Oldtidens græske kultur er unik af flere grunde. Dens bærere var i stand til at adoptere og implementere på deres egen måde de største resultater af tidligere civilisationer - sumererne, egypterne, babylonerne. Det var de allerførste civilisationer, selv før grækerne, der gjorde de vigtigste opdagelser inden for områder af menneskelig viden som matematik, astronomi, naturhistorie og arkitektur.
Forresten bruger vi også denne viden, da vi er arvinger til de middelalderlige og antikke græske civilisationer. Blot et lille eksempel på den arkaiske karakter af vores viden om verden, altså viden, der bærer præg af noget meget gammelt.
I dag tæller hele verden 60 sekunder for at tælle et minut, og det samme antal minutter for at tælle en time. Men hvorfor lige præcis 60? Denne tradition med at tælle tiden på præcis denne måde stammer fra antikken. Det er sikkert, at grækerne overtog denne tradition fra matematikerne i Mesopotamien. Babylonierne arvede det sexagesimale talsystem, sammen med de mest nøjagtige tabeller over observationer af himmellegemer, fra deres mere gamle forgængere - sumererne. Senere blev det også adopteret af græske astronomer.
Oprindelsen af det sexagesimale system er stadig uklart. Det er sandsynligvis forbundet med et andet, duodecimalt talsystem. Sagen er, at 5×12= 60. 5 er antallet af fingre på en hånd. (6x60) Det duodecimale system opstod ud fra antallet af phalanges på en hånds fire fingre, når man tæller dem med tommelfingeren på samme hånd. Fingrenes phalanges blev brugt som den enkleste abacus (tommelfingeren holdt styr på tællingens tilstand), i stedet for bøjningen af fingrene, som var almindelig blandt europæere.
Rekonstruktion af Heron dampturbinen
Det er overflødigt at sige, at de første civilisationer i Mesopotamien og Nildalen efterlod grækerne en rig arv af anvendt viden. De største antikke græske videnskabsmænd udviklede dem endnu mere og opnåede utrolige opdagelser inden for geometri, algebra og fysik. Navnene på mange af disse videnskabsmænd er kendt - Arkimedes, den store teoretiske matematiker, Euklid, geometriens fader, og Aristoteles, som med rette kan kaldes fysikkens fader som en teoretisk videnskab.
Men måske opnåede ikke en eneste gammel græsk naturforsker en sådan succes og lavede ikke et så stort antal forskellige opfindelser som Heron of Alexandria. Han betragtes endda som en af de største ingeniører i menneskehedens historie. Denne antikke græske mekaniker og matematiker levede i første halvdel af det 1. århundrede e.Kr., og man ved kun lidt om hans personlige liv. På trods af dette er mange af hans værker blevet bevaret i deres helhed i arabisk oversættelse: Pneumatics, Metrics, Automatopoetics (hør bare, hvordan det lyder!), Mechanics, Catoptrics (det vil sige videnskaben om spejle). Nogle af værkerne er nu uigenkaldeligt tabt, herunder mange skriftruller, der blev opbevaret i biblioteket i Alexandria). Heron brugte resultaterne fra mange af sine forgængere: Strato of Lampsacus, Archimedes, Euclid. Han havde en bred vifte af interesser - geometri, optik, mekanik, hydrostatik.
Det var ham, der ejede en række fantastiske opfindelser for sin tid - automatiske døre, en selvbelastende armbrøst med hurtig ild, et mekanisk dukketeater med automatiske dekorationer, en enhed til at måle længden af veje, det vil sige et gammelt taxameter. Han er krediteret med at skabe den første programmerbare enhed. Men lad os tage højde for tid - på det tidspunkt var sådan en "enhed" en aksel med stifter, hvorpå et reb blev viklet.
En af Herons tegninger er et orgel, der producerer lyd ved hjælp af en vindmølle
Men måske er Herons mest fantastiske opfindelse, 17 århundreder forud for sin tid, dampturbinen. Ja, ja, det var ham, der skabte den første sådan motor. I lang tid (stort set hele tiden undtagen de sidste 300 år) arbejdede folk i hånden, før dampmaskinen blev opfundet. Først blev der brugt dyrekraft. Derefter lærte folk at bruge vindens kraft som energikilde, puste sejl op og dreje vindmøller. Selve møllen var også en slags motor, der pumpede vand og malede korn.
Heron var den første, der foreslog, at en mekanisk aksel kunne fås til at rotere ved hjælp af varme. Funktionsprincippet for hans apparat er velkendt, hvis tegninger har overlevet den dag i dag. I den omdannes energien fra opvarmet og komprimeret vanddamp til kinetisk energi, ved hjælp af hvilken der udføres mekanisk arbejde på akslen.
Men Herons motor var for lille til at udføre noget arbejde. Opfinderen modtog ikke behørig anerkendelse. I middelalderen, i Europa, blev mange af hans opfindelser glemt, afvist eller var simpelthen uden praktisk interesse. Men forgæves! Hvem ved, hvornår den industrielle tidsalder kunne være begyndt, hvis dampmaskinen var blevet genopfundet 400 år tidligere. Men historien tolererer ikke den konjunktive stemning "hvad nu hvis...".
Først i 1705 opfandt englænderen Thomas Newcomen en dampmaskine, som begyndte at blive brugt til at pumpe vand fra kulminer. I det 18. århundrede skabte en anden englænder, James Watt, en forbedret motor. Han kom med ventiler, der automatisk fik stemplerne til at bevæge sig op og ned. Det vil sige, nu var der ikke behov for en speciel person til at gøre dette. Således begyndte dampmaskinens æra. I løbet af hundrede år begyndte de første skibe drevet af dampmaskiner og de første damplokomotiver at sejle verden rundt, hvis navn taler for sig selv.
Et af de sidste damplokomotiver, lavet i 1944 i Montreal. Den vejede 320 tons og var 30 meter lang
Men dampmaskinen var ret tung, da brændstofforbrænding fandt sted i brændkammeret, som var placeret adskilt fra dampkedlen. En mere avanceret benzinmotor blev udviklet lidt senere i 1878 af tyskeren Nicholas Otto. En sådan motor krævede ikke et separat brændkammer, krævede mindre brændstof og var meget lettere end en dampmaskine med tilsvarende kraft.
Således banede europæisk ingeniørtænkning, uden hensyn til erfaringerne fra tidligere epoker, vej til fremskridt. Heron selv gik ikke længere end teoretisk forskning. Han blev glemt i lang tid, og bygningen af moderne videnskab blev bygget praktisk talt uden hans hjælp. Det er dog svært at undervurdere det dristige geni hos denne gamle videnskabsmand, hvis utrolige projekter var forud for deres tid i hele årtusinder.
Heron of Alexandria er en ret berømt person, der har forårsaget en masse kontroverser. Han opfandt enheder, som menneskeheden bruger den dag i dag, og forbedrede dem lidt - for eksempel automatiske porte. Men desværre var nogle af hans arbejde forgæves.
Leveårene for den berømte græske matematiker og mekaniker er blevet genstand for megen debat, men de går stadig tilbage til anden halvdel af det første århundrede e.Kr. Da den nøjagtige dato er ukendt, har kvalificerede historikere og biografer gjort antagelser og bygget forskellige versioner. Alle var enige om, at han levede efter Arkimedes, da Heron i sine værker stoler på den viden, der præsenteres i hans skrifter. Desuden nævner den alexandrinske figur i sine værker måneformørkelsen den 13. marts 62 på en sådan måde, at man kan slutte, at han personligt observerede det ovennævnte fænomen.
Detaljerne om denne videnskabsmands liv er ukendte, nøjagtige data vedrørende hans biografi er ikke blevet bevaret. Måske var historikere fra den tid ikke så interesserede i denne person, men på en eller anden måde er alle datoer omtrentlige. Fødestedet for den store opfinder var byen Alexandria.
Heron betragtes som en stor og talentfuld ingeniør i menneskehedens historie. Han er krediteret for opfindelsen af automatiske døre, den selvlastende armbrøst, dampturbinen og det automatiske dukketeater. Heraf kan vi konkludere, at han brugte særlig meget tid på automatisering.
Heron elskede de nøjagtige videnskaber af hele sin sjæl, hans tanker var fuldstændig optaget af geometri, mekanik og optik. Læreren af denne berømte opfinder anses for at være den lige så berømte videnskabsmand i det antikke Grækenland - Ctesibius, fordi det var hans navn, som Heron gentagne gange nævnte i sine noter. Selvom han også brugte sine forgængeres opfindelser - Euklid og Arkimedes.
Heron af Alexandrias vigtigste ejendom er de bøger, der blev tilbage efter ham. Disse værker beskriver ikke kun forfatterens innovationer, men også hans samtidiges og andre oldgræske opdageres viden og opdagelser. Herons mest berømte værker er værker med titlen "Metrics", "Pneumatics", "Automatopoetics", "Mechanics". Efterkommere så de sidste noter kun på arabisk. Desuden var ikke alle forfatterens ovennævnte værker bevaret i den originale, forfatterens version. For eksempel eksisterer det manuskript, hvori Heron beskriver spejle, kun på latin.
I sine værker om geodæsi taler forfatteren om den første kilometertæller. Dette er navnet på en enhed, der måler afstand. I 1814 blev Herons værk "On the Diopter" udgivet, hvor han opstiller parametrene for landmåling, som er baseret på brugen af rektangulære koordinater. En dioptri er en elementær enhed til at måle vinkler, og dens opdagelse tilskrives Heron. Det lyse sind hos denne berømte videnskabsmand blev besøgt af virkelig strålende tanker, men de fleste af hans innovationer i middelalderen blev afvist af hans samtidige. Dette blev forklaret med, at sådanne fænomener ikke var af praktisk interesse.
I sit arbejde med titlen "Mechanics", som består af 3 dele, beskrev Heron 5 typer af elementære mekanismer - port, håndtag, kile, blok og skrue. Ovenstående enheder dannede grundlaget for mere komplekse strukturer, og "mekanikkens gyldne regel" er forbundet med dem - en stigning i kraften ved brug af disse mekanismer opnås ved at øge tidsforbruget.
Bolden af Aeolus, stamfaderen til moderne dampturbiner, er også nævnt i hans værker. Det kan også betragtes som den første varmemotor. Det ovennævnte apparat var i det væsentlige en bronzekedel, som var understøttet på understøtninger. Et par rør blev fastgjort til dens låg, og de holdt kuglen. Damp strømmede gennem rør fra kedlen ind i kuglen, og da den kom ud af rørene, roterede den kuglen.
Brandvandspumpen, som også blev diskuteret i manuskripterne af opdageren fra Alexandria, pumpede kontinuerligt vand, og mirakelfontænen (også kaldet Herons springvand) fungerede uden at bruge energi.
Mange af videnskabsmandens værker vedrørte optik. Han udførte eksperimenter og analyserede problemer, der involverede lysstrålers brydning, og gjorde antagelser. For eksempel forklarede den berømte forsker i afhandlingen "Catoptrics" lysstrålernes ligehed med den utroligt høje hastighed af deres udbredelse, såvel som typen og formen af spejlet, der deltog i eksperimentet.
Matematikafhandlinger indeholdt et stort antal formler. Videnskabsmanden havde også beskrivelser af geometriske figurer. Alle kender Herons formel fra skolen - den bruges til at bestemme arealet af en trekant langs halvperimeteren og tre sider. Og selvom det var Arkimedes, der udledte det, bærer denne sætning navnet på en videnskabsmand fra Alexandria.
Den talentfulde opfinder skabte en anden utrolig nyttig enhed - en automatisk olielampe. I oldtiden brugte man en olielampe til belysning, nemlig en skål, der indeholdt en brændende væge, tidligere gennemvædet i olie. Et lille stykke stof fungerede som en væge, som brændte meget hurtigt. Den største ulempe ved en sådan belysningsenhed var, at det var nødvendigt konstant at justere olieniveauet i skålen. Og hvis en sådan lampe stadig kunne styres, så måtte der tildeles en tjener til flere lignende enheder, som konstant tilføjede olie til lampen og skiftede det brændte stykke stof til et nyt. Heron forbedrede dette design ved at fastgøre en flyder og et gear til skålen. Da olien i skålen løb ud, faldt flyderen til bunden, og tandhjulet drejede og fodrede en ny væge.
Heron var meget opmærksom på teoremer og formler, men i sine værker gav han kun eksempler på disse formler og beskrev ikke deres bevis eller anvendelse. Derfor var ikke alle af dem efterspurgte i det antikke Grækenland. På samme måde fandt mekanismerne skabt af Heron ikke umiddelbart anvendelse, for i den antikke verden blev alt det hårde arbejde udført af slaver. Og den tids mekanikers arbejde blev ikke påskønnet, det blev sidestillet med slavernes arbejde.
Det er grunden til, at de fleste af Herons opfindelser blev sat til side i flere århundreder. Nogle af videnskabsmandens opfindelser blev efterfølgende genopdaget, men af andre videnskabsmænd, der ikke tog æren for andre menneskers opdagelser, men simpelthen ikke hørte noget om opfinderen fra Alexandria og hans bedrifter.
Navnet Heron er stadig på alles læber den dag i dag, og dette er ikke kun forbundet med hans teorem.
Der er en anden grund. I 1976 opkaldte Den Internationale Astronomiske Union et krater på den anden side af Månen efter den store fysiker og matematiker, der udødeliggjorde det for alle tider. Så Heron of Alexandria gjorde mange opdagelser, men kun en lille del af dem blev værdsat.
I Europa måtte mange græske opfindelser genopdages efter 1000-2000 år. Dette var prisen for tre sejre - Rom, kristendommen og barbarerne.
For eksempel blev en byggekran brugt til at bygge templer i det antikke Grækenland omkring 515 f.Kr. Den første "moderne" omtale af en vandhane går tilbage til 1740, Frankrig.
Gearmekanismer blev brugt i det 5. århundrede f.Kr., og blev først videreudviklet efter det 13. århundrede.
Udgravninger i Athen og Olympia har afsløret tilstedeværelsen af brusere, bade og varmtvandsrør, som blev bygget i det 5. århundrede f.Kr. En lignende opfindelse blev lavet om i det 16. århundrede i England.
Byplanlægning blev først udført af arkitekten Hippodamus under opførelsen af byen Milet (omkring 400 f.Kr.). Det var først 1800 år senere, under den tidlige renæssance, at Firenze blev planlagt.
Armbrøsten (gastropet) dukkede op i det antikke Grækenland omkring 400 f.Kr. I middelalderens Europa begyndte det at blive brugt i det 14.-15. århundrede.
Artemis-templet i Efesos blev opvarmet af cirkulerende varm luft tilbage i det 4. århundrede f.Kr. Centralvarmesystemet blev fornyet i cistercienserklostrene i det 12. århundrede.
Astrolabiet var kendt i Grækenland omkring 200 f.Kr., men kom igen ind i Europa via den arabiske verden og Spanien i det 11. århundrede.
Kilometertælleren (en enhed til at måle afstande) blev brugt af Alexander den Store og blev genopfundet af William Clayton i 1847.
Det er karakteristisk, at mange opfindelser blev lavet i grækernes største videnskabelige center - Alexandria, og den mest berømte opfinder af Alexandria var Heron of Alexandria.
Heron of Alexandria, en græsk matematiker og mekaniker, der levede i det 1. århundrede e.Kr., betragtes som den største ingeniør i hele menneskehedens historie.
Heron of Alexandria var besat af forskellige enheder og automatiske mekanismer. Ud over den første dampmaskine designede Heron mekaniske dukketeatre, en brandbil, en kilometertæller, en selvfyldende olielampe, en ny type sprøjte, et topografisk instrument, der ligner en moderne teodolit, et vandregel, et orgel, der lød, når en vindmølle kørte osv. En række geniale apparater, detaljeret beskrevet af ham i en række lærebøger i det 1. århundrede. n. uh, fantastisk.
Hans pengeindbetalingsmaskine var, ligesom mange af hans andre mirakler, beregnet til brug i templer. Ideen bag mekanismen var, at den troende ville sætte en 5-drachma bronzemønt ind i spalten og til gengæld modtage noget vand til rituel vask af ansigt og hænder, inden han gik ind i templet. Sidst på dagen kunne præstinderne hente donationer fra maskinen. Noget lignende gøres i nogle moderne romersk-katolske katedraler, hvor folk putter penge i maskiner for at tænde elektriske stearinlys.
Det gamle apparat fungerede som følger. Mønten faldt ned i en lille kop, som var ophængt i den ene ende af en omhyggeligt afbalanceret vippe. Under dens vægt rejste den anden ende af vippen sig, åbnede ventilen, og helligt vand strømmede ud. Så snart koppen faldt, gled mønten ned, enden af vippen med koppen rejste sig, og den anden faldt, lukkede ventilen og lukkede for vandet.
Herons geniale mekanisme kan være delvist inspireret af ideen om en enhed opfundet tre århundreder tidligere af Philo af Byzans. Det var et fartøj med en temmelig mystisk mekanisme bygget indeni, der gjorde det muligt for gæsterne at vaske deres hænder. Over vandrøret var udskåret en hånd, der holdt en pimpstenskugle. Da en gæst tog den for at vaske sine hænder før middag, forsvandt den mekaniske arm inde i mekanismen, og der strømmede vand fra røret. Efter nogen tid holdt vandet op med at flyde, og en mekanisk hånd dukkede op med et nyt stykke pimpsten forberedt til gæsten. Desværre efterlod Philo ikke en detaljeret beskrivelse af, hvordan dette exceptionelle mekaniske vidunder virkede, men det ser ud til at have været baseret på de samme principper som automaten.
For omkring 2000 år siden opfandt Heron automatisk åbne døre til templerne i den egyptiske by Alexandria.
Derudover var Heron også specialist i at organisere offentlige skuespil. Hans design af automatiske tempeldøre var en gave til de egyptiske præster, som i århundreder havde brugt mekaniske eller andre mirakler for at styrke deres magt og prestige.
Ved hjælp af relativt simple mekaniske principper opfandt Heron en anordning, der åbnede dørene til et lille tempel som med usynlige hænder, når præsten tændte ild på alteret overfor ham.
I en metalkugle gemt under alteret opvarmede ilden luften. Den udvidede sig og skubbede vand gennem sifonen ind i et stort kar. Sidstnævnte blev ophængt på kæder af et system af vægte og remskiver, som drejede dørene om deres akser, når karret blev tungere.
Da ilden på alteret døde, skete der en anden fantastisk ting. Som følge af den hurtige afkøling af luften i kuglen blev vand suget ind i sifonen på en anden måde. Det tomme kar vendte opad og satte remskiven i bevægelse igen, og dørene blev højtideligt lukket.
Et andet design beskrevet i Herons værker er hornet, der lød, da dørene til templet blev åbnet. Det spillede rollen som en dørklokke og en tyverialarm.
Der er ingen tvivl om, at systemet med automatiske døre beskrevet af Heron faktisk blev brugt i egyptiske templer og måske andre steder i den græsk-romerske verden. Opfinderen henviste selv forbigående til et alternativt system, der blev brugt af andre ingeniører: "Nogle af dem bruger kviksølv i stedet for vand, da det er tungere og let adskilles af ild." Hvad Heron mente med ordet oversat som "afbryder", er stadig ukendt, men brugen af kviksølv i stedet for vand i mekanismer svarende til Herons design gjorde dem helt sikkert mere effektive.
Herons dampmaskine.
Heron of Alexandria opfandt den første fungerende dampmaskine og kaldte den "vindkuglen". Dens design er ekstremt simpelt. En bred bly kedel fyldt med vand blev placeret over en varmekilde, såsom brændende trækul. Da vandet kogte i to rør, i hvis centrum en kugle roterede, steg dampen. Dampstråler skød gennem to huller i bolden, hvilket fik den til at rotere med høj hastighed. Det samme princip ligger til grund for moderne jetfremdrift.
Kunne dampmaskinen bruges til praktiske formål? For at finde svaret på dette spørgsmål lavede oldtidsspecialisten Dr. J. G. Landels fra University of Reading med hjælp fra specialister fra Det Tekniske Fakultet en nøjagtig arbejdsmodel af Herons apparat. Han opdagede, at den havde en høj rotationshastighed på mindst 1.500 omdrejninger i minuttet: "Kuglen til Herons enhed var måske det hurtigst roterende objekt i sin tid."
Landels havde dog svært ved at justere forbindelserne mellem den roterende kugle og damprøret, hvilket forhindrede apparatet i at være effektivt. Et løst hængsel tillod bolden at rotere hurtigere, men så fordampede dampen hurtigt; et stramt hængsel betød, at energi blev spildt på at overvinde friktion. Landels lavede et kompromis og beregnede, at effektiviteten af Herons mekanisme kan have været mindre end én procent. Derfor, for at producere en tiendedel af en hestekræfter (kraften af en person), ville en ret stor enhed være nødvendig, der forbruger en enorm mængde brændstof. Der ville blive brugt mere energi på dette, end mekanismen selv kunne producere.
Heron var i stand til at opfinde en mere effektiv måde at bruge dampenergi på. Som Landels bemærkede, findes alle de nødvendige elementer til en effektiv dampmaskine i de enheder, der er beskrevet af denne gamle ingeniør. Hans samtidige lavede ekstremt højeffektive cylindre og stempler, som Heron brugte i designet af en vandpumpe til at bekæmpe brande. En passende ventilmekanisme til en dampmaskine blev fundet i hans design af en vandfontæne drevet af trykluft. Dens mekanisme ligner en moderne insektsprøjte. Den bestod af et rundt bronzekammer, som var mere avanceret end blykedlen i hans dampmaskine, da den kunne modstå høje tryk.
Det ville have været let for Heron eller nogen af hans samtidige at kombinere alle disse elementer (kedel, ventiler, stempel og cylinder) for at lave en brugbar dampmaskine. Det blev endda hævdet, at Heron gik videre i sine eksperimenter, idet han samlede de nødvendige elementer i en effektiv dampmaskine, men enten døde under testen eller opgav denne idé. Ingen af disse antagelser er underbygget. Mest sandsynligt var han på grund af hans travle tidsplan ikke i stand til at implementere denne idé. Imidlertid var der mange andre kyndige og opfindsomme ingeniører i Alexandria og den græsk-romerske verden. Så hvorfor udviklede ingen af dem denne idé yderligere? Det handler åbenbart om økonomi. Potentialet for mange opfindelser blev aldrig fuldt ud realiseret i den antikke verden på grund af slaveøkonomien. Selv hvis en genial videnskabsmand formåede at skabe en dampmaskine, der var i stand til at udføre hundredvis af menneskers arbejde, ville den seneste mekanisme ikke vække interesse blandt industrifolk, fordi de altid havde arbejdskraft ved hånden på slavemarkedet. Men historiens gang kunne have været anderledes...
Heron-fontænen.
Et af indretningerne beskrevet af den antikke græske videnskabsmand Heron af Alexandria var en magisk springvand. Det vigtigste mirakel ved denne fontæne var, at vandet fra fontænen strømmede ud af sig selv, uden brug af nogen ekstern vandkilde. Funktionsprincippet for springvandet er tydeligt synligt i figuren. Måske vil nogen, der ser på diagrammet over springvandet, beslutte, at det ikke virker. Eller tværtimod vil han forveksle sådan en enhed med en evighedsmaskine. Men fra fysikkens lov om bevarelse af energi kender vi umuligheden af at skabe en evighedsmaskine. Lad os se nærmere på, hvordan Herons springvand fungerede.
Herons springvand består af en åben skål og to forseglede kar placeret under skålen. Et fuldstændigt forseglet rør løber fra den øverste skål til den nederste beholder. Hvis du hælder vand i den øverste skål, begynder vandet at strømme gennem røret ind i den nederste beholder og fortrænger luften derfra. Da selve den nederste beholder er fuldstændig forseglet, overfører luften, der skubbes ud af vandet gennem det forseglede rør, lufttrykket til den midterste skål. Lufttrykket i den midterste beholder begynder at skubbe vandet ud, og springvandet begynder at virke. Hvis det var nødvendigt at hælde vand i den øverste skål for at begynde at arbejde, så blev vandet, der faldt i skålen fra den midterste beholder, allerede brugt til yderligere drift af springvandet. Som du kan se, er designet af springvandet meget enkelt, men dette er kun ved første øjekast.
Vandstigningen i den øverste skål udføres på grund af trykket af vand i højden H1, mens springvandet hæver vandet til en meget større højde H2, hvilket ved første øjekast virker umuligt. Det burde jo kræve meget mere pres. Springvandet burde ikke virke. Men de gamle grækeres viden viste sig at være så høj, at de fandt ud af, hvordan man kunne overføre vandtryk fra det nederste kar til det midterste kar, ikke med vand, men med luft. Da luftens vægt er væsentligt lavere end vægten af vand, er tryktabet i dette område meget ubetydeligt, og springvandet skyder ud af skålen til en højde på H3. Højden af springvandsstrålen H3, uden at tage højde for tryktab i rørene, vil være lig med højden af vandtrykket H1.
For at springvandets vand kan strømme så højt som muligt, er det således nødvendigt at gøre springvandets struktur så høj som muligt og derved øge afstanden H1. Derudover skal du hæve det midterste kar så højt som muligt. Hvad angår fysikkens lov om bevarelse af energi, er den fuldt ud overholdt. Vand fra det midterste kar strømmer under påvirkning af tyngdekraften ind i det nederste kar. At den går denne vej gennem den øverste skål og samtidig skyder dertil som et springvand, strider ikke på nogen måde mod loven om energibevarelse. Som du forstår, er driftstiden for sådanne springvand ikke uendelig, i sidste ende vil alt vandet fra det midterste fartøj strømme ind i det nederste, og springvandet stopper med at fungere.
Ved at bruge eksemplet med konstruktionen af Herons springvand ser vi, hvor høj viden om oldgræske videnskabsmænd inden for pneumatik var.
Ild fra Hejre af Alexandria.
Hver morgen tændte templets præster en offerild på alteret. Og så snart ilden blussede ordentligt op, åbnede dørene straks, efter guderne i det antikke Grækenland, dørene fra en ukendt kraft. Da aftenen kom, slukkede præsterne ilden og stadig, efter guderne i det antikke Grækenland, blev dørene lukket. Intet andet end ilden på alteret kunne åbne dørene til templet. De gamle grækere opfattede dette som et stort mirakel, og det gjorde, at troen på guderne kun blev stærkere. Selv de første kristne betragtede det som et mirakel. Sandt nok blev dette mirakel efter deres mening ikke udført af Gud, men af djævelen.
Princippet om dette mirakels funktion er beskrevet i hans bog af den store videnskabsmand i det antikke Grækenland, Heron of Alexandria.
Templets døre var ikke fastgjort på almindelige hængsler, men på runde støtter, der gik under templets gulv. Der var viklet et reb rundt om støtterne, som kunne trækkes for at åbne dørene. For automatisk at lukke dørene blev der brugt en modvægt i designet. Men dette er endnu ikke et rigtigt mirakel. At gemme en person under gulvet er ikke en god idé. Det er for let at opdage et sådant bedrag.
For et rigtigt mirakel blev luftens egenskab til at udvide sig, når den blev opvarmet, brugt. Alteret blev gjort lufttæt, og ved opvarmning kom der varm luft ud af alteret gennem et særligt rør. Gennem dette rør kom luft ind i et kar fyldt med vand. Trykket af varm luft begyndte at fortrænge vand fra beholderen. Vand fyldte en spand bundet til døråbningssystemet gennem et buet rør. En spand fyldt med vand trak i et reb, og dørene, på befaling af de store guder i det antikke Grækenland, åbnede sig.
Om aftenen, da præsterne holdt op med at vedligeholde ilden, begyndte luften inde i alteret at køle af. Der blev skabt et svagt vakuum i alteret og den øverste del af karret med vand, og vand fra spanden blev under påvirkning af atmosfærisk tryk ledt tilbage i karret. Spanden blev lettere, og kontravægten lukkede dørene.
Som du kan se, har guderne i det antikke Grækenland intet at gøre med det. Men drengene i det antikke Grækenland lærte ikke det grundlæggende i termodynamik i skolen i en alder af 14, og piger gik slet ikke i skole. Derfor, selvom nogen finder ud af mekanismerne under templet, vil han stadig tro, at dørene til templet er åbnet af det antikke Grækenlands guder. Og bestemt ikke af templets præster.
Mekanismen beskrevet af Heron er en af de første i varmemotorteknologiens historie. Det er faktisk en vandpumpe. Men en meget usædvanlig vandpumpe. I dette design er arbejdsvæsken ikke vand eller damp, men luft.
Brandpumpe fra Heron of Alexandria.
En af de anordninger, der er beskrevet i bogen om den antikke græske videnskabsmand Heron of Alexandria, var en brandvandspumpe. Skaberen af denne brandpumpe anses for at være en anden stor videnskabsmand fra det antikke Grækenland, Ctesibius, læreren til Heron af Alexandria.
Pumpen beskrevet af Heron of Alexandria havde alle funktionerne i en moderne håndpumpe. Den bestod af to arbejdscylindre. Hver cylinder havde to ventiler. Den ene er sugning, den anden er udledning. Pumpen var udstyret med en luftudligningshætte. En balancerarm blev brugt til at drive pumpecylindrene. Pumpen er designet til drift af to personer.
Driftsprincippet for pumpen er ret simpelt. Når pumpestemplet bevæger sig opad, skabes et reduceret tryk i cylinderen, og vand fra reservoiret, under påvirkning af atmosfærisk tryk, kommer ind i cylinderen.
Når stemplet bevæger sig nedad, forlader vand under stemplets tryk cylinderen ind i luftudligningshætten. Vandets bevægelse i den anden retning forhindres af pumpeventilerne.
Hovedformålet med udligningshætten er at udjævne udsving i vandtrykket ved pumpens udløb.
Inden pumpen startes, er udligningshætten tom og helt fyldt med luft. Når pumpen kører, er udligningshætten fyldt med vand, der kommer fra cylindrene. Da alle luftudtag hurtigt blokeres af vand, har luften intet andet valg end at komprimere under trykket af vandet, der kommer ind i emhætten. På et bestemt tidspunkt er trykket i systemet afbalanceret, og vand begynder at strømme ud af udligningshætten op i røret, og trykluft forbliver i den øverste del af låget.
Når stemplerne når det øverste eller nederste dødpunkt, er der en lille pause i pumpens drift. Men der kommer stadig vand ud af pumpen. Det er trykluften i udligningshætten, der bliver ved med at presse vandet ud. Som et resultat strømmer vand fra pumpen konstant uden nogen pulseringer.
Tilstedeværelsen af en udligningshætte i pumpen viser, hvor høj viden om pneumatik hos de gamle grækere var.
Oldgræsk ingeniør, fysiker, mekaniker, matematiker, opfinder.
Heron of Alexandria (sandsynligvis 1.-2. århundrede e.Kr.) - oldgræsk ingeniør, fysiker, mekaniker, matematiker, opfinder. Han underviste i Alexandria. Næsten alle hans omfattende videnskabelige arbejder har nået os.
Heron beskrev de vigtigste resultater af den antikke verden inden for anvendt mekanik. Han opfandt en række instrumenter
i og automater især et apparat til måling af vejlængde, som fungerede efter samme princip som moderne taxametre, forskellige vandure osv. Han beskrev dioptriapparatet, den moderne teodolits tipoldefar. Heron var den første til at studere fem typer simple maskiner: løftestang, port, kile, vi
nt og blok, lagde grundlaget for automatisering. I sit værk "Pneumatics" beskrev Heron af Alexandria en række "magiske tricks" baseret på principperne om at bruge varme og differenstryk. Folk blev forbløffet over hans mirakler: selve templets døre åbnede sig, da en ild blev tændt over alteret. Denne videnskabsmand fandt frem til
En maskine til at sælge "hellig" vand designet en kugle, der roteres af kraften fra en dampstråle. Han opfandt en række andre instrumenter og maskiner.
Han systematiserede bedst de gamles viden inden for lysfænomener. Efter hans værker begyndte alle videnskabsmænd at opdele optik i katoptri, dvs. videnskaben om refleksion og dioptri
iku, dvs. videnskaben om at ændre retningen af lysstråler, når de kommer ind i transparente medier, eller, som vi nu siger, om brydning. Næsten 1500 år før Fermat, ved hjælp af en rent geometrisk metode, kom til en særlig formulering af sit princip for refleksion: "Jeg vil sige, at fra de stråler, der falder ind fra et givet punkt og reflekteres
konvergerende på et givet punkt, er minimum dem, der reflekteres fra flade og sfæriske spejle i lige vinkler." I afhandlingen "Catoptrics" (catoptris er videnskaben om refleksion af stråler fra spejlflader), underbygger Heron lysets rethed stråler med en uendelig høj udbredelseshastighed.
Dernæst giver han et bevis på loven om refleksion, ud fra den antagelse, at den vej, lyset tager, skal være den kortest mulige. I overensstemmelse med loven om refleksion, overvejer Heron forskellige typer spejle og lægger særlig vægt på cylindriske spejle. Vi har pt
Vi præsenterer en fembinds videnskabelig samling af Herons værker, hvor arabiske og græske tekster er ledsaget af oversættelser til tysk.
Herons matematiske værker er en encyklopædi af gammel anvendt matematik. Den bedste af dem - "Metrics" - giver regler og formler for nøjagtige og omtrentlige
beregninger af arealer af regulære polygoner, volumener af afkortede kegler og pyramider, de såkaldte. Herons formel til bestemmelse af arealet af en trekant baseret på tre sider, fundet i Archimedes; Der er givet regler for den numeriske løsning af andengradsligninger og den omtrentlige udtrækning af andengradsligninger og kubiske ligninger.
Original taget fra mgsupgs til Heron af Alexandria.
Mange af os, der studerer fysik eller teknologiens historie, er overraskede over at opdage, at nogle moderne teknologier, objekter og viden blev opdaget og opfundet i oldtiden. Science fiction-forfattere i deres værker bruger endda et særligt udtryk til at beskrive sådanne fænomener: "kronoklasmer" - mystiske indtrængen af moderne viden i fortiden. Men i virkeligheden er alt enklere: Det meste af denne viden blev faktisk opdaget af gamle videnskabsmænd, men af en eller anden grund blev de glemt og genopdaget århundreder senere.
I denne artikel inviterer jeg dig til at lære en af antikkens fantastiske videnskabsmænd at kende. Han ydede et kæmpe bidrag til videnskabens udvikling i sin tid, men de fleste af hans værker og opfindelser sank i glemmebogen og blev ufortjent glemt. Hans navn er Heron of Alexandria.
Heron boede i Egypten i byen Alexandria og blev derfor kendt som Heron of Alexandria. Moderne historikere antyder, at han levede i det 1. århundrede e.Kr. Kun omskrevne kopier af Herons værker lavet af hans elever og tilhængere har overlevet til vores tid. Nogle af dem er på græsk, og nogle er på arabisk. Der er også oversættelser til latin lavet i det 16. århundrede.
Den mest berømte er Herons "Metrics" - et videnskabeligt arbejde, der giver definitionen af et sfærisk segment, en torus, regler og formler til nøjagtig og omtrentlig beregning af arealer af regulære polygoner, volumen af afkortede kegler og pyramider. I dette værk introducerer Heron udtrykket "simple maskiner" og bruger begrebet drejningsmoment til at beskrive deres arbejde.
Heron giver blandt andet en beskrivelse af den enhed, han opfandt til at måle afstande - kilometertælleren.
Ris. Kilometertæller (udseende
Ris. Kilometertæller (intern enhed)
Kilometertælleren var en lille vogn monteret på to hjul med særligt udvalgt diameter. Hjulene drejede nøjagtigt 400 gange pr. millimeter (et gammelt længdemål svarende til 1598 m). Talrige hjul og aksler blev drevet af tandhjul, og den tilbagelagte afstand blev angivet ved at småsten faldt ned i en speciel bakke. For at finde ud af, hvor meget der var tilbagelagt, var det eneste, der skulle til, at tælle antallet af småsten i bakken.
Et af Herons mest interessante værker er "Pneumatics". Bogen indeholder beskrivelser af omkring 80 enheder og mekanismer. Den mest kendte er aeolipile (oversat fra græsk: "kugle af vindguden Aeolus").
Ris. Aeolipile
Aeolipilen var en tæt forseglet kedel med to rør på låget. En roterende hul kugle blev installeret på rørene, på hvis overflade der var installeret to L-formede dyser. Vand blev hældt i kedlen gennem hullet, hullet blev lukket med en prop, og kedlen blev sat over bålet. Vandet kogte, der blev dannet damp, som strømmede gennem rørene ind i kuglen og ind i de L-formede rør. Med tilstrækkeligt tryk drejede dampstråler, der slap ud fra dyserne, hurtigt bolden rundt. Bygget af moderne videnskabsmænd i henhold til Herons tegninger udviklede aeolipilen op til 3500 omdrejninger i minuttet!
Desværre fik aeolipilen ikke behørig anerkendelse og var ikke efterspurgt hverken i antikkens æra eller senere, selvom den gjorde et enormt indtryk på alle, der så den. Herons aeolipile er prototypen på dampturbiner, som dukkede op kun to årtusinder senere! Desuden kan aeolipile betragtes som en af de første jetmotorer. Der var et skridt tilbage før opdagelsen af princippet om jetfremdrift: Med et forsøgsopstilling foran os var det nødvendigt at formulere selve princippet. Menneskeheden brugte næsten 2000 år på dette trin. Det er svært at forestille sig, hvordan menneskets historie ville have set ud, hvis princippet om jetfremdrift var blevet udbredt for 2000 år siden.
En anden fremragende opfindelse af Heron relateret til brugen af damp er dampkedlen.
Designet var en stor bronzebeholder med en koaksialt installeret cylinder, en fyrfad og rør til tilførsel af koldt og fjernelse af varmt vand. Kedlen var meget økonomisk og gav hurtig opvarmning af vand.
En væsentlig del af Herons "Pneumatik" er optaget af en beskrivelse af forskellige sifoner og fartøjer, hvorfra vand strømmer ved hjælp af tyngdekraften gennem et rør. Princippet i disse designs bruges med succes af moderne bilister, når det er nødvendigt at dræne benzin fra en biltank. For at skabe guddommelige mirakler måtte præsterne bruge sindet og den videnskabelige viden om Heron. Et af de mest imponerende mirakler var den mekanisme, han udviklede, der åbnede dørene til templet, når der blev tændt ild på alteret.
Luft opvarmet fra ilden kom ind i et fartøj med vand og pressede en vis mængde vand ud i en tønde ophængt i et reb. Tønden, der blev fyldt med vand, faldt ned og drejede ved hjælp af et reb cylindrene, som satte svingdørene i gang. Dørene åbnede sig. Da ilden gik ud, løb vandet fra tønden tilbage i fartøjet, og en modvægt ophængt i et reb, der roterede cylindrene, lukkede dørene.
En ganske simpel mekanisme, men hvilken psykologisk effekt på sognebørn!
En anden opfindelse, der markant øgede rentabiliteten af gamle templer, var helligvandsautomaten opfundet af Heron.
Enhedens indre mekanisme var ret enkel og bestod af et præcist afbalanceret håndtag, der betjener en ventil, der åbnede under indflydelse af vægten af en mønt. Mønten faldt gennem en spalte ned på en lille bakke og aktiverede en håndtag og ventil. Ventilen åbnede, og noget vand strømmede ud. Mønten ville derefter glide af bakken, og håndtaget ville vende tilbage til sin oprindelige position og lukke ventilen.
Denne opfindelse af Heron blev verdens første salgsautomat. I slutningen af 1800-tallet blev automaterne genopfundet.
Herons næste opfindelse blev også aktivt brugt i templer.
Opfindelsen består af to beholdere forbundet med et rør. Et af karene var fyldt med vand, og det andet med vin. Sognemanden tilføjede en lille mængde vand til et kar med vand, vandet kom ind i et andet kar og fortrængte en lige så stor mængde vin fra det. En mand kom med vand, og "ved gudernes vilje" blev det til vin! Er dette ikke et mirakel?
Og her er et andet kardesign opfundet af Heron til at omdanne vand til vin og tilbage.
Halvdelen af amforaen er fyldt med vin, og den anden halvdel med vand. Derefter lukkes amforaens hals med en prop. Væsken udvindes ved hjælp af en hane placeret i bunden af amforaen. I den øverste del af fartøjet, under de udragende håndtag, bores to huller: et i "vin"-delen og det andet i "vand"-delen. Koppen blev bragt til hanen, præsten åbnede den og hældte enten vin eller vand i koppen, mens han stille og roligt lukkede et af hullerne med fingeren.
En unik opfindelse for sin tid var en vandpumpe, hvis design blev beskrevet af Heron i hans arbejde "Pneumatics".
Pumpen bestod af to kommunikerende stempelcylindre udstyret med ventiler, hvorfra vand skiftevis blev fortrængt. Pumpen blev drevet af to personers muskelkraft, som skiftedes til at trykke på håndtagets arme. Det er kendt, at pumper af denne type efterfølgende blev brugt af romerne til at slukke brande og blev kendetegnet ved høj kvalitets håndværk og forbløffende præcis montering af alle dele.
Den mest almindelige metode til belysning i oldtiden var belysning ved hjælp af olielamper. Hvis det med én lampe var nemt at holde styr på den, så var der allerede med flere lamper brug for en tjener, der jævnligt gik rundt i lokalet og justerede vægerne i lamperne. Heron opfandt en automatisk olielampe.
Lampen består af en skål, hvor der blev hældt olie i, og en anordning til at fodre vægen. Denne enhed indeholdt en flyder og et gear forbundet til den. Da oliestanden faldt, faldt flyderen, drejede gearet, og det førte til gengæld en tynd skinne omviklet med en væge ind i forbrændingszonen. Denne opfindelse var en af de første anvendelser af et tandstangsgear.
Herons "Pneumatics" giver også en beskrivelse af sprøjtens design Desværre vides det ikke med sikkerhed, om denne enhed blev brugt til medicinske formål i antikken. Det er også uvist, om franskmanden Charles Pravaz og skotten Alexander Wood, som betragtes som opfinderne af den moderne medicinske sprøjte, kendte til dens eksistens.
Heron's Fountain består af tre kar, placeret over hinanden og kommunikerer med hinanden. De to nederste kar er lukkede, og det øverste har form som en åben skål, hvori der hældes vand. Vand hældes også i det midterste kar, som senere lukkes. Gennem et rør, der løber fra bunden af skålen næsten til bunden af det nederste kar, strømmer vand ned fra skålen, og ved at komprimere luften der, øges dens elasticitet. Den nederste beholder er forbundet med den midterste gennem et rør, gennem hvilken lufttrykket overføres til den midterste beholder. Ved at udøve tryk på vandet tvinger luften det til at stige fra det midterste kar gennem røret ind i den øverste skål, hvor et springvand kommer frem fra enden af dette rør, der stiger op over vandoverfladen. Det springvand, der falder ned i skålen, strømmer fra det gennem et rør ind i det nederste kar, hvor vandstanden gradvist stiger, og vandstanden i den midterste kar falder. Snart holder springvandet op med at virke. For at starte det igen, skal du bare bytte de nederste og mellemste kar.
Et unikt videnskabeligt værk for sin tid er Herons Mechanics. Denne bog er kommet til os i oversættelsen af en arabisk lærd fra det 9. århundrede e.Kr. Costa al-Balbaki. Indtil det 19. århundrede blev denne bog ikke udgivet nogen steder og var tilsyneladende ukendt for videnskaben enten under middelalderen eller under renæssancen. Dette bekræftes af fraværet af lister over dens tekst i den originale græske og i den latinske oversættelse. I Mekanik finder vi ud over at beskrive de enkleste mekanismer: kile, håndtag, port, blok, skrue en mekanisme skabt af Heron til at løfte byrder.
I bogen optræder denne mekanisme under navnet barulk. Det kan ses, at denne enhed ikke er andet end en gearkasse, der bruges som et spil.
Heron dedikerede sine værker "On Military Machines" og "On the Manufacturing of Throwing Machines" til det grundlæggende i artilleri og beskrev i dem flere designs af armbrøster, katapulter og ballistas.
Herons værk On Automata var populært under renæssancen og blev oversat til latin og citeret af mange videnskabsmænd på den tid. Især i 1501 oversatte Giorgio Valla nogle fragmenter af dette værk. Senere oversættelser efterfulgt af andre forfattere.
Orgelet skabt af Heron var ikke originalt, men var kun et forbedret design af hydraulos, et musikinstrument opfundet af Ctesibius. Hydraulos var et sæt rør med ventiler, der skabte lyd. Der blev tilført luft til rørene ved hjælp af en vandtank og en pumpe, hvilket skabte det nødvendige tryk i denne tank. Pibernes ventiler blev, som i et moderne orgel, styret ved hjælp af et keyboard. Heron foreslog at automatisere det hydrauliske system ved hjælp af et vindhjul, der tjente som drivkraft for en pumpe, der tvang luft ind i reservoiret.
Det er kendt, at Heron skabte en slags dukketeater, som bevægede sig på hjul skjult for publikum og var en lille arkitektonisk struktur - fire søjler med en fælles base og arkitrave. Dukkerne på hans scene, drevet af et komplekst system af snore og gear, der også var skjult for offentligheden, genopførte festivalens ceremoni til ære for Dionysos. Så snart et sådant teater kom ind på byens torv, blussede en ild op på scenen over Dionysos-skikkelsen, vin hældte fra en skål på panteren, der lå ved guddommens fødder, og følget begyndte at danse til musikken. Så stoppede musikken og dansen, Dionysos vendte sig i den anden retning, en flamme blussede op i det andet alter – og hele handlingen blev gentaget igen. Efter sådan en forestilling stoppede dukkerne og forestillingen sluttede. Denne handling vakte uvægerligt interesse blandt alle beboere, uanset alder. Men gadeforestillingerne fra et andet dukketeater, Heron, var ikke mindre vellykkede.
Dette teater (pinaka) var meget lille i størrelse, det var nemt at flytte fra sted til sted. Det var en lille søjle, på toppen af hvilken der var en model af en teaterscene gemt bag dørene. De åbnede og lukkede fem gange og opdelte dramaet om den triste tilbagevenden af sejrherrerne fra Troja i akter. På en lillebitte scene blev det med enestående dygtighed vist, hvordan krigere byggede og søsatte sejlskibe, sejlede på dem på et stormfuldt hav og døde i afgrunden under lyn og torden. For at simulere torden skabte Heron en speciel enhed, hvor bolde væltede ud af en kasse og ramte et bræt.
I sine automatiske teatre brugte Heron faktisk programmeringselementer: maskinernes handlinger blev udført i streng rækkefølge, sceneriet afløste hinanden i de rigtige øjeblikke. Det er bemærkelsesværdigt, at den vigtigste drivkraft, der satte teatrets mekanismer i gang, var tyngdekraften (energien fra faldende kroppe blev også brugt).
Dioptrien var prototypen på den moderne teodolit. Dens hoveddel var en lineal med sigtepunkter knyttet til dens ender. Denne lineal roterede i en cirkel, som kunne indtage både vandret og lodret position, hvilket gjorde det muligt at markere retninger i både vandret og lodret plan. For at sikre korrekt installation af enheden blev en lodslange og niveau fastgjort til den. Ved at bruge denne enhed og introducere rektangulære koordinater kunne Heron løse forskellige problemer på jorden: mål afstanden mellem to punkter, når et eller begge af dem er utilgængelige for observatøren, tegn en ret linje vinkelret på en utilgængelig lige linje, find niveauforskellen mellem to punkter, mål arealet af en simpel figur uden selv at træde ind på det område, der måles.
Selv i Herons tid blev vandforsyningssystemet på øen Samos, skabt i overensstemmelse med Eupalinus' design og passerede gennem en tunnel, betragtet som et af mesterværkerne inden for gammel ingeniørkunst. Vand gennem denne tunnel blev leveret til byen fra en kilde placeret på den anden side af Mount Castro. Det var kendt, at for at fremskynde arbejdet blev tunnelen gravet samtidigt på begge sider af bjerget, hvilket krævede høje kvalifikationer fra den ingeniør, der stod for byggeriet. Vandrørledningen fungerede i mange århundreder og overraskede Herons samtidige, som også nævnte den i sine skrifter. Det var fra Herodot, at den moderne verden lærte om eksistensen af Eupalina-tunnelen. Jeg fandt ud af det, men troede ikke på det, fordi man mente, at de gamle grækere ikke havde den nødvendige teknologi til at bygge et så komplekst objekt. Efter at have studeret Herons arbejde "On the Diopter", fundet i 1814, modtog videnskabsmænd det andet dokumentariske bevis på eksistensen af tunnelen. Det var først i slutningen af det 19. århundrede, at en tysk arkæologisk ekspedition faktisk opdagede den legendariske Eupalina-tunnel.
Sådan giver Heron i sit arbejde et eksempel på at bruge den dioptri, han opfandt, til at bygge Eupalina-tunnelen.