Древногръцката парна машина на Херон от Александрия. Чапла. Елиопил, бутална помпа, бойлер

Учението на Архимед за равновесието на течностите е използвано в брилянтните изобретения на Херон от Александрия, към които сега се обръщаме.

Чапла от Александрия,ученик на Ктесибий, син на бръснар, а също и умел изобретател, живял през втората половина на 2 век. пр.н.е д. (около 120 гр.). В лицето на Херон имаме работа с практикуващ древна наука. В областта на математиката Херон търси връзки, които най-добре биха отговаряли на целите на земемерството, и разработва методи за изчисление, по-специално методи за приблизителни изчисления. Той даде правило за определяне на площта на триъгълник въз основа на неговите страни; в съвременния си вид това правило е написано под формата на така наречената формула на Херон:

Изобретенията на Heron не са от характер на технически приложения, те по-скоро могат да бъдат наречени технически играчки и тяхната история е поучителен пример за това как гениалните изобретения, които не отговарят на нуждите на епохата, остават безплодни.

Учителят на Херон - Ктезибий,както вече беше споменато, той беше основен изобретател. Той изобретил воден часовник със стрелка (фиг. 28), воден орган и пожарна кола. Последното изобретение имаше почти модерен вид. Heron описва тази машина по следния начин:

„Противопожарните помпи, използвани за гасене на пожари, се правят по следния начин (фиг. 29): два метални цилиндъра се пробиват отвътре със струг според размера на буталото, както майсторът на кладенец пробива „помпи“ KL и MN са прецизно монтирани бутала, свързани помежду си с тръба XODEи се предоставя външно (вътре в тръбата XODE,) - клапани P и R, които се отварят навън В долната част на цилиндрите има отвори S и T, които се затварят с гладки шарнирни пластини (клапаци на клапана); през тях се прекарват болтове, които са здраво запоени или здраво свързани към дъното на цилиндъра с помощта на нитове, поставени на външните им краища. Буталата са снабдени с пръти S, фиксирани в средата; към тях е свързан прът (балансьор Za), който в средата се върти около болтовете S и буталните пръти се въртят около болтовете b и v. Над отвора в тръбата XODEy е монтирана друга вертикална вилообразна тръба S, снабдена с дюза, подобна на кран, през която водата се изхвърля по същия начин, както вече казахме по-горе, когато описваме съда, който изхвърля вода с помощта на въздух, компресиран в него.

Вентилът, споменат в това описание (фиг. 30), очевидно също е изобретен от Ктесибий. Херон описва това устройство по следния начин: „Направени са две четириъгълни плочи с дължина от всяка страна, така че да не могат да минават нито въздух, нито вода между тях В един от тях, а именно ABCD, е пробит кръгъл отвор с ширина на една трета от ръба на CD, който е свързан с ръба на FE металните плочи лежат една върху друга, плочата ABCD е запоена плътно към отвора, през който трябва да влезе въздух или вода и позволява на въздуха или водата да премине, но тогава налягането на въздуха или водата ще притисне плочата EFGH към дупката, през която влиза въздухът или водата."

Както виждаме, технологиите, по-специално технологията за обработка на метали, достигнаха доста високо ниво по това време. По-долу ще видим, че Heron дори внедри топлинен двигател. Но тази технология, както многократно се изтъква, не можеше да доведе до индустриална революция, не можеше да изиграе онази революционна роля, която играеше през периода на първобитното натрупване, през периода на буржоазните революции.

Известните изобретения на Херон са описани в достигналия до нас трактат "Пневматика". В своите теоретични позиции Херон се изравнява с Аристотел, но със значителни корекции. Той, подобно на Аристотел, вярва, че в природата няма празнота, но „въпреки че в природата няма голямо празно пространство, все пак много малки празни пространства съществуват в течности, огън и други тела“.

За доказателство за съществуването на празни пространства между частиците Херон счита, че въздухът е тяло, състоящо се от много леки и подвижни частици. Херон смята, че доказателство, че въздухът е тяло, е например фактът, че съд, обърнат с главата надолу, когато се потопи в друг съд с вода, не се пълни с вода. Ако в дъното на съда се направи отвор, през който да излиза въздух, тогава водата ще запълни вътрешността на потопения съд, измествайки въздуха през този отвор. Природата не допуска необичайно големи празнини между частиците на тялото и в този смисъл се „страхува от празнотата“. Така например, ако от съда се изсмуче определено количество въздух, поради което разстоянието между частиците на останалия въздух се увеличава, тогава съдът ще има всмукателни свойства (кръвосмучещи чаши): кожата на пръст, покриващ отвора на съда, ще бъде изтеглен навътре. Ако пръстът се отстрани, външният въздух навлиза в съда, запълвайки обема му, докато разстоянията между частиците достигнат нормална стойност. В това трябва да търсим причините за здравината на телата. Течен поток, според Heron, също има якост на опън *. Веднъж възникнал стълб от течност, той не може да се спука, защото това би довело до образуването на значителна празнина. Това е основата на обяснението на Херон за действието на сифона.

* (Галилей в своята доктрина за здравината на материалите възстановява възгледите на Херон.)

Нека потопим тръбата на коляното AHDBCKL (фиг. 31) в съд, пълен с вода, до ниво FG. Водата в коляното ще достигне ниво I, което съвпада с нивото FG. Ако изсмучете въздух от L с устата си, тогава поради посоченото свойство да не позволява значителни празнини, въздухът ще изсмуче вода от съда по протежение на коляното AHD. Ако вакуумът е достатъчен, водата ще запълни горната част на тръба B и ще започне да тече надолу по коляното CKL. Опитвайки се да падне като тежест в двете колена, не може да падне, защото това би довело до разкъсване на струята. Ако нивото на течността в лявото коляно е по-ниско от това в дясното, тогава левият товар с вода ще издърпа десния и водата ще тече от по-високо ниво към по-ниско, докато нивата на течността отляво и отдясно се изравнят равно, или докато се изпразни съдът (ако дъното му е достатъчно високо).

И така, в теорията на Heron имаме работа с две основни предположения: а) невъзможността за счупване на струята, б) надвисването на струята от по-дълга част, което води до поток на течност от по-високо ниво към по-ниско. След като полученият течен поток се държи като въже, хвърлено върху блок. Въжето ще "бяга" към по-дългата част. Външното налягане на въздуха не играе роля в това обяснение.

Любопитно е, че това обяснение на Heron е сравнително наскоро възстановено като новооткрития „принцип на действие на течния сифон“. В книгата на професор Пол „Въведение в механиката и акустиката“ се натъкваме на твърдението, подчертано от автора, че „принципът на сифона няма нищо общо с въздушното налягане“, чието обяснение (т.е. твърдението) е дадено изображението на верига бягане от блок. Като оставим настрана сдържаността на проф. Фийлдс относно факта, че принципът, който той излага срещу обичайното „елементарно“ тълкуване на действието на сифона, датира от преди две хиляди години, отбелязваме, че проф. Павел също подминава с мълчание някои от трудностите, свързани с обяснението на Херон, трудности, които вече са били известни на самия Херон. А именно, ако си представите, че левият край на веригата е по-къс, но се състои от няколко вериги, тогава можете не само да постигнете баланс, но и веригата да върви към късата част. С други думи, ако направите сифонна тръба от колена с различна дебелина, като направите късото коляно по-дебело, можете да постигнете преливане на течност от по-ниско ниво към по-високо. Херон посочва, че това е невъзможно. Напълнете U-образната тръба с течност до самия връх. Нека затворим краищата на тръбата и я наклоним в два съда с различни нива на течности, така че дебелото коляно на тръбата да е потопено в съда с най-високо ниво на течност. Отстранявайки пръстите от краищата на тръбата, ще установим комуникация между масите течност в двата съда (стълбът течност в тръбата на сифона не може да се счупи). Но, според Архимед, комуникиращите маси на течността ще бъдат в равновесие тогава и само ако свободната повърхност е сферична повърхност с център в центъра на Земята. Следователно течността ще тече от най-високото ниво към най-ниското, докато нивата се изравнят. Виждаме, че Херон, започвайки от Архимед, по същество формулира принципа на съобщаващите се съдове. Що се отнася до принципа на сифона, обяснението на Херон, възстановено от Павел, отразява един аспект от работата на сифона, но не всички. Изследванията на Паскал представляват голяма крачка напред в разбирането на действието на сифона, а не крачка назад, както иска да каже проф. Пол. Особеното разбиране на Херон за „страха от празнотата“ му дава възможност да обясни действието на пипетата, която за него има формата на „магическа топка“. Ако, оставяйки горния отвор отворен, потопите топката в течност, тогава течността ще влезе през дупките в дъното на топката в нея. Ако сега затворите дупката с пръст и извадите топката, водата няма да се излее през решетката на дъното на топката, защото това би довело до образуване на кухини във вътрешното въздушно пространство. Като махнете пръста си, можете да излеете течността навсякъде.

Heron изобретил сифони с различни форми. Тук ще споменем двойния сифон и сифона с постоянен дебит (сифон с поплавък). Двоен сифон (фиг. 32) е тръба, която е затворена отгоре, но е отворена отдолу. Втората тръба е поставена вътре в тази тръба, отворена в двата края; горният край не достига до дъното на външната тръба. Ако съдът има отвор на дъното с такъв размер, че вътрешната тръба на сифона да влезе в него, плътно прилепвайки към ръбовете, тогава течността може да се налива в съда, докато нивото й стане такова, че външната тръба на сифона се пълни до дъното. След това, според принципа на сифона, течността ще тече през вътрешната тръба, докато съдът се изпразни. Двойният сифон обяснява действието на "вълшебната чаша" на Heron. В сифон с постоянен дебит (фиг. 33). вътрешният лакът е фиксиран в купа, плаваща върху повърхността на течността в съда. Когато нивото на течността намалява, сифонът също се спуска, така че изходът остава под нивото на течността винаги с една и съща стойност. Като пример за илюстриране на изобретателността на Heron, нека опишем неговата картечница „пееща птица“ (фиг. 34). Птицата свири, когато бухалът не я гледа, и замлъква, когато бухалът се обърне към нея. Работата на това устройство се основава на подходящ избор на двойни сифони. Когато течността тече през фунията в горния съд, тя измества въздуха, който, преминавайки през тръбата, предизвиква свирка. Когато нивото на течността в резервоара се повиши, тя започва да тече през сифона в долната кофа. Това в крайна сметка ще претовари кофата, която ще издърпа противотежестта и ще накара бухала да се обърне. Сифонът е избран така, че в този момент потокът от резервоара да надвишава скоростта на притока на течност - птицата не пее. След това влиза в действие долният сифон. Докато резервоарът се изпразва, кофата също ще се изпразни - бухалът ще се обърне. Машината започва да работи отново.

Особено забележително е, че Heron е първият, който използва движещата сила на топлината. Нека първо се запознаем с ефекта на неговия “Еолипил”. Еолипилът на Херон е желязна топка, която може да се върти около хоризонтална ос (фиг. 35). В горната част на топката има изходяща тръба, огъната под прав ъгъл; същата тръба, но огъната в обратна посока, се намира в долната част на топката. Парата, идваща от резервоара през страничните тръби, се изхвърля от изходните тръби. Реакцията на парната струя (принцип на турбината) кара топката да се върти.

По този начин, почти две хиляди години преди изобретяването на парната машина, за първи път е конструирана топлинна машина. Но това беше преждевременно изобретение и ново търсене на топлинна машина започна през 17 век.

Да дадем като пример използването на движещата сила на топлината - олтар с автоматично отварящи се врати при запалване на жертвения огън (фиг. 36).

„В храма има кух олтар DE, който е свързан чрез тръба FG със сферичен съд PH, наполовина пълен с вода U-образна тръба KLM, запоена в осите на въртене на двете крила на вратата се удължават до сутеренния етаж, където се вкарват в съответните гнезда, на края на едната верига се поставя тежест, която с тежестта си се стреми да затвори вратата, а на другата, навит в обратна посока на осите на вратата, виси съд на друг, навит в обратна посока XN, който, като е празен, е по-лек от теглото B. този съд преминава през едно от колената на U-образна тръба, който е така монтиран, че когато вратите са затворени, това коляно се простира почти до дъното на съда.

Когато се запали огън върху олтара, олтарът се нагрява, въздухът, затворен в него, се разширява, притиска водата в топката и я издига през U-образна тръба в окачен съд, който по този начин се спуска и по този начин отваря врата.

Ще се ограничим до разгледаните примери. От казаното става ясно колко гениални са били изобретенията на Херон. Само неговите хидравлични машини, които подобриха технологията на машините за теглене на вода, получиха практическо значение. Останалите изобретения служеха като забавни играчки, нищо повече. Само възраждащата се нова наука се обърна към изобретенията на Херон, като ги доразви на нова основа.

Ерата на парните машини беше краткотрайна. Но се оказва, че дори древните гърци са знаели как да „укротят“ парата и дори да я използват във война. Нашите близки предци отделиха много време и усилия за овладяване на „пара“, а наскоро тази тема дори получи втори вятър.

Хората успяват да поставят парата в услуга на човечеството едва в самия край на 17 век. Но дори в началото на нашата ера древногръцкият математик и механик Херон от Александрия ясно показа, че човек може и трябва да бъде приятел с пара. Ясно потвърждение за това беше Героновският еолипил, всъщност първата парна турбина - топка, която се въртеше със силата на струи водна пара.

За съжаление много невероятни изобретения на древните гърци бяха твърдо забравени в продължение на много векове. Едва през 17 век има описание на нещо подобно на парна машина.

За справка:

ГЕРОЙ НА АЛЕКСАНДРИЯ (Heronus Alexandrinus)

Датите на раждане и смърт са неизвестни, вероятно 1-ви - 2-ри век.

Херон от Александрия е гръцки учен, работил в Александрия.

Автор на произведения, оцелели до наши дни, в които систематично очертава основните постижения на древния свят в областта на приложната механика. В прочутата си двутомна работа „Пневматика“ той описва различни механизми, задвижвани от нагрят или сгъстен въздух или пара: еолипил, т.е. топка, въртяща се под въздействието на пара, автомат за отваряне на врата, противопожарна помпа, различни сифони, воден орган, механичен куклен театър и др. В "Механика" разгледах подробно най-простите механизми: лост, порта, клин, винт и блок. Използвайки зъбно задвижване, той построи устройство за измерване на дължината на пътищата, базирано на същия принцип като съвременните таксиметри. Той създаде вендинг машина за продажба на „свещена” вода, която беше прототипът на нашите вендинг машини за разливане на течности. Механизмите и автоматите на Heron не намират широко практическо приложение и се използват главно в конструирането на механични играчки. Единствените изключения са хидравличните машини на Heron, с помощта на които са подобрени древните чекмеджета за вода.

В есето си „За диоптъра“ той очертава правилата за измерване на земята, които всъщност се основават на използването на правоъгълни координати. Тук той дава описание и на диоптъра - устройство за измерване на ъгли - прототип на съвременния теодолит. В есето си "Катоптрика" той обосновава праволинейността на светлинните лъчи с безкрайно висока скорост на разпространение. Той даде доказателство за закона за отражението, основаващо се на предположението, че пътят, изминат от светлината, трябва да бъде най-малкият от всички възможни (специален случай на принципа на Ферма). Въз основа на този принцип разгледах различни видове огледала. В своя трактат „За създаването на метателни машини“ той очерта основите на древната артилерия. Математическите трудове на Херон са енциклопедия на древната приложна математика. Метриката предоставя правила и формули за точно и приблизително изчисляване на различни геометрични фигури, напр. Формулата на Херонза определяне на площта на триъгълник въз основа на три страни, правила за числено решаване на квадратни уравнения и приблизително извличане на квадратни и кубични корени.

В тази статия ви каня да се запознаете с един от невероятните учени от древността. Той има огромен принос за развитието на науката на своето време, но повечето от неговите трудове и изобретения потънаха в забрава и бяха незаслужено забравени. Името му е Херон от Александрия.

Ориз. 1. Чапла от Александрия

Най-известна е „Метриката“ на Херон – научен труд, в който се дава определението за сферичен сегмент, тор, правила и формули за точно и приблизително изчисляване на площите на правилни многоъгълници, обемите на пресечени конуси и пирамиди. Метриката предоставя известната формула на Heron за определяне на площта на триъгълник от три страни и дава правила за числено решение на квадратни уравнения и приблизително извличане на квадратни и кубични корени. Метриката разглежда най-простите подемни устройства - лост, блок, клин, наклонена равнина и винт, както и някои комбинации от тях. В тази работа Heron въвежда термина „прости машини“ и използва концепцията за момент на сила, за да опише тяхната работа.

Много математици обвиняват Heron във факта, че Метриката не съдържа математически доказателства за заключенията, които е направил. Това е вярно. Херон не беше теоретик; той предпочиташе да обяснява всички формули и правила, които извеждаше с ясни практически примери. Именно в областта на практиката Херон надминава много от своите предшественици. Най-добрата илюстрация за това е неговият труд "За диоптъра", намерен едва през 1814 г. Тази работа очертава методи за извършване на различни геодезически работи, а заснемането се извършва с помощта на устройство, изобретено от Heron - диоптър.

Ориз. 2. Диоптър

Диоптърът беше прототипът на съвременния теодолит. Основната му част беше владетел с мерници, прикрепени към краищата му. Тази линийка се въртеше в кръг, който можеше да заема както хоризонтални, така и вертикални позиции, което позволяваше да се маркират посоки както в хоризонталната, така и във вертикалната равнина. За да се осигури правилната инсталация на устройството, към него бяха прикрепени отвес и ниво. Използвайки това устройство и въвеждайки правоъгълни координати, Heron може да реши различни проблеми на земята: да измери разстоянието между две точки, когато едната или и двете са недостъпни за наблюдателя, да начертае права линия, перпендикулярна на недостъпна права линия, да намери разликата в нивото между две точки, измерете площта на проста фигура, без дори да стъпвате върху измерваната площ.

Още по времето на Херон водоснабдителната система на остров Самос, създадена по проект на Евпалин и минаваща през тунел, се счита за един от шедьоврите на древното инженерство. Водата през този тунел се доставяше на града от източник, разположен от другата страна на планината Кастро. Знаеше се, че за да се ускори работата, тунелът е прокопан едновременно от двете страни на планината, което изисква висока квалификация от инженера, който отговаря за строителството. Водопроводът е работил в продължение на много векове и е изненадал съвременниците на Херон; Херодот също го споменава в своите писания. Именно от Херодот съвременният свят научи за съществуването на тунела Евпалина. Разбрах, но не повярвах, защото се смяташе, че древните гърци не са имали необходимата технология, за да построят толкова сложен обект. След като изучават работата на Херон „За диоптъра“, открита през 1814 г., учените получават второто документално доказателство за съществуването на тунела. Едва в края на 19-ти век германска археологическа експедиция всъщност открива легендарния тунел Евпалина.

Ето как в работата си Херон дава пример за използване на изобретения от него диоптър за изграждането на тунела Eupalina.

Фиг.3. Измервателна схема за изграждането на тунела Eupalina

Точки B и D са входовете на тунела. В близост до точка B е избрана точка E и от нея е построена отсечка EF по планината, перпендикулярна на отсечката BE. След това се изгражда система от взаимно перпендикулярни сегменти около планината, докато се получи права KL, на която се избира точка M и от нея се изгражда перпендикуляр MD до входа на тунела D. С помощта на линиите DN и NB се изгражда триъгълник Получава се BND и се измерва ъгълът?

Между другото, в 34-та глава на произведението „За диоптъра” Херон дава описание на изобретеното от него устройство за измерване на разстояния - одометъра.

Ориз. 4. Одометър (външен вид)

Ориз. 5. Одометър (вътрешно устройство)

Една от най-интересните творби на Херон е "Пневматика". Книгата съдържа описания на около 80 устройства и механизми, работещи на принципите на пневматиката и хидравликата. Най-известното устройство е еолипил (в превод от гръцки: „топка на бога на вятъра Еол“).

Ориз. 6. Еолипил

При сглобяването на еолипила учените се сблъскаха с проблема с уплътняването в шарнирните съединения на топката и тръбите за подаване на пара. С голяма празнина топката получи по-голяма степен на свобода на въртене, но парата лесно излезе през пролуките и налягането й бързо спадна. Ако празнината беше намалена, загубата на пара изчезна, но топката също стана по-трудна за въртене поради увеличеното триене. Не знаем как Heron е решил този проблем. Може би неговият еолипил не се е въртял с такава висока скорост като съвременния модел.

За съжаление, еолипилът не получи необходимото признание и не беше търсен нито в епохата на древността, нито по-късно, въпреки че направи огромно впечатление на всеки, който го видя. Това изобретение се третира само като забавна играчка. Всъщност еолипилът на Херон е прототипът на парните турбини, появили се само две хилядолетия по-късно! Освен това еолипилът може да се счита за един от първите реактивни двигатели. Оставаше една крачка до откриването на принципа на реактивното задвижване: имайки пред себе си експериментална постановка, беше необходимо да формулираме самия принцип. Човечеството прекара почти 2000 години в тази стъпка. Трудно е да си представим как би изглеждала човешката история, ако принципът на реактивното задвижване беше широко разпространен преди 2000 години. Може би човечеството отдавна щеше да е изследвало цялата слънчева система и да е достигнало звездите. Признавам си, че понякога възниква мисълта, че развитието на човечеството е умишлено забавено от някого или нещо в продължение на векове. Тази тема обаче ще я оставим за развитие от писателите на научна фантастика...

Интересно е, че преоткриването на еолипила на Херон се е случило през 1750 г. Унгарският учен J.A. Segner изгради прототип на хидравлична турбина. Разликата между така нареченото колело на Segner и еолипила е, че реактивната сила, която върти устройството, се създава не от пара, а от струя течност. В момента изобретението на унгарския учен служи като класическа демонстрация на реактивно задвижване в курсовете по физика, а в полета и паркове се използва за поливане на растения.

Друго изключително изобретение на Heron, свързано с използването на пара, е парният котел.

Ориз. 7. Парен котел Heron

Дизайнът се състоеше от голям бронзов контейнер с коаксиално монтиран цилиндър, мангал и тръби за подаване на студена и изпускане на топла вода. Котелът беше високоефективен и осигуряваше бързо загряване на водата.

Значителна част от Пневматиката на Херон е заета от описание на различни сифони и съдове, от които водата тече чрез гравитация през тръба. Принципът, присъщ на тези конструкции, се използва успешно от съвременните шофьори, когато е необходимо да се източи бензин от резервоара на автомобила.

Както знаете, в епохата на античността религията е имала огромно влияние върху хората. Имаше много религии и храмове и всеки отиваше да общува с боговете там, където му харесваше най-много. Тъй като благосъстоянието на свещениците на даден храм пряко зависи от броя на енориашите, свещениците се опитаха да ги привлекат с всичко. Тогава те открили закон, който е в сила и до днес: нищо не може да привлече хората в храма по-добре от чудо. Но Зевс слизаше от Олимп не по-често, отколкото небесната манна падаше от небето. И енориашите трябваше да бъдат примамвани в храма всеки ден. За да създават божествени чудеса, свещениците трябваше да използват ума и научните познания на Херон. Едно от най-впечатляващите чудеса беше механизмът, който той разработи, който отваряше вратите на храма, когато на олтара беше запален огън. Принципът на работа е ясен от анимирания чертеж.

Ориз. 8. Схема на “магическото” отваряне на вратите в храма

Въздухът, загрят от огъня, влизаше в съд с вода и изстискваше определено количество вода в буре, окачено на въже. Цевта, пълна с вода, падна и с помощта на въже завъртя цилиндрите, които задвижиха люлеещите се врати. Вратите се отвориха. Когато огънят угасна, водата от варела се изля обратно в съда и противотежест, окачена на въже, въртяща цилиндрите, затвори вратите.

Доста прост механизъм, но какъв психологически ефект върху енориашите!

Друго изобретение, което значително увеличи доходността на древните храмове, беше автоматът за светена вода, изобретен от Heron.

Ориз. 9. Автомат за продажба на „светена” вода

Вътрешният механизъм на устройството беше доста прост и се състоеше от прецизно балансиран лост, управляващ клапан, който се отваряше под въздействието на тежестта на монета. Монетата падна през прорез върху малка тава и задейства лост и клапан. Вентилът се отвори и малко вода изтече. След това монетата ще се плъзне от тавата и лостът ще се върне в първоначалното си положение, затваряйки клапана. Според някои източници порция „свещена“ вода по времето на Херон е струвала 5 драхми.

Това изобретение на Heron се превърна в първата в света вендинг машина и въпреки факта, че донесе добри печалби, беше забравено за векове. Едва в края на 19-ти век вендинг машините са преоткрити.

Може би следващото изобретение на Heron също се използва активно в храмовете.

Ориз. 10. Съдове за “превръщане” на вода във вино

Изобретението се състои от два съда, свързани с тръба. Единият съд беше пълен с вода, а вторият с вино. Енориашът добави малко количество вода в съд с вода, водата влезе в друг съд и измести от него равно количество вино. Човек донесе вода и "по волята на боговете" тя се превърна във вино! Това не е ли чудо?

И ето още един дизайн на съд, изобретен от Heron за превръщане на водата във вино и обратно.

Ориз. 11. Амфора за наливане на вино и вода

Половината от амфората е пълна с вино, а другата половина с вода. След това гърлото на амфората се затваря със запушалка. Течността се извлича с помощта на кран, разположен на дъното на амфората. В горната част на съда, под издадените дръжки, са пробити два отвора: единият в частта „вино“, а вторият във частта „вода“. Чашата беше донесена до крана, свещеникът я отвори и наля вино или вода в чашата, като тихо запуши една от дупките с пръст.

Уникално изобретение за времето си е водна помпа, чийто дизайн е описан от Heron в работата му „Пневматика“.

Ориз. 12. Помпа Heron

Помпата се състои от два свързани бутални цилиндъра, оборудвани с клапани, от които водата се измества последователно. Помпата се задвижваше от мускулната сила на двама души, които се редуваха да натискат рамената на лоста. Известно е, че помпи от този тип впоследствие са били използвани от римляните за гасене на пожари и са се отличавали с високо качество на изработка и удивително прецизно напасване на всички части. До откриването на електричеството подобни на тях помпи често се използват както за гасене на пожари, така и във флота за изпомпване на вода от трюмове в случай на авария.

Както виждаме, Heron разработи три много интересни изобретения: еолипила, буталната помпа и котела. Чрез комбинирането им беше възможно да се получи парна машина. Такава задача вероятно е била по силите, ако не на самия Херон, то на неговите последователи. Хората вече знаеха как да създават запечатани контейнери и, както се вижда от примера с буталната помпа, те постигнаха значителен успех в производството на механизми, които изискват високо прецизно производство. Парната машина, разбира се, не е реактивна машина, за чието създаване очевидно липсват знанията на древните учени, но също така значително ще ускори развитието на човечеството. Защо това не се случи?

Най-разпространеният метод за осветление в древни времена е използването на маслени лампи, в които гори фитил, напоен с масло. Фитилът беше парче парцал и изгоря доста бързо, маслото също. Един от основните недостатъци на такива лампи беше необходимостта да се гарантира, че винаги има достатъчно фитил над повърхността на маслото, чието ниво непрекъснато намаляваше. Ако с една лампа беше лесно да се следи, тогава с няколко лампи вече имаше нужда от слуга, който редовно да се разхожда из стаята и да регулира фитилите в лампите. Херон изобретил автоматична маслена лампа.

Ориз. 13. Маслена лампа на чапла

Лампата се състои от купа, в която е налято масло и устройство за подаване на фитила. Това устройство съдържа поплавък и предавка, свързана с него. Когато нивото на маслото падна, поплавъкът падна, завъртя зъбното колело, а то от своя страна подаде тънка шина, обвита с фитил, в зоната на горене. Това изобретение е една от първите употреби на зъбна рейка и зъбно колело.

Друго изобретение на Heron, предназначено за храмове, беше орган, задвижван от вятъра.

Ориз. 14. Hydraulos, модернизиран от Heron

Органът, създаден от Херон, не е оригинален, а е само подобрен дизайн на хидраулос, музикален инструмент, изобретен от Ктесибий. Hydraulos беше набор от тръби с клапани, които създаваха звук. Въздухът се подава към тръбите с помощта на резервоар за вода и помпа, която създава необходимото налягане в този резервоар. Вентилите на тръбите, както в модерен орган, се управляват с помощта на клавиатура. Херон предложи да се автоматизира хидравличната система с помощта на вятърно колело, което служи като задвижване на помпа, която нагнетява въздух в резервоара.

Тези, които са имали късмета да имат учител по физика в училище, вероятно знаят за известния Фонтан на чаплата.

Ориз. 15. Фонтанът на чаплата

Хероновата чешма се състои от три съда, разположени един над друг и съобщаващи се помежду си. Двата долни съда са затворени, а горният има формата на отворена купа, в която се налива вода. В средния съд също се налива вода, която по-късно се затваря. През тръба, минаваща от дъното на купата почти до дъното на долния съд, водата се стича надолу от купата и, компресирайки въздуха там, увеличава нейната еластичност. Долният съд е свързан със средния чрез тръба, през която въздушното налягане се предава на средния съд. Като упражнява натиск върху водата, въздухът я принуждава да се издигне от средния съд през тръбата в горната купа, където от края на тази тръба излиза фонтан, издигащ се над повърхността на водата. Водата от фонтана, попадаща в купата, тече от нея през тръба в долния съд, където нивото на водата постепенно се повишава, а нивото на водата в средния съд намалява. Скоро фонтанът спира да работи. За да го стартирате отново, просто трябва да размените долния и средния съд. Работата на фонтана е ясно демонстрирана в този видео файл.

Heron's Pneumatics също описва дизайна на спринцовка.

Ориз. 16. Спринцовка на чапла

За съжаление, не е известно със сигурност дали това устройство е било използвано за медицински цели в древността. Не е известно и дали французинът Чарлз Праваз и шотландецът Александър Ууд, които се смятат за изобретатели на съвременната медицинска спринцовка, са знаели за съществуването й.

За първи път в историята Херон разработва механизъм за самозадвижване.

Ориз. 17. Самоходен шкаф

Механизмът представляваше дървен шкаф, монтиран на четири колела. Вътрешността на шкафа беше скрита зад вратите. Тайната на движението беше проста: окачена плоча бавно се спускаше вътре в шкафа, привеждайки цялата конструкция в движение с помощта на въжета и шахти. Като регулатор на скоростта беше използван запас от пясък, който постепенно се изсипваше от горната част на шкафа към дъното. Скоростта на спускане на плочата се регулира от скоростта на изсипване на пясъка, която зависи от това колко широко са отворени вратите, разделящи горната част на шкафа от долната.

Уникален научен труд за времето си е Механиката на Херон. Тази книга е достигнала до нас в превод на арабски учен от 9 век сл. Хр. Коста ал-Балбаки. До 19 век тази книга не е публикувана никъде и очевидно е била неизвестна на науката нито през Средновековието, нито през Ренесанса. Това се потвърждава от липсата на списъци с неговия текст в оригиналния гръцки и в латинския превод, както и липсата на споменаване за него сред схоластичните автори. В механиката, в допълнение към описанието на най-простите механизми: клин, лост, врата, блок, винт, намираме механизъм, създаден от Heron за повдигане на товари.

Ориз. 18. Барулк

В книгата този механизъм се появява под името baroulkos. От фигурата може да се види, че това устройство не е нищо повече от скоростна кутия, която се използва като лебедка. Барулкусът на Heron се състои от няколко зъбни колела, задвижвани ръчно, и Heron приема съотношението на диаметъра на колелото към диаметъра на оста да бъде 5:1, като преди това приема, че товарът, който трябва да се вдигне, тежи 1000 таланта (25 тона) , а движещата сила е равна на 5 таланта (125 кг).

Херон посвещава своите трудове „За военните машини“ и „За производството на метателни машини“ на основите на артилерията и описва в тях няколко дизайна на арбалети, катапулти и балисти.

Ориз. 19. Балиста (модерна реконструкция)

Ако произведенията на Херон в областта на математиката и инженерството го правят известен сред тесен кръг учени от онова време, то сред широката публика той е известен със своите автоматични театри. Творбите на Heron предизвикват у хората чувство на изненада и възхищение от възможностите на техническата мисъл. Много от неговите творения служат за образователни цели и демонстрират не само възможностите на науката, но и запознават съвременниците с фактите от историята и митовете на Елада.

Работата на Херон „За автоматите“ е популярна през Ренесанса и е преведена на латински, а също така е цитирана от много учени от онова време. По-специално, през 1501 г. Джорджо Валла превежда някои фрагменти от това произведение. По-късни преводи, последвани от други автори.

Има известно изображение на един от автоматите на Херон, което е дадено в книгата му през 1589 г. от Джовани Батиста Алеоти. Този видео файл представя реконструкция на един от подвижните автомати на Heron.

Ориз. 20. Една от картечниците на Heron

Повечето от рисунките на механичните кукли на Heron не са оцелели, но различни източници съдържат техни описания. Известно е, че Херон създава своеобразен куклен театър, който се движи на колела, скрит от публиката, и представлява малка архитектурна конструкция - четири колони с обща основа и архитрав. Куклите на неговата сцена, задвижвани от сложна система от въжета и зъбни колела, също скрити от погледа на публиката, пресъздадоха церемонията на фестивала в чест на Дионисий. Веднага щом такъв театър влезе на градския площад, на сцената над фигурата на Дионис пламна огън, виното се изля от купа върху пантерата, лежаща в краката на божеството, и свитата започна да танцува на музиката. Тогава музиката и танците спряха, Дионис се обърна в другата посока, във втория олтар пламна пламък - и цялото действие се повтори отначало. След такова изпълнение куклите спряха и представлението приключи. Тази акция неизменно предизвиква интерес сред всички жители, независимо от възрастта. Но не по-малко успешни бяха уличните представления на друг куклен театър - Heron. Този театър (пинака) беше много малък, лесно се местеше от място на място. Представляваше малка колона, на върха на която имаше модел на театрална сцена, скрит зад вратите. Те се отваряха и затваряха пет пъти, разделяйки на действия драмата на тъжното завръщане на победителите на Троя. На малка сцена с изключително майсторство беше показано как воини строят и пускат ветроходни кораби, плават на тях по бурно море и умират в бездната под светкавици и гръмотевици. За да симулира гръмотевица, Heron създаде специално устройство, в което топките се изсипаха от кутия и се удряха в дъска.

Ориз. 21. Симулатор на гръмотевици

В своите автоматични театри Heron всъщност използва елементи на програмиране: действията на машините се изпълняват в строга последователност, декорите се сменят един друг в правилните моменти. Трябва да се отбележи, че основната движеща сила, която задвижва механизмите на театъра, е гравитацията (използвана е енергията на падащите тела), използвани са също елементи на пневматиката и хидравликата. Пружините, които станаха толкова широко използвани в ренесансовите машини, не бяха използвани. Причината за това е проста: производството на пружини изисква висококачествени стоманени сплави с еластичност, които не са били известни на металурзите от древността.

През целия си живот Heron създава много различни изобретения, които са интересни не само за неговите съвременници, но и за нас - живеещите две хилядолетия по-късно. В тази статия авторът представи само най-известните от тях и можете да намерите описания на други също толкова интересни изобретения (например котел, пневматична аларма за отваряне на врата), като използвате изброените по-долу източници.

Батискаф О. Пикард Литература

1. Майкъл Лаханас „Александрийската чапла“ http://www.mlahanas.de/Greeks/HeronAlexandria.htm

2. The Pneumatics of Hero of Alexandria (от оригиналния гръцки, преведен за и редактиран от Bennet Woodcroft) http://www.history.rochester.edu/steam/hero/index.html

3. Еоли - Какво?!? от Кейти Крисали http://www.pr.afrl.af.mil/aeolipile.html

4. Древни изобретения http://www.smith.edu/hsc/museum/ancient_inventions/hsclist.htm

5. Технически произведения от Херон от Александрия, Аристид Квинтилиан и Йоханес Педиасимос, с диаграми, по-късно от 16 век http://image.ox.ac.uk/show?collection=magdalen&manuscript=msgr12

Много от нас, изучаващи физика или история на технологиите, с изненада откриват, че някои съвременни технологии, предмети и знания са били открити и изобретени в древни времена. Писателите на научна фантастика в своите произведения дори използват специален термин, за да опишат подобни явления: „хроноклазми“ - мистериозни прониквания на съвременното познание в миналото. В действителност обаче всичко е по-просто: повечето от тези знания всъщност са открити от древни учени, но след това по някаква причина са били забравени и преоткрити векове по-късно. В тази статия ви каня да се запознаете с един от невероятните учени от древността. Той има огромен принос за развитието на науката на своето време, но повечето от неговите трудове и изобретения потънаха в забрава и бяха незаслужено забравени. Името му е Херон от Александрия.

Херон живял в Египет в град Александрия и затова станал известен като Херон от Александрия. Съвременните историци предполагат, че той е живял през 1 век сл. н. е. някъде между 10-75 години. Установено е, че Херон е преподавал в Александрийския музей, научен център на древен Египет, който включва прочутата Александрийска библиотека. Повечето от произведенията на Heron са представени под формата на коментари и бележки към курсове за обучение по различни академични дисциплини. За съжаление, оригиналите на тези произведения може да са загинали в пожара, обхванал Александрийската библиотека през 273 г. сл. н. е., и може да са били унищожени през 391 г. сл. н. е. Християните, в пристъп на религиозен фанатизъм, унищожиха всичко, което напомняше за езическата култура. До наши дни са оцелели само преписани копия на творбите на Херон, направени от неговите ученици и последователи. Някои от тях са на гръцки, а други на арабски. Има и преводи на латински, направени през 16 век. Най-известна е „Метриката“ на Херон – научен труд, в който се дава определението за сферичен сегмент, тор, правила и формули за точно и приблизително изчисляване на площите на правилни многоъгълници, обемите на пресечени конуси и пирамиди. Метриката предоставя известната формула на Heron за определяне на площта на триъгълник от три страни и дава правила за числено решение на квадратни уравнения и приблизително извличане на квадратни и кубични корени. Метриката разглежда най-простите подемни устройства - лост, блок, клин, наклонена равнина и винт, както и някои комбинации от тях. В тази работа Heron въвежда термина „прости машини“ и използва концепцията за момент на сила, за да опише тяхната работа. Много математици обвиняват Heron във факта, че Метриката не съдържа математически доказателства за заключенията, които е направил. Това е вярно. Херон не беше теоретик; той предпочиташе да обяснява всички формули и правила, които извеждаше с ясни практически примери. Именно в областта на практиката Херон надминава много от своите предшественици.

Най-добрата илюстрация за това е неговият труд "За диоптъра", намерен едва през 1814 г. Тази работа очертава методи за извършване на различни геодезически работи, а заснемането се извършва с помощта на устройство, изобретено от Heron - диоптър.

Ориз. 2.

Водата през този тунел се доставяше на града от източник, разположен от другата страна на планината Кастро. Знаеше се, че за да се ускори работата, тунелът е прокопан едновременно от двете страни на планината, което изисква висока квалификация от инженера, който отговаря за строителството. Водопроводът е работил в продължение на много векове и е изненадал съвременниците на Херон; Херодот също го споменава в своите писания. Именно от Херодот съвременният свят научи за съществуването на тунела Евпалина. Разбрах, но не повярвах, защото се смяташе, че древните гърци не са имали необходимата технология, за да построят толкова сложен обект.

След като изучават работата на Херон „За диоптъра“, открита през 1814 г., учените получават второто документално доказателство за съществуването на тунела. Едва в края на 19-ти век германска археологическа експедиция всъщност открива легендарния тунел Евпалина. Ето как в работата си Херон дава пример за използване на изобретения от него диоптър за изграждането на тунела Eupalina.

Фиг.3.

Одометърът беше малка количка, монтирана на две колела със специално избран диаметър. Колелата се въртят точно 400 пъти на милиатри (древна мярка за дължина, равна на 1598 m). Множество колела и оси се задвижваха от зъбни колела, а изминатото разстояние се показваше чрез камъчета, падащи в специална тава. За да разберете колко разстояние е изминато, трябваше само да преброите броя на камъчетата в тавата. Работата на одометъра е ясно демонстрирана този видеоклип. Една от най-интересните творби на Херон е "Пневматика". Книгата съдържа описания на около 80 устройства и механизми, работещи на принципите на пневматиката и хидравликата. Най-известното устройство е еолипил (в превод от гръцки: „топка на бога на вятъра Еол“).

Еолипилът представляваше плътно затворен котел с две тръби на капака. Върху тръбите е монтирана въртяща се куха топка, на повърхността на която са монтирани две L-образни дюзи. През дупката се налива вода в котела, дупката се затваря със запушалка и котела се поставя над огъня. Водата закипя, образува се пара, която през тръбите течеше в топката и в Г-образните тръби. При достатъчно налягане струите пара, излизащи от дюзите, бързо завъртяха топката. Построен от съвременни учени по чертежи на Херон, еолипилът развива до 3500 оборота в минута! При сглобяването на еолипила учените се сблъскаха с проблема с уплътняването в шарнирните съединения на топката и тръбите за подаване на пара. С голяма празнина топката получи по-голяма степен на свобода на въртене, но парата лесно излезе през пролуките и налягането й бързо спадна. Ако празнината беше намалена, загубата на пара изчезна, но топката също стана по-трудна за въртене поради увеличеното триене.

Не знаем как Heron е решил този проблем. Може би неговият еолипил не се е въртял с такава висока скорост като съвременния модел. За съжаление еолипилът не е получил необходимото признание и не е бил търсен нито в епохата на античността, нито по-късно, въпреки че е направил огромно впечатление на всеки, който го е видял. . Това изобретение се третира само като забавна играчка. Всъщност еолипилът на Херон е прототипът на парните турбини, появили се само две хилядолетия по-късно! Освен това еолипилът може да се счита за един от първите реактивни двигатели. Оставаше една крачка до откриването на принципа на реактивното задвижване: имайки пред себе си експериментална постановка, беше необходимо да формулираме самия принцип. Човечеството прекара почти 2000 години в тази стъпка. Трудно е да си представим как би изглеждала човешката история, ако принципът на реактивното задвижване беше широко разпространен преди 2000 години. Може би човечеството отдавна щеше да е изследвало цялата слънчева система и да е достигнало звездите. Признавам си, че понякога възниква мисълта, че развитието на човечеството е умишлено забавено от някого или нещо в продължение на векове. Въпреки това, ще оставим тази тема за развитие от писатели на научна фантастика... Интересно е, че повторното изобретяване на еолипила на Херон се случва през 1750 г.

Унгарският учен J.A. Segner изгради прототип на хидравлична турбина. Разликата между така нареченото колело на Segner и еолипила е, че реактивната сила, която върти устройството, се създава не от пара, а от струя течност. В момента изобретението на унгарския учен служи като класическа демонстрация на реактивно задвижване в курсовете по физика, а в полета и паркове се използва за поливане на растения. Друго изключително изобретение на Heron, свързано с използването на пара, е парният котел.