3.5. Машины, созданные александрийскими механиками Героном и Ктесибием
В Эллинский период строительное искусство стало дополняться математическими расчетами и геодезическими приборами. Не позже VI в. до н.э. стали применяться методы расчета пропорций статуй и храмов. В VII-VII век до н.э. наибольший прогресс наблюдался в металлургии, ткачестве, гончарном производстве.
Простейшие механические приспособления можно было бы назвать динамическими, т.к. они создавались для экономии человеческой силы. Но почти одновременно появляются приспособления, которые можно назвать кинематическими, потому что они служат для преобразования движения. Их можно назвать автоматами.
Сочинение об автоматах написал ученый эпохи позднего эллинизма Герон Александрийский, живший в I в. н.э. Движение фигур и их элементов в театре автоматов – марионеток осуществлялось по прямой, по кругу и по производной кривой. Каждое движение производилось при помощи нитей, навернутых на барабаны или блоки различного диаметра и натягиваемых грузиками. В некоторых местах нити имели ненатянутые участки (петли), для того, чтобы одно движение запаздывало относительно другого. Со временем система привода у автоматов усложнялась, у них уже есть, что-то общее с современными автоматами (главный вал) и манипуляторами (по элементный привод). С помощью таких автоматов производились театрализованные и религиозные действия: наряду с малыми автоматами были и большие, управляющие движением статуй.
Герон изобрел также автомат для продажи “святой воды” храмовыми жрецами. По принципу действия современный торговый автомат очень напоминает древнеегипетский, выдававший воду в обмен на монетку. Герон изобрел гидравлическую машину для подъема тяжестей (рис. 3.6. а).
Герон изобрел прибор, названный им годометром (греч. hodos - путь, греч. metreo - измеряю) - измерителем пути. В настоящее время такие приборы называются в зависимости от назначения спидометрами или таксометрами. Годометр Герона (рис. 3.6. б) состоял из системы зубчатых колес, приводившихся в движение при езде повозки. Пройденный путь фиксировался стрелками на циферблате с делениями.
Еще больший интерес представлял эолипил Герона (рис. 6.20) (греч. aiolos - эол - повелитель ветров, греч. pilos - мяч), действовавший по реактивному принципу. Пар поступал в шар из котла по 2-м полым осям и заставлял шар вращаться в вертикальной плоскости. Т.о., Герон впервые использовал принцип, который лег в основу устройства паровой турбины почти 2 тыс. лет спустя.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающие клапаны; 4 – нагнетательные клапаны; 5 – колпак; 6 – насадка
Рис. 3.6. Машины, созданные Героном: а – гидравлическая; б – счетчик оборотов; и Ксесибеем – в – водяной насос.
Героном были изобретены счетчик оборотов (рис.3.5а) и гидравлические машины (рис.3.5б).
Изобретение пневматики связывается с именем александрийского механика (III в. до н.э.) Ктесибия. Александрия, столица Египта, была тогда центром прикладной науки. Ксесибей занимался пневматическими и гидравлическими приборами. Он изобрел двухцилиндровый пожарный насос, который ни в чем существенно не отличается от современного (рис.3.6 в). Насос был снабжен всасывающим и нагнетающим клапанами, воздушным уравнительным колпаком и рычагом – балансиром для ручного привода. Ксесибеем были изобретены водяные часы, водяной орган, а также аэротрон (греч. aer – воздух + греч. thronos – место) – военную машину, в которой роль упругого тела играл сжатый воздух. Как пожарный насос, так и аэротрон представлял собой цилиндр, с движущимися внутри него поршнями. Это первое в истории техники упоминание о кинематической паре цилиндр – поршень.
Водяные часы (греч. klepsydra - клепсидра) были известны в Греции с V в. до н.э. В часах Ктесибия вода через трубку медленно наполняла резервуар с поплавком. Фигурка на поплавке указывала время по делениям, нанесенным по вертикальной шкале. Ктесибий построил орган, действующий от воздушного насоса. Орган был снабжен устройством, помещавшимся под водой и позволявшим регулировать подачу воздуха в трубы.