|
Сергій Валянский, Дмитро Калюжний
Вимірювальні прилади і машини
У Єгипті, в зв'язку з будівництвом зрошувальних систем, починають використовувати деякі землемірні інструменти і такі пристосування, як вимірювальний шест, схил, маркет (рівень з схилом), нівелювання за допомогою води, бий (візирна дощечка). У цей період розвивається і вимір затоплених площ, що заклала початок геометрії. Для будівництва великих об'єктів, якими були піраміди, храми, дамби, канали, потрібні були робочі креслення, ескізи.
Мабуть, першою машиною в сучасному розумінні слід назвати водяний млин, то є не що інше, як перетворювач енергії водяного потоку в енергію обертання. Це простий пристрій складається з основного колеса, двох цевочного коліс і робочого органу - двох жорен, нерухомого і рухомого. Перші млини з'явилися на гірських річках і швидко поширилися всюди, де можна було створити перепад води.
Винахід млинів було визначною подією: з'явився новий рушій. До використання енергії людини і тварини додалася енергія води. Одночасно з винаходом млинів з'явилися і зачатки наукових знань.
Іншими областями людської діяльності, в результаті якої виникли машини, було будівництво і водопостачання. З'являються пристрої для підйому і переміщення важких речей, принцип роботи яких зберігся і в сучасних вантажопідйомних механізмах.
Створення систем регульованого зрошення дозволило різко підвищити врожайність. У всіх сферах своєї діяльності люди змогли виробляти набагато більше, ніж раніше, тому що у них були більш досконалі знаряддя і способи праці.
піраміди Єгипту
Найважливішим з усіх досягнень в металургії доісторичного періоду була розробка керованого процесу виплавки бронзи. Як відомо, перші досліди з плавленням мідних руд давали мідь з різними домішками, тобто різні бронзи. Найкращим виявився сплав міді з оловом, перш випадково получавшийся з руд, що містили обидва ці металу. Розгадка таємниці цього сплаву призвела до докорінного поліпшення якості виробів з металу. З'явилася можливість робити більш тверді, складні за формою і більш довговічні вироби.
Ковалі Єгипту виготовляли сокири, тесла, стамески, долота, свердла, ножі, пилки, цвяхи, скоби, голки, бритви, пінцети; теслі - човни, меблі і вже вживали шестишарові фанеру. Про це можна судити по знахідках з єгипетських поховань. Правда, невідомо, до якого часу їх слід віднести; і те ж саме можна сказати про тутешніх пірамідах, «перше чудо світу».
Час їх будівництва неможливо визначити, виходячи з технічних можливостей тієї чи іншої епохи. Виконана будівельниками робота навіть для технологій XVII століття була б архіскладною. Тут - загадка на загадці: не тільки час побудови, але і призначення пірамід загадково. У сучасній єгиптології існує кілька версій, для чого їх будували. Це або пам'ятник утвердження влади і сили, або заупокійний ансамбль, або ритуальний комплекс, а може бути - місце зберігання цінностей (матеріальних та інформаційних), і т.д.
Велика піраміда Хеопса була побудована приблизно з двох мільйонів трьохсот тисяч кам'яних брил загальною вагою 5.75 млн. Т. Середня вага брили становить 2.5 т, а максимальний досягає 15 т (в той же час для інших цілей єгиптяни вирубували з скелі, обробляли і перевозили брили вагою до 200 тонн). Користуючись лише такими простими засобами як полози, катки, поздовжні бруси, канати і важелі, треба було перетягнути ці брили від кар'єрів до берега Нілу, де їх вантажили на барки, перевозили по річці і піднімали на 30 м, до рівня будівельного майданчика.
Згідно з переказами, яке Геродот передав зі слів місцевого жерця, доставкою цих брил до будівельного майданчика займалися по три місяці щорічно протягом 20 років сто тисяч робітників. Число робочих на будівельному майданчику становило чотири тисячі чоловік, і невідомо, скільки ще працювало в кар'єрах і на перевезення.
Бронзовим інструментом можна було дробити тільки м'які скельні породи. Тверді породи розбивали сильними ударами куль долерита (твердий нехрупкій камінь). Ремісники відколювали таким чином від всієї скелі в кар'єрі брилу потрібних розмірів: рішення цього завдання вимагало чимало вправності, так як занадто сильний або занадто слабкий удар не дав би потрібного результату. Для відколювання кам'яних брил вживалися також металеві і дерев'яні клини; для збільшення їх у обсязі майстрові просочували їх водою.
По суті, це було використанням технічних прийомів, що застосовувалися на мідних копальнях. Потрібна форма надавалася блокам - спершу сильними ударами куль з долерита або загостреними молотками і кирками, а на останній стадії обробки - пилами і трубчастими свердлами (приводяться в рух, очевидно, смичкової дрилем), а також абразивними матеріалами.
Але виконати такий великий обсяг роботи, навіть за допомогою використовуваного інструменту, за вказаний час було неможливо. Як же все-таки будували піраміди? З моменту, коли вони потрапили в сферу уваги вчених, і до наших днів багато хто шукав відповідь на це питання, оскільки будівельники пірамід не залишили ніяких роз'яснень з цього приводу.
Першим серед таких шукачів був невтомний грецький мандрівник і історик Геродот, який, як вважають, ще в середині V століття до н.е. відвідав Єгипет і припустив, що піраміди будувалися за допомогою дерев'яних машин, які піднімали блоки з уступу на уступ. Як виглядали ці машини, було невідомо, мабуть, і йому самому. Чотириста років тому Діодор Сицилійський припускав, що підйом кам'яних блоків здійснювали по земляним насипах. Потім майже 1800 років ніхто цим питанням не займався, а потім інтерес спалахнув знову.
Близько 1719 р француз Поль Люка стверджував, що піраміди облицьовані цементом, а не каменем. Англієць Р. Покок в 1745 р висловив припущення про пірамідах як про облицьованих кам'яними плитами горах. Уже в наш час, всього кілька років тому, інженер-хімік Джозеф Давидович відродив гіпотезу про цементної облицюванні, привівши в її підтвердження результати наукових досліджень. Але ось американський інженер Буш знову повернувся до каменя, проте висловив думку, що кам'яні блоки оснащувалися з двох сторін сегментами і таким чином перетворювалися з прямокутних в циліндричні. Буш успішно випробував свій спосіб, вкативая майже тритонний циліндр під укіс зусиллями чотирьох чоловік. Є дуже серйозна версія, що блоків не цельнокаменние, а виготовлені з кам'яно-бетонної суміші.
І.В. Давиденко висловив таку думку:
«Я став причетний до думки Джозефа Давидовича, який стверджував, що піраміди Хеопса зроблені з геополимерного бетону, а не випив з маккотанского вапняку. Для доказу цього я взяв шматок, привезений мені хорошим знайомим, і виколупав з цього так званого вапняку два чудово скачаних кварцових зерна. В якому вапняку ви знайдете всередині таке скачане зерно? Чому у всіх цих блоках взагалі немає шаруватості, яка їм властива? Чому там немає голкошкірих? Маккотанскіе вапняки і знамениті тим, що в них рясна фауна голкошкірих, тобто морських їжаків. Де вони? Їх немає.
До чого я наводжу всі ці приклади: якщо ми хочемо займатися історією, необхідно відстежувати матеріальні джерела - не тільки ті, про які нам говорять, а й ті, які є, але які ми не бачимо.
Я міг би наводити безліч таких прикладів, але все чомусь зацікавилися пірамідою Хеопса: вона така велика, складається з блоків по кілька тонн. Але поруч зі сфінксом стоять два храми - Храм сфінкса і Храм пірамід, де поставлені один на одного блоки по 200 тонн, і це нікого не дивує. Чому не дивує? Вони теж бетонні, вони ніякі не випиляні, спробуйте зірвати з підстави блок 9 на 3 метри, чи вийде це? »
Ось і все з відомих на сьогодні методів. Причому будь-який з них викликає сумнів ще з однієї причини. Геродот пише про сто тисяч чоловік, які працювали протягом 20 років на піраміді Хеопса. Як же вони розміщувалися на майданчику всього в 5 гектарів? Адже на насипу і на самому майданчику одночасно мало перебувати багато людей, що тягли волокуші з блоками. Про це говорять і дані експерименту, проведеного в 1954 р британськими археологами в Стоунхенджі (Англія). Вони відтворили перевезення півторатонних кам'яних блоків. Найпростіші дерев'яні санчата з прив'язаним до них кам'яним блоком 32 молодих міцних хлопця ледь тягли вгору по похилій площині з ухилом 4 °.
У 1978 р група японських ентузіастів намагалася побудувати всього лише 11-метрову піраміду, використовуючи похилу насип і волокуші для підйому кам'яних блоків, але зазнала невдачі. Насип виявилася занадто крутий, щоб витягати з неї вилікуєш з вантажем, і добудовувати піраміду довелося сучасній техніці.
Піраміду Хеопса по «історичним» даними будували тридцять років (приблизно десять тисяч днів), і було укладено, як уже сказано, два мільйони триста тисяч блоків. Ділимо цю кількість на десять тисяч, отримуємо 230 блоків в день. В середньому в році світловий день дорівнює 12 годинам. Ділимо 230 на 12. Отримуємо приблизно 19.1 блоку в годину. Це означає, що блоки потрібно подавати на майданчик кожні 3.1 хвилини, щоб за годину набрати 19.1 (а між іншим, .каменоломні не знаходились поруч).
Скільки потрібно одночасно обробляти блоків, щоб на виході з каменоломень в день було 230? Скільки потрібно для цього працівників? Чим обробляли? Скільки блоків має перебувати в дорозі, щоб до піраміді придушити через кожні 3.1 хвилини? Скільки для цього потрібно народу? Скільки потрібно кілометрів мотузок? Волоком тягнути блоки неможливо (застрягнуть в піску), потрібні якісь катки. Скільки для цього потрібно колод, і де їх брали?
Яким чином блоки переправляли через Ніл? Як вантажили на човни (баржі, пороми або плоти)? Чим годували величезну армію працівників? Як здійснювали постійні спеціальні поставки продовольства?
Питань більше, ніж відповідей.
Жодна зі сторін піраміди Хуфу не відрізняється від інших по довжині більш, ніж на 20 см. Вся структура в цілому повністю зорієнтована за компасом. Тим часом єдиними доступними геодезичними засобами вимірювання в ті часи, до яких відносять будівництво, могли бути візування зірок, мірні рейки, можливо, схили і вода для нівелювання.
Метод нівелювання, імовірно отримав розвиток з досвіду нівелювання іригаційних каналів, полягав у прориття навколо споруджуваної піраміди невеликого рову, що заповнюється потім водою для того, щоб відраховувати від нього вимагається рівень. І незважаючи на те, що ці вимірювальні засоби були настільки примітивні, найбільша і найменша з граней (висотою близько 249 м.) Відрізнялися один від одного дуже незначно!
Найбільше відхилення кута між суміжними сторонами основи від прямого кута становить близько однієї двадцятої градуса, а максимальне відхилення окремих частин підстави від середнього рівня дорівнювало 1.25 см. Ймовірно, єгиптяни використовували несподіване технічне рішення, яке не отримало розвитку в подальшому, а тому забуте.
А.Ф. Сайфутдінов в статті «Замки на піску» задався питанням, як домагалися повного заповнення пустот і вирівнювання поверхні. Ідеальний випадок - коли поверхня серцевини, на яку будуть укладатися блоки для ребер піраміди, сама стає рівною по всій довжині і абсолютно точно приймає необхідний кут нахилу ребра! Як цього добитися, використовуючи доступні стародавнім єгиптянам ресурси? За допомогою піску, якого єгиптяни мали хоч греблю гати! Автор статті пише:
«Якщо спробувати насипати піщаний горбок, то виявиться, що кут нахилу його поверхні буде скрізь однаковий. Цей кут називається кутом природного укосу. Така властивість притаманне будь-якому сипучому тілу. А хто, як не єгиптяни, що живуть в оточенні пустель, могли краще знати властивості піску ?!
Пісок чудово замінює кутомір: якщо поверх серцевини насипати шар піску, то по всій довжині укосу вийде рівна поверхня з ПОСТІЙНИМ КУТОМ НАХИЛУ.
З будь-якого будівельного довідника відомо, що кут природного укосу піску знаходиться в межах 40-45 ° залежно від розмірів піщинок, вологості і домішок. Кут нахилу ребер піраміди Хусрев становить 42 °, піраміди Хасрри - трохи більше 42 °. Тобто він потрапляє в ці межі! Цілком можливо, що кут природного укосу піску, яким користувалися давньоєгипетські будівельники, дорівнював саме 42 °. Судячи з такого кута укосу, це міг бути дрібний пісок, можливо, з деякими домішками, наприклад з мулом.
А як бути з кутом нахилу граней піраміди? Якщо будівельники забезпечували за допомогою піску правильний нахил ребер, то це автоматично визначало кут нахилу граней. Нескладні розрахунки показують, що для піраміди Хусрев кут нахилу ребер в 42 ° забезпечує нахил граней під кутом в 51 ° 52 '. Для піраміди Хасрри при куті нахилу в 42 ° 29 'нахил граней складе 52 ° 20'. Саме такі кутові розміри і мають ці піраміди в дійсності ».
Залізний вік
Вважається, що не було ніяких великих винаходів (та й число другорядних невелика) до настання століття заліза, докорінно змінив умови життя. А поки він не настав у всій красі, в хід йшли часом бронзові леза мотик і лемешів. У варварської Європі було звичайним використання бронзи для важких і грубих робіт. Робочі мідних рудників в Австрійських Альпах користувалися кувалдами і зубилами з насадками з бронзи.
Але бронза, рідкісний і дорогий матеріал, мало розширила влада людини над природою. У великих кількостях з неї ніколи не робили землеробських знарядь, внаслідок чого землеробство залишалося майже на тому ж рівні, що і до появи бронзи. А значить, умови життя в цілому майже не змінювалися, і додатковий сільськогосподарський продукт продовжував бути настільки мізерним, що ремеслом могла зайнятися лише незначна прошарок.
Тому з бронзи, крім зброї, виготовляли ще переважно лише засоби праці для нечисленних ремісників, за допомогою яких ті виробляли предмети розкоші для невеликого класу знаті. В цілому ж виробництво залишалося на рівні кам'яного віку. Навіть великі іригаційні споруди в Єгипті будувалися в більшості випадків кам'яними і дерев'яними знаряддями. Влада держави не могла бути сильною, оскільки не було коштів, - їх не було з кого збирати у великих кількостях.
І це - напередодні залізного віку!
Легко зрозуміти, що якби в Єгипті невеликі групи людей не почали в невідомі часи садити зерно в землю, а продовжували харчуватися дикорослими фініками, то до сих пір по нашій планеті бродили б дикі племена, харчуючись «дарами природи».
А з появою землеробства розвиток в одних сферах життя підстьобувало прогрес в інших, і черговий стрибок в технологіях безсумнівно був пов'язаний з використанням заліза. Але виплавка заліза з руд і виробництво з нього коштів праці виявилися вельми складною справою. Адже вся історія металургії - це, по суті, історія отримання все більш високої температури. Скажімо прямо, в перших примітивних печах взагалі не можна було досягти такого нагріву, щоб розплавити метал.
А коли навчилися будувати відповідні печі, стали отримувати метал у вигляді найдрібніших затверділих грудочок (криця), загублених в масі шлаку. Цю суміш доводилося повторно нагрівати і багаторазово проковувати, щоб видалити шлак і отримати з розрізнених крапельок суцільний шматок заліза. І для того часу це була складна технологія: Оволодівши нею, людина отримала велику вигоду. Більш висока міцність заліза в порівнянні з бронзою, загальнодоступність залізних руд і, нарешті, більш дешевий процес виробництва остаточно витіснили бронзу. Повсюдна поширеність заліза в природі дозволила виплавляти і використовувати його на місці, без далеких перевезень і торгового обміну.
Дешеве залізо докорінно змінило спосіб життя. Хлібороб отримав, нарешті, металеві знаряддя, що підвищили продуктивність праці при обробці землі. З залізним сокирою виявилася можливою розчищення під посіви великих лісових масивів. Адже щоб зрубати дерево кам'яною сокирою, потрібний не один день роботи, а тепер мова йшла про годинник, а іноді і про хвилини!
Дуже швидко з'явився найрізноманітніший залізний інвентар для сільського працівника, в тому числі лопати, заступи, вила, кирки, мотики, коси і сікачі, ножиці для стрижки овець (до цього шерсть просто вискубували). Ними стали користуватися також для стрижки волосся і розрізання тканин. Значне зростання продуктивних сил у землеробстві примножив додатковий продукт, що дозволило збільшити прошарок спеціалістовремесленніков. Продукція, вироблена ремісниками, стала надбанням широких верств суспільства, а не тільки обраної купки знаті. І до речі, почався кількісне зростання і знаті теж.
З'явилися машини для виробництва борошна, оливкового масла, вина. До цього вино тиснули тільки для домашнього вжитку та сік з винограду вичавлювали в мішках, скручуються з кінців, тепер же винайшли спеціальні преси. Першим був так званий балковий прес.
А ось більш складний гвинтовий прес з'явився набагато пізніше, хоча офіційна історія і відносить його до другого або першого сторіччя до нашої ери. Взагалі винахід гвинта приписують Архітасу з Таранто (приблизно 400 рік до н.е.), але проблема в тому, що сама гвинтова пара - дуже складний пристрій. Якщо хід різьби у гвинта не збігається з ходом різьблення гайки, ця пара не буде працювати. А як же в ті часи можна було зробити їх однаковими? Це мала бути як мінімум токарний верстат.
З появою заліза і ремісник отримав більш різноманітні знаряддя праці, і до того ж знаряддя кращої якості. Теслі стали користуватися лісопильної рамою, лучковою і дворучний пилкою. Більш того, різних інструментів з заліза стало багато більше, ніж раніше з бронзи і каменя. З'явилися бурав і рубанок. Вживалися ручні свердла і дрилі, які приводили в рух скрученої тятивою лука. Ковалі працювали з кліщами, лещатами, зубилом, свердлами і більш досконалими ковальськими хутрами. Тепер у них були спеціальні молоти декількох видів, чого не було у їх попередників.
Блок був винайдений, мабуть, в початковий період залізного віку. Це дуже потрібне пристосування, здавалося б, легко могли винайти багато раніше люди, знайомі з колесом. Однак, за наявними досить достовірними даними, відомо, що єгиптяни бронзового століття не піднімали вітрила за допомогою блоку і безумовно не користувалися ним на великих будівельних роботах. Перше, як вважають, зображення блоку є на барельєфі в Ассирії, який датують VIII століттям до н.е., але сама хронологія Ассирії викликає багато питань, так що ми поки не будемо поспішати з розстановкою дат. Можливо, блок, хоч він і найпростіший з механізмів, не міг бути виготовлений рано і досить дешевим способом, поки не з'явилося залізо.
Поява блоку викликало корінний переворот в будівництві. Він дозволив піднімати і укладати на місце каміння набагато продуктивніше, ніж в бронзовому столітті, коли їх піднімали по земляний похилій площині з наступним скиданням на потрібне місце. Блок швидко перетворився в елементарний підйомник; також увійшли в ужиток двуноги з талями.
Вважається, що на Апеннінському півострові було зроблено дуже важливе відкриття - пуццолановий ( «путеоланскій») розчин, що виготовлявся з подрібненої породи вулканічного походження. Незабаром на цьому розчині став виготовлятися римський бетон. Дрібний кам'яний щебінь, бита цегла чергувався рівними шарами з цементним розчином, утворюючи незламну бетонну кладку, що не поступалася по міцності кам'яним блокам. Тут потрібно відзначити, що застосування вулканічних порід дозволило італійцям обійтися без прожарювання сировини, оскільки в той час не було можливості досягати необхідних температур. Без вулкана ніякого цементу вони б не винайшли.
При будівництві користувалися в основному ручними знаряддями: колінчатими і простими важелями для установки кам'яних плит, молотками для забивання скоб, лопатками для нанесення розчину і дощечками з рукояткою для його вирівнювання. Перевірки інструмент складався з циркуля, схилу, прутами, рейки і шнура. Був також відомий рівень у вигляді відкритого жолобка, наповненого вщерть водою.
Розвиток виробництва стимулювало торгівлю, а ця остання в свою чергу вимагала змінити характер виробництва. На перших порах товари навіть на зовнішній ринок виробляла жменька самостійних ремісників. Потім стало ясним, що виробництво товарів на ринок ефективно при концентрації продуктивних сил в великих майстерень, де кожен працівник спеціалізується на одній операції, а всі разом зайняті масовим виробництвом товарів. Нарешті, всім стала ясна корисність механізмів.
Але історія механізмів - окрема тема і заслуговує на окрему розповідь.
|