З історії техніки: напередодні реальній історії

Сергій Валянскій, Дмитро Калюжний

Вимірювальні прилади і машини

В Єгипті, у 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 та вимірювання затоплених площ, 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 найпростіше пристрій складається з основного колеса, двох цевочних коліс і робочого органу - двох жорен, нерухомого та 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, були будівництво та водопостачання. З'являються пристрої для підйому та переміщення ваг, 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 та способи праці.

Піраміди Єгипту

Самим важливим з усіх досягнень в металургії доісторичного періоду була розробка керованого процесу виплавки бронзи. Як відомо, перші досліди з плавкою мідних руд давали мідь із різними домішками, то є різні бронзи. Найкращим виявився сплав міді з оловом, перш випадково отримує з руд, містили обидва ці металу. Розгадка таємниці цього сплаву призвела до корінного поліпшення якості виробів з металу. З'явилася можливість робити більше тверді, складні за формою та більш довговічні вироби.

Ковалі Єгипту виготовляли сокири, тесла, стамески, долота, свердла, ножі, пилки, цвяхи, скоби, голки, бритви, пінцети; теслі - човни, меблі і вже вживали шестіслойную фанеру. Про це можна судити за знахідками з єгипетських поховань. Правда, невідомо, до якого часу їх слід віднести, і той же саме можна сказати про тутешні 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 архіскладної. Тут - загадка на загадку: 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 березі Нілу, де їх вантажили на барки, перевозили по річці і піднімали на 30 м, до рівня будівельного майданчика.

Згідно переказами, яке Геродот передав зі слів місцевого жерця, доставкою цих брил до будівельному майданчику займалися по три місяці щорічно протягом 20 років сто тисяч робітників. Кількість робітників на будівельному майданчику становило чотири тисячі людина, 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 долеріта (твердий нехрупкій камінь). Ремісники відколювали таким чином від усієї скелі в кар'єрі брилу потрібних розмірів: рішення цього завдання вимагало чимало вправності, тому що 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 останніх у обсязі майстрові просочували їх водою.

За суті, це було використанням технічних прийомів, що застосовувалися на мідних рудниках. Потрібна форма надавалася блокам - спершу сильними ударами куль з долеріта або загостреними молотками і кирками, а на останній стадії обробки - пилами і трубчастими свердлами (що 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 шукали відповідь на це питання, оскільки будівельники пірамід не залишили ніяких роз'яснень з цього приводу.

Першим серед таких шукачів був невтомний мандрівник і грецький 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, що піднімали блоки з уступу на уступ. Як виглядали ці машини, було невідомо, мабуть, і йому самому. Чотириста років по тому Діодор Сіцілійський припускав, що підйом кам'яних блоків здійснювали із земельних насипах. Потім майже 1800 років ніхто цим питанням не займався, а потім інтерес спалахнув знову.

Близько 1719 француз Поль Люка стверджував, що піраміди облицьовані цементом, а не каменем. Англієць Р. Покок в 1745 р. висловив припущення про піраміди як про облицьованих кам'яними плитами горах. Уже в наш час, всього кілька років тому, інженер-хімік Джозеф Давидович відродив гіпотезу про цементної облицювання, привівши в її підтвердження результати наукових досліджень. Але ось американський інженер Буш знову повернувся до каменя, однак 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 тритонки циліндр по похилій площині зусиллями чотирьох чоловік. Є досить серйозна версія, що блоки 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 геополімерного бетону, а не випив з маккотанского вапняку. Для доказу цього я взяв шматок, привезений мені гарним знайомим, і виколупав з цього так званого вапняку два чудово скручений кварцових зерна. У якому вапняку, ви знайдете всередині таке скатані 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? Їхній ні.

До чого я наводжу всі ці приклади: якщо ми хочемо займатися історією, необхідно відслідковувати матеріальні джерела - не тільки ті, про які нам говорять, але й ті, які є, але які ми не бачимо.

Я міг би наводити безліч таких прикладів, але всі чомусь зацікавилися пірамідою Хеопса: вона така велика, складається із блоків по кілька тонн. Але поруч зі сфінксом стоять два храми - Храм сфінкса й 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 випиляних, спробуйте зірвати з підстави блок 9 на 3 метра, чи вийде це? »

Ось і всі з відомих на сьогодні способів. Причому будь-який з них викликає сумнів ще з однієї причини. Геродот пише про сто тисяч чоловік, що працювали протягом 20 років на піраміді Хеопса. Як же вони розміщувалися на майданчику всього в 5 гектарів? Адже на насипу і на самій 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 ледве тягнули вгору по похилій площині з ухилом 4 °.

В 1978 група японських ентузіастів намагалася побудувати всього лише 11-метрову піраміду, використовуючи похилий насип і волокуші для підйому кам'яних блоків, але зазнала невдачі. Насип виявилася занадто крутий, щоб витягати з неї волокуші з вантажем, і добудовувати піраміду довелося сучасній техніці.

Піраміду Хеопса по «історичним» даними будували тридцять років (приблизно десять тисяч днів), і було укладено, як вже сказано, два мільйони триста тисяч блоків. Ділимо цю кількість на десять тисяч, отримуємо 230 блоків на день. У середньому на рік світловий день дорівнює 12 годинам. Ділимо 230 на 12. Отримуємо приблизно 19.1 блоку в год. Це означає, що блоки потрібно подавати на майданчик кожні 3.1 хвилини, щоб за годину набрати 19.1 (а між іншим,. каменоломні не знаходилися поруч).

Скільки потрібно одночасно обробляти блоків, щоб на виході з каменоломень в день було 230? Скільки потрібно для цього працівників? Чим обробляли? Скільки блоків повинно перебувати в дорозі, щоб до піраміди 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 постачання продовольства?

Запитань більше, ніж відповідей.

Ні одна з сторін піраміди Хуфу не відрізняється від інших по довжині більше, 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, схил і вода для нівелювання.

Метод нівелювання, імовірно що одержав розвиток з досвіду нівелювання іригаційних каналів, полягав у прориття навколо спорудженої піраміди невеликого рову, заповнюваного 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 настільки незначно!

Найбільше відхилення кута між суміжними сторонами підстави від прямого кута складає близько однієї двадцятої градуси, а максимальне відхилення окремих частин підстави від середнього рівня дорівнювало 1.25 см. Імовірно, єгиптяни використовували несподіване технічне рішення, яке не отримало розвитку в надалі, а тому забуте.

А.Ф. Сайфутдінов у статті «Замки на піску» задався питанням, як домагалися повного заповнення пустот і вирівнювання поверхні. Ідеальний випадок - коли поверхню серцевини, на яку будуть укладатися блоки для ребер піраміди, сама стає рівної по всій довжині і абсолютно точно приймає необхідну кут нахилу ребра! Як цього домогтися, використовуючи доступні стародавнім єгиптянам ресурси? За допомогою піску, якого єгиптяни мали скільки завгодно! Автор статті пише:

«Якщо спробувати насипати піщаний горбок, то виявиться, що кут нахилу його поверхні буде скрізь однаковий. Цей кут називається кутом природного укосу. Таку 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 по такому куті 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 кількість другорядних невелика) до настання століття заліза, докорінно змінило 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 копалень у 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 й до появи бронзи. А отже, умови життя в цілому майже не змінювалися, і прибавочний 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 та дерев'яними знаряддями. Влада держави не могла бути сильною, оскільки не було коштів, - їх не з кого було збирати у великих кількостях.

І це - напередодні залізного віку!

Легко зрозуміти, що якби в Єгипті невеликі групи людей не почали у невідомі часи саджати зерно в землю, а продовжували харчуватися дикорослими фініками, то до цих пір по нашій планеті бродили б дикі племена, харчуючись «дарами природи».

А з появою землеробства розвиток в одних областях життя підстьобувало прогрес у інших, і черговий стрибок в технологіях безсумнівно був пов'язаний з використанням заліза. Але виплавка заліза з руд і виробництво з нього засобів праці виявилися дуже складною справою. Адже вся історія металургії - це, по суті, історія отримання все більш високої температури. Скажімо прямо, в першу 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. Більше 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 змінила спосіб життя. Хлібороб отримав, нарешті, металеві знаряддя, 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 години, а іноді і про хвилини!

Дуже швидко з'явився найрізноманітніший железний інвентар для сільського працівника, в тому числі лопати, заступи, вила, кирки, мотики, коси і Секачі, 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 кількісний ріст і знати 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-решт, тепер же винайшли спеціальні преси. Першим був так званий балковий прес.

А от 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 різьблення у гвинта не збігається з ходом різьби гайки, ця пара не буде працювати. А як же в ті часи можна було зробити їх однаковими? Потрібен був як мінімум токарний верстат.

З появою заліза і ремісник отримав більш різноманітні знаряддя праці, і притому знаряддя кращої якості. Теслярі стали користуватися лісопильної рамою, лучкового і дворучної пилкою. Більш того, різних інструментів із заліза стало багато більше, ніж раніше з бронзи і каменю. З'явилися свідерок і рубанок. Вживалися ручні свердла і дрилі, які приводили в рух скрученою тятивою лука. Ковалі працювали з кліщами, лещатами, зубилом, свердлами і більше досконалими ковальськими хутром. 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 що не будемо поспішати з розміщенням 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 камені набагато продуктивніше, ніж в бронзовому столітті, коли їх піднімали по земляний похилій площині з подальшим скиданням на потрібне місце. Блок швидко перетворився на елементарний підйомник; також увійшли до побут двоногих з талями.

Вважається, що на Апеннінському півострові було зроблено дуже важливе відкриття -- пуцоланові ( «путеоланскій») розчин, який виготовляється 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, не поступався за міцності кам'яних блоків. Тут потрібно зазначити, 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 будівництва користувалися в основному ручними знаряддями: колінчатими і простими важелями для встановлення кам'яних плит, молотками для забивання скоб, лопатками для нанесення розчину і дощечками з ручкою для його вирівнювання. Перевірочний 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 ясно, що виробництво товарів на ринок ефективно при концентрації продуктивних сил у 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.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.courier.com.ru