Древние изобретения - Торп Ник (книги без регистрации полные версии .txt) 📗
Человеком, сделавшим это изобретение, был Герон Александрийский, который детально описал первый работающий паровой двигатель, названный им "ветряной шар". Его конструкция предельно проста. Широкий свинцовый котел с водой помещали над источником тепла, например горящим древесным углем. По мере закипания воды в две трубы, в центре которых вращался шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, заставляя его вращаться с большой скоростью. Такой же принцип лежит в основе современного реактивного движения.
В предисловии трактата Герона по пневматике некоторые его изобретения характеризуются как "пригодные для повседневного применения", другие — как имеющие "достаточно замечательные результаты". Похоже, что паровой двигатель попал у Герона во вторую категорию и характеризовался, если судить по описанию, как новое изобретение. Однако Герон знал, какое применение могут иметь источники энергии. Например, он сконструировал небольшую ветряную мельницу, заставлявшую звучать музыкальный орган (см. "Клавиатуры" в разделе Спорт и отдых).
Мог ли паровой двигатель использоваться в практических целях? Чтобы найти ответ на этот вопрос, специалист по античности доктор Дж. Г. Лэнделс из университета в Рединге с помощью специалистов инженерного факультета сделал точную рабочую модель устройства Герона. Он обнаружил, что она развивала большую скорость вращения — не менее 1500 оборотов в минуту: "Шар устройства Герона, возможно, был самым быстроврашающимся предметом его времени".
Тем не менее у Лэнделса возникли трудности при подгонке соединений между вращающимся шаром и паровой трубой, что не позволяло сделать приспособление эффективным. Свободный шарнир позволял шару быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался пар; тугой шарнир означал, что энергия расходовалась на преодоление трения. Пойдя на компромисс, Лэнделс посчитал, что эффективность механизма Герона, возможно, была ниже одного процента. Поэтому, чтобы произвести одну десятую долю лошадиной силы (силу одного человека), понадобился бы довольно большой агрегат, потреблявший огромное количество горючего. Энергии бы тратилось на это больше, чем мог произвести сам механизм.
Могли ли древние греки изобрести паровоз?
Гсрону под силу было изобрести более эффективный способ использования энергии пара. Как отмечал Лэнделс, все необходимые элементы для эффективного парового двигателя найдены в устройствах, описанных Героном. Инженеры его времени сделали цилиндры и поршни с чрезвычайно высоким коэффициентом полезного действия, которые Герон использовал в конструкции водяного насоса для тушения пожара (см. "Противопожарные устройства" в разделе Городская жизнь). Подходящий механизм с клапанами для парового двигателя найден в его конструкции водяного фонтана, работавшего на сжатом воздухе. Его механизм похож на современный опрыскиватель от насекомых. Он состоял из круглой бронзовой камеры, которая была совершеннее свинцового котла в его паровом двигателе, так как могла выдерживать высокие давления.
Герону или любому его современнику не составило бы труда скомбинировать все эти элементы (бойлер, клапаны, поршень и цилиндр), чтобы сделать работоспособный паровой двигатель. Утверждали даже, что Герон пошел в своих опытах дальше, скомбинировал необходимые элементы в эффективный паровой двигатель, но то ли погиб при испытании, то ли оставил эту затею. Ни одно из этих предположений не обосновано. Вероятнее всего, из-за занятости он не смог реализовать эту идею. Однако в Александрии и греко-римском мире было множество других знающих и изобретательных инженеров. Так почему же никто из них не развил эту идею в дальнейшем? По-видимому, все дело в экономике. Потенциал многих изобретений никогда полностью не был реализован в древнем мире из-за рабовладельческого хозяйства (см. "Жатки" в разделе Обработка земли и добыча полезных ископаемых). Если даже какому-нибудь блестящему ученому удалось бы изготовить паровой двигатель, выполнявший работу сотен человек, то новейший механизм не вызвал бы интереса у промышленников, ибо на рынке рабов под рукой у них всегда была рабочая сила.
Герон использовал также энергию пара при создании игрушек. На этом образце небольшой шарик висит в воздухе на струе пара (игрушка
реконструирована в эпоху Возрождения).
Однако ход истории мог бы оказаться иным, как заметил в своем блестящем теоретическом очерке замечательный ученый Арнольд Тойнби. Он предполагал, что бы произошло, если бы Александр Македонский не умер от зноя в 323 г. до н. э. в возрасте 33 лет. Александр осуществил лишь часть своего плана по завоеванию мира, объединив греческие владения с Персидской империей и дойдя со своими армиями до Египта и Северной Индии. Если бы он прожил дольше, считает Тойнби, то почему бы не предположить, что его огромная и постоянно увеличивающаяся армия не покорила бы римлян. Карфагенскую империю на севере Африки, Эфиопию и даже Китай. Объединение этих огромных территорий под одной властью ускорило бы развитие транспортных средств, чтобы связать отдаленные области империи. Как нам известно, греки уже изобрели железную дорогу (см. "Введение" к разделу Транспорт). В модели Тойнби они объединили бы ее с усовершенствованным вариантом парового двигателя Герона и имели паровозы, которые бы мчались по Азии уже через несколько поколений после смерти Александра.
На один из недостатков умозрительного экскурса Тойнби трудно не обратить внимания. Мировая религия, которую он рассматривает в условиях всемирной империи, где правят правопреемники Александра, является эллинизированной версией буддизма — нечто очень близкое к учениям популярного греческого философа Пифагора и Будды (см. "Введение" к разделу Пища, напитки, наркотики). И тогда христианство, возможно, никогда бы не появилось на Земле. Тойнби мимоходом упоминает о неудавшемся проповеднике, чьи слова упали бы на каменистую почву и который зарабатывал бы на жизнь строительством железнодорожных путей в Назарете.
АВТОМАТИКА
Древние греки интересовались идеей создания роботов, искусных механизмов, способных выполнять команды людей и всякую прихоть своего создателя. Подтверждение этому можно найти в дошедшей до нас поэзии Гомера (VIII в. до н. э.). В великой эпической поэме "Илиада" он описывает некоторые технические чудеса бога огня и покровителя кузнечного ремесла Гефеста, который создал себе в качестве помощников золотых механических слуг, наделенных речью и умом. Гефест также имел во дворце набор столов на трех ножках с золотыми колесиками, они могли передвигаться сами и, как собака, следовать за ним, чтобы встречать богов или по его приказу возвращаться во дворец.
Какими бы фантастическими ни были творения Гефеста, они олицетворяли мечты некоторых древнегреческих инженеров. Такие великие изобретатели из Александрии, как Филон и Герон, особенно были увлечены автоматами. (Автомат определялся как "организованный механизм, который имитирует движения живого тела и вовсе не является роботом, который специфическим образом подражает поведению людей".) Работая в Египте, они унаследовали инженерный гений не только греческих ученых, таких как Архимед, но и ученых, следовавших местным египетским традициям. На протяжении примерно двух тысяч лет египтяне делали простые механические игрушки (см. "Введение" в разделе Спорт и отдых), а также устраивали "чудеса" в своих храмах, такие как кивающие головой статуи, замаскированные говорящие трубы, имитирующие речь богов. Герон, изобретая различные специальные эффекты для храмов, одновременно уделяет внимание исключительно греческому творению — театру. Некоторые его изобретения были искуснейшими предшественниками наших сценических эффектов, например приспособления для имитации грома и молний (см. "Театры" в разделе Спорт и отдых). Другие его устройства создавали иллюзию наличия у механизмов собственной жизни.
