Золотое правило - [12]
Весь мир обменивался в Александрии своими товарами.
Властители Египта привлекали в Александрию художников, писателей и ученых. Они основали в этом городе знаменитую в древности академию, куда приглашали из Греции математиков, астрономов, географов. При Александрийской академии была создана огромная библиотека, в которой хранилось около полумиллиона рукописей на папирусе и пергаменте.
В Александрии с ее академией и библиотекой Ктезибий нашел путь к знанию. Вероятно, один из александрийских математиков помог ему сделать первые шаги. А затем талантливый юноша дополнял свое образование чтением сочинений, хранившихся в библиотеке.
Ктезибий скоро прославился на весь культурный мир того времени своими изобретениями. Он построил пожарный насос, водяной орган (музыкальный инструмент с фортепьянной клавиатурой), придумал духовое ружье, усовершенствовал водяные часы.
Вероятно, Ктезибий занимался и теорией механики, но его работы остались неизвестными современным ученым.
Герону посчастливилось больше: не только его изобретения, но и некоторые сочинения дошли до нашего времени.
О жизни Герона ничего не известно. Но зато он прославился своими приборами и автоматами, действие которых объясняется давлением атмосферы.
И до Герона были ученые, интересовавшиеся свойствами атмосферы, но об их работах не сохранилось сведений.
Герон в своем сочинении «Пневматика» описал все известные тогда машины и приборы, действие которых объясняется давлением атмосферы. К ним он добавил описание и своих собственных многочисленных изобретений.
В те времена ученые часто писали о результатах чужих исследований, не упоминая о тех, кем они сделаны. Но Герон не последовал этому примеру. Свою книгу он начал следующими словами: «Ввиду того что древние философы и математики считали важным изучение свойств и силы воздуха… я счел необходимым изложить все то, что дошло до нас об этом предмете, и прибавить то, что нашли мы сами».
Благодаря сочинению Герона нам стало известно, какие остроумные приборы изобретались в то далекое от нас время. Некоторые из этих приборов техники применяют и теперь, не зная даже имени их изобретателей.
Вот, например, сифон Герона. Изогнутая трубка, одно колено которой длиннее другого. Опустив короткое колено в сосуд с водой, втянем воду через длинное колено. Когда вода начнет вытекать, то истечение не остановится до тех пор, пока конец трубки погружен в воду.
Таким способом и теперь переливают без труда воду и другие жидкости.
По-видимому, Герону принадлежит конструкция римского пожарного насоса, найденного при раскопках в Италии. Этот насос по устройству очень похож и на современные машины, применяемые при тушении пожаров.
Клапан насоса, описанный Героном в его сочинении, служит и в наше время во всех водяных насосах.
Герон не ограничился только изобретением приборов— он занимался и исследованием законов действия простых машин. В своем сочинении «О домкрате» Герон объяснил действие домкрата, пользуясь законом рычага.
Недавно было обнаружено еще одно сочинение Герона — «Механика». В нем описано действие полиспаста и нескольких простых машин.
«Желая поднять тяжесть, — писал Герон, — мы должны тянуть привязанную к ней веревку с силой, равной весу тяжести. Если же мы привяжем один конец этой веревки к неподвижному месту, а другой перекинем через привязанный к тяжести блок, то поднять тяжесть будет легче».
Далее он указал, что можно применить несколько подвижных блоков и «чем больше будет блоков, тем легче поднимать тяжесть».
Герон показал, как устроить машину, которая может дать выигрыш в сотни раз. Этот компактный механизм состоит из нескольких сцепляющихся шестерен, приводимых в движение при помощи винта — червяка — от руки. На валу последней шестерни наматывается веревка, прикрепленная к грузу.
Нетрудно подобрать шестерни с таким отношением радиусов, чтобы получить огромный выигрыш в силе. Возможно, при помощи подобного механизма Архимед и вытащил морское судно на берег.
Но важнейшая заслуга Герона не эти изобретения, а данное им общее «правило» для расчета машин.
«Золотое правило»
Машины строились, чтобы выиграть в силе.
Данный Архимедом закон рычага позволил рассчитать выигрыш в силе на подвижном блоке, вороте, домкрате.
Но до Герона никто не дал правила, общего для всех машин, которое получило у механиков название «золотого»: «сколько выигрываем в силе, столько теряем в скорости».
Пусть, например, при подъеме груза полиспастом получается десятикратный выигрыш в силе. Зато рука, тянущая веревку, должна двигаться в десять раз скорее поднимающегося груза. Когда рука опустится на 20 сантиметров, груз поднимется только на 2 сантиметра.
Это правило применимо ко всем механизмам. Им пользовались в течение веков инженеры и строители, употребляя рычаги, блоки, вороты и зубчатые передачи.
Знаменитый итальянский ученый XVIII века Галилей, открывший законы движения тел, одновременно был практиком-инженером и изобретателем различных приборов и механизмов. Ему часто приходилось вспоминать о «золотом правиле» Герона.
Галилей выразил это правило так: «то, что приобретается в силе, теряется в скорости». Он не только пользовался «золотым правилом», но и распространил его на механизмы, в которых сила передается жидкостью.
