Развитие машин

В рабовладельческом обществе наибольший стимул для своего развития получили транспортно-подъемные машины. Постройка укреплений, дворцов, общественных зданий, храмов, гробниц, дорог требовала перемещения большого количества строительных материалов и подъема значительных тяжестей. Широкое применение получил рычаг в одной из ранних задач техники - подъеме воды для орошения (рис. 1-21).

Рис. 1-21. Древнеегипетский шадуф - водоподъемник (стенная роспись)

Рис. 1-22. Перевозка монолитной статуи с использованием рычагов и катков. (Ассирийский барельеф.)

Применение рычагов и катков для транспорта тяжелых объектов (рис. 1-22) способствовало возникновению колеса, комбинированных, усложненных применений принципа рычага в системах с вращательным движением: воротах, блоках, полиспастах (рис. 1-23). Позднее комбинации рычага с колесом приняли конструктивные формы зубчатых колес. Для высоких передаточных чисел были найдены самотормозящиеся передаточные пары: винт и гайка, червяк и червячное колесо. Таким образом, развитие подъемных и транспортирующих машин обусловило возникновение большинства ныне применяющихся механизмов передачи и трансформации видов механической энергии. Широкое применение подъемных устройств, начиная с простого рычага, при помощи которого возведены такие колоссальные сооружения, как знаменитые египетские пирамиды, и кончая сложными подъемными кранами, применявшимися в технике Рима, позволило автору "Десяти книг об архитектуре" (16-13 гг. до н. э.), древнеримскому зодчему Витрувию дать первое определение машины. Это определение, относящееся к периоду развития, не знавшему еще никаких иных машин, кроме транспортных, сводилось к тому, что "... машина представляет собой связанное соединение деревянных частей, представляющее большие преимущества для поднятия грузов".

Рис. 1-23. Древнеримские подъемные машины: а - со ступальным колесом и полиспастом; б - с полиспастом

Следует заметить, что такое прогрессивное открытие, как возможность перемещать грузы при помощи колес, в рабовладельческом обществе не нашло широкого применения в системе средств труда. Сохранившиеся описания, рисунки, памятники показывают прежде всего применение колеса в качестве существенной детали военных колесниц, экипажей торжественных и ритуальных процессий.

Это ограниченное применение колес в рабовладельческий период объясняется рядом причин. Для перевозки больших тяжестей применялись катки, способные эти тяжести выдержать. Для дальних перевозок использовались вьючные животные и рабы-носильщики, способные преодолевать полное бездорожье. Позднейшее строительство хороших дорог с твердым каменным покрытием в Римской империи имело преимущественно стратегический и в меньшей степени транспортный характер.

В ограниченном применении колеса, как и в ограниченном применении водяных колес, отчетливо проявляется противоречие между возникающими прогрессивными формами техники и рабским трудом.

Рис. 1-24. Остатки водопровода в Мохенджо-Даро (Индия, III-II тысячелетия до н.э.)

Возникновение и рост городов вызвали задачу водоснабжения. Эта задача решалась преимущественно путем канализации воды (рис. 1-24) для перемещения самотеком от высоколежащих водоемов (акведуки) (рис. 1-25). Поскольку в природе такие возможности довольно редки, встала как для целей городского, так и сельскохозяйственного (полив посевов) водоснабжения задача подъема воды. Эта задача красной нитью проходит через всю последующую историю развития техники. Крайне обострявшаяся в отдельные периоды истории, она в значительной степени способствовала техническому прогрессу. Особенность задачи водоподъема состоит в большой энергоемкости водоподъема, и поэтому задача распадается на две: нужно разработать транспортирующую часть водоподъемной установки (транспортную машину) и энергетическую машину (двигатель) для привода в движение транспортной. Энергетическая часть задачи в течение длительного времени решалась путем использования энергии человека. В рабовладельческий период наличие дешевой рабочей силы - рабов - позволяло не только решать задачу подъема отдельных грузов, но и более энергоемкую задачу - водоподъема. Водоподъемное колесо и водоподъемный винт (рис. 1-26) приводились в действие силой рабов. С другой стороны, при использовании энергии движения воды то же водоподъемное колесо могло быть легко превращено в машину энергетическую. И действительно, такое решение было известно в рабовладельческий период для привода зерновой мельницы, но применялось исключительно редко, поскольку использование рабов обходилось дешевле.

Рис. 1-25. Сохранившаяся часть древнего Римского акведука

Рис. 1-26. Архимедов водоподъемный винт

Нашла свое решение и задача создания водоподъемной машины пожарного назначения (рис. 1-27). В этой машине, построенной греком Ктесибием, представлена возникшая при решении задачи водоподъема исключительно жизненная техническая конструкция для обеспечения переменного объема в замкнутой полости - цилиндр и поршень, получившая позднее колоссальное распространение в тепловых машинах.

Рис. 1-27 Водяной насос Ктесибия: 1 - цилиндры; 2 - поршни; 3 - всасывающие клапаны; 4 - нагнетательные клапаны; 5 - уравнительный воздушный колпак; 6 - насадок

С возникновением классового рабовладельческого общества начало оказывать влияние на развитие техники сохравнившееся в силе и в наши дни изготовление различных объектов военного назначения. Строители военных кораблей, сложных метательных машин, стенобитных машин, разнообразных средств нападения и защиты не только использовали лучшие достижения техники, но вносили в ее развитие и много нового.

Рис. 1-28. Эолипил Герона: 1 - сосуд для парообразования; 2 - пароотводящие трубки; 3 - шар; 4 - выхлопные трубки

Энергетических машин рабовладельческое общество не создало, поскольку в условиях применения многочисленных рабов в качестве живых двигателей не было стимула к изысканию и использованию энергии природы. В литературе иногда эолипил Герона (рис. 1-28), относящийся к 11 в. до н. э., рассматривается как первая паровая турбина. Считать Герона изобретателем первой паровой турбины нельзя. Прежде всего паровая турбина - двигатель, а в рабовладельческий период в силу дешевизны рабского труда не мог получить применения даже реальный в условиях техники того времени водяной двигатель. Далее, Герон не мог быть изобретателем паровой турбины, поскольку в то время водяной пар отождествлялся с воздухом. Считалось, что из трубок эолипила "дует ветер", почему и сам прибор получил свое наименование в честь Эола - одного из богов ветра.

Рис. 1-29. Ткацкая мастерская. (Египетская скульптура.)

К числу технологических машин, получивших некоторое развитие, следует отнести ткацкий станок (рис. 1-29). Однако этот станок оставался ручным и только частично заменял выполнение технологической функции ткача, вручную протаскивавшего челнок.