Повідомлення на тему парові машини герону олександрійського. Забуті винаходи герону олександрійського

Сподіваюся, багатьом буде цікаво, людина справді дивовижна… на жаль вже не згадаю де скачала цю статтю.

Мал. 1. Герон Олександрійський Герон жив у Єгипті у місті Олександрія і тому став відомий як Герон Олександрійський. Сучасні історики припускають, що він жив у 1-му столітті н. десь між 10-75 роками. Встановлено, що Герон викладав у Олександрійському Музеї – науковому центрі античного Єгипту, до складу якого входила і знаменита Олександрійська бібліотека. Більшість праць Герона представлено у вигляді коментарів та записок до навчальних курсів з різних навчальних дисциплін. На жаль, оригінали цих праць не збереглися, можливо, вони загинули в полум'ї пожежі, що охопило Олександрійську бібліотеку в 273 н.е., а можливо були знищені в 391 році н.е. християнами, які в пориві релігійного фанатизму крахали все, що нагадувало про язичницьку культуру. До наших часів дійшли лише переписані копії праць Герона. У праці «Про діоптр»,. У цьому вся праці викладаються методи проведення різних геодезичних робіт, причому землемірна зйомка проводиться з допомогою винайденого Героном приладу – діоптри. Мал. 2. Діоптра Діоптра була прообразом сучасного теодоліту. Головною її частиною служила лінійка із укріпленими її кінцях візирами. Ця лінійка оберталася по колу, яке могло займати і горизонтальне, і вертикальне положення, що давало можливість намічати напрямки, як у горизонтальній, так і вертикальній площині. Для правильності встановлення приладу до нього приєднувалися виска та рівень. Герон дає опис винайденого ним пристрою вимірювання відстаней - одометра. Мал. 4. Одометр (зовнішній вигляд) Мал. 5. Одометр (внутрішній пристрій) Одометр являв собою невеликий візок, встановлений на двох колесах спеціально підібраного діаметра. Колеса поверталися рівно 400 разів на міліатрій (давня міра довжини, що дорівнює 1598 м). З допомогою зубчастої передачі у обертання наводилися численні колеса та осі, а індикатором пройденої відстані були камінці, що випадали у спеціальний лоток. Щоб дізнатися, яку відстань було пройдено, потрібно було лише підрахувати кількість каменів у лотку. Роботу одометра наочно демонструє цей відеофрагмент. Однією з найцікавіших праць Герона є «Пневматика». У книзі наведено описи близько 80 пристроїв та механізмів, що діють з використанням принципів пневматики та гідравліки. Найбільш відомим пристроєм є еоліпіл (у перекладі з грецької: «куля бога вітрів Еола») . Мал. http://www.youtube.com/watch?v=WvZuFx6iPGY&NR=1 6. http://www.youtube.com/watch?v=GLsRygxnwu8&feature=related Еоліпіл Еоліпіл був наглухо запаяний котел з двома трубками на кришці. На трубках встановлювалася порожня куля, що обертається, на поверхні якої були встановлені два Г-подібних патрубка-сопла. У казан через отвір заливалася вода, отвір закривався пробкою, і казан встановлювався над вогнем. Вода скипала, утворювалася пара, яка по трубках надходила в кулю і в Г-подібні патрубки. При достатньому тиску струменя пари, вириваючись із сопел, швидко обертали кулю. Побудований сучасними вченими за кресленнями Герона еоліпіл розвивав до 3500 обертів за хвилину! При складанні еоліпілу вчені зіткнулися з проблемою ущільнення в шарнірних з'єднаннях кулі і трубок, що падають. При великому зазорі куля отримувала велику міру свободи обертання, зате пара легко виходив через щілини, і його тиск швидко падало. Якщо зазор зменшували, втрата пари зникала, але й куля оберталася важче через зростання тертя. Нам невідомо, як Герон вирішував цю проблему. Можливо, його еоліпіл обертався не такою великою швидкістю, як сучасна модель. На жаль еоліпіл не отримав належного визнання і не був затребуваний ні в епоху античності ні пізніше, хоч і справляв величезне враження на всіх, хто його бачив. До цього винаходу відносилися лише як до забавної іграшки. Фактично еоліпіл Герона є прототипом парових турбін, що з'явилися лише через два тисячоліття! Більше того, еоліпіл можна вважати одним із перших реактивних двигунів. До відкриття принципу реактивного руху залишився один крок: маючи собі експериментальну установку, потрібно сформулювати сам принцип. На цей крок людство витратило майже 2000 років. Важко уявити, як би виглядала історія людства, якби принцип реактивного руху набув би поширення 2000 років тому. Можливо, людство вже давно б вивчило всю Сонячну систему і дісталося зірок. Зізнаюся, іноді виникає думка, що розвиток людства кимось чи чимось навмисно затримувався упродовж століть. Втім, цю тему залишимо для розвитку письменникам-фантастам... Цікаво, що повторний винахід еоліпіла Герона відбувся 1750 року. Угорський вчений Я.А. Сегнер збудував прообраз гідравлічної турбіни. Відмінність так званого Сегнерового колеса від еоліпілу полягає в тому, що реактивна сила, що обертає пристрій, створюється не парою, а струменем рідини. В даний час винахід угорського вченого служить класичною демонстрацією реактивного руху в курсі фізики, а на полях та парках воно використовується для поливу рослин. Ще одним видатним винаходом Герона, пов'язаним із застосуванням пари є паровий бойлер . Мал. 7. Паровий бойлер Герона Конструкція являла собою велику бронзову ємність, з коаксіально встановленим циліндром, жаровнями та трубами для подачі холодної та виведення гарячої води. Бойлер мав велику економічність і забезпечував швидке нагрівання води. Значну частину «Пневматики» Герона займає опис різних сифонів і судин, у тому числі самопливом трубкою витікає вода. Принцип, закладений у цих конструкціях, успішно використовується сучасними водіями при необхідності відлити бензин з бака автомобіля. Як відомо, в епоху античності величезний вплив на людей мала релігія. Релігій та храмів було багато, і кожен ходив спілкуватися з богами туди, куди йому більше подобалося. Оскільки добробут жерців того чи іншого храму прямо залежав від кількості парафіян, жерці намагалися залучити їх чим завгодно. Тоді ними і був відкритий закон, що діє й донині: ніщо не зможе залучити до храму людей краще, ніж це зробить диво. Однак Зевс спускався з Олімпу не частіше, ніж з неба сипалася манна небесна. А парафіян треба було залучати до храму щодня. Для створення божественних чудес жерцям довелося скористатися розумом та науковими знаннями Герона. Одним із найбільш вражаючих чудес став розроблений ним механізм, який відчиняв двері до храму під час розпалювання вогню на вівтарі. Принцип дії зрозумілий із анімованого малюнка.
Мал. 8. Схема «магічного» відчинення дверей у храмі © P. Hausladen, RS Vöhringen Нагріте від вогню повітря надходило в посудину з водою і видавлювало певну кількість води в підвішену на канаті бочку. Бочка, наповнюючись водою, опускалася вниз і за допомогою каната обертала циліндри, які рухали поворотні двері. Двері відчинялися. Коли вогонь гас, вода з бочки переливалася назад у посудину, а підвішений на канаті противагу, обертаючи циліндри, зачиняв двері. Досить простий механізм, зате який психологічний ефект на парафіян! Ще одним винаходом, що істотно підвищило рентабельність античних храмів, став винайдений Героном автомат із продажу святої води. Мал. 9. Автомат для продажу «святої» води Внутрішній механізм пристрою був досить простий, і складався з точно збалансованого важеля, що управляє клапаном, що відкривався під дією маси монети. Монета падала крізь щілину на невеликий лоток і приводила в дію важіль та клапан. Клапан відкривався, витікало кілька води. Потім монета зісковзувала з лотка, і важіль повертався у вихідне положення, закриваючи клапан. Згідно з деякими джерелами, порція «священної води за часів Герона коштувала 5 драхм. Цей винахід Герона став першим у світі торговим автоматом і, незважаючи на те, що приносило непоганий прибуток, забули на століття. І лише наприкінці ХІХ століття торгові автомати винайшли знову. Можливо, наступний винахід Герона також активно застосовувався у храмах. Мал. 10. Судини для "перетворення" води у вино Винахід являє собою дві судини, з'єднаних трубкою. Один із судин наповнювався водою, а другий вином. Парафіянин долив не велика кількістьводи в посудину з водою, вода надходила до іншої посудини і витісняла з неї однакову за обсягом кількість вина. Людина приносила воду, а вона «з волі богів» перетворювалася на вино! Чи це не диво? А ось ще одна придумана Героном конструкція судини з перетворення води на вино і назад . Мал. 11. Амфора для розливу вина та води Половина амфори наповнюється вином, а друга половина – водою. Потім шийка амфори закривається пробкою. Вилучення рідини відбувається за допомогою краніка, розташованого внизу амфори. У верхній частині судини під ручками, що виступають, просвердлені два отвори: один у «винній» частині, а другий у «водяній» частині. Кубок підносився до краника, жрець відкривав його і наливав у кубок або вино, або воду, непомітно затикаючи один з отворів пальцем.

Ἥρων ὁ Ἀλεξανδρεύς ) - грецький математик та механік. Час життя віднесено до другої половини першого століття зв. е. на тій підставі, що він наводить як приклад місячне затемнення 13 березня 62 р. н. е.

Подробиці його життя невідомі. Герона відносять до найбільших інженерів за історію людства. Він першим винайшов автоматичні двері, автоматичний театр ляльок, автомат для продажу, скорострільний арбалет, що самозаряджається, парову турбіну, автоматичні декорації, прилад для вимірювання протяжності доріг (стародавній одометр) та ін Першим почав створювати програмовані пристрої (вал зі штирями з намотаною на нього мотузкою ).

Роки життя Герона

Роки життя Герона у XX столітті стали предметом дискусії. Відповідно до античним джерелам він жив після Архімеда, але перед Паппом, тобто. десь між 200 е. та 300 гг. н.е. Деякі історики XVIII-XIX століть вказували більш конкретні дати в цьому інтервалі, напр., Бальді поміщає Герона під 120 роком до н. , а в ЕСБЕ зазначений рік народження Герона - 155 до н.е. . В 1938 Отто Нойгебауер припустив, що Герон жив у 1-му столітті н.е. Це припущення було засноване на тому, що в його книзі «Про діоптр» згадується місячне затемнення, яке було відмічено за 10 днів до весняного рівнодення. Його вказівка, що вона сталася в Олександрії о 5 годині ночі, однозначно вказує в інтервалі між 200 до н. е. та 300 н.е. на місячне затемнення від 13 березня 62 року (юліанська дата). У Останнім часомдатування Нойгебауера було піддано критиці Натаном Сідолі (Nathan Sidoli).

У кіно та на телебаченні

мультфільм "Герон" 1979 "Екран"

мултьсеріал "Жили-були першовідкривачі" 3 серія. "Герон Олександрійський".

документальний фільм "Давні відкриття: дивовижні машини. Герон Олександрійський"

Примітки

Література

Башмакова І. Г.Лекції з історії математики у Стародавній Греції // Історико-математичні дослідження. – М.: Фізматгіз, 1958. – № 11. – С. 425-426.
Вигодський М. Я.Арифметика та алгебра в Стародавньому світі. М: Наука, 1967.
Гаврильчик М. Ст, Смирнова Г. С.Завдання невизначеного аналізу у Герона Олександрійського. , 6 (41), 2001, с. 319-329.
Дільс Г.Антична техніка. М.-Л.: ГТТІ, 1934.
Звіркіна Г. А.Про трактат Герона Олександрійського «Про діоптр». Історико-математичні дослідження, 6 (41), 2001, с. 330-346.
Історія математики / За редакцією А. П. Юшкевича, у трьох томах. – М.: Наука, 1970. – Т. I.
Шаль, Мішель. Історичний огляд походження та розвитку геометричних методів. М., 1883 р.
Щетніков А. І.Формула Герона: читаємо давній математичний текст. Математика, 20 (610), 2006, с. 27–28.
Bruins E. M. The icosahedron від Heron to Pappus. Janus, 46, 1957, p. 173-183.
Curchin L., Herz-Fishler R. Hero of Alexandria's numerical treatment of division in extreme and mean ratio and its applications. Phoenix, 35, 1981, p. 129-133.
Drachmann A. G. Ktesibios, Philon, і Heron, вивчаючи в давніх pneumatics. Copenhagen: Munksgaard, 1948.
Drachmann A. G. Heron та Ptolemaios. Centaurus, 1, 1950, p. 117-131.
Drachmann A. G. Fragments from Archimedes in Heron's Mechanics. Centaurus, 8, 1963, p. 91-146.
Keyser P. New look at Heron's «steam engine». Archive for History of Exact Sciences, 44, 1992, p. 107-124.
Smyly J. G. Square roots in Heron of Alexandria. Hermathena, 63, 1944, p. 18–26.

Античність знала елементи автоматики, рушійну силу пари. Винахідницький геній людини, який виявив свою силу з первісних часів, не вичерпувався. Яскравим прикладом цього є технічна творчість Герона Олександрійського, який жив приблизно за 120 років до н. е. Вчитель Герона, Ктезібій Олександрійський, якого історик античної науки і техніки Дільс називає главою античних інженерів, винайшов повітряний орган, пожежну машину, автоматичний водяний годинник (клепсідра). У клепсідрі Ктезібія вода з водопроводу А надходить у регулювальний резервуар BCDE і вузькою трубочкою Е падає в бак KLMN. При сильному натиску вода не встигає стікати через Е, накопичується в регулювальному резервуарі та піднімає поплавець G, який замикає доступ води. Таким чином підтримується в регулювальному резервуарі деякий нормальний рівень весь час, поки відкритий кран F. Втікаючи в бак, вода піднімає поплавець Р, на якому стоїть фігурка, що показує паличкою годинник, нанесений у вигляді горизонтальних ліній на барабані STUV, що обертається (див. рис. 14). ).

Пожежну машину Ктезібія Герої описує так:
«Пожежні насоси, що використовуються для гасіння пожеж, робляться таким чином (рис. 15): два металеві циліндри висвердлюються зсередини токарним різцем за величиною поршня, подібно до того, як висвердлюють «насоси» колодязних справ майстра. KL та MN – точно пригнані поршні. Циліндри з'єднані між собою трубою XODE і забезпечені зовні (всередині труби XODE) клапанами Р і R, що відкриваються назовні. У дні циліндрів є отвори S і T, які закриваються гладкими шарнірними пластинками (заслінки клапанів); крізь них пропущені болти, які міцно припаюються або міцно з'єднуються з дном циліндра за допомогою одягнених на зовнішніх кінцях заклепок. Поршні мають закріплені в середині їх штоки S, з ними з'єднується штанга (балансир Z а), яка посередині обертається навколо болта δ; ж поршневі штоки S обертаються навколо болтів b і v. Над отвором, що знаходиться в трубці XODE, встановлюється інша вертикальна вилообразная трубка ξ, з краноподібною насадкою, через яку викидається вода таким же чином, як нами вже говорилося вище при описі судини, що викидала воду за допомогою стисненого в ньому повітря».

Клапан, про який згадується в цьому описі (рис. 16), був, мабуть, також винайдений Ктезібієм. Герон описує цей прилад так: «Виготовляють дві чотирикутні пластинки відповідної товщини, довжиною в палець з кожного боку. Своїми поверхнями вони приганяють одна до одної і пришліфовуються так, що між ними не може пройти ні повітря, ні вода. Нехай ці платівки будуть ABCD та EFGH. В одній із них, саме ABCD, просвердлено круглий отвір в одну третину пальця шириною. Край CD з'єднаний за допомогою шарніра з краєм FE, тому відшліфовані сторони металевих пластинок лягають одна на одну. Коли хочуть скористатися цими клапанами, пластинку ABCD наглухо припаюють до отвору, крізь який має входити повітря або вода. У такому разі при тиску зсередини пластинка EFGH відкривається та пропускає повітря або воду. Але потім тиск повітря або води притискатиме пластинку EFGH до отвору, крізь який входить повітря або вода».

Як бачимо, техніка, зокрема техніка обробки металів, досягала тим часом досить високого рівня. Нижче побачимо, що Герон навіть здійснив тепловий двигун. Але ця техніка, як уже неодноразово вказувалося, не могла зробити промислового перевороту, не могла відігравати тієї революційної ролі, яку вона зіграла під час первісного накопичення, під час буржуазних революцій.

Знамениті винаходи Герона описані в трактаті «Пневматика», що дійшов до нас. За своїми теоретичними позиціями Герон примикає до Аристотеля, однак із суттєвими поправками. Він так само, як і Арістотель. вважає, що порожнечі у природі немає, але хоча у природі немає великого порожнього простору, проте зовсім маленькі порожні простори існують у рідинах, вогні та інших тілах».

Доказом існування порожніх проміжків між частинками Герон вважає пружність, змішування різних рідин, розширюваність тіл від нагрівання тощо. буд. Повітря Герон вважає тілом, що з дуже легких і рухливих частинок. Доказом того, що повітря тіло, Герон вважає, наприклад, факт, що перекинута вгору дном судина при зануренні його в іншу посудину з водою не заповнюється водою. Якщо ж у дні посудини проробити отвір, через який повітря може виходити, то вода заповнить нутрощі судини, що занурюється, витісняючи повітря через цей отвір. Аномально великих проміжків між частинками тіла природа не допускає і в цьому сенсі «боїться порожнечі». Так, наприклад, якщо з посудини відсмоктувати деяку кількість повітря, завдяки чому відстань між частинками повітря, що залишилося, збільшується, то посудина матиме всмоктувальні властивості (кровососні банки): шкіра пальця, що закриває отвір судини, буде втягуватися. всередину. Якщо палець відібрати, то в посудину входить зовнішнє повітря, заповнюючи обсяг його до тих пір, поки відстані між частинками. не досягнуть нормальної величини. У цьому слід шукати причини міцності тіл. Рідкий струмінь, за Героном, також має міцність на розрив. Раз стовп рідини, що виник, не може розірватися бо це призвело б до утворення значної порожнечі. У цьому будується пояснення Героном дії сифона.

Зануримо колінчасту трубку АHDBCKL (рис. 17) у посудину, заповнену водою до рівня FG. Вода в коліні досягне рівня Н, що збігається з рівнем FG. Якщо ж відсмоктувати у L повітря ротом, то, внаслідок зазначеної властивості не допускати значних порожнин, повітря всмоктуватиме з судини воду по коліну AHD. При достатньому розрідженні вода заповнить верхню частину трубки і почне стікати вниз по коліну CKL. Прагнучи впасти, як вантаж в обох колінах, вона не може впасти, бо це призвело б до розриву струменя. Якщо рівень рідини в лівому коліні нижчий, ніж у правому, то лівий вантаж води перетягне правий і вода перетікатиме від більш високого рівня до нижчого до тих пір, поки рівні рідини зліва і справа не зрівняються або доти, доки не спорожниться посудина (якщо рівень дна його досить високий).

Отже, в теорії Герона ми маємо справу з двома основними припущеннями: а) неможливість розриву струменя; в) перевішування струменя довшою частиною, що призводить до перетікання рідини від вищого рівня до нижчого. Рідкий струмінь, що раз утворився, веде себе на зразок мотузки, перекинутої через блок. Мотузка «збігатиме» у бік довшої частини. Тиск зовнішнього повітря на цьому поясненні ролі не грає.

Герон, проте, бачить недостатність пояснення дії сифона. А саме, якщо уявити собі, що лівий кінець ланцюжка, коротше, проте складається з кількох ланцюжків, то можна не тільки досягти рівноваги, а й збігання ланцюжка у бік короткої частини. Іншими словами, якщо виготовити сифонну трубку з колін неоднакової товщини, зробивши коротке коліно товстішим, можна домогтися переливання рідини від нижчого рівня до більш високого. Герон зазначає, що це неможливо. Заповнимо U - подібну трубку рідиною до самого верху. Закриємо кінці трубки і перекинемо її в дві судини з неоднаковими рівнями рідин так, щоб товсте коліно трубки було занурене в посудину з вищим рівнем рідини. Відібравши пальці від кінців трубки, встановимо повідомлення між масами рідини в обох судинах (стовп рідини в сифонній трубці не може розірватися). Але, за Архімедом, сполучені маси рідини будуть перебувати в рівновазі тоді і тільки тоді, коли вільна поверхня буде сферичною поверхнею з центром у центрі Землі. Отже, рідина перетікатиме з вищого рівня на нижчий, поки рівні не зрівняються. Ми бачимо, що Герон, вирушаючи від Архімеда, по суті, формулює вже принцип судин, що сполучаються. Своєрідне Геронове розуміння «побоювання порожнечі» дає йому можливість пояснити дію піпетки, яка має форму «магічної кулі». Якщо, залишивши верхній отвір відкритим, занурити кулю в рідину, то рідина увійде через отвір у дні кулі всередину його. Якщо тепер закрити отвір пальцем і вийняти кулю, вода не виллється через решітчасте дно кулі, бо це призвело б до утворення порожнин у внутрішньому повітряному просторі. Відібранням пальця можна вилити рідину в будь-якому місці.

Герон вигадав сифони різноманітної форми. Згадаємо тут про подвійний сифон і про сифон із постійною швидкістю витікання (сифон із поплавком). Подвійний сифон (рис. 18) є трубкою, закритою зверху, але відкриту внизу, Всередині цієї трубки міститься друга, відкрита з обох кінців, - верхній кінець кілька не доходить до дна зовнішньої трубки. Якщо в посудині є отвір у дні такого розміру, що в нього входить, щільно прилягаючи до країв, внутрішня трубка сифона, то в посудину, можна наливати рідину доти, доки її рівень не буде таким, що зовнішня трубка сифона не заповниться до самого дна. Тоді, за принципом сифона, рідина витікатиме по внутрішній трубці доти, доки посудина не спорожниться. Подвійний сифон пояснює дію "чарівного кубка" Герона. У сифоні з постійною швидкістю закінчення (мал. 19) внутрішнє коліно закріплено в чаші, що плаває на поверхні рідини в посудині. У міру зниження рівня рідини опускається і сифон, тому вихідний отвір залишається нижче рівня рідини завжди на ту саму величину.

Як приклад, що ілюструє винахідливість Герона, опишемо його автомат «співоча пташка» (рис. 20). Пташка свистить, коли сова на неї не дивиться, і замовкає, коли сова до неї повернеться. Дія цього приладу ґрунтується на відповідному підборі подвійних сифонів. Коли рідина по вирві втікає у верхню посудину, то вона витісняє повітря, яке, проходячи трубочкою, викликає свист. У міру підвищення рівня рідини в резервуарі починається її витікання через сифон у нижній ківш. Це викличе нарешті перевантаження ковша, який перетягне противагу, і сова повернеться. Сифон підбирається так, що в цей момент витікання з резервуара перевищує швидкість надходження рідини – пташка не співає. Потім набуває чинності нижній сифон. У міру випорожнення резервуара спорожниться і ківш-сова відвернеться. Робота автомата починається знову.

Особливо чудово, що Герон уперше використав рушійну силу тепла. Ознайомимося насамперед із дією його «еоліпіла». Еоліпіл Герона є залізною кулею, що може обертатися навколо горизонтальної осі (рис. 21). У верхній частині кулі є вивідна трубка, зігнута під прямим кутом; така сама трубка, але вигнута в протилежну сторону, є внизу кулі. Пара, що надходить із резервуара по бічним трубкам, викидається випускними трубками. Реакція парового струменя (принцип турбіни) наводить кулю у обертання.

Так майже за дві тисячі років до винаходу парової машини було вперше сконструйовано тепловий двигун, але це був передчасний винахід, і з XVII століття починаються нові пошуки теплової машини.

Наведемо як приклад застосування рушійної сили тепла-вівтар з дверима, що автоматично відкриваються, при запаленні жертовного вогню (рис. 22).

У храмі знаходиться порожнистий жертовник DE, який з'єднаний за допомогою трубки FG кулястою судиною РН, наполовину наповненою водою. У кулю впаюється U-подібна трубка KLM. Осі обертання обох стулок дверей продовжені до підлоги підвалу, де вони вставлені у відповідні гнізда. На осях навиті два ланцюжки. На кінці одного ланцюжка міститься вантаж, який своїм тягарем прагне закрити двері, а на інший, навитий у зворотному напрямку на дверних осях, висить посудина XN, яка, будучи порожньою, легша за вантаж. У цю посудину проходить одне з колін U — подібної трубки, яка так встановлена, що коли двері зачинені, це коліно сягає майже дна судини.

Коли на вівтарі запалюють вогонь, вівтар нагрівається, ув'язнений у ньому повітря розширюється, тисне на воду, що знаходиться в кулі, і піднімає її по U - образній трубці в підвішений посуд, який завдяки цьому опускається і таким чином відчиняє двері.

Розглянутими прикладами ми обмежимося. Зі сказаного ясно, наскільки дотепними були винаходи Герона. Практичне значення набули лише його гідравлічні машини, які вдосконалили техніку водочерпальних машин. Інші винаходи виконували роль кумедних іграшок, не більше. Тільки нова наука, що відроджується, звернулася до винаходів Герона, розвинувши їх далі на новій основі.

Але й ця наука, зберігши опис еоліпіла у підручниках фізики, не почала будувати парову машину за принципом Герона, а здійснила менш досконалу ідею пароатмосферного насоса. Винаходи Герона були яскравим свідченням те, що антична наука від розгляду загальних проблем перейшла конкретним. З єдиної науки почали виділятися астрономія, математика, механіка, географія, медицина. Центром нової науки стало засноване Олександром Македонським місто у дельті Нілу – Олександрія. Тут виник своєрідний науковий заклад – Олександрійський музей із багатою бібліотекою, з астрономічною обсерваторією. Усі великі вчені та філософи стародавнього світу тією чи іншою мірою пов'язані з Олександрією. Тому період виділення наук часто називається олександрійським періодом.

Архімедове вчення про рівновагу рідин було використано в блискучих винаходах Герона Олександрійського, до розгляду яких ми звертаємося.

Герон Олександрійський,учень Ктезібія, сина цирульника і також майстерного винахідника, жив у другій половині II ст. до зв. е. (близько 120 р.). В особі Герона ми маємо справу з практиком античної науки. В галузі математики Герон шукав таких співвідношень, які найбільше відповідали б цілям землемірства, розробляв методи обчислень, зокрема методи наближених обчислень. Він дав правило, що дозволяє визначити площу трикутника з його боків; у сучасному вигляді це правило записується у вигляді так званої формули Герона:

Винаходи Герона не мали характеру технічних додатків, вони швидше можуть бути названі технічними іграшками та їх історія - повчальний приклад того, як дотепні винаходи, що не відповідають запитам епохи, залишаються безплідними.

Вчитель Герона - Ктезібій,як було сказано, був великим винахідником. Він винайшов водяний годинник із покажчиком (рис. 28), водяний орган, пожежну машину. Останній винахід мало майже сучасний вигляд. Герон так описує цю машину:

"Пожежні насоси, що використовуються для гасіння пожеж, робляться таким чином (рис. 29): два металеві циліндри висвердлюються зсередини токарним різцем за величиною поршня, подібно до того, як висвердлюють "насоси" колодязних справ майстра. KL і MN - точно пригнані поршні. з'єднані між собою трубою XODEта забезпечені зовні (всередині труби XODE,) - клапанами Р і R, що відкриваються назовні. У дні циліндрів є отвори S і Т, які закриваються гладкими шарнірними пластинками (заслінки клапанів); крізь них пропущені болти, які міцно припаюються або міцно з'єднуються з дном циліндра за допомогою одягнених на зовнішніх кінцях заклепок. Поршні забезпечені закріпленими всередині їх штоками S, з ними з'єднується штанга (балансир Za), яка посередині обертається навколо болта, а поршневі штоки S обертаються навколо болтів b і v. Над отвором, що знаходиться в трубці XODEy, встановлюється інша вертикальна вилоподібна трубка S, забезпечена краноподібною насадкою, через яку викидається вода таким же чином, як нами вже говорилося вище при описі судини, що викидала воду за допомогою стисненого в ньому повітря.

Клапан, про який згадується в цьому описі (рис. 30), був, мабуть, також винайдений Ктезібієм. Герон описує цей прилад так: "Виготовляють дві чотирикутні пластинки відповідної товщини, довжиною в палець з кожного боку. Своїми поверхнями вони приганяються один до одного і пришліфовуються так, що між ними не може пройти ні повітря, ні вода. Нехай ці пластинки будуть ABCD і EFGH.В одній з них, саме ABCD, просвердлено круглий отвір в одну третину пальця шириною.Країн CD з'єднаний за допомогою шарніра з краєм FE, так що відшліфовані сторони металевих пластинок лягають одна на іншу.Коли хочуть скористатися цими клапанами, то пластинку ABCD наглухо припаюють до отвору, крізь який має входити повітря або вода. У такому випадку при тиску зсередини пластинка EFGH відкривається і пропускає повітря або воду.

Знамениті винаходи Герона описані в трактаті "Пневматика", що дійшов до нас. За своїми теоретичними позиціями Герон примикає до Аристотеля, однак із суттєвими поправками. Він так само, як і Арістотель, вважає, що порожнечі в природі немає, але "хоча в природі і немає великого порожнього простору, проте зовсім маленькі порожні простори існують у рідинах, вогні та інших тілах".

Доказом існування порожніх проміжків між частинками Герон вважає пружність, змішування різних рідин, розширюваність тіл від нагрівання тощо. буд. Повітря Герон вважає тілом, що з дуже легких і рухливих частинок. Доказом того, що повітря тіло, Герон вважає, наприклад, факт, що перекинута вгору дном судина при зануренні його в іншу посудину з водою не заповнюється водою. Якщо ж у дні посудини проробити отвір, через який повітря може виходити, то вода заповнить нутрощі судини, що занурюється, витісняючи повітря через цей отвір. Аномально великих проміжків між частинками тіла природа не допускає і в цьому сенсі "боїться порожнечі". Так, наприклад, якщо з посудини відсмоктувати деяку кількість повітря, завдяки чому відстань між частинками повітря, що залишилося, збільшується, то посудина матиме всмоктувальні властивості (кровососні банки): шкіра пальця, що закриває отвір судини, буде втягуватися всередину. Якщо палець відібрати, то в посудину входить зовнішнє повітря, заповнюючи обсяг його доти, поки відстані між частинками не досягнуть нормальної величини. У цьому слід шукати причини міцності тіл. Рідкий струмінь, за Героном, також має міцність на розрив *. Раз стовп рідини, що виник, не може розірватися, бо це призвело б до утворення значної порожнечі. У цьому будується пояснення Героном дії сифона.

* (Галілей у своєму навчанні про опір матеріалів реставрував погляди Герона.)

Зануримо колінчасту трубку AHDBCKL (рис. 31) у посудину, заповнену водою до рівня FG. Вода в коліні досягне рівня Я, що збігається з рівнем FG. Якщо ж відсмоктувати у L повітря ротом, то, внаслідок зазначеної властивості не допускати значних порожнин, повітря всмоктуватиме з судини воду по коліну AHD. При достатньому розрідженні вода заповнить верхню частину трубки і почне стікати вниз по коліну CKL. Прагнучи впасти, як вантаж в обох колінах, вона не може впасти, бо це призвело б до розриву струменя. Якщо рівень рідини в лівому коліні нижчий, ніж у правому, то лівий вантаж води перетягне правий і вода перетікатиме від більш високого рівня до нижчого, доки рівні рідини зліва і справа не зрівняються, або доти, доки не спорожниться посудина (якщо рівень дна його досить високий).

Отже, в теорії Герона ми маємо справу з двома основними припущеннями: а) неможливість розриву струменя; b) перевішування струменя довшою частиною, що призводить до перетікання рідини від вищого рівня до нижчого. Рідкий струмінь, що раз утворився, веде себе на зразок мотузки, перекинутої через блок. Мотузка "збігатиме" у бік довшої частини. Тиск зовнішнього повітря на цьому поясненні ролі не грає.

Цікаво, що це пояснення Герона було порівняно нещодавно реставровано як новопризначений "принцип дії рідкого сифону". У книзі професора Поля "Введення в механіку і акустику" ми зустрічаємо підкреслене автором твердження, що "принцип сифону нічого спільного не має з тиском повітря", пояснення якого (тобто твердження) наводиться образ ланцюжка, що збігає з блоку. Залишаючи осторонь замовчування проф. Поля у тому обставині, що висунутий їм проти звичайної " елементарної " трактування дії сифона принцип налічує двохтисячолітню давність, відзначимо, що проф. Поль обходить мовчанням також деякі труднощі, пов'язані з героновским поясненням, труднощі, які були відомі вже самому Герону. А саме, якщо уявити собі, що лівий кінець ланцюжка коротший, проте складається з кількох ланцюжків, то можна не тільки досягти рівноваги, а й збігання ланцюжка у бік короткої частини. Іншими словами, якщо виготовити сифонну трубку з колін неоднакової товщини, зробивши коротке коліно товстішим, можна домогтися переливання рідини від нижчого рівня до більш високого. Герон зазначає, що це неможливо. Заповнимо U-подібну трубку рідиною до самого верху. Закриємо кінці трубки і перекинемо її в дві судини з неоднаковими рівнями рідин так, щоб товсте коліно трубки було занурене в посудину з вищим рівнем рідини. Відібравши пальці від кінців трубки, встановимо повідомлення між масами рідини в обох судинах (стовп рідини в сифонній трубці не може розірватися). Але, за Архімедом, маси рідини, що повідомляються, будуть знаходитися в рівновазі тоді і тільки тоді, коли вільна поверхня буде сферичною поверхнею з центром в центрі Землі. Отже, рідина перетікатиме з вищого рівня на нижчий, поки рівні не зрівняються. Ми бачимо, що Герон, вирушаючи від Архімеда, по суті, формулює вже принцип судин, що сполучаються. Що ж до принципу сифона, то пояснення Герона, реставроване Полем, відбиває одну сторону роботи сифона, але з всю. Дослідження Паскаля є великим кроком вперед в з'ясуванні дії сифона, а не крок назад, як це хоче сказати проф. Поль. Своєрідне Геронове розуміння "побоювання порожнечі" дає йому можливість пояснити дію піпетки, яка має форму "магічної кулі". Якщо, залишивши верхній отвір відкритим, занурити кулю в рідину, рідина увійде через отвори в дні кулі всередину його. Якщо тепер закрити отвір пальцем і вийняти кулю, вода не виллється через решітчасте дно кулі, бо це призвело б до утворення порожнин у внутрішньому повітряному просторі. Відібранням пальця можна вилити рідину в будь-якому місці.

Герон вигадав сифони різноманітної форми. Згадаємо тут про подвійний сифон і про сифон із постійною швидкістю витікання (сифон із поплавком). Подвійний сифон (рис. 32) є трубкою, закритою зверху, але відкриту внизу. Усередині цієї трубки міститься друга, відкрита з обох кінців,- верхній кінець дещо не доходить до дна зовнішньої трубки. Якщо в посудині є отвір у дні такого розміру, що в нього входить, щільно прилягаючи до країв, внутрішня трубка сифона, то в посудину можна наливати рідину доти, доки її рівень не буде таким, що зовнішня трубка сифона не заповниться до самого дна . Тоді, за принципом сифона, рідина витікатиме по внутрішній трубці доти, доки посудина не спорожниться. Подвійний сифон пояснює дію "чарівного кубка" Герона. У сифоні із постійною швидкістю закінчення (рис. 33). внутрішнє коліно закріплено у чаші, що плаває на поверхні рідини в посудині. У міру зниження рівня рідини опускається і сифон, тому вихідний отвір залишається нижче рівня рідини завжди на ту саму величину. Як приклад, що ілюструє винахідливість Герона, опишемо його автомат "співоча пташка" (рис. 34). Пташка свистить, коли сова на неї не дивиться, і замовкає, коли сова до неї повернеться. Дія цього приладу ґрунтується на відповідному підборі подвійних сифонів. Коли рідина по лійці втікає у верхню посудину, вона витісняє повітря, яке, проходячи трубочкою, викликає свист. У міру підвищення рівня рідини в резервуарі починається її витікання через сифон у нижній ківш. Це викличе нарешті перевантаження ковша, який перетягне противагу, і сова повернеться. Сифон підбирається так, що в цей момент витікання з резервуара перевищує швидкість надходження рідини – пташка не співає. Потім набуває чинності нижній сифон. У міру випорожнення резервуара спорожниться і ківш - сова відвернеться. Робота автомата починається знову.

Особливо чудово, що Герон уперше використав рушійну силу тепла. Ознайомимося насамперед із дією його "Еоліпіла". Еоліпіл Герона є залізною кулею, що може обертатися навколо горизонтальної осі (рис. 35). У верхній частині кулі є вивідна трубка, зігнута під прямим кутом; така сама трубка, але вигнута в протилежний бік, є внизу кулі. Пара, що надходить із резервуара по бічним трубкам, викидається випускними трубками. Реакція парового струменя (принцип турбіни) наводить кулю у обертання.

Так, майже за дві тисячі років до винаходу парової машини був вперше сконструйований тепловий двигун. Але це був передчасний винахід, і з XVII століття розпочинаються нові пошуки теплової машини.

Наведемо як приклад застосування рушійної сили тепла - вівтар з дверима, що автоматично відкриваються, при запаленні жертовного вогню (рис. 36).

"У храмі знаходиться порожнистий жертовник DE, який з'єднаний за допомогою трубки FG з кулястою судиною РН, наполовину наповненою водою. У кулю впаюється U-подібна трубка KLM. Осі обертання обох стулок дверей продовжені до підлоги підвалу, де вони вставлені у відповідні гнізда. осях навиті два ланцюжки На кінці одного ланцюжка поміщається вантаж, який своїм тягарем прагне закрити двері, а на іншій, навитій у зворотному напрямку на дверних осях, висить посудина іншої, навитої у зворотному напрямку XN, яка, будучи порожньою, легша за вантаж. ця посудина проходить одне з колін U-подібної трубки, яка так встановлена, що коли двері зачинені, це коліно доходить майже до дна судини.

Коли на вівтарі запалюють вогонь, вівтар нагрівається, ув'язнений у ньому повітря розширюється, тисне на воду, що знаходиться в кулі, і піднімає її по U-подібній трубці в підвішений посуд, який завдяки цьому опускається і таким чином відкриває двері.

Розглянутими прикладами ми обмежимося. Зі сказаного ясно, наскільки дотепними були винаходи Герона. Практичне значення набули лише його гідравлічні машини, які вдосконалили техніку водочерпальних машин. Інші винаходи виконували роль кумедних іграшок, не більше. Тільки нова наука, що відроджується, звернулася до винаходів Герона, розвинувши їх далі на новій основі.

(I ст. н.е.), видатний математик, геодезист, механік та інженер епохи еллінізму. Жодних біографічних відомостей не збереглося. Відомо, що жив і працював в Олександрії, як припускає більшість вчених, у І ст. н.е. Залишив після себе роботи з механіки, математики та геодезії (у цей час, за класифікацією Геліноса Родоського (I ст. до н.е.) до математики належали арифметика, геометрія, астрономія, оптика, геодезія, механіка, музична гармонія та практичні обчислення) ; винайшов прототип парової машини та точні нівелювальні інструменти. З робіт Герона Олександрійського відомі «Механіка» (в арабському перекладі), «Про підйомні механізми», а також згадані вище «Метрика» та «Діоптра». Грецькою мовою відомі три трактати Герона: «Пневматика», «Книга про військові машини», «Театр автоматів», «Катоптика» (наука про дзеркала; збереглася тільки в латинському перекладі) та ін.

Найбільшою популярністю користувалися такі автомати Герона, як автоматизований театр, фонтани та ін. Герон описав «діоптр» – прилад для вимірювання кутів – прототипу сучасного теодоліту, спираючись на закони статики та кінетики, навів опис важеля, блоку, гвинта, військових машин. В оптиці сформулював закони відбиття світла, в математиці - способи виміру найважливіших геометричних фігур. Герон використав досягнення своїх попередників: Евкліда, Архімеда, Стратона з Лампсака. Його стиль простий і ясний, хоча подекуди буває надто лаконічний чи небудований. Інтерес до творів Герона виник III в. н. е. Грецькі, а потім візантійські та арабські учні коментували та перекладали його твори.

Математичні роботи Герона є енциклопедією античної прикладної математики. Роботи його дійшли до нас в повному обсязі. У найкращій з його книг — «Метриці» дано визначення кульового сегмента, правила та формули для точного та наближеного обчислення площ правильних багатокутників, обсягів усічених конуса та піраміди, наводиться так звана формула Герона для визначення площі трикутника по трьох сторонах, що зустрічається у Архімеда; даються правила чисельного розв'язання квадратних рівнянь та наближеного вилучення квадратних та кубічних коренів. У «Метриці» досліджуються найпростіші підйомні пристрої — важіль, блок, клин, похила площина та гвинт, а також деякі їх комбінації. При дослідженні "Простих машин" (термін введений ним) користується поняттям моменту. Враховував силу тертя і рекомендував під час роботи зі складними механізмами дещо збільшувати сили, що додаються до них. У «Пневматиці» їм розглянуто низку дотепних гідропневматичних приладів. У «Театрі автоматів» описав храмові та театральні автомати свого часу. У Герона зустрічається співвідношення Ц2 »17/12, де 17/12 як відомо, є четвертим придатним дробом до Ц2. Зміст математичних праць Герона догматичний, правила найчастіше не виводяться, а пояснюються на прикладах. Це зближує праці Герона з роботами математиків Стародавнього Єгипту та Вавилону. У 1814 року було знайдено твір Герона «Про діоптрі», у якому викладено правила земельної зйомки, засновані на використанні прямокутних координат. Герон описав основні досягнення античного світу в галузі прикладної механіки. Він винайшов ряд приладів та автоматів, зокрема прилад для вимірювання протяжності доріг, що діяв за тим же принципом, що й сучасні таксометри, автомат для продажу «священної води», різні водяні годинники та інше. Вплив робіт Герона можна простежити у Європі до епохи Відродження.