4.8. Совершенствование грузоподъемной и строительной техники
В этот период складываются представления об основных понятиях физики и механики, механической работе и мощности. Понятие мощности применялось вначале для измерения производительности водоподъемных насосов и определялось величиной, равной произведению количеств (весовых и объемных) воды, выкачиваемой в единицу времени на высоту подъема ее насосом. Мощность измерялась в лошадиных силах. Понятие работы было введено в 1826 году для оценки работы машин.
Средневековые техники часто использовали треножные краны. Груз поднимался при помощи полиспаста с двумя-тремя подвижными блоками. Конец каната навивался на барабан ворота, вращавшегося людьми. Широко применялись поворотные краны. Подняв груз, они перемещали его на другое место. Еще большие возможности имел поворотный кран с подвижной тележкой: поворот стрелы и движение тележки по ней позволяли обслуживать любую точку в объеме цилиндра, размеры которого определяются высотой подъема груза и радиусом перемещения тележки (рис.4.7а), прообраз современного крана – рис.4.7б.
При сооружении зданий применяли копер для забивки свай и уплотнения грунта под фундамент. Ударный груз (“баба”) поднимался канатом, переброшенным через блок и навивавшимся на вал ворота. При падении груз наносил удар по торцу сваи. Этот груз двигался между направляющими брусьями, что обеспечивало точность работы.
а) б)
Рис. 4.7. Виды подъемных кранов: а – средневековый с подвижной тележкой; б – современный
В это время жил великий английский естествоиспытатель и философ Роджер Бекон. Он считал, что возможны такие орудия, при помощи которых “большие корабли, управляемые только одним человеком, будут двигаться по морю с большей быстротой, чем на всех парусах, что можно будет построить экипажи, которые помчатся с невероятной скоростью без помощи животных”, что будут созданы такие машины при помощи которых “человек, сидя спокойно, и наблюдая окружающие предметы, рассекал бы воздух искусственными крыльями на подобие птицы”, что с помощью небольшого орудия можно будет поднимать величайшие тяжести, что можно будет построить такие машины, которые дадут людям возможность ходить по дну морей и рек, не подвергаясь опасности.
4.9. Изобретение механических часов
В X-XI вв. были изобретены механические часы. Люди с давних пор разными способами измеряли время. Первыми приборами, применяемыми для данной цели, были часы: солнечные: экваториальные (рис.4.8а), горизонтальные (рис.4.8б) и вертикальные (рис.4.8в); песочные; огненные (рис.4.8г) и водяные (рис.4.8д).
а) б) в)
г) д)
Рис. 4.8. Первые конструкции часов: а, б, в, – солнечных; г – огненных; д – водяных
Изобретение безмаятниковых колесных часов (рис.4.9а) приписывается различным людям. В частности называют математика Герберта Орийянского, который ввел в Европе “арабские цифры” и слыл “чернокнижником”. Эти часы были очень громоздкими и устанавливались на башнях или фронтонах больших соборов. Принцип их действия был следующий: на горизонтальный вал наматывалась длинная веревка с гирей на конце. Под действием силы тяжести веревка разматывалась и вращала вал. Вращение вала передавалось храповому колесу и стрелкам. Для равномерного движения колеса применяли специальный регулятор – билянец (стержень с двумя лопатками, которые сдерживали движение храмового колеса). На концах стержней укреплялись грузы в виде шаров. Регулируя величину этих грузов и расстояние их от оси, можно заставить храповое колесо двигаться с различной скоростью.
а) б) в)
Рис. 4.9. Виды механических часов: а – колесные безмаятниковые; б – часы с регулятором Гюйгенса; в – часы Кулибина
В дальнейшем колесные часы были заменены маятниковыми, канат с грузом был заменен часовой пружиной. Основой для этого послужили исследования итальянского ученого Галилео Галилей (1564-1642), который в 1582 г. установил, что период колебаний маятника не зависит от амплитуды колебаний. Галилей установил это на основе наблюдений за качанием люстры. Он высказал также мысль, что колебания маятника можно также использовать для регулирования хода часов. В бумагах Галилея был найден чертеж таких часов, и по нему его сын построил первые часы с маятником. Однако о них вскоре забыли. Несколько позже голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629-1695) независимо от Галилея разработал конструкцию маятниковых часов и дал их расчет, а также создал спуск-регулятор, обеспечивающий равномерный ход часов (рис.4.9б).
Уникальные карманные часы с автоматическим боем, музыкальным механизмом и крошечным театром действующих кукол были изготовлены позднее в 1767 г. механиком Иваном Петровичем Кулибиным (1735-1818). По величине и форме они были похожи на утиное яйцо, украшены золотой оправой с оригинальным орнаментом.