мир, так это эолипил (Геронов шар). Слово, обозначающее «ветряной шар» (в буквальном переводе «шар бога ветров Эола»), стало названием особого устройства – первого в мире зарегистрированного образца парового двигателя, или реактивной паровой турбины. С современной точки зрения устройство Герона является демонстрацией принципа ракеты, то есть реактивной силы – сфера вращается в ответ на эмиссию (выброс) пара.
Механизм состоял из полой сферы, установленной так, чтобы иметь возможность вращаться, когда пар выходил из двух выпускных отверстий, расположенных на экваторе котла. Наполовину заполненная водой сфера приходила в движение, как только под ней зажигался огонь: крутящий момент создавался непосредственно за счет образующегося пара.
Практическое применение эолипила Герона неизвестно, но большинство экспертов считают, что наряду с другими игрушками и изобретениями, описанными в «Pneumatica», он использовался для развлечения и вызывания ощущения чуда у зрителей. В его трудах нет четкого описания возможного использования прибора – Герон просто рассказывает, как его построить и как он работает.
Гарри Китсикопулус из Нью-Йоркского университета в своей книге «Инновации и распространение технологий: экономическая история ранней паровой энергии» рассуждает о том, что модифицированную версию эолипила могли использовать для создания храмовых чудес. К примеру, когда котел, спрятанный в полой фигуре идола, начнет производить пар и выводить его через трубку, проходящую через нос или рот – выходящий пар создаст впечатление дышащей фигуры, вызывая у зрителей священный трепет.
Немало дебатов впоследствии велось вокруг «шара». Даже высказывались сомнения в том, действительно ли Герон был первым, кто изобрел эолипил. И небезосновательно. К примеру, кумир Герона, Ктесибий (285 г. до н. э. – 222 г. до н. э.) написал несколько трактатов о природе сжатого воздуха и его использовании в насосах.
Позже Витрувий (около 80 г. до н. э. – 15 г. до н. э.) описал устройство, тоже называемое эолипилом, которое состояло из металлического шара, частично заполненного водой и помещенного над огнем для производства пара, вытесняемого из отверстия наверху. Но он не описывает никаких движущихся частей, что является ключевым отличием от видения Герона, к тому же определяет свой эолипил в «De Architectura» как «научное изобретение для открытия божественной истины, кроющейся в законах небес». Эксперты уверены, что прибор, скорее всего, использовался для понимания погодных явлений и образования облаков.
Хотя эолипил Герона основывался на фундаментальной науке, лежащей в основе паровой энергии, он был довольно далек от двигателей, о которых европейцы мечтали в 17 веке. В качестве двигателя эолипил производил крайне незначительный крутящий момент, и метод его работы был неэффективным.
Изобретение, опередившее свое время, не вписалось в римское общество. Имея в изобилии рабскую силу, император не видел необходимости в разработке машин, способных заменить бесплатно эксплуатируемых людей. То же самое относилось к остальной Европе на протяжении веков, пока промышленная революция не вытолкнула мировой спрос за пределы средств производства. Только тогда пригодились паровые машины, способные компенсировать слабину. Полторы тысячи лет эолипил вместе с остальными уникальными творениями Герона оставался забытым. В Европе шли темные века.
Позже, в эпоху Возрождения, когда католическая церковь ослабила жесткую хватку на горле науки, «magnum opus» Герона вернулись к жизни. Сообщается, что в 1543 году Бласко де Гарай, ученый и капитан испанского флота, представил императору Священной Римской Империи устройство, которое, как он утверждал, могло двигать корабли в отсутствие ветра. Предполагается, что изобретение де Гарая, состоящее из медного котла, приводившего в движение вращающиеся колеса с обеих сторон корабля, было эолипилом. Его предлагалось сочетать с размещением гребных колес на бортах лодки – практика, используемая с римского периода.
Знание испанца о давно забытом «героновом шаре» в то время было бы удивительным, но не невозможным. Несколько лет спустя в мире, начиная с Италии, появилось множество переводов «Pneumatica», в том числе Болонское издание 1547 года. Постепенно «Пневматика» расходилась по Европе. Саломон де Косс, французский гугенот и инженер, которому тоже приписывали изобретение паровой машины, в свое время прочитал трактат Герона в Италии.
Ознакомился с ним и немецкий теолог Мальтезий, упомянувший эолипил в одной из своих проповедей в 1571 году. К 1640-м годам научный труд пережил пять переизданий в одной только Англии. Вторая половина 16 века ознаменовалась повторным открытием энергии пара, и инженеры по всей Европе занялись активным поиском ее применения в механике.
Благодаря популяризации работ Герона эолипилы стали довольно распространенными, и люди использовали их для плавления стекла и металла, разжигания очагов в домах и улучшения тяги дымоходов.
Затем, в 1689 году, английский изобретатель Томас Севери разработал первый в мире современный паровой двигатель в виде насоса для удаления воды из шахт. Его устройство, использующее два паровых котла, обеспечивало почти непрерывную откачку. Однако успех длился недолго – вскоре было обнаружено, что система Севери работает только на мелководье. В 1711 году другой британец, Томас Ньюкомен, усовершенствовал конструкцию, добавив отдельный цилиндр с поршнем. Его система устранила необходимость в накопленном давлении пара.
Паровой двигатель Ньюкомена оставался бессменным в течение следующих 50 лет и использовался для осушения водно-болотных угодий и подачи воды в города, а также для питания энергией фабрик и заводов. Несмотря на свое превосходство, двигатель Ньюкомена не был лишен недостатков – в частности, того, что он потребляет огромное количество пара. Недочет был исправлен в 1769 году шотландским экспериментатором Джеймсом Уаттом, который предложил свой способ поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре.
Улучшение Ватта привело к быстрому распространению паровой энергии в Великобритании и США, положив начало промышленной революции. Помимо прочего, некоторые версии его двигателя использовались в ранних автомобилях и поездах. К 1800-м годам пар питал большинство мельниц, дробилок, пивоварен, заводов и фабрик. Эта технология заложила основу того техномира, который мы видим сегодня.
Эолипил как по внешнему виду, так и по функциям, конечно, сильно отличался от паровых машин будущего. Вместо применения в повседневной жизни Герон использовал силу пара для мистификации и просвещения. Он не знал, что идеи, заложенные в его изобретениях, однажды изменят мир.
Паровой двигатель, фонтан, автоматы для раздачи, роботы, одометр, теодолит, шприц – это лишь немногое, сконструированное Героном, что потом 2000 лет заново изобретали...
Как только заходит разговор о какой-нибудь безделице вроде антикитерского механизма или тем более пирамид, тут же вскричит очередной школьник: это всё инопланетяне! Ну или на худой конец атланты, рептилоиды, кельты, древние арии или ещё кто-нибудь, только не простые, но образованные люди вроде нас. И токарных станков не было и зубонарезных приспособлений не было, и гребной корабль создать не могли и вообще все по пальмам прыгали.
Поспешим жестоко разочаровать – в древности были такого уровня инженеры, что многим современным останется только раскрыв рот смотреть, как они безо всякого интернета и навигаторов строили и разрабатывали такое, что многие недоучившиеся в наших замечательных институтах не могут поверить. И один из таких титанов инженерной мысли Герон Александрийский.
Герон жил в Египте в городе Александрия и поэтому стал известен как Герон Александрийский. Современные историки предполагают, что он жил в 1-м веке н.э. где-то между 10-75 годами. Установлено, что Герон преподавал в Александрийском Музее – научном центре античного Египта, в состав которого входила и знаменитая Александрийская библиотека.
Большинство трудов Герона представлено в виде комментариев и записок к учебным курсам по различным учебным дисциплинам. К сожалению, подлинники этих трудов не сохранились, возможно, они погибли в пламени пожара, охватившем Александрийскую библиотеку в 273 году н.э., а возможно были уничтожены в 391 году н.э. христианами, в порыве религиозного фанатизма крушившими все, что напоминало о языческой культуре. До наших времен дошли лишь переписанные копии трудов Герона выполненные его учениками и последователями. Часть из них на греческом, а часть на арабском языке. Существуют и переводы на латынь, выполненные в XVI веке.
Наиболее известна "Метрика" Герона – научный труд, в котором даны определение шарового сегмента, тора, правила и формулы для точного и приближенного вычисления площадей правильных многоугольников, объемов усеченных конуса и пирамиды. В "Метрике" приводится знаменитая формула Герона для определения площади треугольника по трем сторонам, даются правила численного решения квадратных уравнений и приближенного извлечения квадратных и кубических корней. В "Метрике" исследуются простейшие подъемные приспособления – рычаг, блок, клин, наклонная плоскость и винт, а также некоторые их комбинации. В этом труде Герон вводит термин "простые машины" и использует для описания их работы понятие момента силы.
Многие математики обвиняют Герона в том, что в "Метрике" не содержится математических доказательств, сделанных им выводов. Это действительно так. Герон не был теоретиком, все выведенные им формулы и правила, он предпочитал объяснять наглядными практическими примерами. Именно в области практики Герон превосходит многих своих предшественников. Лучшей иллюстрацией этого является его работа "О диоптре", найденная лишь в 1814 году. В этом труде излагаются методы проведения различных геодезических работ, причем землемерная съемка производится с помощью изобретенного Героном прибора – диоптры.
Диоптра была прообразом современного теодолита. Главной ее частью служила линейка с укрепленными на ее концах визирами. Эта линейка вращалась по кругу, который мог занимать и горизонтальное, и вертикальное положение, что давало возможность намечать направления, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Для правильности установки прибора к нему присоединялись отвес и уровень. Пользуясь этим прибором и вводя в употребление прямоугольные координаты, Герон мог решать на местности различные задачи: измерить расстояние между двумя точками, когда одна из них или обе они недоступны наблюдателю, провести прямую, перпендикулярную к недоступной прямой линии, найти разность уровней между двумя пунктами, измерить площадь простейшей фигуры, даже не вступая на измеряемую площадку.
Еще во времена Герона одним из шедевров античной инженерии считался водопровод на острове Самос, созданный по проекту Эвпалина и проходивший по тоннелю. Вода по этому тоннелю подавалась в город из источника, находившемся по другую сторону горы Кастро. Известно было, что в целях ускорения работы тоннель рыли одновременно с обеих сторон горы, что требовало высокой квалификации от инженера, руководившего стройкой. Водопровод работал многие века и удивлял современников Герона, также о нем упоминал в своих сочинениях и Геродот.
Именно от Геродота современный мир узнал о существовании тоннеля Эвпалина. Узнал, но не поверил, потому что считалось, что древние греки не обладали необходимой технологией для постройки такого сложного объекта. Изучив найденный в 1814 году труд Герона "О диоптре" ученые получили второе документальное подтверждение существования тоннеля. И лишь в конце XIX века немецкая археологическая экспедиция действительно обнаружила легендарный тоннель Эвпалина.
В 34-й главе труда "О диоптре" Герон дает описание изобретенного им устройства для измерения расстояний – одометра. Одометр представлял собой небольшую тележку, установленную на двух колесах специально подобранного диаметра. Колеса поворачивались ровно 400 раз на миллиатрий (древняя мера длины, равная 1598 м). Посредством зубчатой передачи во вращение приводились многочисленные колеса и оси, а индикатором пройденного расстояния были камешки, выпадавшие в специальный лоток. Для того, чтобы узнать, какое расстояние было пройдено, нужно было лишь подсчитать количество камешков в лотке.
Одним из самых интересных трудов Герона является "Пневматика". В книге приведены описания около 80 устройств и механизмов, действующих с использованием принципов пневматики и гидравлики. Наиболее известным устройством является эолипил (в переводе с греческого: "шар бога ветров Эола"). Построенный современными учеными по чертежам Герона эолипил развивал до 3500 оборотов в минуту!
Значительную часть "Пневматики" Герона занимает описание различных сифонов и сосудов, из которых самотеком по трубке вытекает вода. Принцип, заложенный в этих конструкциях, с успехом используется современными водителями при необходимости отлить бензин из бака автомобиля.
Как известно, в эпоху античности огромное влияние на людей имела религия. Религий и храмов было много, и каждый ходил общаться с богами туда, куда ему больше нравилось. Поскольку благосостояние жрецов того или иного храма прямо зависело от количества прихожан, жрецы старались завлечь их чем угодно. Тогда-то ими и был открыт закон, действующий и поныне: ничто не сможет привлечь в храм людей лучше, чем это сделает чудо. Однако, Зевс спускался с Олимпа не чаще, чем с неба сыпалась манна небесная. А прихожан надо было завлекать в храм ежедневно. Для создания божественных чудес жрецам пришлось воспользоваться умом и научными знаниями Герона. Одним из наиболее впечатляющих чудес стал разработанный им механизм, который открывал двери в храм при разжигании огня на алтаре.
Нагретый от огня воздух поступал в сосуд с водой и выдавливал определенное количество воды в подвешенную на канате бочку. Бочка, наполняясь водой, опускалась вниз и с помощью каната вращала цилиндры, которые приводили в движение поворотные двери. Двери раскрывались. Когда огонь гас, вода из бочки переливалась обратно в сосуд, а подвешенный на канате противовес, вращая цилиндры, закрывал двери. Довольно простой механизм, а зато какой психологический эффект на прихожан!
Еще одним изобретением, существенно повысившим рентабельность античных храмов, стал изобретенный Героном автомат по продаже святой воды. Внутренний механизм устройства был достаточно прост, и состоял из точно сбалансированного рычага, управляющего клапаном, который открывался под действием веса монеты. Монета падала сквозь щель на небольшой лоток и приводила в действие рычаг и клапан. Клапан открывался, вытекало некоторое количество воды. Затем монета соскальзывала с лотка, и рычаг возвращался в исходное положение, закрывая клапан.
Согласно некоторым источникам, порция "священной "воды во времена Герона стоила 5 драхм. Это изобретение Герона стало первым в мире торговым автоматом и, несмотря на то, что приносило неплохую прибыль, было забыто на столетия. И только в конце XIX века торговые автоматы были изобретены вновь.
Возможно, следующее изобретение Герона также активно применялось в храмах. Изобретение представляет собой два сосуда, соединенных трубкой. Один из сосудов наполнялся водой, а второй вином. Прихожанин доливал небольшое количество воды в сосуд с водой, вода поступала в другой сосуд и вытесняла из него равное по объему количество вина. Человек приносил воду, а она "по воле богов" превращалась в вино! Это ли не чудо?
А вот еще одна придуманная Героном конструкция сосуда по превращению воды в вино и обратно. Половина амфоры наполняется вином, а вторая половина водой. Затем горлышко амфоры закрывается пробкой. Извлечение жидкости происходит при помощи краника, расположенного внизу амфоры. В верхней части сосуда под выступающими ручками просверлены два отверстия: одно в "винной" части, а второе в "водяной" части. Кубок подносился к кранику, жрец открывал его и наливал в кубок либо вино, либо воду, незаметно затыкая одно из отверстий пальцем.
Уникальным для своего времени изобретением был водяной насос, конструкция которого описана Героном в его труде "Пневматика". Насос представлял собой два сообщенных поршневых цилиндра, оборудованных клапанами, из которых поочередно вытеснялась вода. Насос приводился в действие мускульной силой двух человек, которые по очереди нажимали на плечи рычага. Известно, что насосы такого типа впоследствии использовались римлянами для тушения пожаров и отличались высоким качеством изготовления и удивительно точной подгонкой всех деталей. Подобные им насосы используются и сейчас, как и для тушения пожаров, так и во флоте для откачки воды из трюмов при аварии.
Наиболее распространенным способом освещения в античное время было освещение при помощи масляных ламп, в которых горел пропитанный маслом фитиль. Фитиль представлял собой кусок тряпки и выгорал довольно быстро, выгорало и масло. Одним из основных недостатков таких ламп была необходимость следить за тем, чтобы над поверхностью масла, уровень которого постоянно снижался, постоянно находилось достаточно фитиля для горения. Если при наличии одной лампы следить за ней было легко, то при наличии нескольких ламп уже возникала потребность в слуге, который бы регулярно ходил по комнате и поправлял фитили в лампах.
Герон изобрел автоматическую масляную лампу. Лампа состоит из чаши, в которую наливалось масло и устройства для подачи фитиля. Это устройство содержало поплавок и соединенное с ним зубчатое колесо. При понижении уровня масла, поплавок опускался, вращал зубчатое колесо, а оно, в свою очередь, подавало в зону горения тонкую рейку, обмотанную фитилем. Это изобретение стало одним из первых применений зубчатой рейки совместно с зубчатым колесом.
Еще одним изобретением Герона, предназначенным для храмов, стал орган, приводимый в действие при помощи ветра. Созданный Героном орган не был оригинальным, а лишь представлял собой усовершенствованную конструкцию гидравлоса – музыкального инструмента, придуманного Ктесибием. Гидравлос – представлял собой набор труб с клапанами, создававшими звук. Воздух в трубы подавался при помощи резервуара с водой и насоса, создававшего необходимое давление в этом резервуаре. Управление клапанами труб, как и в современном органе, осуществлялось при помощи клавиатуры-манипулы. Герон предложил автоматизировать гидравлос, при помощи ветряного колеса, которое служило приводом для насоса, нагнетавшего воздух в резервуар.
Фонтан Герона состоит из трех сосудов, помещенных один над другим и сообщающихся между собой. Два нижние сосуда – закрыты, а верхний имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода. Также вода наливается и в средний сосуд, позже закрываемый. По трубке, идущей от дна чаши почти до дна нижнего сосуда, вода течет из чаши вниз и, сжимая находящийся там воздух, увеличивает его упругость. Нижний сосуд сообщен со средним посредством трубки, по которой давление воздуха передается в средний сосуд. Производя давление на воду, воздух заставляет ее подниматься из среднего сосуда по трубке в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьет фонтан. Вода фонтана, падающая в чашу, течет из нее по трубке в нижний сосуд, где уровень воды постепенно повышается, а уровень воды в среднем сосуде понижается. Вскоре фонтан перестает работать. Чтобы запустить его заново, надо просто поменять местами нижний и средний сосуды.
В "Пневматике" Герона также приведено описание конструкции шприца. К сожалению, точно неизвестно использовался ли в эпоху античности этот прибор для медицинских целей. Также неизвестно, знали ли о его существовании француз Чарльз Праваз и шотландец Александр Вуд, которые считаются изобретателями современного медицинского шприца.
Уникальным для своего времени научным трудом является "Механика" Герона. Эта книга дошла до нас в переводе арабского ученого IX века н.э. Косты аль-Балбаки. До XIX века эта книга нигде не публиковалась и была, по-видимому, неизвестна науке ни во времена Средневековья, ни в период Возрождения. Это подтверждается и отсутствием списков текста его в греческом оригинале и в латинском переводе, и отсутствием упоминания о нем у схоластических авторов.
В "Механике" помимо описания простейших механизмов: клина, рычага, ворота, блока, винта, мы находим созданный Героном механизм для подъема грузов. В книге этот механизм фигурирует под названием барулк (baroulkos). Это устройство представляет собой ни что иное, как редуктор, который используется в качестве лебедки. Барулк Герона состоит из нескольких зубчатых колес, приводимых в движение ручной силой, причем Герон принимает отношение диаметра колеса к диаметру оси равным 5:1, предварительно допустив, что подлежащий поднятию груз весит 1000 талантов (25 т), а движущая сила равна 5 талантам (125 кг).
Труды "О военных машинах", "Об изготовлении метательных машин" Герон посвятил основам артиллерии и описал в них несколько конструкций арбалетов, катапульт, баллист.
Если труды Герона в области математики и инженерии прославляли его среди узкого круга ученых того времени, то среди широкой публики он был известен благодаря своим автоматическим театрам. Работы Герона вызывали в людях чувство удивления и восхищения возможностями технической мысли. Многие из его творений служили просветительским целям и демонстрировали не только возможности науки, но и знакомили современников с фактами истории и мифами Эллады.
Труд Герона "Об автоматах" пользовался популярностью в эпоху Возрождения и был переведен на латынь, а также цитировался многими учеными того времени. В частности, в 1501 году Джорджио Валла (Giorgio Valla) перевел некоторые фрагменты этого труда. Позже последовали переводы и другими авторами. Известно изображение одного из автоматов Герона, которое привел в своей книге в 1589 году Джованни Батиста Алеоти (Giovanni Battista Aleoti).
Большинство чертежей механических кукол Герона не сохранились, но в различных источниках есть их описания. Известно, что Герон создал своеобразный кукольный театр, который передвигался на скрытых от зрителей колёсах и представлял собой небольшое архитектурное сооружение – четыре колонны с общим цоколем и архитравом. Куклы на его сцене, приводимые в движение сложной системой шнуров и зубчатых передач, тоже скрытых от глаз публики, воспроизводили церемонию празднества в честь Диониса. Как только такой театр выезжал на городскую площадь, на его сцене над фигурой Диониса вспыхивал огонь, на пантеру, лежащую у ног божества, лилось вино из чаши, а свита начинала танцевать под музыку. Затем музыка и танцы прекращались, Дионис выворачивался в другую сторону, пламя вспыхивало во втором жертвеннике – и всё действие повторялось сначала. После такого представления куклы останавливались, и представление заканчивалось.
Это действо неизменно вызывало интерес у всех жителей, без различия в возрасте. Но не меньший успех снискали уличные спектакли другого кукольного театра Герона. Этот театр (пинака) был очень мал по своим размерам, его легко переносили с места на место. Он представлял собой небольшую колонну, наверху которой находился макет театральной сцены, скрытой за дверцами. Они открывались и закрывались пять раз, разделяя на акты драму о печальном возвращении победителей Трои. На крошечной сцене с исключительным мастерством показывалось, как воины сооружали и спускали на воду парусные корабли, плыли на них по бурному морю и погибали в пучине под сверкание молний и раскаты грома. Для имитации грома Герон создал специальное устройство, в котором из ящика высыпались шарики, ударявшиеся о доску.
В своих автоматических театрах Герон, по-сути, использовал элементы программирования: действия автоматами выполнялись в строгой последовательности, декорации сменяли друг друга в нужные моменты. Примечательно, что основной движущей силой, приводившей в движение механизмы театра, была гравитация (использовалась энергия падающих тел), также использовались элементы пневматики и гидравлики. Не использовались пружины, которые стали так широко применимыми в автоматах эпохи Возрождения. Причина этого проста: для производства пружин необходимы обладающие упругостью высококачественные стальные сплавы, которые не были известны металлургам античности.
На протяжении своей жизни Герон создал много разнообразных изобретений, гораздо больше показанных в тексте, интересных не только его современникам, но и нам – живущим два тысячелетия спустя.
Таким вкратце является "древний и дикий мир", как видно предки не сидели на пальмах и не били мамонтов по голове палкой-копалкой – даже Герон был инженером, часто лишь совершенствовавшим старые конструкции. И для Герона было бы странно услышать, что ему невозможно что-то создать, что без помощи инопланетян и атлантов он ничего не может. Он как Архимед и любой знающий инженер был уверен – дайте точку опоры и он перевернёт весь мир, а не дадите – возьмём сами.
Инженерное искусство древнейшее, оно было, есть и будет востребовано в мирной и военной жизни, помогая людям возводить гигантские сооружения и создавать сложнейшие механизмы. А для этого нужно хорошо учиться в школе, блестяще в институте, далее десятки лет практического применения своих знаний и кто знает, возможно про вас через 2000 лет будут писать и ставить в пример школьникам, как великого, без сомнения Герона Александрийского.
|
