корзина покупок
 Выбрано: 0 товаров
 Сумма: 0 руб.

Корзина пуста
Очистить Оформить
лого
Главная - Уголок покупателя - Связаться с нами - Статьи - В кредит on-line

Развитие техники на Ближнем Востоке в средние века

Запад привык считать, что его интеллектуальное развитие определялось главным образом внутренними факторами. К своему наследию он относит достижения промышленной революции, идеи эпохи Просвещения и Ренессанса, монастырские рукописи средневековья, и, как истоки, изобретения древних греков и римлян.

Однако такая картина не может быть полной, поскольку она игнорирует роль Византии, Индии, Китая и исламского мира. В настоящей статье будут рассмотрены технические достижения исламских стран в средние века, какие более ранние технические идеи были использованы инженерами той эпохи, а также их собственный вклад в развитие техники, включая изобретения, которые опередили инженерную мысль Запада.

Развитие техники на Ближнем Востоке в средние векаВ X в. численность населения Багдада достигла примерно 1,5 млн. человек. Крупными были города Кордоба, Каир, Самарканд, хотя их население было не столь многочисленным. Для сравнения отметим, что число жителей Парижа в X — XIV вв. не превышало 100 тыс. человек. Накормить и одеть население крупных городских центров исламского мира можно было лишь в условиях хорошо развитого сельского хозяйства и системы обеспечения. Последние в свою очередь зависели от технологии орошения полей и переработки выращенного урожая.

В связи с этим мы прежде всею рассмотрим, как использовалась вода и ее энергия, после чего перейдем к описанию водяных и ветряных мельниц, а затем (обращаясь к дошедшим до нас немногочисленным трактатам) — к описанию водяных часов и различных автоматических устройств. Некоторые из них сегодня могут показаться слишком простыми, но не следует забывать, что идеи, заложенные в их основе, а также детали и технология изготовления вошли в арсенал европейских инженеров лишь в эпоху Возрождения.

Самым древним водоподъемным приспособлением является шадуф, представляющий собой коромысло, на одном конце которого подвешен груз, а на другом — ведро, которым черпали воду из колодца или ручья. Древнейшие изображения шадуфа можно встретить на аккадских рельефах, возраст которых составляет 4500 лет, Шадуф и сейчас еще используется в некоторых уголках Ближнего Востока. В других наиболее распространенных водоподъемных приспособлениях, появившихся в III — I вв. до н. э., используется принцип винта, называемого «водяной улиткой», изобретение которой приписывают Архимеду. Улитка состоит из геликоидальной деревянной лопасти, вращающейся внутри деревянного цилиндра. Это устройство способно подавать воду наверх, когда уклон не превышает 30°, обычно же оно использовалось в условиях, когда уклон составлял примерно 20°.

Поднимать воду на большую высоту стало возможным с появлением нории — большого колеса, приводимого в движение потоком воды. Это колесо имело ряд сосудов, расположенных между лопастями. Вода, зачерпнутая и поднятая сосудами, выливалась в резервуар или акведук. Нории были весьма большими. Так, колеса норий на реке Оронтес близ города Хама (Сирия) имеют диаметр около 20 м. Для приведения нории в движение не требуется физической силы человека или животных, вместе с тем строительство и содержание этого сооружения обходилось весьма дорого.

Самой распространенной из всех водоподъемных машин, которые были использованы и усовершенствованы на Ближнем Востоке в средние века, является сакие. Сакие состоит из множества черпаков, связанных в цепь, и вертикального колеса, приводимого во вращение одним или двумя быками. При движении быков по кругу упряжная тяга поворачивает ось, на которой насажено ведущее колесо зубчатой передачи, при этом вращение передается вертикальному зубчатому колесу, приводящему во вращение рабочее колесо сакие, а вместе с ним и гирлянду глиняных сосудов, привязанных к двум веревкам. Подобная гирлянда сосудов более всего подходит для подъема сравнительно небольших количеств воды из довольно глубоких колодцев.

Для подъема больших количеств воды на сравнительно небольшую высоту необходимы были другие механизмы. Одним из таких механизмов является спиральное водоподъемное колесо, позволяющее поднимать воду на поверхность земли и отличающееся высокой производительностью. Такие колеса широко используются в Египте и в наставшее время. Инженеры одной из исследовательских лабораторий близ Каира сейчас пытаются усовершенствовать спиральное колесо для достижения максимальной производительности. Хотя конструкция колеса выглядит весьма современной, на самом деле это далеко не так: на одной из миниатюр XII в, из Багдада изображено спиральное водоподъемное колесо, приводимое во вращение двумя быками.

Все эти водоподъемные машины и сейчас используются во многих странах Ближнего Востока, бедных нефтью, поскольку по своей производительности эти машины часто не уступают дизельным насосам. Кроме того, они не требуют импортируемых видов топлива, запасных частей или затрат труда. А в условиях, когда даже один день вынужденного простоя машины может привести к гибели урожая, надежность становится вопросом жизни и смерти.

Поскольку водоподъемные машины играли большую роль в экономике многих стран исламского мира, неудивительно, что там предпринимались попытки придумать новые или усовершенствовать существующие конструкции машин.

На наш взгляд, самым важным аспектом этих механизмов и устройств являются идеи, лежащие в их основе, и конструкция деталей, из которых они состоят. Например, одно из изученных нами устройств предназначено для обеспечения баланса нагрузки. В другом устройстве используется кривошип, первый из известных примеров, когда эта важная деталь работает не «в ручном режиме». Некоторые из этих механизмов и устройств составляли механическую основу предметов развлекательного характера.

Механизм, содержащий наибольшее число элементов, являющихся несомненно техническим достижением того времени, был предназначен для практических целей — имеется в виду двухцилиндровый всасывающий насос с приводом от водяного колеса. Поток воды вращал лопастное колесо, которое приводило во вращение два зубчатых колеса — вертикальное и горизонтальное. В последнем имелась прорезь, в которую вставлялся вертикальный штифт.

При вращении горизонтального колеса возвратно-поступательное движение передавалось двум стержням, а вместе с ними — двум поршням, состоящим из пары медных дисков диаметром около 6 см, зазор между которыми был заполнен пенькой. Поршни двигались в медных цилиндрах, причем каждое плечо насоса имело свою всасывающую и напорную трубу. Когда один поршень делал ход нагнетания, другой — ход всасывания. Конструкция этого насоса имеет три замечательные особенности: в ней весьма эффективным способом вращательное движение превращается в возвратно-поступательное, в насосе использован двухтактный принцип и это первый из известных насосов, имеющих трубы всасывания.

Значительная роль в средневековых технических проектах на Ближнем Востоке отводилась сооружениям, использующим энергию воды. Изучая возможности той или иной реки или ручья, инженеры обычно оценивали, сколько на них можно построить мельниц.

Начиная с классической эпохи на Ближнем Востоке использовали три главных типа водяных колес — горизонтальное и два типа вертикальных колес. Горизонтальное колесо имеет лопатки, отходящие от деревянного ротора, на который направлялась струя воды. В современной Европе конструкция водяного колеса горизонтального типа была изменена так, чтобы движение воды было направлено вдоль оси колеса, т. е. по сути дела колесо это превратилось в турбину. Интересно, что колеса с изогнуты ми лопатками, работающие в режиме, когда поток имеет осевое направление, описаны в одном из арабских трактатов XIX в.

Более мощные вертикальные водяные колеса бывают двух типов — подливное и верхнебойное. Как правило, первое представляет собой лопастное колесо, приводимое во вращение потоком воды снизу. Верхнебойное колесо приводится во вращение под действием падающей сверху воды, которая часто поступает по специальному желобу или каналу.

В засушливые периоды, когда уровень воды в реке падает, подливное колесо теряет часть своей мощности. Если же оно укреплено на берегах реки, то его лопасти могут оказаться выше уровня воды. Чтобы избежать этого, подливные колеса часто укрепляли на быках мостов, там, где глубина больше. Другой распространенный способ состоял в том, что колеса подливного типа устанавливали посреди речки в основании водяной мельницы. В X в. в Верхней Месопотамии (житнице Багдада) на реках Тигр и Евфрат работали огромные мельницы, сооруженные из тика и железа, которые могли производить за сутки 10 т муки.

Хотя мельницы в основном использовались для размола зерна, они имели также множество других промышленных применений, среди них — сукнование, дробление руд, шелушение риса, измельчение сахарного тростника. Чтобы приспособить водяные колеса для этих целей, обычно использовали кулачки, насаженные на вал колеса или привода. Кулачок приводил в действие рычажный молот, с помощью которого обрабатывали тот или иной материал.

Там, где недоставало энергии воды, мусульмане использовали энергию ветра. Неудивительно, что ветряные мельницы были изобретены (вероятно, в начале VII в.) в том районе, где отсутствовали реки. Этим районом был Сейстан (ныне западная часть Афганистана). Ветряные мельницы устанавливались на специальных опорах или башнях дворцов и вершинах холмов. Они состояли из верхнего отсека, где размешались жернова, и нижнего, где находился ротор. От вертикальной оси отходили 12 или 6 матерчатых лопастей. Поток воздуха, попадая в вентиляционные отверстия, выполненные в форме воронки и расположенные в роторной части мельницы, приводил ротор во вращение.

Этот тип ветряной мельницы распространился по всему исламскому миру, а затем в Китае и Индии. В средневековом Египте он использовался для обработки сахарного тростника, однако чаше всего его применяли для перемалывания зерна.

Теперь обратимся к механизмам, которые в отличие от вышеописанных не имели сугубо утилитарного назначения. Можно сказать, что эти механизмы выполнены по тонкой технологии, поскольку чаше всего они использовались в качестве приборов. К ним можно отнести водяные часы, которые использовались в астрономических наблюдениях, а также устанавливались в публичных местах; астрономические приборы, служившие как для наблюдений, так и для вычислений; механизмы, предназначенные для того, чтобы развлекать и доставлять эстетическое удовольствие придворным кругам. Некоторые механизмы использовались в учебных целях, например для демонстрации законов пневматики, как их понимали в то время. Из всех этих механизмов сохранились лишь астрономические приборы и остатки двух больших водяных часов в Фезе (Марокко), и мы можем судить об этих механизмах лишь по их описанию в двух дошедших до нас арабских трактатах.

Первый из этих трактатов написан тремя братьями Бану Муса («бану» на арабском означает «братья»), которые жили в Багдаде в IX в. Они были покровителями ученых и переводчиками, а также сами занимались научными изысканиями и слыли большими учеными. Они занимались также общественной деятельностью, проводили геодезические обследования и написали ряд книг по математике и вопросам науки, из которых уцелели только три.

Для нас наибольший интерес представляет их «Книга замысловатых механизмов», в которой содержатся описания (каждое из них снабжено иллюстрацией) 100 механизмов, из которых примерно 80 — «загадочные сосуды». Кроме того, в книге дано описание фонтанов, меняющих форму через определенные интервалы, лампы с ветровой зашитой, противогаза предназначенного для использования в загазованных шахтах, а также приспособления для подъема грузов со дна реки. Последнее имеет такую же конструкцию, как и современный двухчелюстный ковш.

«Загадочные сосуды» имели ряд замечательных особенностей. Например из одной выходной трубки сосуда могло выливаться сначала вино, затем вода и; наконец, смесь того и другого. Казалось бы, в самом этом эффекте нет ничего особенного, однако устройства, с помощью которого он достигался, имеют большое значение в истории техники. Братья Бану Муса мастерски использовали небольшие вариации в аэро- и гидростатическом давлении, а также конические клапаны в качестве «встроенных» компонентов. Это было первое из известных применений конических клапанов в качестве автоматических регуляторов.

Из нескольких этих сосудов воду можно выливать небольшими порциями, если же вылить сразу много воды, то больше жидкости сосуд «не даст». Говоря современным языком, этот сосуд представлял собой запрограммированную систему.

Другой дошедший до нас трактат был наткан аль-Джазари в конце XII в. Его автор был слугой артукидских князей, вассалов Саладина (который одержал победу над Ричардом Львиное Сердце во время третьего крестового похода). Работа аль-Джазари выдвигает его в первые ряды инженеров из всех регионов в эпоху, предшествующую Ренессансу.

Несколько механизмов аль-Джазари были реконструированы по его описаниям современными мастерами. Эти описания содержат гораздо больше деталей, чем было принято в те дни, когда еще не существовало авторского права. Такая открытость — явление весьма редкое вплоть до настоящего времени.

В часах аль-Джазари ход времени отмечается с помощью автоматических устройств. Элементы этих устройств выполнены в виде птиц, выпускающих из клюва маленькие шарики на тарелки; дверок, через которые появляются человеческие фигурки; вращающегося диска со знаками Зодиака; фигурок музыкантов, играющих на трубах и барабанах, и т. д. Часы и фигурки приводились в движение с помощью системы блоков. В самых больших водяных часах, имевших циферблат размером 3,3 х 1,4 м, движение обеспечивалось за счет тяжелого поплавка, находившегося в круглом резервуаре.

Для нормальной работы водяных часов необходимо было поддерживать постоянство потока на выходе из резервуара. Эта задача была решена блестяще. От нижней части резервуара отходила бронзовая трубка, оснащенная краном. Трубка была согнута под прямым углом и оканчивалась воронкой, образующей седло конического клапана. Непосредственно над ним был установлен небольшой цилиндрический сосуд, в котором находился поплавок с клапанной заглушкой.

При открывании крана вода поступала в поплавковую камеру, поплавок поднимался и вводил заглушку в седло клапана. Когда вода вытекала через трубку внизу поплавковой камеры, клапан открывался. Когда же вола поступала из резервуара, клапан закрывался, и т. д. Тем самым в поплавковой камере поддерживался почти постоянный напор с помощью системы регулирования с обратной связью, поэтому поплавок в резервуаре перемещался с постоянной скоростью. По словам аль-Джазари, идею для своего изобретения он почерпнул из более простого варианта механизма, авторство которого он приписывает Архимеду.

Эти часы отмечали не отрезки времени продолжительностью 60 минут, а временные интервалы, поскольку часы дня и ночи были разделены на 12 частей для обозначения часов, меняющихся при изменении сезонов. С этой целью в часах использовалось специальное приспособление, состоящее из трубочки, идущей от поплавковой камеры, и регулятора потока. В последнем имелось отверстие, которое могло вращаться по кругу, в результате чего менялся гидростатический напор ниже поверхности воды в резервуаре. Прежние регуляторы потока были неточными, но аль-Джазари описывает, как он точно откалибровал прибор методом проб и ошибок. В другом типе часов, возможно, изобретенных самим аль-Джазари, используется система с замкнутым контуром: часы работали, пока были нагружены металлическими шариками, ударявшими в гонг.

Аль-Джазари описывает также часы-свечу, принцип действия которых был у всех одинаков. Эти часы состояли из большой свечи постоянного сечения и известного веса. Свеча устанавливалась внутри металлического кожуха, снабженного крышкой. Выточенная на токарном станке, крышка была абсолютно плоской и имела отверстие в центре, вокруг которого было сделано углубление.

Свеча, скорость горения которой была известна, находилась под крышкой, в отверстие которой выходил фитиль. Воск, накапливавшийся в углублении крышки, периодически удаляли с тем, чтобы он не препятствовал процессу горения. Свеча покоилась на блюдце, опоясанном кольцом, к которому через систему блоков присоединялся противовес. По мере горения свечи она поднималась вверх с постоянной скоростью. Аналоги часов-свечи, имевших столь же сложную конструкцию, не известны.

В других главах своей книги аль-Джазари описывает фонтаны и музыкальные автоматы, интересные тем, что в них вода переливалась из одного большого резервуара в другой через равные промежутки времени, длительностью 1 или 0,5 часа; при этом в качестве гидравлических переключателей использовались несколько хитроумных приспособлений. В книге имеется также описание самых разнообразных механических устройств, включая большую металлическую дверь, секретный замок, а также замок с четырьмя затворами.

В книге впервые описаны и некоторые важные методы, интересные в конструктивном отношении; среди них — способ расщепления бревен, позволяющий избежать коробления, статическая балансировка колес, использование деревянных шаблонов и бумажных моделей, метод калибровки отверстий, притирка клапанных седел и заглушек с помощью наждачного порошка, а также отливка металлов в закрытых опоках.

Точно проследить пути проникновения технологии исламских стран в Европу невозможно. Ничего нельзя сказать также о случаях повторного изобретения. Однако при некоторых допущениях вполне вероятно, что определенные элементы богатой технологии исламского мира были привнесены в Европу.

Любому такому технологическому заимствованию способствовали контакты между мастерами, знакомство с существующими тогда машинами (работающими или находящимися в ремонте), а также описания путешественников. Возможно, местом передачи информации была Иберия, где в течение длительного времени соприкасались христианские и мусульманские культуры.

Процесс распространения технологии из исламского мира, может, навсегда останется не вполне ясным. Однако это ни в коей мере не обесценивает достижения инженеров Ближнего Востока, как известных, так и тех, чьих имен мы не знаем. Не следует также, и переоценивать роль их изобретений для развития современной техники. Главное значение имеет их вклад в развитие материального благополучия, а следовательно, и культуры исламского мира в средние века.

Количество просмотров: 3430