Страница 14 из 15
Одним из самых сложных проектов Герона был миниатюрный театр на колесах, который сам выкатывался на зрительную площадку перед началом спектакля. Двери открывались и закрывались сами, крошечный алтарь загорался, и механические фигуры то появлялись, то исчезали. В конце представления весь механизм сам уезжал с площадки.
Герон сконструировал и стационарные театры, где предусматривалось еще более сложное движение кукол без использования иной силы зубчатых приводов для их перемещения по сцене. Вместо зерна использовали песок: он менее сыпучий и позволял удлинять представление.
Один миниатюрный театр был запрограммирован на постановку целого спектакля под названием «Навилий», рассказывавшего о трагедии и мести, разыгравшихся после Троянской войны. Сын царя Навилия был несправедливо обвинен своим товарищем по оружию Аяксом и забит камнями насмерть. Навилий решил отомстить с помощью богини Афины. Когда занавес поднимался, было видно, как работали молотками и пилами нимфы во время ремонта корабля Аякса. «Стоит очень большой шум, – писал Герои, – словно идет настоящая работа». Через некоторое время двери закрывались и вновь открывались для второй сцены – спуска корабля на воду. Третья сцена начиналась в открытом море, был виден плывущий под парусами в развернутом строю греческий флот, дельфины ныряли в воде, затем спокойное море становилось штормовым, и корабли спускали паруса. Дверь закрывалась и открывалась вновь, корабли исчезали, вся сцена была залита светом от установленного Навилием маяка, который освещал грекам дорогу к своей смерти на скалах. Тем временем Афина, одобрявшая этот поступок, стояла рядом. В заключительной сцене зрители видели потерпевший крушение корабль, Аякс бился в воде, тогда как Афина парила в небесах. Гремел гром, богиня метала молнии прямо в плывущего Аякса, то исчезавшего, то появлявшегося в волнах. Навилий был полностью отомщен. Можно себе представить изумление зрителей.
Паровая машина Герона
В предисловии трактата Герона Александрийского 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, судя по описанию, как новое изобретение.
Эолипил – прообраз паровой турбины – относят к наиболее известным изобретениям Герона. Здесь впервые для вращения используется реактивное действие струи пара.
Итак, изобретение парового двигателя, вызвавшее революцию в транспорте и промышленности в XVIII в., на самом деле было известно две тысячи лет назад, если не в прямом виде, то уж точно как понимание потенциала энергии пара.
Изобретателем паровой машины был Герои Александрийский, который детально описал первый работающий паровой двигатель эолипил, названный им «ветряной шар», или, как называют историки – Геронов шар. Это пневмогидравлический прибор, основанный на действии сжатого воздуха на поверхность воды. Его конструкция гениально проста. Широкий свинцовый котел с водой помещался над источником тепла, скажем, над горящим древесным углем. По мере закипания воды в две трубы, загнутые в противоположных направлениях, в центре которых вращался полый шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, заставляя его вращаться с большой скоростью. Шар вращается благодаря реактивной или противодействующей силе вытекающего наружу пара. Такой же принцип лежит в основе современного реактивного движения.
Еще один пневмогидравлический прибор – Теронов фонтан.
Терон знал, какое применение могут иметь различные источники энергии. Например, он сконструировал небольшую ветряную мельницу, заставлявшую звучать музыкальный орган.
Прошли тысячелетия, и специалист по Античности доктор Дж. Г. Лэнделс из университета в Рединге с помощью специалистов инженерного факультета сделал точную модель двигателя по описания Герона. Было любопытно узнать, мог ли первый паровой двигатель использоваться в практических целях? Он обнаружил, что модель развивала большую скорость вращения – не менее 1500 оборотов в минуту. Ученый заявил: «Шар устройства Герона, возможно, был самым быстровращающимся 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. Возможно, для Герона это было как бы само собой разумеющимся, или он просто забыл описать эту «незначительную» деталь. Свободный шарнир позволял шару быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался пар; тугой шарнир, напротив, означал, что энергия расходовалась на преодоление трения. Лэнделс, не позволяя себе что-либо прибавлять к известным описаниям, посчитал, что эффективность механизма Герона, возможно, была ниже 1 %. Это значит, чтобы произвести одну десятую долю лошадиной силы (силу одного человека), понадобился довольно большой агрегат, потреблявший огромное количество горючего. Энергии бы тратилось на это больше, чем мог произвести сам механизм. Следовательно, паровой двигатель, изобретенный Героном, использоваться в практических целях не мог. Но «теория» была важнее.
Как отмечал Лэнделс, в описаниях Герона были все необходимые элементы для эффективного парового двигателя и, следовательно, ему под силу было изобрести более эффективный способ использования энергии пара. Инженеры его времени сделали цилиндры и поршни с чрезвычайно высоким коэффициентом полезного действия, которые Герон использовал в конструкции водяного насоса для тушения пожара. Подходящий механизм с клапанами для парового двигателя найден в конструкции водяного фонтана, работавшего на сжатом воздухе. Здесь была приспособлена круглая бронзовая камера, более совершенная, чем свинцовый котел, так как могла выдержать высокие давления.
Казалось бы, оставалось скомбинировать все эти детали – бойлер, клапаны, поршень и цилиндр. Говорили, что Герон так и сделал и даже пошел в своих опытах дальше. Но конец этой истории точно неизвестен. То ли изобретатель почему-то оставил эту затею, то ли погиб при испытаниях. Впрочем, все это только предположения. Можно предположить, что он не смог реализовать эту идею из-за колоссальной занятости.
Странно, правда, почему другие инженеры не разрабатывали в дальнейшем идею парового двигателя, ведь в Александрии было много знающих инженеров. Может быть, все дело в экономике? Паровой двигатель, как о том можно было догадаться, выполнявший работу сотен человек, не вызвал бы интереса у промышленников, поскольку рабочая сила многочисленных рабов, в отличие от механизма, ничего не стоила. А ведь мог бы быть построен и паровоз, ведь известно, что греки уже изобрели железную дорогу.
Витрувий
«Машина есть система связанных между собой частей из дерева, обладающая наибольшей мощностью для передвижения тяжестей, – писал в конце I в. до н. э. римский архитектор Марк Витрувий Поллион в своем знаменитом трактате «Об архитектуре». – Сам же этот механизм приводится в действие посредством круговых вращений искусным приемом…»
Первый экземпляр трактата «Об архитектуре» был найден в библиотеке монте-кассинского монастыря; первое его издание появилось в Венеции в 1497 г., т. е. через полторы тысячи лет после того, как трактат был написан.
Книга X этого трактата посвящена теоретической и прикладной механике, описанию машин и механических приспособлений и их действию. Витрувий рассматривает подъемные машины, применяемые в строительстве, водоподъемные машины, водяную мельницу. Сравнивая, например, работу мельницы с работой водоподъемного колеса, он пишет: «Таким же способом вертятся водяные мельницы, в которых все то же самое, кроме зубчатого барабана, насаженного на один конец оси. Вертикально поставленный на ребро, он вращается в одной плоскости с колесом. К этому большому барабану примыкает меньший, лежачий, тоже зубчатый, с которым соединены жернова. Так, зубцы барабана, насаженного на ось, толкая зубцы лежачего, приводят жернова во вращение. Из висящего над этой машиной ковша на жернова сыплется зерно, из которого посредством того же вращения получается мука».