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

Для землемерных работ римские инженеры могли использовать два греческих инструмента. Они назывались грома и диоптра. Грома была проще для проведения прямых линий и прямых углов. Как и крест ранних американцев, этот инструмент состоял из двух спиц, закрепленных под прямым углом друг к другу. С каждого конца свисали свинцовые отвесы. Спицы горизонтально лежали на подставке. Глядя вдоль любой пары отвесов с противоположного конца спицы, можно было определить точку, расположенную на удалении 100 футов или около того, с ошибкой не более 6 дюймов на 100 футов.

Рис. 4.11. Римская грома

Конечно, если ветер не раскачивал отвесы. Описания этого инструмента были настолько расплывчатыми, что его не удавалось представить до 1912 года, когда в руинах Помпеи была раскопана контора землемера, где обнаружились неповрежденными металлические части громы. Диоптра (рис. 4.12), предок теодолита, имевшая примитивный уровень, закрепленный на ней, была точнее. Герон утверждал, что с ее помощью можно измерять расстояние между звездами и определять затмения солнца и луны. Но как именно это делать, он не уточнил. Витрувий понимал ограниченность инструмента. Его металлический брусок, установленный на подставке, мог свободно поворачиваться по горизонтальной или вертикальной дуге. Визиры на обоих концах бруска позволяли определить точку и провести к ней прямую линию.

Рис. 4.12. Диоптра Герона

Для фундаментов мостов и длинных акведуков римляне предпочитали другой нивелир – хоробат. Вероятно, в их руках он был точнее, чем предполагает его простейшая конструкция. Ведь это была всего-навсего 20-футовая линейка, установленная на двух одинаковых опорах под прямым углом к ним. На поверхности линейки проделан желоб для воды. Наблюдая за прикрепленными к балке отвесами или наклоном воды в желобе, можно определить горизонтальное положение прибора. При коротких расстояниях римляне использовали инструмент libella – отсюда слово level – уровень. Инструмент напоминал прописную букву А с отвесом, подвешенным к вершине, который совпадал с вертикальной

отметкой на перекладине при достижении уровня. Римляне умели также определять подъем или уклон от установленного возвышения. Линейные измерения небольших расстояний выполнялись градуированными шестами высушенного дерева с металлическими наконечниками. Для больших расстояний использовались канаты и веревки, покрытые водонепроницаемым составом, чтобы не допустить усадки. И еще было вращающееся устройство, которое сегодня называется одометр или мерное колесо.

Точность, которой достигали лучшие римские землемеры с помощью этих простых инструментов, не может не удивлять, потому что у них не было телескопических визиров, верньеров, спиртовых уровней и другого оборудования, без которого не могут обходиться современные геодезисты. Согласно законодательству начала XIX века, границы секций в западной части Соединенных Штатов должны были замыкаться каждые 6 миль с возможным отклонением не более 33 футов. В действительности ошибка была даже меньше. Римская граница в Бадене, Германия, отклонялась от прямой линии не более чем на 7 футов с каждой стороны на расстоянии почти 20 миль по неровной поверхности.

Римский agrimensor, он же землемер, в его время пользовался большим уважением и восхищением. Известный историк и церковный деятель VI века Кассиодор, когда ему потребовался землемер для урегулирования пограничного спора, грозившего войной, восхитился его деятельностью и заявил, что «профессора этой науки» достойны более серьезного внимания, чем любые другие философы. Греческая и римская землемерная съемка была первой прикладной наукой в инженерии и практически единственной на двадцать веков.

Современная технология использует большое количество энергии, чтобы заменить мускульную силу человека. Сложные машины снабжаются энергией из природных источников. Некоторые из этих машин неэкономичны, потому что неэффективны. Но римские инженеры удивились бы их мощью и скоростью, поскольку в сравнении с ними римские машины были медленными и имели ничтожные возможности. Эти медленные и сравнительно простые устройства обычно приводились в действие человеком – его руками и ногами, иногда животными и очень редко водяными колесами. Величайшие постройки, описанные ранее, возводились с использованием рудиментарных форм механической энергии и большим расходом человеческой энергии. Это вовсе не означает, что римляне не интересовались приборами, экономившими человеческие усилия и повышающими эффективность работ. Ведь они все же использовали противовесы и рычаги, как и греки до них. Впрочем, они не больше, чем египтяне или другие древние народы, заботились о массе людей, физическую силу которых использовали. В общем, источником энергии римского инженера и всех его предшественников были физические усилия человека. О разрушительных римских военных катапультах, таранах и осадных машинах известно больше, чем о строительных механизмах, однако разумно предположить, что некоторые военные машины могли быть адаптированы к строительству. Витрувий описал несколько таких механических инструментов. Среди них – деррик с тремя шкивами. Этот trispastos – триспаст (рис. 4.13) приводился в действие человеком с помощью кабестана и большого колеса, вращавшегося на горизонтальной оси – своего рода беговая дорожка или топчак. Сохранился барельеф с изображением такого крана. Непонятно, для чего использовалась беговая дорожка – для поворота крана или для подъема груза. Возможно, обе операции выполнялись одновременно. Если так, римлянам был знаком принцип современного грузоподъемного двигателя. Им не хватало механической энергии.

Располагая только такими простыми инструментами и неограниченными человеческими ресурсами, римские инженеры поднимали египетские обелиски и переместили 18 кубов из паросского мрамора – каждый весил более 50 тонн, – из которых была построена колонна Траяна. Таким образом они также поднимали тысячи тонн камней, которые шли на строительство акведуков. На строительство акведука Клавдия, имевшего в высшей точке высоту 75 футов, ушло 560 000 камней, что составляет более 40 000 груженых повозок в год в течение четырнадцати лет работ.

Рис. 4.13. Триспаст, используемый на строительстве гробницы