Анатолий Бернацкий – 100 великих технических достижений древности (страница 56)
В свою очередь, храм в честь фараона Хефрена в Египте сложен из монолитных блоков весом около 425 тонн. Самый большой египетский обелиск весил не менее 500 тонн и имел высоту более 30 метров, в то время как крупнейший обелиск в царстве Аксум в Эфиопии (IV век н. э.), поднятый на высоту 24 метра, весил 160 тонн. Колоссы Мемнона, возраст которых более 3600 лет, представляют собой две 700-тонные статуи, поднятые на высоту 18 метров.
Тем не менее начиная с III века до н. э. древние строители справлялись даже с такими гигантскими блоками. Дело в том, что конструкторы того времени смогли разработать технические устройства, которые многократно увеличили подъемную силу человека или группы людей. Сначала подъемные механизмы применялись в основном в строительстве. Но затем их стали использовать для погрузки и разгрузки других тяжелых товаров, а также в горной промышленности.
Первые же подъемные краны появились в Греции в конце VI – начале V века до н. э. В свою очередь, римляне, которые стремились возводить огромные сооружения, не только позаимствовали устройство этих механизмов, но и расширили их возможности.
Устройство же самых первых кранов было довольно простым: они состояли из троса, переброшенного через шкив. Но прежде чем этот способ подъема грузов стал использоваться в строительстве, в VIII веке до н. э. он уже применялся для черпания воды из скважин. Но один шкив не мог обеспечить механическое преимущество. Однако он позволял менять направление тяги, а тянуть вниз, как известно, легче, чем поднимать вверх.
С течением времени конструкции кранов усовершенствовались. И уже около IV века до н. э. механические возможности кранов были улучшены благодаря внедрению новых элементов и принципов в эти механизмы. И в первую очередь соединению нескольких шкивов в блоки. В этом случае механический эффект увеличивался и равнялся сумме используемых шкивов…
Еще одним подъемным механизмом с более высокой производительностью, чем лебедка, но меньшей, чем кран, является ступальное колесо. Первые упоминания о нем появились в 230 году до н. э. Это устройство состояло из колеса диаметром 4–5 метров, что увеличивало механическое преимущество благодаря большому радиусу колеса. Помимо этого, поднимая груз посредством лебедки, человек получал энергию только с помощью рук. А при использовании ступального колеса подъемную силу можно было получить в результате ходьбы человека или тяглового животного. Причем это колесо увеличивало производительность человека в 70 раз и позволяло ему поднимать груз весом до 3500 килограммов. Некоторые из таких кранов имели два колеса. И на каждом из них находилось по два человека. Максимальная же грузоподъемность таких механизмов достигала более 11 тонн. Но эти устройства имели и недостатки. Например, чтобы поднять груз на высоту 10 метров, человек должен был пройти 140 метров, причем довольно быстро. А поскольку такую скорость он не мог долго выдержать, людей приходилось часто менять.
Конечно, мощность ступального колеса впечатляет. Тем не менее возникает вопрос: как же древние строители поднимали грузы весом в несколько сотен тонн? Например, 500-тонные обелиски в эпоху Римской империи. Оказывается, почти таким же способом, что и в наши дни: они объединяли в одно целое нескольких грузоподъемных механизмов.
В частности, они строили гигантские башни с большим количеством одновременно работающих кабестанов. Об одной из них рассказал знаменитый инженер-строитель Ватикана Доминик Фонтана. Там описывается перемещение массивного обелиска с римского ипподрома на площадь собора Святого Петра. Этот процесс состоял из демонтажа, перемещения и подъема 350-тонной колонны на новом месте.
Шестерня, винт и гайка – изобретения древних
Что касается шестерни, то ее история хоть и содержит в себе некоторую загадочность, впрочем, как и появление любого предмета, более или менее значимого для человека, тем не менее восстановить ее все-таки можно. Хотя бы приблизительно. Например, легко предположить, что после изобретения колеса человек без особого труда совершил и следующий шаг – придумал зубчатое колесо. Для этого достаточно было сделать на нем несколько ровных продольных желобов. А это значит, что зубчатая передача появилась достаточно давно – за несколько веков до нашей эры.
Впервые же простейшие шестерни стали применяться около 3000 лет назад. Так, в античной Греции они делались из дерева и металла и использовались в разных конструкциях. А в Римской империи деревянные шестерни применялись в водяных мельницах, при строительстве, а металлические – во многих небольших механизмах.
А в конце прошлой эры и начале нынешней шестерни уже имели довольно широкое распространение. Так, римский архитектор и механик Марк Витрувий, живший в I веке н. э., пытаясь усовершенствовать водяные часы, установил в них зубчатое колесо, приводимое в движение поплавком. Это был один из первых механизмов, в которых использовался привод с заданной скоростью вращения. О широком применении шестерен говорит и устройство антикитерского механизма, который был собран во II веке до н. э. Он, в частности, включает шестерни, самая крупная из которых имеет в диаметре 140 миллиметров и 223 зубца…
Очень важным событием в истории человечества следует считать и изобретение винта, называемого архимедовым, поскольку принято считать, что изобрел его именно он. Появился винт в III веке до н. э. И с тех пор почти не изменился. В ранний период винт использовался для поднятия воды. А немного позже появились винтовые механизмы (домкраты) для подъема лестниц.
К I веку до н. э. винт, изготовленный из ствола дерева, получил немалую известность среди населения городов и сел побережья Средиземного моря. Особенно широко он стал использоваться в последние десятилетия Римской республики. Именно в это время был изобретен винтовой пресс для создания высокого давлений в виноделии, получения продуктов из масличных культур и производства сукна. Но это нововведение стало активно внедряться в различные производственные сферы лишь во времена Римской империи.
Довольно совершенную форму винт получил в медицинских инструментах в гинекологии, в частности для исследования женской матки. Он имел 3–4 плеча и длину 23–31 сантиметр. На трех таких устройствах, обнаруженных в ходе раскопок Помпеи, хорошо заметна винтовая резьба, выполненная в I столетии н. э.
Высокая точность хода винта позволяла использовать его для инструментов, применяемых для растяжки при лечении вывихов. Об использовании винта для захвата (сдерживающий винт) свидетельствуют находки в Заальбурге (вероятно, времен Адриана).
Также исследователи обнаружили деревянный винт конической формы с выпиленной нарезкой, ввинчивавшийся в бревно. Датируется он I веком н. э. Были также найдены гайки, возраст которых около 2000 лет. А в немецкой крепости Нидербибер была обнаружена металлическая гайка, возраст которой тоже около двух тысячелетий. Впрочем, винты и гайки из железа встречаются крайне редко. В основном же – из благородных металлов и бронзы.
Строительство великих пирамид
Пирамиды – одни из самых загадочных рукотворных объектов на нашей планете. И в первую очередь это относится к Великим пирамидам в Гизе, возведенным в XXVII–XXV веках до н. э. А ведь Великие пирамиды и впрямь грандиозные сооружения. Например, самая большая из них занимает площадь 5,3 га. Для ее возведения было использовано около 2,3 миллиона каменных блоков. Весил же каждый из них примерно 2,5 тонны. А гранитные блоки достигали веса 70 тонн каждый.
Сооружение было облицовано слоем плит из белого известняка размером 1,5 × 3,3 × 2,4 метра, каждая из которых весила около 15 тонн. Они покрывали поверхность площадью 8,9 га. Промежутки между плитами заполнялись раствором, состав которого до настоящего времени не выяснен. Зазоры между плитами составляют всего 1 миллиметр. Для такой обработки камня потребовалась бы пила с 3-метровыми лезвиями и с алмазным покрытием. А чтобы вырезать саркофаг из цельного гранита, необходима была дрель с давлением 2 тонны. А ведь до сих пор в мире отсутствует механизмы, которые могли бы выполнить такую операцию.
И ученые давно задаются вопросом: каким же образом в те давние времена египтяне умудрились переместить миллионы тонн каменных глыб, из которых построены пирамиды, за 800 километров от каменоломен? Почти полное отсутствие информации о технологии строительства крупнейшей пирамиды Гизы казалось странным и лишь подливало масла в огонь.
Для объяснения этого феномена предложено немало гипотез. При этом ученые располагают определённой информацией о местоположении ряда каменоломен, из которых добывались строительные блоки, о некоторых инструментах, использовавшихся при разработке камня, о его транспортировке к месту возведения объекта и т. д.
Следует отметить, что большинство специалистов полагает, что известняковые плиты добывались в карьерах с помощью медных зубил или кирок. Далее извлеченный из каменоломни материал необходимо было доставить к месту строительства, а затем поднять на определенную высоту и установить. Нестыковки же между гипотезами касаются прежде всего способов доставки и установки блоков, а также сроков возведения объектов.