Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Рис. 3.3. Фаросский маяк

Чтобы не нарушить гармонию с Фаросом, Александрия, величайший из всех эллинистических городов, должна была иметь самые современные коммунальные сооружения. Правда, мы почти ничего не знаем о таких вещах, как, к примеру, ее водоснабжение. Но двадцать или тридцать других эллинистических сообществ имели системы водоснабжения с использованием тоннелей. Что такое дюкер, вероятнее всего, не понимали не только микенцы, но и жители Самоса, пробившие тоннель в горе. Самая замечательная из эллинистических напорных систем была найдена в Пергаме – в Малой Азии. Около 200 года до н. э. вода перемещалось на 35 миль по трем 7-дюймовым гончарным трубам, уложенным рядом. Она сливалась в резервуар на холме, расположенный в 2 милях от города и на 100 футов выше. Оттуда одна 10-дюймовая труба, возможно из бронзы или дерева, усиленная на стыках большими перфорированными камнями, через которые протекала вода, шла вниз через несколько долин – самая глубокая из них располагалась на 600 футов ниже резервуара – и на встречающиеся по пути хребты, и, в конце концов, попадала в городские фонтаны. Последние 2 мили вода находилась под давлением, которое в самой низкой точке достигало 300 фунтов на квадратный дюйм, то есть в несколько раз больше, чем обычное давление в американском городе. Такое давление слишком велико для гончарных изделий или даже для свинцовой трубы. Представляется сомнительным, что в это время уже появились бронзовые трубы, и считается, что, благодаря существенной прочности на разрыв, в дюкерах Пергама использовали дерево.

Эллинистический период был и концом и началом. Греки стали использовать значительно более продвинутые техники строительства из камня, доведя постройки до архитектурного совершенства и инженерной законченности. Римляне продолжали строить в греческой манере, хотя и отошли от нее, когда начали создавать арки и своды, тем самым открыв дорогу для мусульман и людей из средневековой Западной Европы, последовавших за ними. Но эллинистические греки не остановились на архитектурном совершенстве. Их исследования и открытия в разных областях науки, которые не интересовали римлян, имели огромное влияние на будущее инженерного искусства.

Евклид, живший около 300 года до н. э., внес существенный вклад в математические знания своего времени. Он описал планиметрию – геометрию плоскостей, которая используется до сих пор. На его трудах основывались учебники, используемые в школах начала XX века. Что же касается собственно инженерии, другие ученые Александрии систематически обозначили некоторые основные принципы механики. Являясь в первую очередь представителями спекулятивной философии, они ставили вопросы и отвечали на них, но не решали никаких проблем, связанных с реальным строительством. Никто из них не был инженером-практиком, за исключением Архимеда (287–212 гг. до н. э.) из Сиракуз. Этот ученый прибыл в Александрию из Сицилии, но вернулся домой раньше, чем разработал известные принципы измерений и механической силы. Вклад Архимеда в прикладную математику, удельный вес, давление жидкостей и принципы действия рычагов является фундаментальным для сегодняшней инженерии. Ему приписывают открытие составного шкива и винта, хотя они могли некоторое время использоваться до того, как он сделал их известными. Его хвастливое заявление о том, что он сможет перевернуть весь мир при наличии рычага и точки опоры, является весьма уважаемой в истории легендой, вне зависимости от того, произносил Архимед когда-либо эти слова или нет. Хитроумные механизмы Архимеда, рычаги, краны и катапульты для защиты Сиракуз в 211 году до н. э. с суши и моря восхитили римского военачальника Марцелла. Должно быть, его гнев и разочарование были велики, когда, ворвавшись наконец в город, он узнал, что великий ученый и инженер был убит.

В эллинистический период были и другие, не менее важные изобретения в области приложения сил. Ктесибий Александрийский, возможно современник Архимеда, не оставил описания своих работ, и о них известно только из трудов его преемника Герона, который сам, вероятно, был изобретателем некоторых приспособлений. Другие приборы, возможно, являются детищами еще более туманной фигуры этого времени – Филона Византийского. Герон описывает гидравлические часы, гидравлический орган, пожарную машину, силовой насос, пневматическое оружие, паровую турбину и самое зрелищное – автоматический театр, где куклы поворачивались и танцевали, приводимые в движение паром или горячим воздухом.

Все это были не более чем механические игрушки, но концепции и принципы, использованные при их конструировании, оказались очень важными.

Турбина, приписываемая Герону, – это полый металлический шар, который мог свободно поворачиваться вокруг горизонтальной оси над котлом и жаровней (рис. 3.4). Две трубы, согнутые в противоположных направлениях, выступали из шара с противоположных сторон. Пар из котла проходил через неподвижные трубы, которые служили осью для шара, и выходил через наклонные трубы, поворачивая шар. Поскольку это движение было вызвано реакцией несбалансированных сил, а не расширением пара у подвижной поверхности, аппарат Герона, строго говоря, был реактивной турбиной, но представляется, что никакой полезной работы он не выполнял. Герон также пытался изобрести измеритель для потока воды и туманно объяснял, как определить количество воды, вытекающей из источника, умножив глубину на ширину потока, одновременно как-то наблюдая за скоростью с использованием солнечных часов. Ему был знаком принцип винта, и он описал инструмент, прилаженный к гребному колесу для обозначения скорости судна. Он написал многочисленные книги о стереометрии, об измерениях площадей и объемов, о пневматике, механике и землемерной съемке.

Рис. 3.4. Эолипил, или Геронова турбина

Нелегко определить влияние этих книг и приспособлений на работу инженеров-практиков того времени. В точности неизвестно, использовал ли римский инженер и автор Витрувий труды Герона. Не исключено даже, что Герон жил позже, чем Витрувий. Однако некоторые идеи Герона определенно использовались. Диоптра для измерения земли, которую он описал, водный винт, традиционно приписываемый Архимеду, составной шкив, одометр для измерения расстояний и, возможно, погружной насос стали стандартными инструментами римских инженеров.