Беседа о колесе
Шрифт:
Рис. 9. Древнеегипетское изображение девушки, растирающей зерно ручной «теркой».
Многие племена Африки и до сих пор пользуются этим первобытным способом. Большим усовершенствованием явилась замена движений «терки» вперед и назад вращательным движением. Оба камня стали делать одинаковыми — в виде горизонтально расположенных колес. Нижнее колесо оставалось неподвижным, а верхнее вращалось. Зерно понемногу подсыпалось в отверстие в середине верхнего камня — жернова, попадало в пространство между верхним и нижним камнями и растиралось.
Третьим примером применения колеса в простейших
Рис. 10. Прялка по рисунку XV века.
В таком устройстве было осуществлено изменение числа оборотов при вращении: при сравнительно медленном вращении приводного колеса веретено вращалось быстро. Второе важное изобретение, усовершенствовавшее самопрялку, — это топчан (механизм, позволяющий превращать качательное движение доски во вращательное движение колеса) (рис. 11).
Рис. 11. Ножная самопрялка.
Приведем еще рисунок стенной росписи, обнаруженный в одном из разрушенных зданий древнеримского города Помпеи [1] (рис. 12).
Рис. 12. Древнеримское изображение «бегунов».
На нем изображен пресс для выжимания винограда и «бегуны» для выдавливания оливкового масла. «Бегуны» (пара катающихся жерновов с общей горизонтальной осью) и сейчас имеют почти такой же вид. Они применяются, например, в современных машинах для размола массы в бумажном производстве.
1
Помпея при извержении Везувия в 79 г. н. э. была засыпана пеплом и раскопана, примерно, сто лет тому назад.
Огромную роль издавна играет колесо в машинах-двигателях. Древнейшие машины-двигатели, например, использовали напор воды и развились, повидимому, из поливных машин — «чадуфов», при помощи которых воду из реки поднимали для орошения берегов. Ряд черпаков насаживался по ободу большого колеса с горизонтальной осью, нижние черпаки погружались в воду реки, при повороте колеса они поднимались к верхней точке колеса и опоражнивались в желоб.
На рис. 13 изображено водяное колесо, применявшееся в Осетии.
Рис. 13. Водяное колесо в Осетии (начало XX в.).
Первоначально оно вращалось вручную. Но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, водяные колеса стали приспосабливать для работы с помощью напора воды. Очевидно, что такие колеса можно приспособить и для других надобностей, например для размола хлеба. Их ось может быть и горизонтальной и вертикальной.
В равнинных местностях реки и речки полноводны, но скорость их течения мала для того, чтобы вращать колесо силою удара струи, поэтому приходилось запруживать реку, поднимая уровень воды, и направлять струю по желобу в ковши колеса. Под действием тяжести воды колесо поворачивалось и ковш опоражнивался внизу. Такие водяные мельницы появились всего лишь две тысячи лет тому назад.
Шло время, и наряду с водяными стали строить ветряные мельницы (рис. 14).
Рис. 14. Ветряная
Однако произошло это совсем «недавно», каких-нибудь девятьсот лет тому назад. У тибетских жрецов имелись уже и раньше маленькие ветряные мельницы, однако назначение их было весьма своеобразное: они вращали маленькие барабанчики, на которых были написаны молитвы.
Голландцы с давних времен использовали ветряные двигатели для полезной работы. Испытывая недостаток в земле, они огораживали валами неглубокие участки моря и при помощи насосов, приводимых в движение ветром, откачивали соленую воду моря и излишнюю влагу, которая не могла сама стекать в море, так как уровень почвы был ниже уровня моря. В 1836 г. для этой цели в Голландии служили уже 12000 ветряных двигателей.
Ветряные мельницы имеют одно неоспоримое преимущество перед водяными: их можно строить везде, тогда как водяные устанавливают только там, где есть текучая вода. Зато у ветряных мельниц имеются крупные недостатки: их работа зависит от ветра, от его силы. Временами подолгу бывает безветрие, тогда поневоле такие мельницы бездействуют. Однако иногда они оказывают совершенно неоценимую услугу. На высоких горах, куда затруднена доставка горючего для моторов, в настоящее время применяются ветряки для вращения динамомашин, снабжающих электрическим током высокогорные обсерватории (рис. 15).
Рис. 15. Ветродвигатель.
На дрейфующей полярной станции «Северный полюс» ветряки заряжали аккумуляторы, что обеспечивало бесперебойную связь по радио с «Большой землей».
В полупустынных местностях ветряные двигатели накачивают воду из глубоких колодцев и позволяют осваивать эти негостеприимные участки земли.
Из колеса ветродвигателя в XIX в. родился пропеллер. Подобно тому как колесо, приводимое во вращение мотором, заставляет двигаться повозку, так и ветряк, преобразованный в пропеллер, заставляет перемещаться самолет.
Многие электростанции приводятся в движение не ветром и не водой, а паром. На крупных электростанциях этого рода теперь уже нельзя встретить старых поршневых паровых машин: там работают паровые турбины. По существу, их подвижные части — роторы — тоже воздушные колеса, но только приспособленные к работе на большом числе оборотов (рис. 16).
Рис. 16. Ротор советской паровой турбины мощностью в 100 000 киловатт.
Это вызвано тем, что скорость струи пара, ударяющего в лопасти этих колес, в десятки раз больше скорости ветра при урагане. Благодаря увеличению числа оборотов оказалось возможным чрезвычайно сильно повысить мощность машины, не слишком увеличивая ее размеры. Конечно, при постройке турбины, использующей вместо «капризного» ветра надежную силу пара, пришлось отказаться от такого непрочного материала, как дерево, и заменить его высококачественной сталью. Состязаться с паровыми турбинами по мощности могут только новейшие водяные турбины, заменившие собою водяные колеса (рис. 17).
Рис. 17. Колесо водяной турбины.
Необходимо, однако, подчеркнуть, что водяные колеса достигли уже в XVIII в. большого совершенства. Наиболее выдающимся сооружением, в котором использовано колесо, является гидросиловая установка, разработанная и построенная К. Д. Фроловым (1728–1800) на Алтае, на Змеиногорском месторождении драгоценных металлов. Вода, пущенная со специально построенной плотины, текла по подземным каналам и приводила в движение целую систему огромных деревянных водяных колес, установленных в подземных камерах. Наибольшее из этих водяных колес имело в диаметре 17 м.