يعتبر مالك الحزين أعظم مهندس في تاريخ البشرية. لقد اقترب كثيرًا من الثورة الصناعية، التي لم تحدث إلا بعد حوالي 2000 عام. كان أول من اخترع الأبواب الأوتوماتيكية، ومسرح العرائس الآلي، وآلة البيع، والقوس والنشاب سريع التحميل ذاتي التحميل، والتوربينات البخارية، والزخارف الأوتوماتيكية، وجهاز لقياس طول الطرق (“عداد التاكسي” القديم)، إلخ. كان أول من ابتكر أجهزة قابلة للبرمجة (عمود به دبابيس ملفوفة حوله).
درس الهندسة والميكانيكا والهيدروستاتيكا والبصريات. الأعمال الرئيسية: القياسات، علم الخصائص الميكانيكية، علم الآلات، الميكانيكا (بالفرنسية؛ العمل محفوظ بالكامل باللغة العربية)، Catoptics (علم المرايا؛ محفوظ فقط في الترجمة اللاتينية)، وما إلى ذلك. في عام 1814، تم العثور على مقال هيرون "عن الديوبتر"، والذي يحدد فيه قواعد مسح الأراضي، والتي تعتمد فعليًا على استخدام الإحداثيات المستطيلة. استخدم هيرون إنجازات أسلافه: إقليدس، أرخميدس، ستراتو من لامبساكوس. فقدت العديد من كتبه بشكل لا رجعة فيه (تم حفظ اللفائف في مكتبة الإسكندرية). إحدى نسخ كتبه، التي تعود إلى القرن السادس عشر، محفوظة في جامعة أكسفورد.
في العصور الوسطى، تم رفض العديد من اختراعاته أو نسيانها أو لم تكن ذات أهمية عملية.
ميكانيكا
في أطروحته "الميكانيكا" (؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟)، المكونة من ثلاثة كتب، وصف هيرون خمسة أنواع من الآلات البسيطة: الرافعة، والبوابة، والإسفين، والمسمار، والكتلة. أنشأ هيرون "القاعدة الذهبية للميكانيكا"، والتي بموجبها يكون اكتساب القوة عند استخدام هذه الآليات مصحوبًا بخسارة في المسافة.
في أطروحته "علم الخصائص الميكانيكية" (؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟)، وصف هيرون مختلف السيفونات، والأوعية المصممة بذكاء، والآلات التي يقودها الهواء المضغوط أو البخار. هذا aeolipileوالتي كانت أول توربين بخاري - كرة تدور بقوة نفاثات بخار الماء ؛ آلة لفتح الأبواب، آلة لبيع المياه "المقدسة"، مضخة حريق، أرغن مائي، مسرح عرائس ميكانيكي. يصف كتاب "حول Automata" (؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟) أيضًا العديد من الأجهزة الأوتوماتيكية.
في أطروحته Bellopoetics (؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟) وصف هيرون آلات الرمي العسكرية المختلفة.
الجيوديسيا
يصف كتاب "حول الديوبتر" (؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟) الديوبتر - أبسط جهاز يستخدم للعمل الجيوديسي. هذا الجهاز عبارة عن مسطرة ذات فتحتين للعرض، والتي يمكن تدويرها في مستوى أفقي ويمكنك من خلالها رؤية الزوايا.
يحدد هيرون في أطروحته قواعد مسح الأراضي، بناءً على استخدام الإحداثيات المستطيلة. يصف الاقتراح رقم 15 كيفية بناء التبرير الجيوديسي عند مد نفق عبر جبل، عندما يتم تنفيذ العمل في وقت واحد عند كلا الطرفين.
يصف الاقتراح 34 عداد المسافات، وهو جهاز لقياس المسافة التي تقطعها العربة. يصف الاقتراح 38 جهازًا مشابهًا يسمح بتحديد المسافة التي تقطعها السفينة.
بصريات
في كاتوبتريكوس (؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟)، يثبت مالك الحزين استقامة أشعة الضوء بسرعة انتشار عالية بلا حدود. ويقدم برهانًا على قانون الانعكاس، استنادًا إلى افتراض أن المسار الذي يقطعه الضوء يجب أن يكون أقصر ما يمكن (حالة خاصة من مبدأ فيرما). واستنادا إلى هذا المبدأ، نظر هيرون في أنواع مختلفة من المرايا، مع إيلاء اهتمام خاص للمرايا الأسطوانية.
الرياضيات
تعتبر "مقاييس" هيرون و"الهندسة" و"القياسات المجسمة" المستخرجة منها بمثابة كتب مرجعية في الرياضيات التطبيقية. فيما يلي القواعد والصيغ للحساب الدقيق والتقريبي للأشكال الهندسية المختلفة، على سبيل المثال، "صيغة هيرون" لتحديد مساحة المثلث من ثلاثة جوانب (اكتشفها أرخميدس)، وقواعد الاستخراج التقريبي للمربع والجذور التكعيبية (انظر صيغة هيرون التكرارية). في الأساس، يكون العرض التقديمي في أعمال هيرون الرياضية عقائديًا - غالبًا لا يتم اشتقاق القواعد، ولكنها تظهر فقط من خلال الأمثلة.
تمثل "تعريفات" هيرون مجموعة واسعة من التعريفات الهندسية، والتي يتزامن معظمها مع تعريفات "العناصر" لإقليدس.
سنوات من حياة هيرون
أصبحت سنوات حياة هيرون في القرن العشرين موضوع نقاش. وبحسب المصادر القديمة، فإنه عاش بعد أرخميدس، ولكن قبل بابوس، أي قبل بابوس. في وقت ما بين 200 قبل الميلاد و 300 إعلان أشار بعض المؤرخين في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر إلى تواريخ أكثر تحديدًا في هذه الفترة، على سبيل المثال، يضع بالدي جورون تحت 120 قبل الميلاد، ويشير ESBE إلى سنة ميلاد هيرون - 155 قبل الميلاد. في عام 1938، اقترح أوتو نيوغيباور أن هيرون عاش فيها القرن الأول الميلادي. واستند هذا الافتراض إلى أن كتابه “عن الديوبتر” يذكر خسوف القمر الذي لوحظ قبل 10 أيام من الاعتدال الربيعي. وإشارته إلى أن ذلك حدث في الإسكندرية في الساعة الخامسة صباحًا يدل بوضوح في الفترة ما بين 200 ق.م. ه. و 300 م لخسوف القمر يوم 13 مارس 62 (التاريخ اليولياني). في الآونة الأخيرة، تم انتقاد مواعدة نيويجباور من قبل ناثان سيدولي.
مالك الحزين الإسكندري (10 - 75 م) - عالم رياضيات وميكانيكي يوناني قديم. درس الهندسة والميكانيكا والهيدروستاتيكا والبصريات. مؤلف الأعمال التي أوجز فيها بشكل منهجي الإنجازات الرئيسية للعالم القديم في مجال الميكانيكا التطبيقية. في الميكانيكا، وصف هيرون خمس آلات بسيطة: الرافعة، والبوابة، والإسفين، والمسمار، والكتلة. كان مالك الحزين معروفًا أيضًا بمتوازي الأضلاع للقوى. باستخدام قطار التروس، قام هيرون ببناء جهاز لقياس طول الطرق، بناءً على نفس مبدأ عدادات التاكسي الحديثة. كانت آلة بيع المياه "المقدسة" الخاصة بشركة هيرون هي النموذج الأولي لآلات البيع الخاصة بنا لتوزيع السوائل. لم تجد آليات وآلات هيرون أي تطبيق عملي واسع النطاق. تم استخدامها بشكل أساسي في بناء الألعاب الميكانيكية، والاستثناءات الوحيدة هي آلات هيرون الهيدروليكية، والتي تم من خلالها تحسين أدراج المياه القديمة. قدم هيرون وصفًا لأساسيات المدفعية القديمة في أطروحته "حول صناعة آلات الرمي". تعتبر أعمال هيرون الرياضية بمثابة موسوعة للرياضيات التطبيقية القديمة. يوفر كتاب المقاييس قواعد وصيغ للحساب الدقيق والتقريبي لمختلف الأشكال الهندسية، على سبيل المثال صيغة هيرون لتحديد مساحة المثلث من ثلاثة جوانب، وقواعد الحل العددي للمعادلات التربيعية والاستخراج التقريبي للمربع والمكعب جذور. في الأساس، يكون العرض التقديمي في أعمال هيرون الرياضية عقائديًا - غالبًا ما لا يتم اشتقاق القواعد، ولكن يتم توضيحها فقط من خلال الأمثلة.
في عام 1814، تم العثور على مقال هيرون "عن الديوبتر"، والذي يحدد قواعد مسح الأراضي، والتي تعتمد في الواقع على استخدام الإحداثيات المستطيلة. فيما يلي وصف للديوبتر - جهاز لقياس الزوايا - النموذج الأولي لجهاز المزواة الحديث.
مضخة هيرون
أرز. 1. مضخة مالك الحزين
تتكون المضخة من أسطوانتين مكبستين متصلتين ومجهزتين بصمامات يتم من خلالها نزوح الماء بالتناوب. كانت المضخة مدفوعة بالقوة العضلية لشخصين يتناوبان في الضغط على أذرع الرافعة. ومن المعروف أن المضخات من هذا النوع استخدمها الرومان فيما بعد لإطفاء الحرائق وتميزت بتصنيع عالي الجودة وملاءمة دقيقة بشكل مذهل لجميع الأجزاء. حتى اكتشاف الكهرباء، كانت المضخات المشابهة لها غالبًا ما تستخدم لإطفاء الحرائق وفي البحرية لضخ المياه من المخازن في حالة وقوع حادث.
كرة بخار هيرون - ايوليبيل
كما وصف هيرون في أطروحته "علم الخصائص الميكانيكية" الشفاطات المختلفة، والأوعية المصممة بذكاء، والآلات التي تعمل بالهواء المضغوط أو البخار. Aeolipile (مترجم من اليونانية باسم "كرة إله الريح عولس") كان مرجلًا مغلقًا بإحكام مع أنبوبين على الغطاء. تم تركيب كرة مجوفة دوارة على الأنابيب، وتم تركيب فوهتين على شكل حرف L على سطحها. تم سكب الماء في المرجل من خلال الفتحة، وتم إغلاق الفتحة بسدادة، ووضع المرجل فوق النار. تم غليان الماء، وتم تشكيل البخار، الذي تدفق عبر الأنابيب إلى الكرة وإلى الأنابيب على شكل حرف L. مع الضغط الكافي، قامت نفاثات البخار المتسربة من الفوهات بتدوير الكرة بسرعة. تم بناؤه من قبل علماء حديثين وفقًا لرسومات هيرون، وقد طور الأيوليبايل ما يصل إلى 3500 دورة في الدقيقة!
عند تجميع الأيوليبيلي، واجه العلماء مشكلة الختم في المفاصل المفصلية لأنابيب إمداد الكرة والبخار. مع وجود فجوة كبيرة، حصلت الكرة على درجة أكبر من حرية الدوران، لكن البخار هرب بسهولة عبر الفجوات، وسرعان ما انخفض ضغطها. إذا تم تقليص الفجوة، اختفى فقدان البخار، لكن الكرة أصبحت أيضًا أكثر صعوبة في الدوران بسبب زيادة الاحتكاك. لا نعرف كيف حل هيرون هذه المشكلة. ربما لم يدور اليوليبايل الخاص به بهذه السرعة العالية مثل النموذج الحديث.
لسوء الحظ، لم يتلق Aeolipile الاعتراف الواجب ولم يكن في الطلب في عصر العصور القديمة، ولا في وقت لاحق، على الرغم من أنه ترك انطباعا كبيرا على كل من رآه. تم التعامل مع هذا الاختراع على أنه لعبة ممتعة فقط. في الواقع، إن إيوليبيل هيرون هو النموذج الأولي للتوربينات البخارية، التي ظهرت بعد ألفي عام فقط! علاوة على ذلك، يمكن اعتبار إيوليبيل أحد المحركات النفاثة الأولى. لم يتبق سوى خطوة واحدة قبل اكتشاف مبدأ الدفع النفاث: بوجود إعداد تجريبي أمامنا، كان من الضروري صياغة المبدأ نفسه. لقد أمضت البشرية ما يقرب من 2000 عام في هذه الخطوة. من الصعب أن نتخيل كيف كان سيبدو تاريخ البشرية لو كان مبدأ الدفع النفاث قد انتشر على نطاق واسع منذ 2000 عام. ربما كانت البشرية قد استكشفت النظام الشمسي بأكمله منذ فترة طويلة ووصلت إلى النجوم.
أرز. 2. 1 - إمداد البخار، 2 - أنابيب توصيل البخار، 3 - الكرة، 4 - أنابيب العادم
غلاية بخارية
أرز. 3. الغلايات البخارية
كان التصميم عبارة عن حاوية برونزية كبيرة بها أسطوانة مثبتة بشكل متحد وموقد وأنابيب لتزويد الماء البارد وتصريف الماء الساخن. كانت الغلاية اقتصادية للغاية وتوفر تسخينًا سريعًا للمياه.
كما نرى، طور هيرون ثلاثة اختراعات مثيرة للاهتمام للغاية: الأيوليبيلي، ومضخة المكبس، والغلاية. من خلال الجمع بينهما كان من الممكن الحصول على محرك بخاري. ربما كانت مثل هذه المهمة ضمن نطاق السلطة، إن لم تكن تحت سلطة هيرون نفسه، فمن ضمن صلاحيات أتباعه.
كما وصف أيضًا جهاز فتح الأبواب الأوتوماتيكي، ومضخة الحريق، والشفونات المختلفة، وجهازًا مائيًا، ومسرح الدمى الميكانيكي، وما إلى ذلك.
الأصل مأخوذ من com.mgsupgs إلى مالك الحزين الإسكندرية.
يتفاجأ الكثير منا، الذين يدرسون الفيزياء أو تاريخ التكنولوجيا، عندما يكتشفون أن بعض التقنيات والأشياء والمعارف الحديثة قد تم اكتشافها واختراعها في العصور القديمة. حتى أن كتاب الخيال العلمي يستخدمون في أعمالهم مصطلحًا خاصًا لوصف مثل هذه الظواهر: "الكرونوكلاسمات" - الاختراقات الغامضة للمعرفة الحديثة في الماضي. ومع ذلك، في الواقع، كل شيء أبسط: تم اكتشاف معظم هذه المعرفة بالفعل من قبل العلماء القدماء، ولكن بعد ذلك لسبب ما تم نسيانها وإعادة اكتشافها بعد قرون.
أدعوك في هذا المقال للتعرف على أحد علماء العصور القديمة المذهلين. لقد قدم مساهمة كبيرة في تطوير العلوم في عصره، لكن معظم أعماله واختراعاته غرقت في غياهب النسيان وتم نسيانها بشكل غير مستحق. اسمه هيرون الاسكندرية.
عاش هيرون في مصر في مدينة الإسكندرية ولذلك أصبح يعرف باسم مالك الحزين الإسكندرية. يشير المؤرخون المعاصرون إلى أنه عاش في القرن الأول الميلادي. فقط النسخ المعاد كتابتها من أعمال هيرون التي قام بها طلابه وأتباعه هي التي نجت حتى عصرنا. بعضها باللغة اليونانية، وبعضها باللغة العربية. هناك أيضًا ترجمات إلى اللاتينية تمت في القرن السادس عشر.
الأكثر شهرة هو "مقاييس" هيرون - وهو عمل علمي يعطي تعريفًا للقطعة الكروية والطارة والقواعد والصيغ لحساب دقيق وتقريبي لمناطق المضلعات المنتظمة وأحجام المخاريط والأهرامات المقطوعة. في هذا العمل، يقدم هيرون مصطلح "الآلات البسيطة" ويستخدم مفهوم عزم الدوران لوصف عملها.
من بين أمور أخرى، يعطي هيرون وصفا للجهاز الذي اخترعه لقياس المسافات - عداد المسافات.
أرز. عداد المسافات (المظهر
أرز. عداد المسافات (جهاز داخلي)
كان عداد المسافات عبارة عن عربة صغيرة مثبتة على عجلتين بقطر مختار خصيصًا. تدور العجلات بالضبط 400 مرة لكل مليتري (مقياس قديم للطول يساوي 1598 مترًا). تم تشغيل العديد من العجلات والمحاور بواسطة التروس، وتم تحديد المسافة المقطوعة من خلال سقوط الحصى في صينية خاصة. من أجل معرفة المسافة التي تم قطعها، كل ما كان مطلوبًا هو حساب عدد الحصى الموجودة في الدرج.
أحد أعمال هيرون الأكثر إثارة للاهتمام هو "علم الخصائص الميكانيكية". يحتوي الكتاب على أوصاف لحوالي 80 جهازًا وآلية. الأكثر شهرة هو إيوليبيل (مترجم من اليونانية: "كرة إله الريح عولس").
أرز. ايوليبيل
كان الإيوليبيلي عبارة عن مرجل مغلق بإحكام به أنبوبان على الغطاء. تم تركيب كرة مجوفة دوارة على الأنابيب، وتم تركيب فوهتين على شكل حرف L على سطحها. تم سكب الماء في المرجل من خلال الفتحة، وتم إغلاق الفتحة بسدادة، ووضع المرجل فوق النار. تم غليان الماء، وتم تشكيل البخار، الذي تدفق عبر الأنابيب إلى الكرة وإلى الأنابيب على شكل حرف L. مع الضغط الكافي، قامت نفاثات البخار المتسربة من الفوهات بتدوير الكرة بسرعة. تم بناؤه من قبل علماء حديثين وفقًا لرسومات هيرون، وقد طور الأيوليبايل ما يصل إلى 3500 دورة في الدقيقة!
لسوء الحظ، لم يتلق Aeolipile الاعتراف الواجب ولم يكن في الطلب في عصر العصور القديمة، ولا في وقت لاحق، على الرغم من أنه ترك انطباعا كبيرا على كل من رآه. إن إيوليبيل هيرون هو النموذج الأولي للتوربينات البخارية التي ظهرت بعد ألفي عام فقط! علاوة على ذلك، يمكن اعتبار إيوليبيل أحد المحركات النفاثة الأولى. لم يتبق سوى خطوة واحدة قبل اكتشاف مبدأ الدفع النفاث: بوجود إعداد تجريبي أمامنا، كان من الضروري صياغة المبدأ نفسه. لقد أمضت البشرية ما يقرب من 2000 عام في هذه الخطوة. من الصعب أن نتخيل كيف كان سيبدو تاريخ البشرية لو كان مبدأ الدفع النفاث قد انتشر على نطاق واسع منذ 2000 عام.
اختراع آخر بارز لهرون فيما يتعلق باستخدام البخار هو غلاية البخار.
كان التصميم عبارة عن حاوية برونزية كبيرة بها أسطوانة مثبتة بشكل متحد وموقد وأنابيب لتزويد الماء البارد وتصريف الماء الساخن. كانت الغلاية اقتصادية للغاية وتوفر تسخينًا سريعًا للمياه.
جزء كبير من "علم الخصائص الميكانيكية" في هيرون مشغول بوصف مختلف السيفونات والأوعية التي يتدفق منها الماء بالجاذبية عبر الأنبوب. يتم استخدام المبدأ المتأصل في هذه التصميمات بنجاح من قبل السائقين المعاصرين عندما يكون من الضروري تصريف البنزين من خزان السيارة. لخلق المعجزات الإلهية، كان على الكهنة استخدام عقل مالك الحزين ومعرفته العلمية. ومن أكثر المعجزات إثارة للإعجاب هي الآلية التي طورها والتي فتحت أبواب المعبد عندما أشعلت النار على المذبح.
يدخل الهواء الساخن من النار إلى وعاء به ماء ويضغط كمية معينة من الماء في برميل معلق بحبل. سقط البرميل المملوء بالماء وقام بتدوير الأسطوانات بمساعدة حبل ، مما أدى إلى تحريك الأبواب المتأرجحة. فتحت الأبواب. عندما انطفأت النار، سكب الماء من البرميل مرة أخرى إلى الوعاء، وأغلق ثقل الموازنة المعلق على حبل، والذي يقوم بتدوير الأسطوانات، الأبواب.
إنها آلية بسيطة للغاية، ولكن يا لها من تأثير نفسي على أبناء الرعية!
الاختراع الآخر الذي زاد بشكل كبير من ربحية المعابد القديمة هو آلة بيع المياه المقدسة التي اخترعها هيرون.
كانت الآلية الداخلية للجهاز بسيطة للغاية، وتتكون من رافعة متوازنة بدقة تعمل على تشغيل صمام ينفتح تحت تأثير وزن العملة المعدنية. سقطت العملة من خلال فتحة في صينية صغيرة وقامت بتنشيط الرافعة والصمام. انفتح الصمام وتدفقت بعض المياه. ثم تنزلق العملة من الدرج وتعود الرافعة إلى وضعها الأصلي، وتغلق الصمام.
أصبح اختراع هيرون هذا أول آلة بيع في العالم. وفي نهاية القرن التاسع عشر، أعيد اختراع آلات البيع.
تم أيضًا استخدام اختراع هيرون التالي بنشاط في المعابد.
يتكون الاختراع من سفينتين متصلتين بواسطة أنبوب. وكان أحد الإناءين مملوءًا ماءً والآخر خمرًا. أضاف ابن الرعية كمية صغيرة من الماء إلى إناء به ماء، ودخل الماء إلى إناء آخر وأزاح منه كمية مساوية من النبيذ. أحضر رجل الماء، و"بإرادة الآلهة" تحول إلى خمر! أليست هذه معجزة؟
وهنا تصميم آخر للوعاء اخترعه هيرون لتحويل الماء إلى نبيذ وبالعكس.
نصف الجرة مملوء بالنبيذ والنصف الآخر بالماء. ثم يتم إغلاق عنق الأمفورا بسدادة. يتم استخراج السائل باستخدام الصنبور الموجود في الجزء السفلي من الأمفورة. في الجزء العلوي من الإناء، تحت المقابض البارزة، يتم حفر فتحتين: واحدة في الجزء "النبيذ"، والثانية في الجزء "الماء". يتم إحضار الكأس إلى الصنبور، ويفتحه الكاهن ويسكب النبيذ أو الماء في الكأس، ويسد أحد الثقوب بإصبعه بهدوء.
كان الاختراع الفريد في ذلك الوقت هو مضخة المياه، التي وصف هيرون تصميمها في عمله "علم الخصائص الميكانيكية".
تتكون المضخة من أسطوانتين مكبستين متصلتين ومجهزتين بصمامات يتم من خلالها نزوح الماء بالتناوب. كانت المضخة مدفوعة بالقوة العضلية لشخصين يتناوبان في الضغط على أذرع الرافعة. ومن المعروف أن المضخات من هذا النوع استخدمها الرومان فيما بعد لإطفاء الحرائق وتميزت بتصنيع عالي الجودة وملاءمة دقيقة بشكل مذهل لجميع الأجزاء.
كانت الطريقة الأكثر شيوعًا للإضاءة في العصور القديمة هي الإضاءة باستخدام مصابيح الزيت. إذا كان من السهل تتبعه باستخدام مصباح واحد، فمع وجود عدة مصابيح، كانت هناك حاجة بالفعل إلى خادم يتجول بانتظام في جميع أنحاء الغرفة ويضبط الفتائل في المصابيح. اخترع هيرون مصباح زيت أوتوماتيكي.
يتكون المصباح من وعاء يُسكب فيه الزيت وجهاز لتغذية الفتيل. يحتوي هذا الجهاز على عوامة وترس متصل بها. عندما انخفض مستوى الزيت، انخفض العوامة، وقام بتدوير الترس، وقام بدوره بتغذية سكة رفيعة ملفوفة بفتيل إلى منطقة الاحتراق. كان هذا الاختراع أحد الاستخدامات الأولى للرف وعجلة التروس.
يقدم كتاب "علم الخصائص الميكانيكية" الخاص بـ هيرون أيضًا وصفًا لتصميم المحقنة، ولسوء الحظ، ليس من المعروف على وجه اليقين ما إذا كان هذا الجهاز قد تم استخدامه للأغراض الطبية في العصور القديمة. ومن غير المعروف أيضًا ما إذا كان الفرنسي تشارلز برافاز والاسكتلندي ألكسندر وود، اللذين يعتبران مخترعي الحقنة الطبية الحديثة، على علم بوجودها.
تتكون نافورة هيرون من ثلاث أوعية توضع إحداها فوق الأخرى وتتواصل مع بعضها البعض. الوعاءان السفليان مغلقان، والوعاء العلوي على شكل وعاء مفتوح يُسكب فيه الماء. يُسكب الماء أيضًا في الوعاء الأوسط، والذي يُغلق لاحقًا. من خلال أنبوب يمتد من أسفل الوعاء تقريبًا إلى أسفل الوعاء السفلي، يتدفق الماء من الوعاء ويضغط الهواء هناك ويزيد من مرونته. ويتصل الوعاء السفلي بالوعاء الأوسط من خلال أنبوب ينتقل من خلاله ضغط الهواء إلى الوعاء الأوسط. ومن خلال الضغط على الماء، يجبره الهواء على الارتفاع من الوعاء الأوسط عبر الأنبوب إلى الوعاء العلوي، حيث تخرج نافورة من نهاية هذا الأنبوب، ترتفع فوق سطح الماء. ويتدفق منه ماء النافورة المتساقط في الوعاء عبر أنبوب إلى الوعاء السفلي، حيث يرتفع منسوب الماء تدريجياً، وينخفض منسوب الماء في الوعاء الأوسط. وسرعان ما تتوقف النافورة عن العمل. لبدء تشغيله مرة أخرى، تحتاج فقط إلى تبديل الأوعية السفلية والمتوسطة.
العمل العلمي الفريد في وقته هو ميكانيكا هيرون. وقد جاء هذا الكتاب إلينا بترجمة أحد علماء العرب من القرن التاسع الميلادي. كوستا البلبكي. حتى القرن التاسع عشر، لم يُنشر هذا الكتاب في أي مكان، ويبدو أنه لم يكن معروفًا للعلم سواء في العصور الوسطى أو في عصر النهضة. وهذا ما يؤكده غياب قوائم نصه باليونانية الأصلية وفي الترجمة اللاتينية. في الميكانيكا، بالإضافة إلى وصف أبسط الآليات: الإسفين، الرافعة، البوابة، الكتلة، المسمار، نجد آلية ابتكرها هيرون لرفع الأحمال.
تظهر هذه الآلية في الكتاب تحت اسم بارولك. يمكن ملاحظة أن هذا الجهاز ليس أكثر من مجرد علبة تروس تُستخدم كورش.
كرّس هيرون أعماله "في الآلات العسكرية" و"في صناعة آلات الرمي" لأساسيات المدفعية ووصف فيها العديد من تصميمات الأقواس والمنجنيق والمقذوفات.
كان عمل هيرون عن الأوتوماتا شائعًا خلال عصر النهضة وتُرجم إلى اللاتينية واستشهد به العديد من العلماء في ذلك الوقت. على وجه الخصوص، في عام 1501، قام جورجيو فالا بترجمة بعض أجزاء هذا العمل. ترجمات لاحقة تليها مؤلفين آخرين.
لم يكن الأرغن الذي أنشأه هيرون أصليًا، ولكنه كان مجرد تصميم محسّن للهيدرولوس، وهي آلة موسيقية اخترعها ستيسيبيوس. كانت Hydraulos عبارة عن مجموعة من الأنابيب ذات الصمامات التي تصدر الصوت. تم تزويد الأنابيب بالهواء باستخدام خزان مياه ومضخة، مما أدى إلى خلق الضغط اللازم في هذا الخزان. تم التحكم في صمامات الأنابيب، كما هو الحال في الأرغن الحديث، باستخدام لوحة المفاتيح. اقترح هيرون أتمتة النظام الهيدروليكي باستخدام عجلة الرياح، والتي كانت بمثابة محرك للمضخة التي تدفع الهواء إلى الخزان.
من المعروف أن هيرون أنشأ نوعًا من مسرح الدمى الذي يتحرك على عجلات مخفية عن الجمهور وكان عبارة عن هيكل معماري صغير - أربعة أعمدة ذات قاعدة مشتركة وعتبة. الدمى على مسرحه، مدفوعة بنظام معقد من الحبال والتروس، مخفية أيضًا عن الأنظار العامة، أعادت تمثيل حفل المهرجان على شرف ديونيسوس. بمجرد دخول هذا المسرح إلى ساحة المدينة، اندلع حريق على خشبة المسرح فوق شخصية ديونيسوس، وسكب النبيذ من وعاء على النمر ملقى عند قدمي الإله، وبدأت الحاشية في الرقص على أنغام الموسيقى. ثم توقفت الموسيقى والرقص، وتحول ديونيسوس في الاتجاه الآخر، واندلع لهب في المذبح الثاني - وتكرر الإجراء بأكمله مرة أخرى. بعد هذا الأداء توقفت الدمى وانتهى العرض. أثار هذا الإجراء دائما الاهتمام بين جميع السكان، بغض النظر عن العمر. لكن عروض الشوارع لمسرح عرائس آخر، هيرون، لم تكن أقل نجاحا.
وكان هذا المسرح (بيناكا) صغير الحجم للغاية، يسهل نقله من مكان إلى آخر، وكان عبارة عن عمود صغير، يوجد في أعلاه نموذج لمسرح مسرحي مخبأ خلف الأبواب. لقد افتتحوا وأغلقوا خمس مرات، مقسمين إلى أعمال دراما العودة الحزينة للمنتصرين في طروادة. على مسرح صغير، وبمهارة استثنائية، ظهر كيف قام المحاربون ببناء السفن الشراعية وإطلاقها، وأبحروا بها في بحر عاصف وماتوا في الهاوية تحت وميض البرق والرعد. لمحاكاة الرعد، ابتكر هيرون جهازًا خاصًا تتسرب فيه الكرات من الصندوق وتضرب اللوحة.
في مسارحه الآلية، استخدم هيرون، في الواقع، عناصر البرمجة: تم تنفيذ تصرفات الآلات بتسلسل صارم، واستبدلت المشاهد بعضها البعض في اللحظات المناسبة. من الجدير بالذكر أن القوة الدافعة الرئيسية التي تحرك آليات المسرح كانت الجاذبية (تم استخدام طاقة الأجسام المتساقطة أيضًا) ؛
كان الديوبتر هو النموذج الأولي للمزواة الحديثة. كان الجزء الرئيسي منها عبارة عن مسطرة ذات مناظر متصلة بنهاياتها. تم تدوير هذه المسطرة في دائرة، والتي يمكن أن تشغل الوضعين الأفقي والرأسي، مما جعل من الممكن تحديد الاتجاهات في المستويين الأفقي والرأسي. لضمان التثبيت الصحيح للجهاز، تم إرفاق خط راسيا ومستوى به. باستخدام هذا الجهاز وإدخال الإحداثيات المستطيلة، تمكن هيرون من حل العديد من المسائل على الأرض: قياس المسافة بين نقطتين عندما يتعذر على المراقب الوصول إلى إحداهما أو كلتيهما، ورسم خط مستقيم عمودي على خط مستقيم لا يمكن الوصول إليه، وإيجاد فرق المستوى بين نقطتين، قم بقياس مساحة شكل بسيط دون أن تطأ المنطقة التي يتم قياسها.
حتى في زمن هيرون، كان نظام إمدادات المياه في جزيرة ساموس، الذي تم إنشاؤه وفقًا لتصميم يوبالينوس ويمر عبر نفق، يعتبر أحد روائع الهندسة القديمة. تم توفير المياه عبر هذا النفق للمدينة من مصدر يقع على الجانب الآخر من جبل كاسترو. ومن المعروف أنه من أجل تسريع العمل، تم حفر النفق على جانبي الجبل بشكل متزامن، الأمر الذي تطلب مؤهلات عالية من المهندس المسؤول عن البناء. وقد عمل خط أنابيب المياه لعدة قرون، وأدهش معاصري هيرون، وقد ذكره هيرودوت أيضًا في كتاباته. من هيرودوت علم العالم الحديث بوجود نفق يوبالينا. لقد اكتشفت ذلك، لكنني لم أصدق ذلك، لأنه كان يعتقد أن الإغريق القدماء لم يكن لديهم التكنولوجيا اللازمة لبناء مثل هذا الكائن المعقد. بعد دراسة عمل هيرون "على الديوبتر"، الذي تم العثور عليه عام 1814، تلقى العلماء الدليل الوثائقي الثاني على وجود النفق. فقط في نهاية القرن التاسع عشر، اكتشفت بعثة أثرية ألمانية نفق يوبالينا الأسطوري.
هذه هي الطريقة التي يقدم بها هيرون في عمله مثالاً على استخدام الديوبتر الذي اخترعه لبناء نفق يوبالينا.
إن العيش في مجتمع حديث عالي التقنية، نحن فخورون جدًا بالاختراعات في عصرنا، وتطور التكنولوجيا، وهذه الخصائص الرئيسية، "بطاقات الاتصال"، كما نعتقد، لحضارتنا.
ومع ذلك، فمن المفيد أن ننظر إلى ما لا يقل عن ألفي عام، وسوف نتفاجأ عندما نكتشف أن اختراعاتنا ليست كذلك اختراعاتنا. اتضح أن شيئًا مشابهًا قد تم اختراعه بالفعل وتم استخدامه بنجاح كبير. ونحن لا نتحدث عن الحفريات القديمة أو "هدايا الآلهة"؛ على الأرجح، هذه ثمار عادية للهندسة البشرية، على الرغم من أنها ليست عادية.
العديد من هذه الجواهر الهندسية كانت ببساطة سابقة لعصرها بكثير، وهذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكنني من خلالها شخصيًا أن أشرح كيف يمكن للبشرية نسيانها، على الرغم من فائدتها، لدرجة أنها حصلت لاحقًا على حياة ثانية. وهذا بالضبط ما حدث مع أول محرك بخاري.
هيرون الإسكندريني، أو مالك الحزين الإسكندري، ولد عام 10 م في الإسكندرية (الآن جزء من مصر وثاني أكبر مدينة بعد القاهرة). لا توجد معلومات كثيرة عن حياة هيرون، إلا أنه من المعروف أن والديه كانا يونانيين انتقلا إلى الإسكندرية بعد فتحها على يد الإسكندر الأكبر. كان هيرون عالم رياضيات ومخترعًا، وأحد أعظم المخترعين في العصور القديمة.
في عهد هيرون، كانت مكتبة الإسكندرية العظيمة في أوجها، ووفقًا للعلماء، أتيحت الفرصة لهرون لاستخدام هذا المستودع من الحكمة والمعرفة والخبرة الإنسانية.
ايوليبيل - مجال مالك الحزين
في الواقع، قليل من الناس يعرفون أن هيرون كان أيضًا مخترع أول محرك بخاري، وهو جهاز يسمى إيوليبيل أو “محرك هيرون” أو “كرة هيرون”.
وعلى الرغم من اعتقاد بعض الباحثين بوجود أجهزة مشابهة للأيوليبيلي قبل هيرون، إلا أنه كان أول من وصف تصميمه وطريقة تصنيعه بالتفصيل في كتابه "علم الخصائص الميكانيكية"، حيث تم وصف 78 جهازًا آخر أيضًا. كانت العديد من أفكار هيرون عبارة عن تحسينات على مخترع يوناني آخر عاش في الإسكندرية قبله بـ 300 عام، وهو ستيسيبيوس السكندري، الذي ذكر علم الهواء المضغوط لأول مرة.
إذًا كيف كان شكل هذا الإيوليبيلي، أقدم محرك بخاري؟ هذه كرة قادرة على الدوران حول محورها. تحركت الكرة بفضل البخار المنبعث تحت ضغط زوج من الفوهات. تم توجيه الفوهات في اتجاهين متعاكسين، مما أدى إلى عزم الدوران. وكان هذا العزم هو الذي جعل الكرة تدور حول محورها. يظهر مبدأ التشغيل في الفيديو في نهاية هذه المقالة.
يتم توليد البخار عن طريق غليان الماء إما داخل الكرة أو تحتها، كما في الشكل. إذا كان المرجل موجودا تحت المجال، فهو متصل به باستخدام زوج من الأنابيب، والذي يعمل في نفس الوقت كمحاور له. نسخة حديثة مستنسخة من محرك هيرون البخاري قادرة على التسارع إلى 1500 دورة في الدقيقة عند ضغط منخفض نسبيًا يبلغ 0.7 كجم لكل بوصة مربعة.
وظل هذا الاختراع منسيا دون وجه حق حتى عام 1577، عندما أعيد اختراع المحرك البخاري على يد الفيلسوف وعالم الفلك والمخترع تقي الدين. إن مبدأ تشغيل الجهاز الذي وصفه يكرر بشكل أساسي مبدأ المحرك البخاري الخاص بمالك الحزين الإسكندري، باستثناء أن تدفق البخار يحرك العجلة.
اختراع آخر يُنسب إلى هيرون، وهو في الواقع، كان تحسينه للجهاز الهيدروليكي الذي اخترعه ستيسيبيوس بالفعل، وهو "عجلة الرياح". وهي عبارة عن توربينة رياح تستخدم لتشغيل جهاز يشبه الأرغن الحديث.
اخترع هيرون أيضًا أول آلة بيع لبيع المياه المقدسة، وفتح الباب تلقائيًا، وسيارة إطفاء، ونافورة مستقلة والعديد من الآليات للمسرح اليوناني.
كان أحد اختراعاته الميكانيكية المسرحية عبارة عن مسرحية آلية بالكامل. لقد عملت، دون الخوض في التفاصيل الفنية، باستخدام نظام العقد والحبال والآليات البسيطة، حتى أنها كانت قادرة على إصدار أصوات الرعد بشكل مصطنع والتحكم في الضوء أثناء الأداء.
يصف إرثه الآلات التي تعمل بالهواء أو البخار أو الماء تحت الضغط، والأجهزة المعمارية لرفع الأشياء الثقيلة، وطرق حساب الأسطح والكميات (بما في ذلك طريقة حساب الجذر التربيعي)، والآليات العسكرية، بالإضافة إلى طرق التحكم في الضوء باستخدام العاكسات. والمرايا
فتح الأبواب "رائع". اختراع هيرون. الصور المتحركة بواسطة P. Hausladen، RS. فورينجن
من المؤكد أن هيرون كان عبقريًا في عصره، وكان شخصًا تقدميًا بشكل لا يصدق. ولسوء الحظ، فُقدت معظم كتاباته الأصلية، باستثناء عدد قليل من المخطوطات العربية الباقية. من يدري كم عدد الاختراعات المذهلة المنسية للعالم القديم التي وصفها هيرون منذ أكثر من 2000 عام.
في أوروبا، كان لا بد من إعادة اكتشاف العديد من الاختراعات اليونانية بعد 1000-2000 سنة. كان هذا ثمن ثلاثة انتصارات - روما والمسيحية والبرابرة.
على سبيل المثال، تم استخدام رافعة البناء في بناء المعابد في اليونان القديمة حوالي عام 515 قبل الميلاد. يعود أول ذكر "حديث" للصنبور إلى عام 1740 في فرنسا.
تم استخدام آليات التروس في القرن الخامس قبل الميلاد، ولم يتم تطويرها إلا بعد القرن الثالث عشر.
كشفت الحفريات في أثينا وأولمبيا عن وجود حمامات وأحواض استحمام وأنابيب مياه ساخنة، تم بناؤها في القرن الخامس قبل الميلاد. تم إعادة صنع اختراع مماثل في القرن السادس عشر في إنجلترا.
تم تنفيذ التخطيط الحضري لأول مرة من قبل المهندس المعماري هيبوداموس أثناء بناء مدينة ميليتس (حوالي 400 قبل الميلاد). ولم يتم التخطيط لفلورنسا إلا بعد مرور 1800 عام، خلال أوائل عصر النهضة.
ظهر القوس والنشاب (gastropet) في اليونان القديمة حوالي عام 400 قبل الميلاد. في أوروبا في العصور الوسطى، بدأ استخدامه في القرنين الرابع عشر والخامس عشر.
تم تسخين معبد أرتميس في أفسس عن طريق تدوير الهواء الدافئ في القرن الرابع قبل الميلاد. تم تجديد نظام التدفئة المركزية في الأديرة السسترسية في القرن الثاني عشر.
كان الإسطرلاب معروفًا في اليونان حوالي عام 200 قبل الميلاد، لكنه عاد إلى أوروبا عبر العالم العربي وإسبانيا في القرن الحادي عشر.
عداد المسافات (جهاز لقياس المسافات) استخدمه الإسكندر الأكبر وأعاد اختراعه ويليام كلايتون في عام 1847.
ومن المميز أن العديد من الاختراعات تمت في أكبر مركز علمي لليونانيين - الإسكندرية، وكان أشهر مخترع الإسكندرية هو هيرون الإسكندرية.
يعتبر هيرون الإسكندري، عالم الرياضيات والميكانيكا اليوناني الذي عاش في القرن الأول الميلادي، أعظم مهندس في تاريخ البشرية كله.
كان مالك الحزين الإسكندري مهووسًا بالأجهزة والآليات الأوتوماتيكية المختلفة. بالإضافة إلى المحرك البخاري الأول، صمم هيرون مسارح الدمى الميكانيكية، ومحرك إطفاء، وعداد المسافات، ومصباح زيت ذاتي التعبئة، ونوع جديد من الحقن، وأداة طبوغرافية تشبه المزواة الحديثة، وجهاز مائي، وجهاز يعمل على بدا الأمر عند تشغيل طاحونة هوائية، وما إلى ذلك. تم وصف عدد من الأجهزة البارعة بالتفصيل في سلسلة من الكتب المدرسية في القرن الأول. ن. اه، مذهل.
آلة إيداع الأموال الخاصة به، مثل العديد من معجزاته الأخرى، كانت مخصصة للاستخدام في المعابد. كانت الفكرة وراء هذه الآلية هي أن يقوم المؤمن بوضع عملة برونزية من فئة 5 دراخما في الفتحة وفي المقابل يحصل على بعض الماء لغسل الوجه واليدين قبل دخول المعبد. وفي نهاية اليوم، يمكن للكاهنات جمع التبرعات من الآلة. ويتم فعل شيء مماثل في بعض كاتدرائيات الروم الكاثوليك الحديثة، حيث يقوم الناس بوضع العملات المعدنية في آلات لإضاءة الشموع الكهربائية.
الجهاز القديم يعمل على النحو التالي. سقطت العملة في كوب صغير تم تعليقه من أحد طرفي كرسي هزاز متوازن بعناية. وتحت ثقله، ارتفع الطرف الآخر من الكرسي الهزاز، وفتح الصمام، وتدفق الماء المقدس. بمجرد سقوط الكوب، انزلقت العملة لأسفل، وارتفعت نهاية الروك مع الكوب، وسقط الآخر، وأغلق الصمام وأوقف الماء.
ربما تكون آلية هيرون البارعة مستوحاة جزئيًا من فكرة الجهاز الذي اخترعه فيلو البيزنطي قبل ثلاثة قرون. لقد كانت عبارة عن وعاء به آلية غامضة إلى حد ما تم بناؤها بداخلها وتسمح للضيوف بغسل أيديهم. تم نحت يد تحمل كرة الخفاف فوق أنبوب الماء. وعندما أخذها أحد الضيوف لغسل يديه قبل العشاء، اختفت الذراع الميكانيكية داخل الآلية وتدفق الماء من الأنبوب. وبعد مرور بعض الوقت، توقف الماء عن التدفق وظهرت يد ميكانيكية بقطعة جديدة من الخفاف مُجهزة للضيف. ولسوء الحظ، لم يترك فيلو وصفًا تفصيليًا لكيفية عمل هذه الأعجوبة الميكانيكية الاستثنائية، ولكن يبدو أنها كانت مبنية على نفس مبادئ الإنسان الآلي.
منذ حوالي 2000 عام، اخترع هيرون أبوابًا تفتح تلقائيًا لمعابد مدينة الإسكندرية المصرية.
بالإضافة إلى ذلك، كان هيرون أيضًا متخصصًا في تنظيم العروض العامة. كان تصميمه لأبواب المعبد الأوتوماتيكية بمثابة هدية للكهنة المصريين، الذين استخدموا على مدى قرون معجزات ميكانيكية أو غيرها لتعزيز قوتهم وهيبتهم.
باستخدام مبادئ ميكانيكية بسيطة نسبيا، اخترع هيرون جهازا من شأنه أن يفتح أبواب معبد صغير كما لو كان ذلك بأيدي غير مرئية عندما أشعل الكاهن النار على المذبح المقابل له.
في كرة معدنية مخبأة تحت المذبح، قامت النار بتسخين الهواء. لقد توسعت ودفعت الماء عبر السيفون إلى حوض ضخم. تم تعليق الأخير بالسلاسل بواسطة نظام من الأوزان والبكرات، مما أدى إلى تدوير الأبواب على محاورها عندما يصبح الحوض أثقل.
عندما خمدت النار على المذبح، حدث شيء مدهش آخر. ونتيجة للتبريد السريع للهواء الموجود في الكرة، تم امتصاص الماء إلى السيفون بطريقة مختلفة. عاد الحوض الفارغ إلى الأعلى، وأعاد نظام البكرة إلى الحركة، وأُغلقت الأبواب رسميًا.
تصميم آخر موصوف في أعمال هيرون هو البوق الذي دق عند فتح أبواب المعبد. لعبت دور جرس الباب وجهاز إنذار ضد السرقة.
ليس هناك شك في أن نظام الأبواب الأوتوماتيكية الذي وصفه هيرون كان يستخدم بالفعل في المعابد المصرية وربما في أماكن أخرى من العالم اليوناني الروماني. وأشار المخترع نفسه بشكل عابر إلى نظام بديل يستخدمه مهندسون آخرون: "يستخدم بعضهم الزئبق بدلاً من الماء، لأنه أثقل ويمكن فصله بسهولة بالنار". لا يزال ما يعنيه هيرون بالكلمة المترجمة على أنها "قطع الاتصال" غير معروف، لكن استخدام الزئبق بدلاً من الماء في آليات مشابهة لتصميم هيرون جعلها بالتأكيد أكثر كفاءة.
محرك هيرون البخاري.
اخترع هيرون الإسكندري أول محرك بخاري عامل وأطلق عليه اسم "كرة الرياح". تصميمه بسيط للغاية. تم وضع مرجل رصاصي واسع مملوء بالماء فوق مصدر حراري، مثل حرق الفحم. ومع غليان الماء في أنبوبين تدور في وسطهما كرة، يتصاعد البخار. انطلقت نفاثات من البخار عبر فتحتين في الكرة، مما أدى إلى دورانها بسرعة عالية. نفس المبدأ يكمن وراء الدفع النفاث الحديث.
هل يمكن استخدام المحرك البخاري لأغراض عملية؟ للعثور على إجابة لهذا السؤال، قام أخصائي الآثار الدكتور جي جي لاندلز من جامعة ريدينغ، بمساعدة متخصصين من كلية الهندسة، بعمل نموذج عمل دقيق لجهاز هيرون. واكتشف أن لها سرعة دوران عالية تصل إلى 1500 دورة في الدقيقة على الأقل: "ربما كانت كرة جهاز هيرون هي أسرع جسم يدور في عصره".
ومع ذلك، واجه لاندلز صعوبة في ضبط الوصلات بين الكرة الدوارة وأنبوب البخار، مما حال دون فعالية الجهاز. سمحت المفصلة السائبة للكرة بالدوران بشكل أسرع، ولكن بعد ذلك تبخر البخار بسرعة؛ كانت المفصلة الضيقة تعني إهدار الطاقة في التغلب على الاحتكاك. ومن خلال التوصل إلى حل وسط، حسب لاندلز أن كفاءة آلية هيرون ربما كانت أقل من واحد بالمائة. ولذلك، لإنتاج عُشر حصان (قوة شخص واحد)، ستكون هناك حاجة إلى وحدة كبيرة إلى حد ما، تستهلك كمية هائلة من الوقود. سيتم إنفاق المزيد من الطاقة على هذا أكثر مما يمكن أن تنتجه الآلية نفسها.
تمكن مالك الحزين من اختراع طريقة أكثر كفاءة لاستخدام الطاقة البخارية. وكما أشار لاندلز، فإن جميع العناصر الضرورية لمحرك بخاري فعال موجودة في الأجهزة التي وصفها هذا المهندس القديم. صنع معاصروه أسطوانات ومكابس عالية الكفاءة، استخدمها هيرون في تصميم مضخة مياه لمكافحة الحرائق. تم العثور على آلية صمام مناسبة للمحرك البخاري في تصميمه لنافورة مياه تعمل بالهواء المضغوط. آليته تشبه بخاخ الحشرات الحديث. وكانت تتألف من غرفة برونزية مستديرة، وهي أكثر تقدماً من الغلاية الرصاصية في محركه البخاري، إذ يمكنها تحمل الضغوط العالية.
كان من السهل على هيرون أو أي من معاصريه الجمع بين كل هذه العناصر (المرجل والصمامات والمكبس والأسطوانة) لصنع محرك بخاري عملي. حتى أنه قيل إن هيرون ذهب إلى أبعد من ذلك في تجاربه، حيث جمع العناصر الضرورية في محرك بخاري فعال، لكنه إما مات أثناء الاختبار أو تخلى عن هذه الفكرة. لم يتم إثبات أي من هذه الافتراضات. على الأرجح، بسبب جدول أعماله المزدحم، لم يتمكن من تنفيذ هذه الفكرة. ومع ذلك، كان هناك العديد من المهندسين الآخرين ذوي المعرفة والمبدعين في الإسكندرية والعالم اليوناني الروماني. فلماذا لم يطور أي منهم هذه الفكرة بشكل أكبر؟ يبدو أن الأمر كله يتعلق بالاقتصاد. لم تتحقق إمكانات العديد من الاختراعات بشكل كامل في العالم القديم بسبب اقتصاد العبيد. وحتى لو تمكن أحد العلماء العبقريين من إنشاء محرك بخاري قادر على أداء عمل مئات الأشخاص، فإن الآلية الأخيرة لن تثير الاهتمام بين رجال الصناعة، لأنهم كانوا دائما في متناول أيديهم في سوق العبيد. لكن مسار التاريخ كان يمكن أن يكون مختلفا..
نافورة هيرون.
أحد الأجهزة التي وصفها العالم اليوناني القديم هيرون الإسكندري كانت النافورة السحرية. وكانت المعجزة الرئيسية لهذه النافورة هي أن المياه تتدفق من النافورة من تلقاء نفسها دون الاستعانة بأي مصدر خارجي للمياه. يظهر مبدأ تشغيل النافورة بوضوح في الشكل. ربما سيقرر شخص ما، بالنظر إلى مخطط النافورة، أنه لا يعمل. أو، على العكس من ذلك، سوف يخطئ مثل هذا الجهاز في آلة الحركة الدائمة. لكن من قانون الفيزياء الخاص بحفظ الطاقة نعرف استحالة إنشاء آلة ذات حركة أبدية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية عمل نافورة هيرون.
تتكون نافورة هيرون من وعاء مفتوح وسفينتين مغلقتين أسفل الوعاء. يمتد أنبوب مغلق تمامًا من الوعاء العلوي إلى الحاوية السفلية. إذا صببت الماء في الوعاء العلوي، يبدأ الماء بالتدفق عبر الأنبوب إلى الوعاء السفلي، مما يؤدي إلى إزاحة الهواء من هناك. نظرًا لأن الحاوية السفلية نفسها مغلقة تمامًا، فإن الهواء الذي يدفعه الماء، من خلال أنبوب مغلق، ينقل ضغط الهواء إلى الوعاء الأوسط. يبدأ ضغط الهواء في الحاوية الوسطى بدفع الماء للخارج، وتبدأ النافورة في العمل. إذا، لبدء العمل، كان من الضروري صب الماء في الوعاء العلوي، ثم لمزيد من تشغيل النافورة، تم استخدام الماء الذي سقط في الوعاء من الحاوية الوسطى بالفعل. كما ترون، تصميم النافورة بسيط للغاية، ولكن هذا فقط للوهلة الأولى.
يتم صعود الماء إلى الوعاء العلوي بسبب ضغط الماء بارتفاع H1، بينما ترفع النافورة الماء إلى ارتفاع أكبر بكثير H2، وهو ما يبدو للوهلة الأولى مستحيلاً. ففي نهاية المطاف، ينبغي أن يتطلب هذا المزيد من الضغط. لا ينبغي أن تعمل النافورة. لكن تبين أن معرفة الإغريق القدماء كانت عالية جدًا لدرجة أنهم اكتشفوا كيفية نقل ضغط الماء من الوعاء السفلي إلى الوعاء الأوسط، ليس بالماء، بل بالهواء. وبما أن وزن الهواء أقل بكثير من وزن الماء، فإن فقدان الضغط في هذه المنطقة ضئيل للغاية، وتنطلق النافورة من الوعاء إلى ارتفاع H3. سيكون ارتفاع نافورة النافورة H3، دون مراعاة فقد الضغط في الأنابيب، مساوياً لارتفاع ضغط الماء H1.
وبالتالي، لكي تتدفق مياه النافورة إلى أعلى مستوى ممكن، من الضروري جعل هيكل النافورة على أعلى مستوى ممكن، وبالتالي زيادة المسافة H1. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج إلى رفع الوعاء الأوسط إلى أعلى مستوى ممكن. أما قانون الفيزياء الخاص بحفظ الطاقة فهو محترم بالكامل. يتدفق الماء من الوعاء الأوسط تحت تأثير الجاذبية إلى الوعاء السفلي. حقيقة أنها تشق طريقها عبر الوعاء العلوي، وفي الوقت نفسه تنطلق هناك مثل النافورة، لا تتعارض بأي حال من الأحوال مع قانون الحفاظ على الطاقة. كما تفهم، فإن وقت تشغيل هذه النوافير ليس لانهائيا؛ في نهاية المطاف، سوف تتدفق كل المياه من الوعاء الأوسط إلى الجزء السفلي، وسوف تتوقف النافورة عن العمل.
باستخدام مثال بناء نافورة هيرون، نرى مدى ارتفاع معرفة العلماء اليونانيين القدماء في علم الخصائص الهوائية.
حريق مالك الحزين بالإسكندرية.
كل صباح، كان كهنة الهيكل يوقدون نار الذبيحة على المذبح. وبمجرد أن اشتعلت النيران بشكل صحيح، على الفور، بإرادة آلهة اليونان القديمة، فتحت الأبواب من قوة مجهولة. وعندما جاء المساء، أطفأ الكهنة النار، ومع ذلك، بإرادة آلهة اليونان القديمة، أُغلقت الأبواب. لا شيء سوى النار على المذبح يمكن أن تفتح أبواب الهيكل. لقد اعتبر الإغريق القدماء ذلك بمثابة معجزة عظيمة، مما أدى إلى تعزيز الإيمان بالآلهة. حتى المسيحيين الأوائل اعتبروها معجزة. صحيح أن هذه المعجزة في رأيهم لم تتم من قبل الله بل من قبل الشيطان.
مبدأ عمل هذه المعجزة موصوف في كتابه من قبل عالم اليونان القديم هيرون الإسكندرية.
لم تكن أبواب الهيكل مثبتة على مفصلات عادية، بل على دعامات مستديرة كانت تدخل تحت أرضية الهيكل. كان هناك حبل ملفوف حول الدعامات يمكن سحبه لفتح الأبواب. لإغلاق الأبواب تلقائيًا، تم استخدام ثقل موازن في التصميم. لكن هذه ليست معجزة حقيقية بعد. إن إخفاء شخص ما تحت الأرض ليس فكرة جيدة. من السهل جدًا اكتشاف مثل هذا الخداع.
ومن أجل معجزة حقيقية، تم استخدام خاصية تمدد الهواء عند تسخينه. تم جعل المذبح محكم الإغلاق، وعندما يسخن، يخرج الهواء الدافئ من المذبح عبر أنبوب خاص. ومن خلال هذا الأنبوب، يدخل الهواء إلى وعاء مملوء بالماء. بدأ ضغط الهواء الساخن في إزاحة الماء من الوعاء. يملأ الماء دلوًا مربوطًا بنظام فتح الباب من خلال أنبوب منحني. قام دلو مملوء بالماء بسحب حبل، ففتحت الأبواب بأمر من آلهة اليونان القديمة العظيمة.
وفي المساء، عندما توقف الكهنة عن إشعال النار، بدأ الهواء داخل المذبح يبرد. تم إنشاء فراغ ضعيف في المذبح والجزء العلوي من الوعاء بالماء، وتم توجيه الماء من الدلو تحت تأثير الضغط الجوي إلى الوعاء مرة أخرى. أصبح الدلو أخف وزنا، وأغلق الثقل الموازن الأبواب.
كما ترون، فإن آلهة اليونان القديمة لا علاقة لها بهذا. لكن الأولاد في اليونان القديمة لم يتعلموا أساسيات الديناميكا الحرارية في المدرسة في سن الرابعة عشرة، ولم تذهب الفتيات إلى المدرسة على الإطلاق. لذلك، حتى لو اكتشف شخص ما عن الآليات الموجودة تحت المعبد، فسيظل يعتقد أن أبواب المعبد تفتح آلهة اليونان القديمة. وبالتأكيد ليس من قبل كهنة الهيكل.
الآلية التي وصفها هيرون هي واحدة من أولى الآليات في تاريخ تكنولوجيا المحركات الحرارية. إنها في الواقع مضخة مياه. لكن مضخة مياه غير عادية للغاية. في هذا التصميم، سائل العمل ليس الماء أو البخار، بل الهواء.
مضخة حريق مالك الحزين بالإسكندرية.
أحد الأجهزة الموصوفة في كتاب العالم اليوناني القديم هيرون الإسكندري كانت مضخة مياه النار. يعتبر مبتكر مضخة النار هذه عالمًا عظيمًا آخر في اليونان القديمة، ستيسيبيوس، معلم هيرون الإسكندرية.
كانت المضخة التي وصفها هيرون الإسكندري تتمتع بجميع ميزات المضخة اليدوية الحديثة. كانت تتألف من اسطوانتين عاملتين. كان لكل اسطوانة صمامان. أحدهما هو الشفط والآخر هو التفريغ. تم تجهيز المضخة بغطاء معادلة الهواء. تم استخدام رافعة الموازن لقيادة أسطوانات المضخة. تم تصميم المضخة ليتم تشغيلها من قبل شخصين.
مبدأ تشغيل المضخة بسيط للغاية. عندما يتحرك مكبس المضخة لأعلى، يتم إنشاء ضغط منخفض في الاسطوانة، ويدخل الماء من الخزان تحت تأثير الضغط الجوي إلى الاسطوانة.
عندما يتحرك المكبس إلى الأسفل، يخرج الماء تحت ضغط المكبس من الأسطوانة إلى غطاء معادلة الهواء. يتم منع حركة الماء في الاتجاه الآخر بواسطة صمامات المضخة.
الغرض الرئيسي من غطاء التعادل هو تخفيف التقلبات في ضغط الماء عند مخرج المضخة.
قبل بدء تشغيل المضخة، يكون غطاء المعادلة فارغًا ومملوءًا بالكامل بالهواء. عندما تكون المضخة قيد التشغيل، يتم ملء غطاء المعادلة بالمياه القادمة من الأسطوانات. نظرًا لأن الماء يسد جميع منافذ الهواء بسرعة، فلا يوجد أمام الهواء خيار سوى الضغط تحت ضغط الماء الذي يدخل إلى الغطاء. في مرحلة معينة، يصبح الضغط في النظام متوازنًا ويبدأ الماء بالتدفق من غطاء التوازن إلى أعلى الأنبوب، ويبقى الهواء المضغوط في الجزء العلوي من الغطاء.
عندما تصل المكابس إلى النقاط الميتة العلوية أو السفلية، يحدث توقف طفيف في تشغيل المضخة. ولكن الماء لا يزال مستمرا في الخروج من المضخة. إن الهواء المضغوط الموجود في غطاء التوازن هو الذي يستمر في ضغط الماء. ونتيجة لذلك، يتدفق الماء من المضخة باستمرار، دون أي نبض.
يوضح وجود غطاء التعادل في المضخة مدى ارتفاع المعرفة في علم الخصائص الهوائية لدى اليونانيين القدماء.