Текст книги "Путешествие к истокам машиностроения"

Диковинный парк машин Герона Александрийского

Над ними ярко светило солнце, и было очень жарко. Легкое дуновение ветра с моря не спасало от жары. Друзья шагали по дороге, с обеих сторон которой расположились старинные дома. На улице было безлюдно, видимо, полуденная жара загнала всех в тень. Магик направился к неприметным воротам, которые вдруг сами собой отворились, а за ними наши друзья увидели красивейший парк. Внимание Димы привлекли не цветы и деревья, а необычные устройства: многоступенчатые фонтаны и водоемы (рис. 40). Он подошел к чаше, наполняемой водой из пасти льва. Расположенные по краю чаши позолоченные птицы поочередно опускали клювы в воду и снова поднимали их. Создавалось впечатление, что они никак не напьются.

Рис. 40. Автоматические птицы Герона Александрийского (I в.)

В стороне на столбике сидела сова и смотрела на клюющих птиц своими большими круглыми глазами. Вдруг столбик повернулся, и сова, повернувшись вместе с ним, стала смотреть в другую сторону. Все происходящее сопровождалось мелодичным звуком. Заметив, что движения группы птиц и одиноко сидящей совы периодически повторяются, совпадая по периодичности с перетеканием воды из одних сосудов в другие, Дима повернулся к Магику чтобы задать очередной вопрос, но не успел: к ним приближался хозяин этого удивительного парка. Сухощавый и стройный, с гладко выбритой головой, завернутый в дорогую, ниспадающую с плеч ткань, пожилой человек подошел к Робику и стал его рассматривать. Он даже попробовал покрутить его руки. Затем его внимание переключилось на Магика, и он сначала постучал пальцем по его голове, потом даже попытался снять ее. А вот Дима его совсем не заинтересовал. Скорее всего, он решил, что перед ним сын одного из местных богачей, – на необычную одежду и отсутствие загара он даже не обращал внимания. Заговорив, Магик поверг в шок хозяина сада. Тот удивился еще больше, когда Магик произнес его имя:

– Господин Герон, мы гости из будущего, отделенного от сего дня двумя тысячелетиями. И хотя такими знаниями в механике, как у вас, вряд ли кто-либо из изобретателей обладал на протяжении многих столетий, не пытайтесь изучать наше устройство – этих знаний недостаточно, чтобы создать нам подобных. Многие наши современники считают вас основателем автоматики и создателем первой реактивной турбины. К сожалению, многие ваши труды безвозвратно утрачены. Более того, историки до сих пор не могут точно сказать, в каком веке вы жили. Поэтому мы здесь и предвкушаем удовольствие от беседы с великим изобретателем.

Герон хотя и удивился, тем не менее проявил готовность отвечать на вопросы. Теперь он смотрел на Диму с большим интересом, воспринимая его как представителя того далекого общества, при котором стало возможным создание таких замечательных автоматов, как Робик и Магик.

Дима воспользовался ситуацией и задал свой первый вопрос:

– Нам уже рассказал Архимед, что все машины состоят из простых механизмов. Но все его машины приводились в движение руками человека, а в ваших же машинах движения происходят как бы сами собой и в определенной последовательности. В чем же тут дело?

Герон покровительственно взглянул на Диму и начал свое повествование:

– Я тоже, как Архимед, считаю, что простые механизмы входят в состав сложных машин. В тех устройствах, которые вы видите, использованы свойства воды, воздуха и огня. Все они созданы не на пустом месте, а на основе изучения опыта и использования знаний многих предшественников. Кроме Архимеда хочу отметить Ктесибия, которого считаю своим учителем, хотя его жизнь завершилась за сотни лет до моего рождения.

Дима с нетерпением перебил:

– Чем же так прославился Ктесибий? Он что, тоже придумывал оборонительные машины?

Герон оживился:

– Можно считать, что он создал одну из таких машин, она также защищает человека от опаснейшего врага – от пожара. По существу, это насос, который может качать воду из водоема и направлять струю воды на огонь, чтобы погасить его (рис. 41).

Рис. 41. Пожарный поршневой насос Ктесибия (II–I вв. до н. э.)

– Но мы уже видели один замечательный винтовой насос у Архимеда, чем же насос Ктесибия лучше? – попросил уточнить Дима.

Герон продолжил:

– Считаю замечательным и то и другое изобретение. А насос Ктесибия нравится потому, что в увиденных вами автоматических устройствах использованы такие же поршни, клапаны, сопла для струй воды и подвижные соединения труб.

Они подошли к насосу, состоящему из двух цилиндров, установленных в воде у самого берега небольшого водоема. Магик сделал прозрачными стенки цилиндров, и Дима увидел внутри поршни и клапаны, о которых говорил гостеприимный хозяин. Робик, скучавший до сих пор, вызвался сменить одного из рабочих, стоящих наготове у коромысла-качалки насоса. Дима тоже решил не отставать и взялся за работу. Поначалу их движения были несогласованными, но друзья быстро освоились: Дима нажимал на коромысло, опуская его вниз. Робик тем временем выжидал. Когда действовал Робик, Дима даже не держался за коромысло и успевал следить за тем, что происходило внутри насоса. При подъеме поршня всасывающий клапан открывался, и вода втягивалась из водоема в цилиндр. При опускании поршня первый клапан закрывался, и вода вытеснялась в отводную трубу через второй (нагнетательный) клапан. Принцип работы насоса Дима освоил еще в первом путешествии, но все же спросил:

– Какие-то необычные здесь клапаны. Как они устроены? Герон ответил:

– Все очень просто – клапаны выполнены из кусков толстой кожи, прикрепленных к краю стенки возле отверстия. Получается гибкая дверца, способная открываться в одну сторону под действием потока воды. А вот в обратную сторону они не пропускают воду.

Магик дополнил сказанное:

– Обрати внимание, Дима, что вода здесь подается вверх по трубам, а толкают ее, в отличие от насоса Архимеда, новые порции воды, вытесняемой из цилиндров. Этим значимость насоса Ктесибия не ограничивается. Он стал основой не только для изобретений нашего уважаемого хозяина, но у современных нагнетательных винтовых насосов этот принцип действия используется в многоцилиндровых гидравлических моторах, в паровых машинах и поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Дима выразил сомнение:

– Получается, что двигатель не отличается от насоса? Магик продолжал:

– Конструктивно они действительно похожи друг на друга. Отличие лишь в том, что в двигателе или моторе вода, пар или полученный при сгорании газ давят на поршень и с помощью рычажного механизма заставляют качаться коромысло или вращать вал.

Герон услышал слово «пар» и потер руки от удовольствия:

– А ведь у меня была мысль перевернуть насос таким образом, чтобы, заполняя цилиндры водой или паром, сообщать движение поршням.

Магик, видимо, знал, что работа Герона в этом направлении так и не завершилась реальными результатами, и постарался вернуть беседу в намеченное русло:

– Давайте поговорим о ваших изобретениях в области автоматических процессов и устройств.

Герон с энтузиазмом стал рассказывать:

– Начнем, пожалуй, с автомата для продажи святой воды в храме (рис. 42). Вообще-то неправильно говорить о продаже, так как верующие опускают в щель автомата пожертвование в виде монеты, а в награду получают порцию воды. Монета своим весом давит на рычаг, а тот поворачивается и открывает клапан в резервуаре с водой. Вода начинает вытекать, а когда монета соскальзывает с рычага, тот возвращается в прежнее положение и закрывает клапан. При опускании следующей монеты процесс повторяется.

Рис. 42. Автоматические дозаторы жидкости Герона Александрийского

А это автоматические весы для продажи вина: деньги здесь получает продавец, а порцию вина отмеряют весы. Для этого нужно поставить на площадку весов чашу и освободить рычаг от удерживающего его крючка или защелки.

Рычаг под действием подвешенной гирьки повернется и откроет клапан внутри сосуда.

Рассказывая, Герон выполнял соответствующие действия. Дима наблюдал, как из трубки сосуда сначала потекла жидкость вишневого цвета, затем, как только чаша наполнилась, рычаг повернулся под действием ее веса и закрыл клапан.

Герон подошел к устройству для открывания дверей храма (рис. 43).

Рис. 43. Устройства автоматического открывания дверей в храме

– Его мы держим в секрете, чтобы верующие считали, что двери сами открываются, если зажечь жертвенный огонь. Вам же я готов показать, как все происходит. Разжигаем огонь, и воздух в закрытом сосуде с водой нагревается. Расширяясь, он вытесняет часть воды в подвешенное на веревке ведро, которое, наполняясь водой, натягивает веревки, намотанные на цилиндрические оси дверей. Оси поворачиваются, и двери открываются. С другой стороны подвешен противовес, который в это время поднимается. После того как огонь погаснет и воздух остынет, вода начнет перетекать в обратном направлении, и с помощью противовеса двери закроются.

Мы не станем дожидаться окончания процесса и перейдем к другому устройству для открывания дверей. Здесь удалось исключить перетекание воды из сосуда в сосуд. Нагретый воздух, расширяясь, поступает в кожаный баллон и поднимает гирю, а противовес, подвешенный на веревке, опускается и тянет веревку, намотанную на цилиндрические оси дверей, оси поворачиваются, и двери открываются. Тем временем помощники изобретателя разожгли огонь, и через несколько минут двери открылись сами собой. Дима с уважением смотрел на Герона – он казался настоящим волшебником, ведь он создал первые в истории автоматические устройства.

Затем ученый подошел к группе искусственных птиц, которых наши друзья заметили еще при входе в парк. Похоже, птицы так и не напились, а сова продолжала крутиться из стороны в сторону, осуждающе глядя на них. Именно на механизм поворота совы Герон обратил внимание своих гостей:

– Здесь интересен процесс наполнения чаши водой. При достижении определенного уровня поплавок, всплывая, выдергивает пробку из отверстия в днище чаши и выпускает из нее воду Потом пробка под действием силы тяжести закрывает отверстие патрубка, и чаша снова наполняется водой. А другой поплавок управляет поворотом колонны, на которой сидит сова. Он поднимается или опускается вместе с уровнем воды и опускает или поднимает противовес. При этом связывающая их веревка вращает колонну то в одну, то в другую сторону. Аналогичным образом можно поддерживать уровень воды в бассейне с водой, но здесь поплавок при повышении уровня закрывает патрубок, и вода перестает наполнять бассейн (рис. 44). Как только уровень воды понижается, вода снова начинает вытекать из патрубка.

Рис. 44. Автомат для поддержания уровня воды в бассейне

Диму вдруг осенило:

– Что-то похожее я уже видел. Да это же сливной бачок в туалете!

Магик утвердительно кивнул головой:

– Это устройство не изменилось за девятнадцать веков и надежно служит человеку. Причем подобные устройства устанавливают не только в туалетах. Кстати, для туалета его предложил применять в конце XVIII века известный изобретатель первой гидравлической передачи Джозеф Брама, а его ученик Генри Модели освоил массовое производство сливных бачков.

– Давай перейдем от разговоров о туалете к более важным делам.

Магик не согласился с таким замечанием:

– В технике, которая помогает человеку жить на Земле, нет важных и второстепенных вещей. Ты воспринимаешь многое как само собой разумеющееся, а ведь их кто-то придумал и изготовил. Представь себе, что было бы без этого изобретения при возрастающей численности населения Земли.

Герон подвел гостей к необычному сооружению: на изящных узорчатых ножках стоял закрытый котел с водой, под которым сидел скорчившись мальчик и раздувал огонь (рис. 45). Дима так и не понял, был это настоящий мальчик или очередной сюрприз Герона. Во всяком случае, легкие мальчика работали не хуже кузнечных мехов. Огонь разгорелся так сильно, что вода в котле закипела, и пар по трубкам стал поступать в небольшой шар, установленный на двух подшипниковых опорах. Дима обратил внимание, что патрубки проходили внутри опор и не мешали возможному вращению шара. Пар, заполнив покрытый замысловатыми рисунками шар, стал вырываться наружу через изогнутые патрубки. И – о чудо! – шар стал поворачиваться: сначала медленно, а затем закрутился так быстро, что вырывающиеся из трубок струйки пара слились в один вращающийся фейерверк.

Реактивная вертушка Герона Александрийского – прототип реактивной турбины

Рис. 45. Паровая реактивная турбина Герона Александрийского

Дима засыпал изобретателя вопросами:

– В чем причина вращения шара? А нельзя ли использовать эту установку для привода больших машин? Не лучше ли было заставить струйки пара давить на лопатки турбины, чтобы вращать ее?

Герон был доволен неподдельным интересом Димы.

– Полагаю, что пар, вырываясь наружу, старается оттолкнуть от себя сопло. Это я заметил при изучении пожарного насоса Ктесибия. Там сильная струя воды тоже толкает сопло назад. Но эта сила столь незначительна, что вряд ли ее можно использовать для совершения какой-либо серьезной работы. Что касается вращения лопастного колеса благодаря давлению струи или потока, то тут уже все изобретено еще до меня. Я имею в виду водяные колеса. Да и вряд ли такой легкий пар сможет вращать тяжелое колесо.

Диму не удовлетворили разъяснения Герона:

– Понятно, что лопастное колесо вращается потоком воды в реке. А что делать, если рядом нет реки?

И на это у Герона нашелся ответ:

– Есть еще один источник энергии – это труд рабов. Он намного дешевле и не зависит от того, есть рядом река или нет. Кстати, я покажу вам нашу основную насосную установку, которая питает водой фонтан возле дома и заполняет бассейн для купания.

Герон увлек за собой наших друзей, и они довольно быстро подошли к деревянному колесу диаметром около трех метров, погруженному в водоем (рис. 46). По перекладинам, установленным по ободу колеса, шел человек, как бы взбираясь по лестнице. Но получалось так, что он находился на месте, а колесо вращалось с помощью его ног. К ободу колеса были прикреплены ковши. При погружении ковша в водоем он наполнялся водой, а когда он поднимался наверх, вода выливалась в резервуар и далее текла по трубам к бассейну и фонтану.

Рис. 46. Водоподъемное колесо и система водоснабжения (I в. до н. э.)

Несмотря на кажущуюся простоту и легкость, с которой шагал человек, крутивший колесо, он быстро устал, и его место занял другой человек, который продолжил выполнять, как оказалось, тяжелую работу. Молчавший до сих пор Магик вмешался в разговор Димы с ученым: – В нашем обществе машины необходимы для того, чтобы облегчить физический труд человека. Можно, конечно, использовать животных на тяжелых работах. Но зачастую даже тысячи рабов или животных не могут заменить небольшой источник энергии, созданный человеком. – Магику очень хотелось рассказать о великом будущем замечательного изобретения Герона – реактивной турбине, но он решил отложить разговор об этом и вернуться к работе водяных колес. Для начала он предложил посмотреть довольно мощные машины, созданные во времена Герона другими учеными и изобретателями.

Герон немного призадумался и заявил, что он не может показать известные ему установки, так как они находятся довольно далеко отсюда. На это Магик ответил, что ему не составляет труда перенести всех присутствующих на берег реки и показать лопастные колеса в действии. Не дожидаясь ответа, он так и сделал.

Они очутились на плотине, перегородившей небольшую реку. Магик давал пояснения:

– После того как здесь установили плотину, уровень воды в образовавшемся пруду повысился. По лотку в плотине вода устремляется к лопастям колеса, заставляя его вращаться.

Рис. 47. Водяное колесо для мельницы (из книги Марка Витрувия, I в. до н. э.)

Магик показал рисунок с двумя вариантами подведения воды к колесу (рис. 47, 48). В одном вода давит в основном на нижние лопасти колеса, находящиеся со стороны плотины, а в другом – поток воды обрушивается на верхние передние лопасти колеса, расположенного над лотком.

– Первый вариант оказался более предпочтительным, и использовали его в основном для мельниц 1800 лет подряд. Для работы этого колеса достаточно погрузить его в поток воды, и оно начинает вращаться.

Рис. 48. Толчея (дробилка) для руды с приводом от водяного колеса (из «Энциклопедии» Дидро и Д'Аламбера, 1751–1776 гг.)

Диме хотелось понять, каким образом движение от колеса передается потребителю энергии, и он повернулся к Магику чтобы задать вопрос. Но Магик уже продолжал:

– Посмотрите на эти рисунки: один из книги Марка Витрувия, который жил в I веке до н. э., другой более поздний – из «Энциклопедии», написанной в XVIII веке. Несмотря на то что их разделяет восемнадцать веков, приведенные водяные колеса примерно одного типа. В первой установке движение от колеса передается через зубчато-цевочную передачу одному из мельничных жерновов. Между жерновов засыпали зерно, которое превращалось в муку. Вторая установка предназначена для дробления и обогащения (отделение руды от грунта) руды полезных ископаемых в начале промышленной добычи. Здесь колесо приводит во вращение примитивный кулачковый вал. Выступы на валу удерживают при подъеме тяжелые брусья, которые, срываясь с них, падают и ударяют по кускам руды.

Рис. 49. Водяное колесо для шахтных устройств, сооруженное Кузьмой Фроловым в 1886 г.

Тем временем на экране появилась картина мрачного подземелья (рис. 49), а Магик спокойно продолжал свои пояснения:

– Здесь представлено уникальное решение – поток воды горной реки подводится сверху, а отводится снизу по специально прорытым в горе каналам. Колесо диаметром 17 метров расположено под землей в толще Алтайских гор и облегчает труд шахтеров. А соорудил эту установку российский инженер К. Д. Фролов. Обрати внимание, Дима, что конструкция самого колеса очень долго не менялась, хотя было много попыток ее улучшить. Первые водяные колеса имели плоские лопасти. Поток воды, направленный по касательной, сообщает колесу вращение. Форма лопастей и степень погружения в поток или направление потока определяют значительные потери энергии, например, часть лопастей даже препятствует вращению. Хотя ковшеобразные и криволинейные лопасти появились еще в XVI веке, но только в XVII веке удалось создать действительно рациональную конструкцию. Вот и на рисунке Якоба де Страда (рис. 50) показаны колеса с вертикальной осью и с криволинейными лопастями. Хотя это и является шагом по пути к созданию винтовой турбины, но все же такие решения оставались малоэффективными: энергия потока в основном расходовалась на удары, действующие не только в направлении вращения колеса. Только в XIX веке математик Жан Понселе предложил такую форму криволинейных лопастей (рис. 51), при которой поток воды, не ударяя по лопастям, плавно течет, отдавая максимум своей энергии колесу.

Рис. 50. Водяные колеса с плоскими и криволинейными лопастями по рисунку Якоба де Страда (XVI в.)

Рис. 51. Водяное колесо Жана Понселе (1836 г.

В 1836 году французский математик Жан Понселе оптимизировал форму лопастей водяного колеса, что привело к повышению КПД. Такую турбину стали называть колесом Понселе.

Магик, решив, что они слишком увлеклись, оставив без внимания своего гостеприимного хозяина, пояснил, что для полноты картины развития источников энергии не мог обойти вниманием водяные колеса:

– Мы хотим понять, насколько глубоко в историю уходят корни современной техники: винт Архимеда, насос Ктесибия и реактивная турбина Герона Александрийского – это те главные изобретения, которые легли в основу многих машин и механизмов.

– Мне это все интересно, но все же хотелось узнать о будущем моей вертушки, – скромно заметил Герои.

– Ну что же, сосредоточим внимание на этом устройстве, которое наш любезный хозяин называет вертушкой и явно недооценивает его значимости.

Магик как будто случайно остановился возле гладкой стены дома и с помощью проектора высветил на ней рядом с изображением реактивной турбины Герона простенький рисунок, который показался знакомым и Диме, и Герону, не успевавшему удивляться возможностям Магика (рис. 52).

Рис. 52. Сегнерово колесо (1750 г.

– Вода по лотку сливается в вертикальную трубу и вырывается из трубок, закрепленных внизу так, что их сопла направлены по касательной к окружности с центром на оси трубы. Струи воды приводят во вращение трубу с патрубками, – рассказывал Магик, как вдруг Дима встрепенулся:

– Так это же и есть вариант игрушки Герона! На что Магик заметил:

– Это устройство называют сегнеровым колесом, по имени венгерского ученого Яноша Сегнера, который жил в XVIII веке. Действительно, принципиально оно не отличается от своего прототипа, но носителем энергии здесь выступает вода, а не пар, и, кроме того, в нем решен вопрос передачи движения от вращающейся турбины к потребителю энергии. Думаю, что именно его решение натолкнуло на мысль создания реактивных двигателей. Кстати, только в XIX веке конструкция водяных турбин получила развитие. Приведу еще одно техническое решение, в котором легко просматривается принцип действия, предложенный Героном, – Магик высветил на экране турбину Вителава, созданную спустя полвека после Сегнера (рис. 53).

Рис. 53. Турбина Вителава (нач. XIX в.

Рис. 54. Турбина Фурнерона

– Что же было дальше, ведь мы живем в XXI веке?

– Существует немало различных вариантов конструкций. Одна из первых турбин большой мощности была создана Фурнероном (рис. 54). В ней изобретатель разместил множество изогнутых патрубков и плотно прижал их друг к другу. В результате получилось лопастное колесо со спиралевидными каналами, через которые струи воды вытекают так же (по касательной), как и в вертушке нашего уважаемого Герона. Здесь я специально разрезал колесо горизонтальной плоскостью так, чтобы были видны его каналы. Вода от центра (сверху по трубе) поступает по каналам неподвижного лопастного колеса и плавно перетекает в каналы подвижного. После этого решения изобретатели стали создавать турбины как реактивные, так и активные, – ответил Магик, но Диму этот ответ не устроил:

– Объясни, пожалуйста, Магик, чем отличаются эти турбины.

Магик сообразил, что ему надо было это сделать раньше, и постарался исправить свое упущение:

– В активной турбине струя воды или пара просто давит на лопасть колеса и поворачивает его, а в реактивной – движение возникает в направлении, противоположном выбрасываемой струе. Чем больше скорость струи, тем большая развивается сила, – Магик не успел закончить фразу, как Дима его перебил:

– Так что же, в ракете действует тот же принцип? Магик, отметив наблюдательность Димы, высветил на экране реактивный снаряд (рис. 55).

Рис. 55. Реактивный двигатель для передвижения в пространстве

– Видишь, из сопла ракеты вырывается мощный поток газа, заставляя ее лететь с большой скоростью, – начал пояснять Магик.

Дима ничуть не удивился, а вот Герон смотрел изумленно:

– Как же удалось на таком небольшом снаряде установить паровой котел, а потом, зачем такие сложности, когда можно далеко швырять камни с помощью метательных машин Архимеда?

Дима не удивился вопросам Герона, ведь их отделяют друг от друга две тысячи лет, и сделал вид, что его тоже интересуют ответы на заданные Героном вопросы. Магик спокойно пояснил:

– Мысль установить паровой котел на транспортной повозке возникла в XVIII веке. Но схема подобной повозки (см. рис. 55) была только идеей и реализована не была. Вы были правы, когда говорили, что струя пара не может толкать повозку, тем более – реактивный снаряд. Что касается той ракеты, изображение которой я показываю, в ней газ, образующийся в результате непрерывного сгорания топлива, вырывается с большой скоростью. Благодаря мощному потоку газа снаряд способен далеко улететь. Например, расстояние от Александрии до Афин или Рима он пролетит за несколько минут, с их помощью людям удалось слетать даже на Луну. А в этой турбине (рис. 56) пар давит на лопасть колеса, и благодаря этому оно вращается. Такой принцип действия и называют активным, чтобы подчеркнуть противоположный характер направления действующих сил по сравнению с реактивным принципом. Эту турбину предложил Джованни Бранка в 1629 году для толчейного стана (чтобы толочь зерна растений для приготовления лекарств и других целей).

Рис. 56. Паровая турбина Джованни Бранка, используемая для толчейного стана (1629 г.)

Дима увидел, как из отверстия крышки котла, похожей на голову человека с надутыми щеками, вырывается струя пара и заставляет вращаться лопастное колесо. Но его удивила сложность устройства, соединенного с колесом.

– Зачем так много зубчатых передач? – спросил он.

– Видимо, уже в то время изобретатель понял, что паровая турбина эффективно может работать только при высокой скорости вращения, вот он и применил такую сложную передачу, чтобы увеличить вращающий момент, – ответил Магик. – И еще один пример. Это турбина Лаваля (рис. 57), изобретенная на два с половиной века позднее, чем турбина Бранка. Она могла за одну минуту совершать несколько тысяч или даже десятки тысяч оборотов. Для такой турбины нужны были особые материалы, высокая геометрическая точность и качественные поверхности деталей. В общем, до такого уровня во времена Джованни Бранка и тем более Герона Александрийского технология еще не доросла. Я полагаю, мы не будем далее развивать тему турбиностроения, так как она заслуживает отдельного изучения. А мы и так злоупотребляем терпением и вниманием нашего хозяина.

Рис. 57. Паровая турбина Лаваля (1889 г.)

Рис. 58. Ветряная крыльчатка Герона Александрийского в приводе воздушного насоса (компрессора), используемого в музыкальном инструменте – органе

На это Герон ответил:

– Мне было интересно узнать о том, какое великое будущее уготовано моему крошечному изобретению. Кстати, ко всему сказанному я хотел бы добавить, что активное действие потока присутствует во всех водяных колесах нашего времени. Думаю, и с помощью ветра также можно вращать лопастное колесо.

При этом Герон жестом показал на небольшую установку, скромно ожидавшую своей очереди.

Диму заинтересовала установка Герона с воздушной крыльчаткой (рис. 58), и он задал изобретателю сразу несколько вопросов:

– А как здесь передается энергия потребителю и где устройство, поворачивающее крыльчатку навстречу ветру, ведь его направление все время меняется?

Герона смутили вопросы мальчика, тем не менее он ответил:

– Здесь я применил простейший поводковый механизм, который допускает поворот оси крыльчатки навстречу ветру вручную. Об автоматическом повороте оси я как-то не думал. Кроме того, такая простая конструкция для достижения конкретной цели меня вполне устраивает: нужно накачивать воздух в небольшую герметичную емкость духового музыкального инструмента.

Магик увидел, что Диму заинтересовали последние слова Герона, и он сделал прозрачной установку с большим количеством вертикальных трубок, находящуюся рядом с ветряным приводом. Герон как ни в чем не бывало продолжил пояснения:

– В емкости поддерживается достаточное давление воздуха, чтобы играть на этом инструменте. При нажатии на клавишу клапан выпускает часть воздуха через одну из трубок, и благодаря этому издается звук.

Дима попробовал поочередно нажать на несколько клавиш и понял, что каждая трубка издает свой звук, отличный от издаваемого другими трубками.

Рис. 59. Ветряная мельница XVIII в.

Рис. 60. Привод ветряной мельницы с самоустановкой оси лопастного колеса по направлению ветра (1-я пол. XIX в.)

– Давай все же вернемся к рассмотрению ветряного привода, ведь ты еще не получил исчерпывающих ответов на свои вопросы, – Магик оторвал Диму от его занятия и, обращаясь уже к Герону продолжил: – Жаль, что вы не увидели возможности ветра совершать такую же большую работу, как совершает поток воды, вращая лопастное колесо. Пройдет каких-нибудь 12–15 веков, и люди научатся делать ветряные приводы большими и заставят их крутить тяжелые мельничные жернова (рис. 59, 60, 61). Только в начале XIX века на ветряных мельницах станут устанавливать дополнительный ветряной привод для поворота корпуса установки. Назовут его «виндроза» – ветряная роза, – слова Магика сопровождались изображениями, сменявшимися одно за другим. – Самое главное, что в XX веке станут создавать установки, лопастное колесо в которых будет поднято на большую высоту, а там ветер бывает очень сильным.

Тут Герон опять не выдержал:

– Как же в этом случае установить мельничные жернова? Да и зерно в мешках очень трудно поднимать, если высота такая большая.

Магик настолько увлекся, что забыл, кто стоит перед ним и в каком веке они находятся, и с горячностью продолжал:

– А не нужно ничего поднимать, достаточно соединить крыльчатку с электрическим генератором и подводить к потребителям электрический ток по проводам.

Вдруг Герон отвернулся от них и стал отдавать какие-то распоряжения своим помощникам.

– Наверное, он собирается воплощать в жизнь все, что узнал от тебя, Магик, – решил Дима, но Магик его опять разочаровал:

– Ошибаешься, он уже забыл о нашем присутствии, а многие из его предположений, опережавших историю на века, ему так и не суждено было завершить. Думаю, что его вклад в развитие техники и так очень велик. А теперь, Дима, приготовься к полету, – неожиданно заявил Магик.

Рис. 61. Ветряная электростанция (1930-е гг.)

Робик понял, что это и его касается, и ему было все равно: лететь так лететь. А вот Дима подверг сомнению слова Магика:

– Что-то я не вижу поблизости ни самолета, ни вертолета. На чем же мы полетим?

– Это будет не совсем обычный полет. Мало того что мы будем перемещаться в пространстве, мы еще переместимся во времени на несколько веков вперед. А полетим мы на этом прозрачном шаре. Шар не простой, а волшебный, и он может слушаться меня во всем, это тебе не ковер-самолет в сказках, которые ты когда-то читал. Это намного круче, – Магик сделал жест, приглашающий Диму и Робика войти в шар.

Дима даже не смог понять, откуда взялся этот стеклянный шар и как можно в него войти, если в нем нет ни люка, ни дверей. Магик его успокоил:

– Я же говорил, что шар не обычный, а волшебный и войти в него можно прямо сквозь стеклянную оболочку.

Магик подал пример и легко оказался внутри шара, Дима и Робик последовали за ним, но Дима, осмотревшись вокруг, выразил сомнение:

– Где же пульт управления, ведь без него никак не обойтись?

– Мы полетим благодаря силе воображения, да что я говорю, мы уже летим, – уверенно заявил Магик.

Дима посмотрел вверх – над ними было синее небо с облаками. Далеко внизу проносились мимо луга и леса, изредка встречались проселочные дороги, еще реже можно было рассмотреть отдельные дома, замки, крепости и даже города. Дима заметил, что возле стен одной из крепостей творится что-то невообразимое, и обратился к Магику: