Шрифт:
Закладка:
Технические новинки
1) Стеклянные линзы
В древности линзы изготовляли из прозрачных камней – прежде всего из горного хрусталя и берилла. Много таких линз было обнаружено при раскопках в Египте, Греции, Месопотамии, Италии. Несколько линз нашли при раскопках легендарной Трои (возраст этих последних определяют примерно в 2500 лет до Р.Х.). Небольшая линза из хрусталя, изготовленная около 1600 г. до Р.Х., найдена в развалинах Кносского дворца на Крите.
Самые первые линзы из стекла, датируемые приблизительно V–IV вв. до Р.Х., обнаружены в Саргоне (Месопотамия). В более поздние времена стеклянные линзы стали изготовлять чаще. Однако нет ни одного упоминания, что линзу уже тогда использовали как оптический инструмент. Хотя до нас дошло несколько древних сочинений по оптике, ни в одном из них нет сообщения, что линзы применялись для исправления дефектов глаз. Нет даже ни одного свидетельства, что линзы использовались в качестве увеличительного стекла (лупы) при выполнении каких-нибудь мелких работ (например, изготовления гемм), и это не смотря на то, что способность линз увеличивать изображения предметов была конечно же хорошо известна. Но для чего же тогда были сделаны те древние линзы, о которых шла речь выше? По всей видимости, они служили только в качестве украшения.
2) Наливное водяное колесо
Наливное колесо. Из книги: Рыжов К.В. "Сто великих изобретений". – М., Издательство "Вече", 2000
Устройство наливного колеса, также как и подливного, было очень просто. Как видно из рисунка, по ободу большого колеса или барабана приделывался ряд ковшей. Вода сверху из желоба наливалась в верхний ковш. Наполненный водой ковш становился тяжелее, опускался вниз и тянул за собой весь обод. Колесо начинало вращаться. На место опускающегося колеса становился следующий ковш. Он тоже наполнялся непрерывно текущей водой и начинал опускаться. На его место приходил третий, потом четвертый и так далее. Когда ковши доходили до нижней точки обода, вода из них выливалась. При прочих равных условиях мощность верхнебойных колес была выше, чем у нижнебойных, но зато эти колеса имели большие габариты и невысокую скорость вращения. Кроме того, для их эффективной работы требовалось создавать значительный перепад воды, то есть строить каналы, плотины и прочие дорогостоящие сооружения.
3) Зубчатая передача
Червячная передача. Из книги: Рыжов К.В. "Сто великих изобретений". – М., Издательство "Вече", 2000
Изобретение водяного двигателя породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение. Разрешая эту проблему, древние механики опять обратились к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим образом. Представим себе два колеса с параллельными осями вращения, которые плотно соприкасаются своими ободами. Если теперь одно из колес начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободами начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободах, равны. Это справедливо при всех диаметрах колес. Стало быть большее колесо будет делать по сравнению со связанным с ним меньшим во столько же раз меньше оборотов во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если мы разделим диаметр одного колеса на диаметр другого, то получим число, которое называется передаточным отношением данной колесной передачи. Представим себе передачу из двух колес, в которой диаметр одного колеса в два раза больше, чем диаметр второго. Если ведомым будет большее колесо, мы можем с помощью этой передачи в два раза увеличить скорость движения, но при этом в два раза уменьшится крутящий момент. Такое сочетание колес будет удобно в том случае, когда важно получить на выходе большую скорость, чем на входе. Если, напротив, ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличиться в два раза. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение» (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие, и колеса проскальзывают. Этот недостаток можно устранить, если вместо гладких колес использовать зубчатые. Первые колесные зубчатые передачи появились около двух с половиной тысяч лет назад, однако широкое распространение они получили значительно позже. Дело в том, что нарезка зубьев требует большой точности. Для того чтобы при равномерном вращении одного колеса, второе вращалось тоже равномерно, без рывков и остановок, зубцам необходимо придавать особое очертание, при котором взаимное движение колес совершалось бы так, как будто они перемещаются друг по другу без скольжения, тогда зубцы одного колеса будут попадать во впадины другого. Если зазор между зубьями колес будет слишком велик, они станут ударяться друг о друга и быстро обломаются. Если же зазор слишком мал – зубья врезаются друг в друга и крошатся. Расчет и изготовление зубчатых передач было сложным делом для древних механиков, но уже они оценили их удобство. Ведь различные комбинации зубчатых колес, а также их соединение с некоторыми другими передачами давали огромные возможности для преобразования движения. Например, после соединения зубчатого колесо с винтом, получалась червячная передача, передающая вращение из одной плоскости в другую.
Конические зубчатые колеса. Из книги: Рыжов К.В. "Сто великих изобретений". – М., Издательство "Вече", 2000. Применяя конические колеса, можно передать вращение под любым углом к плоскости ведущего колеса
Цилиндрические зубчатые колеса с косыми зубьями. Зубчатое колесо и зубчатая линейка. Из книги: Рыжов К.В. "Сто великих изобретений". – М., Издательство "Вече", 2000
Соединив колесо с зубчатой линейкой, можно преобразовать вращательное движение в поступательное и наоборот, а присоединив к колесу шатун, получают возвратно-поступательное движение. Для расчета зубчатых передач обычно берут отношение не диаметров колес, а отношение числа зубьев ведущего и ведомого колес. Часто в передаче используется несколько колес. В таком случае передаточное отношение всей передачи будет равно произведению передаточных отношений отдельных пар.
4) Водяная мельница
Водяная мельница по Витрувию. Из книги: Рыжов К.В. "Сто великих изобретений". – М., Издательство "Вече", 2000
Когда все затруднения,
