Феофан Бублейников - О движении

Рассмотрев действие простых машин, Герон вывел так называемое «золотое правило» механики. Он высказал это правило в такой форме: «отношение времен равно обратному отношению движущих сил».

В наше время «золотое правило» выражается так: «сколько выигрывается в силе, столько теряется в скорости».

Только теории клина и винта не мог создать Герон. Для этого нужно было знать закон наклонной плоскости, открытый лишь в XIII веке строителями зданий.

Античная техника получила большое развитие в эпоху расцвета Рима. Завладев во II веке до н. э. Грецией, римляне быстро восприняли культуру древних греков.

В Римской империи устраивались греческие школы. Появились подражания греческим литературным произведениям и скульптуре. Римляне сильно развили греческую технику. Они применили в большом количестве в военном деле баллисты, катапульты и другие машины; в строительном деле — подъемные краны и различные механизмы.

Из сочинений римских техников до нашего времени дошла работа «Об архитектуре» Витрувия (конец I века до н. э. и начало н. э.).

Под архитектурой Витрувий понимал вообще технику сооружения зданий, производства часов и построения машин. Из его сочинения можно видеть, какого развития достигла техника в эпоху расцвета цивилизации в Римской империи.

«Ступальное» колесо, вращающееся под тяжестью человека, переступающего по ступенькам на ободе колеса. Черпаки забирают воду из реки и выливают ее в желоб.

При возведении зданий в большом употреблении были подъемные машины. Они строились из дерева. Даже блоки были деревянные, хотя железо широко использовалось для изготовления инструментов. Выигрыш в силе достигался применением полиспастов. С помощью таких машин поднимались бревна и другие громоздкие, тяжелые строительные материалы.

Орошение полей производилось с помощью водочерпальных колес. Задолго до римлян искусственное орошение полей было распространено в Вавилонии, в Индии и в Египте. В этих странах водочерпальные колеса приводились в движение силой упряжных животных. Применялись также колеса, приводимые в движение и тяжестью человека, поднимавшегося по ступеням на ободе колеса.

От водочерпального колеса было нетрудно прийти к идее простейшего водяного двигателя — колеса, снабженного по ободу поперечными лопатками. Течение воды захватывает лопатки и вращает колесо. От него при помощи передач приводили в движение рабочие машины. Примером может служить римская водяная мельница.

Римская водяная мельница. Водяное колесо А через зубчатую передачу В приводит во вращение жернов С.

На ось водяного двигателя насаживалось зубчатое колесо. Оно зацепляло шестерню значительно меньшего диаметра, ось которой получала более быстрое вращение.

Ось второго колеса, установленная перпендикулярно к оси первого, укреплялась в жернове. Вращаясь, жернов истирал в муку зерна, поступавшие из находящегося над ним ковша.

Все эти механизмы доказывали, что римские техники были хорошо знакомы с большинством простых машин. Они с успехом пользовались ими для передачи движения от водяных двигателей и производства работы.

Но теория машин не разрабатывалась римскими техниками и механиками. В этой области они довольствовались статикой Архимеда. То же самое можно сказать о гидростатике. И в этой науке древние римляне не дали ничего нового.

Отсутствие разработанной теории простых машин при широко развитом применении их должно было вредно отражаться на античной технике.

В соответствии с механическими познаниями составлялись в античное время и представления о «механизме» вселенной.

Античные ученые были знакомы лишь с некоторыми законами статики. Им были известны также простые машины. Но свободное движение тел в пространстве совершенно не было изучено ими. Поэтому греческим философам казалось самым простым объяснять движение небесных тел как связанных между собой частей машины.

Вселенная — это солнца-звезды и планеты, свободно движущиеся в пространстве. Чтобы понять ее строение, нужно знать законы движения тел.

Первое, что поражает наблюдателя неба, — кажущееся суточное круговращение светил.

В северной части неба звезды движутся, как в хороводе, вокруг небесного северного полюса, лежащего вблизи Полярной звезды. В южной части они восходят, описывают дугу по небесному своду и заходят под горизонт. Остальная часть их кругового пути скрыта от наших глаз.

В суточном вращении, происходящем, как кажется наблюдателю, вокруг Земли, участвуют также Луна, Солнце и планеты.

Эти наблюдения и легли в основу естественно-научного мировоззрения древних греков.

Ученые античного мира были далеки от мысли, что суточное вращение неба — только кажущееся явление. Они считали восходы и заходы действительным круговым движением светил. Но в то же время они не могли представить себе, чтобы свободные тела совершали такое движение в пространстве. Поэтому греческие астрономы решили, что звезды, планеты, Луна и Солнце прикреплены к твердой вращающейся сфере. Внутренняя поверхность этой сферы, по мнению древних ученых, и есть видимое нами голубое небо.

Такая простая модель вселенной недолго удовлетворяла ученых. Луна, Солнце и планеты совершают, кроме суточного вращения, и другие движения: в то время как звезды сохраняют неизменным свое положение относительно друг друга, эти светила перемещаются среди них в направлении, обратном суточному вращению. Поэтому восход этих светил каждый день запаздывает.

Луна в течение 27,3 суток обращается с запада на восток вокруг Земли, перемещаясь среди неподвижных звезд, что каждый может легко видеть, понаблюдав за ней в течение нескольких дней. Одновременно с этим она участвует также и в суточном вращении неба с востока на запад.

Сложное движение Луны греческие астрономы объясняли так: Луна прикреплена к сфере, совершающей оборот на оси с запада на восток в течение 27,3 суток. Звездная же сфера в своем суточном вращении увлекает лунную сферу.

Значит, лунная сфера в течение суток перемещает Луну на 360°/27,3, или около 13,2° к востоку. Суточное же вращение ее к западу на 360°/24 = 15° в час. Поэтому восход Луны каждый день запаздывает на 13,2/15 часа, или приблизительно на 52,8 минуты.

Солнце также совершает круговой путь среди звезд, переходя из одного созвездия Зодиака в другое. В течение года оно делает полный круг, в чем легко убедиться, понаблюдав некоторое время восходы и заходы звезд.