100 великих технических достижений древности - Анатолий Сергеевич Бернацкий
А в V тысячелетии до н. э. в Месопотамии появились равновесные весы, в основе которых был задействован принцип рычага. В свою очередь, древние римляне применили этот принцип при конструировании безмена.
Довольно широко использовался принцип рычага в Древнем Египте при строительстве пирамиды. Ведь вес одного блока, которые использовались при возведении этих сооружений, достигал около 2500 тонн. А при строительстве пирамиды Хеопса, высота которой достигала 146 метров, потребовалось 23,3 миллиона таких каменных глыб. Более того, при сооружении храмов египтяне перемещали, поднимали и устанавливали гигантских размеров обелиски и статуи, весивших порой несколько десятков, а то и сотен тонн.
Но, о чем говорилось выше, огромные блоки требовалось не только передвигать, но и поднимать. Учитывая их вес, ряд ученых сомневается, что древние египетские строители могли самостоятельно, без применения мощнейших и пока неизвестных механизмов, построить пирамиды. Но эту точку зрения пришлось отбросить после того, как в ходе раскопок археологи обнаружили фрагменты необычной деревянной конструкции. Оказалось, что строители пирамид обвязывали гигантские блоки веревками и поднимали вверх с помощью деревянных рычагов, имеющих длинные плечи.
Но основным механизмом для подъема тяжестей у египтян служила наклонная плоскость – пандус, или рампа. Ее остов, то есть ее боковые стороны и перегородки, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга поперек рампы, делались из кирпича; пустоты же между ними заполнялись тростником и ветвями.
Постепенно, с увеличением высоты пирамиды, рампа тоже надстраивалась. И по рампам каменные глыбы тащили уже на салазках так же, как и по земле, при этом помогая рычагами. Угол наклона рампы был небольшим – 5–6 градусов. И, конечно же, чем выше должна была быть пирамида, тем длиннее требовалось строить рампу…
А спустя какое-то время появились еще более совершенные средства подъема и перемещения грузов. Например, шкив, который состоит из колеса в сочетании с канатами и другими колесами в блоке. Система шкивов применяется для уменьшения человеческих усилий при подъеме груза. И чем больше в системе шкивов, тем легче поднять груз. Используются же эти устройства с давних пор. По крайней мере, простые шкивы обнаружены в Месопотамии, где, вероятнее всего, их применяли для подъема емкостей с водой.
Строительство египетской пирамиды
Примерно в то же время, что и шкив, стали использовать лебедку и кабестан. Единственное между ними различие в том, что лебедка имеет горизонтальную ось, а кабестан – вертикальную. А механические преимущества этих устройств проявлялись тогда, когда трос перемещался по колесу, которое вращалось вокруг своей оси. Таким путем человек может поднять груз в 6 раз больший, чем в том случае, если бы он делал эту операцию без помощи этого приспособления. В свою очередь, подъемный механизм, состоящий из блока со шкивами и лебедки, позволял одному человеку поднимать до полутора тонн груза. Для сравнения: для буксировки по рампе каменного блока аналогичного веса пришлось бы задействовать около 40–60 человек.
Краны в Древнем мире
Но помимо пирамид в Древнем мире было построено немало и других огромных сооружений. Так, в храме бога Амона-Ра в Карнаке находится лабиринт из 134 колонн, каждая из которых достигает высоты 23 метра. Они, в свою очередь, служат опорами для поперечных балок весом от 60 до 70 тонн.
Восемнадцать капитальных блоков, из которых воздвигнута колонна Траяна в Риме, в сумме весят более 53 тонн. А ведь они были подняты на 34-метровую высоту. В храме римского Юпитера в ливанском городе Баальбеке находятся каменные блоки весом более 100 тонн, поднятые на почти 19-метровую высоту. Сегодня, чтобы поднять даже эти камни на такую высоту, понадобился бы очень мощный кран. А что в таком случае говорить о трилитоне Баальбека, который является частью западной подпорной стены храма. Состоит он из трёх сложенных в ряд известняковых блоков на высоте около 7 метров. Длина каждого из них 21,3 метра, высота – 4,8, ширина – 4 метра и вес – около 800 тонн. В этом случае такие грузы даже самому мощному крану вряд ли окажутся под силу.
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.
Античный подъемный кран
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
