Heron betragtes som den største ingeniør i menneskehedens historie. Han kom meget tæt på den industrielle revolution, som først fandt sted omkring 2000 år senere. Han var den første til at opfinde automatiske døre, et automatisk dukketeater, en salgsautomat, en selvlastende armbrøst med hurtig ild, en dampturbine, automatiske dekorationer, en enhed til at måle længden af veje (et gammelt "taxameter"). osv. Han var den første til at skabe programmerbare enheder (et skaft med stifter viklet omkring det).
Han studerede geometri, mekanik, hydrostatik og optik. Hovedværker: Metrik, Pneumatik, Automatopoetik, Mekanik (fransk; værket er udelukkende bevaret på arabisk), Catoptics (videnskaben om spejle; kun bevaret i latinsk oversættelse) osv. I 1814 fandt man Herons essay "Om dioptrien". hvori opstiller reglerne for landmåling, som egentlig er baseret på brug af rektangulære koordinater. Heron brugte sine forgængeres resultater: Euclid, Archimedes, Strato of Lampsacus. Mange af hans bøger er uigenkaldeligt tabt (rullerne blev opbevaret i biblioteket i Alexandria). En af kopierne af hans bøger, lavet i det 16. århundrede, opbevares på Oxford University.
I middelalderen blev mange af hans opfindelser afvist, glemt eller var uden praktisk interesse.
Mekanik
I sin afhandling "Mechanics" (????????), bestående af tre bøger, beskrev Heron fem typer simple maskiner: løftestang, port, kile, skrue og blok. Heron etablerede "mekanikkens gyldne regel", ifølge hvilken styrkeforøgelsen ved brug af disse mekanismer ledsages af et tab i afstand.
I sin afhandling "Pneumatics" (????????????) beskrev Heron forskellige sifoner, smart designede fartøjer og automater drevet af trykluft eller damp. Det her aeolipile, som var den første dampturbine - en kugle roteret af kraften fra vanddampstråler; en maskine til at åbne døre, en maskine til at sælge "helligt" vand, en brandpumpe, et vandregel, et mekanisk dukketeater. Bogen “About Automata” (???????????) beskriver også forskellige automatiske enheder.
I sin afhandling Bellopoetics (????????????) beskrev Heron forskellige militære kastemaskiner.
Geodæsi
Bogen "Om dioptrien" (???? ????????) beskriver dioptrien - den enkleste enhed, der bruges til geodætisk arbejde. Denne enhed er en lineal med to synshuller, som kan drejes i et vandret plan, og som du kan se vinkler med.
Heron opstiller i sin afhandling reglerne for landmåling baseret på brugen af rektangulære koordinater. Proposition 15 beskriver, hvordan en geodætisk begrundelse opbygges ved gravning af en tunnel gennem et bjerg, når der arbejdes samtidigt i begge ender.
Forslag 34 beskriver en kilometertæller, en anordning til at måle afstanden tilbagelagt af en vogn. Proposition 38 beskriver en lignende anordning, der gør det muligt at bestemme afstanden tilbagelagt af et skib.
Optik
I "Catoptricus" (????????????) retfærdiggør Heron lysstrålernes ligehed med en uendelig høj udbredelseshastighed. Han giver et bevis på loven om refleksion, baseret på den antagelse, at den vej, lyset tilbagelægger, skal være den kortest mulige (et særligt tilfælde af Fermats princip). Baseret på dette princip overvejer Heron forskellige typer spejle med særlig opmærksomhed på cylindriske spejle.
Matematik
"Metrics" (????????) af Heron og "Geometrics" og "Stereometrics" udtrukket fra det er opslagsbøger om anvendt matematik. Her er givet reglerne og formlerne for den nøjagtige og omtrentlige beregning af forskellige geometriske figurer, for eksempel "Herons formel" til bestemmelse af arealet af en trekant på tre sider (opdaget af Archimedes), regler for den omtrentlige udvinding af kvadrat og terningrødder (se Herons iterative formel). Grundlæggende er fremstillingen i Herons matematiske værker dogmatisk – reglerne er ofte ikke afledte, men kun vist med eksempler.
Herons "Definitioner" repræsenterer et omfattende sæt af geometriske definitioner, der for det meste falder sammen med definitionerne af Euklids "Elementer".
År af Herons liv
Årene for Herons liv i det 20. århundrede er blevet genstand for debat. Ifølge gamle kilder levede han efter Arkimedes, men før Pappus, dvs. engang mellem 200 f.Kr og 300 AD Nogle historikere fra det 18.-19. århundrede angav mere specifikke datoer i dette interval, for eksempel placerer Baldi Georon under 120 f.Kr., og ESBE angiver Herons fødselsår - 155 f.Kr. I 1938 foreslog Otto Neugebauer, at Heron boede i det 1. århundrede e.Kr. Denne antagelse var baseret på det faktum, at hans bog "On the Diopter" nævner en måneformørkelse, der blev bemærket 10 dage før forårsjævndøgn. Hans indikation af, at det skete i Alexandria ved 5-tiden om morgenen, indikerer tydeligt i intervallet mellem 200 f.Kr. e. og 300 e.Kr for måneformørkelsen den 13. marts 62 (juliansk dato). For nylig er Neugebauers dating blevet kritiseret af Nathan Sidoli.
Heron of Alexandria (10 - 75 AD) - oldgræsk matematiker og mekaniker. Han studerede geometri, mekanik, hydrostatik og optik. Forfatteren af værker, hvor han systematisk skitserede den antikke verdens vigtigste resultater inden for anvendt mekanik. I Mechanics beskrev Heron 5 simple maskiner: håndtag, port, kile, skrue og blok. Heron var også kendt for parallelogrammet af kræfter. Ved hjælp af et geartog byggede Heron en enhed til måling af vejlængden, baseret på samme princip som moderne taxametre. Herons salgsautomat til at sælge "helligt" vand var prototypen på vores automater til udtømning af væsker. Herons mekanismer og automater fandt ikke nogen udbredt praktisk anvendelse. De blev hovedsageligt brugt til konstruktion af mekanisk legetøj. De eneste undtagelser er Herons hydrauliske maskiner, ved hjælp af hvilke gamle vandskuffer blev forbedret. Heron redegjorde for det grundlæggende i det gamle artilleri i sin afhandling "On the Making of Throwing Machines." Herons matematiske værker er en encyklopædi af gammel anvendt matematik. Metrikken giver regler og formler til den nøjagtige og omtrentlige beregning af forskellige geometriske figurer, for eksempel Herons formel til bestemmelse af arealet af en trekant på tre sider, regler for den numeriske løsning af andengradsligninger og den omtrentlige udtrækning af kvadrat og terning rødder. Grundlæggende er fremstillingen i Herons matematiske værker dogmatisk – reglerne er ofte ikke afledte, men kun afklaret gennem eksempler.
I 1814 blev Herons essay "On the Diopter" fundet, som opstiller reglerne for landmåling, som faktisk er baseret på brugen af rektangulære koordinater. Her er en beskrivelse af dioptrien - en enhed til måling af vinkler - prototypen på en moderne teodolit.
Hejre pumpe
Ris. 1. Hejrepumpe
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. Indtil opdagelsen af elektricitet blev pumper, der ligner dem, ofte brugt både til slukning af brande og i flåden til at pumpe vand fra lastrum i tilfælde af en ulykke.
Herons dampkugle - aeolipile
Også i sin afhandling "Pneumatics" beskrev Heron forskellige sifoner, smart designede fartøjer og maskiner drevet af trykluft eller damp. Aeolipile (oversat fra græsk som "kugle af vindguden Aeolus") 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!
Ved samlingen af aeolipilen stødte forskerne på problemet med tætning i hængselleddene på kugle- og dampforsyningsrørene. Med et stort hul fik bolden en større grad af rotationsfrihed, men damp slap let ud gennem hullerne, og dens tryk faldt hurtigt. Hvis mellemrummet blev reduceret, forsvandt tabet af damp, men bolden blev også sværere at rotere på grund af øget friktion. Vi ved ikke, hvordan Heron løste dette problem. Måske roterede hans aeolipile ikke med så høj hastighed som den moderne model.
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. Denne opfindelse blev kun behandlet som et sjovt legetøj. Faktisk er Herons aeolipile 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. Måske ville menneskeheden for længst have udforsket hele solsystemet og nået stjernerne.
Ris. 2. 1 - dampforsyning, 2 - dampledende rør, 3 - kugle, 4 - udstødningsrør
Dampkedel
Ris. 3. Dampkedel
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.
Som vi kan se, udviklede Heron tre meget interessante opfindelser: aeolipilen, stempelpumpen og kedlen. Ved at kombinere dem var det muligt at få en dampmaskine. En sådan opgave var sandsynligvis inden for magten, hvis ikke af Heron selv, så hans tilhængere.
Han beskrev også en automatisk døråbner, en brandpumpe, forskellige sifoner, et vandorgel, et mekanisk dukketeater osv.
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 ballistae.
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.
Når vi lever i et moderne højteknologisk samfund, er vi meget stolte af vores tids opfindelser, udviklingen af teknologi, disse hovedkarakteristika, vores civilisations "telefonkort", som vi tror.
Det er dog værd at se mindst to tusind år tilbage, og vi vil blive overrasket over at opdage, at vores opfindelser ikke er vores. Noget lignende, viser det sig, var allerede blevet opfundet og blev endda brugt ganske med succes. Og vi taler ikke om palæokontakter eller "gudernes gaver" højst sandsynligt, disse er almindelige, men langt fra almindelige, frugter af menneskelig teknik.
Mange af disse tekniske perler var ganske enkelt langt forud for deres tid, og det er den eneste måde, jeg personligt kan forklare, hvordan de, på trods af deres brugbarhed, kunne blive glemt af menneskeheden, og endda så meget, at de efterfølgende fik et nyt liv. Det er præcis, hvad der skete med den allerførste dampmaskine.
Heron Alexandrinus, eller Heron of Alexandria, blev født i 10 e.Kr. i Alexandria (nu en del af Egypten og den næststørste by efter Kairo). Der er få oplysninger om Herons liv, men det er kendt, at hans forældre var grækere, der flyttede til Alexandria efter dets erobring af Alexander den Store. Heron var en matematiker og opfinder, en af antikkens største opfindere.
Under Herons æra var det store bibliotek i Alexandria i sin storhedstid, og ifølge videnskabsmænd var Heron i stand til at bruge dette lager af menneskelig visdom, viden og erfaring.
Aeolipile - Herons sfære
Faktisk ved de færreste, at Heron også var opfinderen af den første dampmaskine, en enhed kaldet aeolipilen eller "Heron's engine" eller "Heron's ball."
Selvom nogle forskere mener, at der var enheder, der ligner aeolipilen før Heron, var han den første til at beskrive dens design og fremstillingsmetode i detaljer i sin bog "Pneumatics", hvor der desuden blev beskrevet 78 flere enheder. Mange af Herons ideer var forbedringer af en anden græsk opfinder, der boede i Alexandria 300 år før ham, en Ctesibius af Alexandria, som først nævnte videnskaben om trykluft.
Så hvordan var den samme aeolipile, den ældste dampmaskine? Dette er en kugle, der er i stand til at dreje rundt om sin akse. Kuglen bevægede sig takket være damp udsprøjtet under tryk fra et par dyser. Dyserne var rettet i modsatte retninger, hvilket resulterede i et drejningsmoment. Det var dette drejningsmoment, der fik kuglen til at dreje rundt om sin akse. Driftsprincippet er vist i videoen i slutningen af denne artikel.
Dampen blev genereret ved at koge vand enten inde i eller under kuglen, som på figuren. Hvis kedlen er placeret under kuglen, er den forbundet til den ved hjælp af et par rør, som samtidig tjener som akser til den. En reproduceret moderne kopi af Herons dampmaskine er i stand til at accelerere til 1.500 rpm ved et relativt lavt tryk på 0,7 kg pr. kvadrattomme.
Denne opfindelse blev ufortjent glemt indtil 1577, hvor dampmaskinen blev genopfundet af filosoffen, astronomen og opfinderen Taqi Al-Din. Funktionsprincippet for den enhed, han beskrev, gentog grundlæggende princippet om Heron of Alexandria's dampmaskine, med den undtagelse, at dampstrømmene satte hjulet i gang.
En anden opfindelse tilskrevet Heron, og faktisk, som var hans forbedring af den hydrauliske enhed, der allerede var opfundet af Ctesibius, var "vindhjulet". Det var en vindmølle, der blev brugt til at betjene en enhed, der ligner et moderne orgel.
Heron opfandt også den allerførste salgsautomat til at sælge helligt vand, automatisk døråbning, en brandbil, en autonom springvand og mange mekanismer til det græske teater.
En af hans teatralske mekaniske opfindelser var et fuldstændigt mekaniseret teaterstykke. Hun arbejdede, uden at gå i tekniske detaljer, ved at bruge et system af knob og reb og simple mekanismer, og var endda i stand til kunstigt at skabe tordenlyde og kontrollere lyset under forestillingen.
Hans arv beskriver maskiner drevet af luft, damp eller vand under tryk, arkitektoniske anordninger til at løfte tunge genstande, metoder til beregning af overflader og mængder (herunder en metode til beregning af kvadratroden), militære mekanismer, samt metoder til styring af lys ved hjælp af reflektorer og spejle
"Vidunderlig" åbning af døre. Herons opfindelse. Animerede billeder af P. Hausladen, RS. Vöhringen
Helt klart, Heron var et geni for sin tid, en utrolig progressiv person. Desværre er de fleste af hans originale skrifter gået tabt, med undtagelse af nogle få overlevende arabiske manuskripter. Hvem ved, hvor mange flere utrolige, nu glemte opfindelser fra den antikke verden blev beskrevet af Heron for mere end 2000 år siden.
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.