Самый первый паровой двигатель герона александрийского. Изобретения герона

Герoн Александрийский,
гг. рождения и смерти неизвестны, вероятно, 1 в.

Древнегреческий учёный, работавший в Александрии.
Автор работ, в которых систематически изложил основы достижения античного мира в области прикладной механики.

В "Пневматике" Герон описал различные механизмы, приводимые в движение нагретым или сжатым воздухом или паром: т. н. эолипил, т. е. шар, вращающийся под действием пара, автомат для открывания дверей, пожарный насос, различные сифоны, водяной орган, механический театр марионеток и т. д.

В "Механике" Герон описал 5 простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок.
Герону был известен и параллелограмм сил.
Используя зубчатую передачу, Герон построил прибор для измерения протяжённости дорог, основанный на том же принципе, что и современные таксометры.

Автомат Герона для продажи "священной" воды явился прообразом наших автоматов для отпуска жидкостей.
Механизмы и автоматы Герона не нашли сколько-нибудь широкого практического применения.
Они употреблялись в основном в конструкциях механических игрушек.
Исключение составляют только гидравлические машины Герона, при помощи которых были усовершенствованы античные водочерпалки.

В сочинении "О диоптре" изложены правила земельной съёмки, фактически основанные на использовании прямоугольных координат.
Здесь же даётся описание диоптра - прибора для измерения углов - прототипа современного теодолита.
Изложение основ античной артиллерии Герон дал в трактате "Об изготовлении метательных машин".

Математические работы Герона являются энциклопедией античной прикладной математики.

В "Метрике" даны правила и формулы для точного и приближённого расчёта различных геометрических фигур, например:
формула Герона для определения площади треугольника по трём сторонам, правила численного решения квадратных уравнений и приближённого извлечения квадратных и кубических корней.
В основном изложение в математических трудах Герона догматично - правила часто не выводятся, а только выясняются на примерах.

Герон Александрийский (др.-греч.) - греческий математик и механик.

Время жизни отнесено ко второй половине I века н. э. на том основании, что он приводит в качестве примера лунное затмение 13 марта 62 г. н. э. Подробности его жизни неизвестны.

Герона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяжённости дорог (древний одометр) и др. Первым начал создавать программируемые устройства (вал со штырьками с намотанной на него верёвкой).

Занимался геометрией, механикой, гидростатикой, оптикой. Основные произведения: Метрика, Пневматика, Автоматопоэтика, Механика (произведение сохранилось целиком в арабском переводе), Катоптрика (наука о зеркалах; сохранилась только в латинском переводе) и др. В 1814 году было найдено сочинение Герона «О диоптре», в котором изложены правила земельной съёмки, фактически основанные на использовании прямоугольных координат. Герон использовал достижения своих предшественников: Евклида, Архимеда, Стратона из Лампсака. Многие из его книг безвозвратно утеряны (свитки содержались в Александрийской библиотеке). Одна из копий его книг, сделанная в 16 веке, содержится в Оксфордском Университете.

В средние века многие из его изобретений были отвергнуты, забыты или не представляли практического интереса.

Научная и техническая деятельность

Механика

В трактате «Механика» (), состоящем из трёх книг, Герон описал пять типов простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок. Герон установил «золотое правило механики», согласно которому выигрыш в силе при использовании простых механизмов сопровождается потерей в расстоянии.

В трактате «Пневматика» () Герон описал различные сифоны, хитроумно устроенные сосуды, автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом или паром. Это эолипил, представлявший собой первую паровую турбину - шар, вращаемый силой струй водяного пара; автомат для открывания дверей, автомат для продажи «святой» воды, пожарный насос, водяной орган, механический театр марионеток. В книге «Об автоматах» () также описаны различные автоматические устройства.

В трактате «Беллопоэтика» () Герон описал различные военные метательные машины.

Геодезия

В книге «О диоптре» () описан диоптр - простейший прибор, применявшийся для геодезических работ. Этот прибор представляет собой линейку с двумя смотровыми отверстиями, которую можно поворачивать в горизонтальной плоскости и при помощи которой можно визировать углы.

Герон излагает в своём трактате правила земельной съёмки, основанные на использовании прямоугольных координат. В предложении 15 описывается, как строится геодезическое обоснование при прокладке тоннеля сквозь гору, когда работы ведутся одновременно с обоих его концов.

В предложении 34 описан одометр - прибор для измерения расстояния, пройденного повозкой. В предложении 38 описывается сходное устройство, позволяющее определять расстояние, пройденное кораблём.

Оптика

В «Катоптрике» () Герон обосновывает прямолинейность световых лучей бесконечно большой скоростью их распространения. Он приводит доказательство закона отражения, основанное на предположении о том, что путь, проходимый светом, должен быть наименьшим из всех возможных (частный случай принципа Ферма). Исходя из этого принципа, Герон рассматривает различные типы зеркал, особое внимание уделяя цилиндрическим зеркалам.

Математика

«Метрика» () Герона и извлечённые из неё «Геометрика» и «Стереометрика» представляют собой справочники по прикладной математике. Среди содержащихся в «Метрике» сведений:

Формулы для площадей правильных многоугольников.
Объёмы правильных многогранников, пирамиды, конуса, усечённого конуса, тора, шарового сегмента.
Формула Герона для расчёта площади треугольника по длинам его сторон (открытая Архимедом).
Правила численного решения квадратных уравнений.
Алгоритмы извлечения квадратных и кубических корней (см. Итерационная формула Герона).

В основном изложение в математических трудах Герона догматично - правила часто не выводятся, а только показываются на примерах.

Книга Герона «Определения» представляет собой обширный свод геометрических определений, по большей части совпадающих с определениями «Начал» Евклида.

Годы жизни Герона

Годы жизни Герона в XX веке стали предметом дискуссии. Согласно античным источникам, он жил после Архимеда, но перед Паппом, то есть где-то между 200 годом до н. э. и 300 годом н. э. Некоторые историки XVIII-XIX веков указывали более конкретные даты в этом интервале, например, Бальди помещает Герона под 120 годом до н. э., а в ЭСБЕ указан год рождения Герона - 155 год до н. э..

В 1938 году Отто Нойгебауэр предположил, что Герон жил в 1-м веке н. э. Это предположение было основано на том, что в его книге «О диоптре» упоминается лунное затмение, которое было замечено за 10 дней до весеннего равноденствия. Его указание, что оно произошло в Александрии в 5 часов ночи, однозначно указывает в интервале между 200 до н. э. и 300 н. э. на лунное затмение от 13 марта 62 года (юлианская дата). В последнее время датировка Нойгебауера была подвергнута критике Натаном Сидоли (Nathan Sidoli).

В кино и на телевидении

мультфильм «Герон» 1979 год «Экран»

мультсериал «Жили-были первооткрыватели» 3 серия. «Герон Александрийский».

документальный фильм «Древние открытия: удивительные машины. Герон Александрийский»
Технологии древних цивилизаций. Герон Александрийский. Серия 1, эпизод 3] History Channel, 2003.

Память

В 1976 г. Международный астрономический союз присвоил имя Герона кратеру на обратной стороне Луны.

В Европе пришлось переоткрывать многие греческие изобретения спустя 1000-2000 лет. Такова была цена трех побед - Рима, христианства и варваров.

Так, например, строительный кран применялся при возведении храмов Древней Греции около 515 г. до н.э. Первое "современное" упоминание о кране относится к 1740 году, Франция.

Шестеренчатые механизмы использовались в V веке до н.э., а новое развитие получили только после XIII века.

Раскопки в Афинах и Олимпии показали наличие там душевых комнат, ванн и водопровода с горячей водой, который был сооружен в V веке до н.э. Аналогичное изобретение было повторно сделано в XVI веке в Англии.

Городское планирование впервые осуществил архитектор Гипподамус при строительстве города Милета (около 400 г. до н.э.). Только через 1800 лет, во времена раннего Ренессанса, была спланирована Флоренция.

Арбалет (гастропет) появился в Древней Греции около 400 г. до н.э. В средневековой Европе он начал использоваться в XIV-XV веках.

Храм Артемиды Эфесской обогревался циркулирующим теплым воздухом еще в IV веке до н.э. Система центрального отопления была возобновлена в монастырях цистерианцев в XII веке.

Астролябия была известна в Греции около 200 г. до н.э., но повторно попала в Европу через арабский мир и Испанию в XI веке.

Одометр (прибор для измерения расстояний) использовался еще Александром Македонским, повторно изобретен Уильямом Клайтоном в 1847 году.
Характерно, что многие изобретения были сделаны в в самом крупном научном центре греков - Александрии, а самым известным изобретателем Александрии был Герон Александрийский.

Герон Александрийский, греческий математик и механик, живший в 1 веке нашей эры, считается величайшим инженером за всю историю человечества.
Герон Александрийский был одержим страстью к различным приспособлениям и автоматическим механизмам. Кроме первого парового двигателя, Герон сконструировал механические кукольные театры, пожарную машину, одометр, самонаполнявшуюся масляную лампу, новый вид шприца, топографический прибор, похожий на современный теодолит, водяной орган, орган, звучавший при работе ветряной мельницы, и др. Ряд хитроумных приспособлений, описанных им подробно в серии учебников в I в. н. э., поразителен.
Его работающий при опускании денег автомат, как и многое другие из его чудес, предназначался для использования в храмах. Идея механизма заключалась в том, что верующему следовало опустить 5-драхмовую бронзовую монету в щель и взамен получить немного воды для ритуального омовения лица и рук перед входом в храм. В конце дня жрицы могли забрать из автомата пожертвования. Нечто подобное делается в некоторых современных римских католических соборах, где люди опускают мелочь в автоматы, чтобы зажглись электрические свечи.
Древний аппарат работал следующим образом. Монетка падала в небольшую чашечку, которая подвешивалась к одному концу тщательно отбалансированного коромысла. Под её тяжестью поднимался другой конец коромысла, открывал клапан, и святая вода вытекала наружу. Как только чашечка опускалась, монетка соскальзывала вниз, край коромысла с чашечкой поднимался, а другой опускался, перекрывая клапан и отключая воду.
Остроумный механизм Герона, возможно, был отчасти навеян идеей устройства, изобретённого тремя столетиями раньше Филоном Византийским. Это был сосуд со встроенным внутрь довольно загадочным механизмом, позволявшим гостям омыть руки. Над водопроводной трубой была вырезана рука, державшая шар из пемзы. Когда гость брал его, чтобы вымыть руки перед обедом, механическая рука исчезала внутри механизма и из трубы текла вода. Через какое-то время вода переставала течь и появлялась механическая рука с новым куском пемзы, приготовленным для гостя. К сожалению, Филон не оставил детального описания, как работало это исключительное механическое чудо, однако оно, по-видимому, было основано на тех же принципах, что и автомат.
Около 2000 лет назад Герон изобрёл для храмов египетского города Александрии автоматически открывающиеся двери.
Кроме того, Герон был ещё и специалистом по организации публичных зрелищ. Его конструкция автоматических дверей для храма была подарком египетским жрецам, которые столетиями использовали механические или иные чудеса, чтобы укрепить свою власть и престиж.
Применив относительно простые принципы механики, Герон изобрёл устройство, при помощи которого словно невидимыми руками открывались двери небольшого храма, когда жрец зажигал огонь на жертвеннике напротив него.
В скрытом под жертвенником металлическом шаре огонь нагревал воздух. Тот, расширяясь, проталкивал воду через сифон в огромную бадью. Последняя была подвешена на цепях системы весов и шкивов, которые поворачивали двери на их осях, когда бадья становилась тяжелее.
Когда огонь на жертвеннике угасал, происходила ещё одна удивительная вещь. В результате быстрого охлаждения воздуха в шаре вода засасывалась в сифон другим путём. Опустевшая бадья возвращалась вверх, приводя в обратное движение систему шкивов, и двери торжественно закрывались.
Другая конструкция, описанная в трудах Герона, — рожок, звучавший при открытии дверей храма. Он играл роль дверного звонка и сигнала тревоги при взломе.
Несомненно, система автоматических дверей, описанных Героном, действительно использовалась в египетских храмах и, возможно, где-нибудь в греко-римском мире. Сам изобретатель мимоходом ссылался на альтернативную систему, использованную другими инженерами: «Некоторые из них вместо воды применяют ртуть, так как она тяжелее и легко разъединяется огнём». Что означало у Герона слово, переводимое как «разъединяется», пока неизвестно, однако применение ртути вместо воды в механизмах, похожих на конструкцию Герона, конечно же, делало их более эффективными.

Паровой двигатель Герона.

Герон Александрийский изобрёл первый работающий паровой двигатель и назвал его «ветряной шар». Его конструкция предельно проста. Широкий свинцовый котёл с водой помещали над источником тепла, например, горящим древесным углём. По мере закипания воды в двух трубах, в центре которых вращался шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, заставляя его вращаться с большой скоростью. Такой же принцип лежит в основе современного реактивного движения.
Мог ли паровой двигатель использоваться в практических целях? Чтобы найти ответ на этот вопрос, специалист по античности доктор Дж. Г. Лэнделс из университета в Рединге с помощью специалистов инженерного факультета сделал точную рабочую модель устройства Герона. Он обнаружил, что она развивала большую скорость вращения — не менее 1500 оборотов в минуту: «Шар устройства Герона, возможно, был самым быстровращающимся предметом его времени».
Тем не менее у Лэнделса возникли трудности при подгонке соединений между вращающимся шаром и паровой трубой, что не позволяло сделать приспособление эффективным. Свободный шарнир позволял шару быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался пар; тугой шарнир означал, что энергия расходовалась на преодоление трения. Пойдя на компромисс, Лэнделс посчитал, что эффективность механизма Герона, возможно, была ниже одного процента. Поэтому, чтобы произвести одну десятую долю лошадиной силы (силу одного человека), понадобился бы довольно большой агрегат, потреблявший огромное количество горючего. Энергии бы тратилось на это больше, чем мог произвести сам механизм.
Герону под силу было изобрести более эффективный способ использования энергии пара. Как отмечал Лэнделс, все необходимые элементы для эффективного парового двигателя найдены в устройствах, описанных этим древним инженером. Его современники сделали цилиндры и поршни с чрезвычайно высоким коэффициентом полезного действия, которые Герон использовал в конструкции водяного насоса для тушения пожара. Подходящий механизм с клапанами для парового двигателя найден в его конструкции водяного фонтана, работавшего на сжатом воздухе. Его механизм похож на современный опрыскиватель от насекомых. Он состоял из круглой бронзовой камеры, которая была совершеннее свинцового котла в его паровом двигателе, так как могла выдерживать высокие давления.
Герону или любому его современнику не составило бы труда скомбинировать все эти элементы (бойлер, клапаны, поршень и цилиндр), чтобы сделать работоспособный паровой двигатель. Утверждали даже, что Герон пошёл в своих опытах дальше, собрав необходимые элементы в эффективный паровой двигатель, но то ли погиб при испытании, то ли оставил эту затею. Ни одно из этих предположений не обосновано. Вероятнее всего, из-за занятости он не смог реализовать эту идею. Однако в Александрии и греко-римском мире было множество других знающих и изобретательных инженеров. Так почему же никто из них не развил эту идею в дальнейшем? По-видимому, всё дело в экономике. Потенциал многих изобретений никогда полностью не был реализован в Древнем мире из-за рабовладельческого хозяйства. Если даже какому-нибудь блестящему учёному удалось бы создать паровой двигатель, способный выполнять работу сотен человек, то новейший механизм не вызвал бы интереса у промышленников, ибо на рынке рабов под рукой у них всегда была рабочая сила. А ведь ход истории мог бы оказаться иным…

Фонтан Герона.

Одним из устройств, описанное ученым древней Греции Героном Александрийским, был волшебный фонтан. Главное чудо этого фонтана заключалось в том, что вода из фонтана била сама, без использования, какого либо внешнего источника воды. Принцип работы фонтана хорошо виден на рисунке. Возможно, кто то, посмотрев на схему фонтана, решит, что он не работает. Либо наоборот, примет подобное устройство за вечный двигатель. Но из закона физики о сохранении энергии, нам известно невозможность создания вечного двигателя. Давайте же разберем подробнее как работал фонтан Герона.
Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Из верхней чаши в нижнюю емкость, идет полностью герметичная трубка. Если налить в верхнюю чашу воды, то вода по трубке начинает стекать в нижнюю емкость, вытесняя оттуда воздух. Поскольку сама нижняя емкость полностью герметична, то воздух выталкиваемый водой, по герметичной трубке, передает воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней емкости начинает выталкивать воду, и фонтан начинает работать. Если для начала работы, в верхнюю чашу требовалось налить воды, то для дальнейшей работы фонтана, уже использовалась вода попадавшая в чашу из средней емкости. Как видите устройство фонтана очень простое, но это только на первый взгляд.
Подъем воды в верхнюю чашу осуществляется за счет напора воды высотой H1, при этом воду фонтан поднимает на гораздо большую высоту H2, что на первый взгляд кажется невозможным. Ведь на это должно потребоваться гораздо большее давление. Фонтан не должен работать. Но знание древних Греков оказалось столь высоко, что они догадались передавать давление воды из нижнего сосуда, в средний сосуд, не водой, а воздухом. Поскольку вес воздуха значительно ниже веса воды, потери давления на этом участке получаются очень незначительными, и фонтан бьет из чаши на высоту H3. Высота струи фонтана H3, без учета потерь давления в трубках, будет равна высоте напора воды H1.
Таким образом, что бы вода фонтана била максимально высоко, необходимо как можно выше сделать конструкцию фонтана, тем самым увеличив расстояние H1. Кроме того, нужно как можно выше поднять средний сосуд. Что касается закона физики о сохранении энергии, то он полностью соблюдается. Вода из среднего сосуда, под действием гравитации стекает в нижний сосуд. То, что она проделывает этот путь через верхнюю чашу, и при этом бьет там фонтаном, ни сколько не противоречит закону о сохранении энергии. Как вы понимаете, время работы подобных фонтанов не бесконечно, в конечном итоге вся вода из среднего сосуда, перетечет в нижний, и фонтан перестанет работать.
На примере устройства фонтана Герона мы видим насколько высокими были знания ученых древней Греции в пневматике.

Огонь Герона Александрийского.

Каждое утро, священники храма, зажигали жертвенный огонь на алтаре. И стоило огню, как следует разгореться, то тут же, по воле богов древней Греции, двери раскрывались от неведомой силы. При наступлении вечера, священники тушили огонь и все так же, по воле богов древней Греции, двери закрывались. Ничто, кроме огня на алтаре не могло открыть двери в храм. Древние греки, воспринимали это как великое чудо, и от этого вера в богов становилась лишь сильнее. Даже ранние христиане считали это чудом. Правда, чудо это, по их мнению, творил не бог, а дьявол.
Принцип действия этого чуда, описывает в своей книге великий ученый древней Греции Герон Александрийский.
Двери храма, крепились не на обычных петлях, а на круглых опорах, уходивших под пол храма. Вокруг опор была намотана веревка, потянув за которую можно было открыть двери. Для автоматического закрывания дверей, в конструкции использовался противовес. Но это еще не настоящее чудо. Прятать человека под полом, не лучшая идея. Слишком легко обнаружить подобный обман.
Для настоящего чуда, было использовано свойство воздуха расширяться при нагревании. Алтарь выполнялся герметичным, и при нагревании, теплый воздух выходил из алтаря по специальной трубе. По этой трубе, воздух поступал в сосуд наполненный водой. Давление горячего воздуха, начинало вытеснять воду из сосуда. Вода, через изогнутую трубку наполняла ведро, привязанное к системе открывания дверей. Ведро, наполненное водой тянуло веревку, и двери, по велению великих богов древней Греции, открывались.

Вечером же, когда жрецы переставали поддерживать огонь, воздух внутри алтаря начинал остывать. В алтаре и верхней части сосуда с водой, создавался слабый вакуум, и вода из ведра, под действием атмосферного давления направлялась обратно в сосуд. Ведро становилось легче, и противовес закрывал двери.
Как видите, боги древней Греции тут совсем не причем. Но вот только мальчики древней Греции, в 14 лет не учили основы термодинамики в школе, а девочки вообще не ходили в школу. Поэтому, даже если кто- то узнает о механизмах под храмом, он все равно будет считать что двери в храм, открываются богами древней Греции. И уж никак не жрецами храма.
Механизм, описанный Героном, является одной из первых в истории техники тепловых машин. Фактически это водяной насос. Но крайне необычный водяной насос. В этой конструкции рабочим телом служит не вода или пар, а воздух.

Пожарный насос Герона Александрийского.

Одним из устройств, описанных в книге древнегреческого ученого Герона Александрийского, был пожарный водяной насос. Создателем этого пожарного насоса принято считать другого великого ученого древней Греции, Ктесибия, учителя Герона Александрийского.
Насос, описанный Героном Александрийским, имел все черты современного ручного насоса. Он состоял из двух рабочих цилиндров. У каждого цилиндра было два клапана. Один всасывающий, другой нагнетательный. Насос был оборудован воздушным уравнительным колпаком. Для привода цилиндров насоса использовался рычаг-балансир. Насос был рассчитан для работы двух человек.
Принцип работы насоса достаточно прост. При движении поршня насоса вверх, в цилиндре создается пониженное давление, и вода из водоема, под действием атмосферного давления попадает внутрь цилиндра.
При движении поршня вниз, вода под действием давления поршня выходит из цилиндра в воздушный уравнительный колпак. Движению воды в другом направлении препятствуют клапаны насоса.
Главное назначение уравнительного колпака, сглаживать колебания давления воды на выходе из насоса.
Перед началом работы насоса, уравнительный колпак пуст и полностью наполнен воздухом. При работе насоса уравнительный колпак заполняется водой идущей из цилиндров. Поскольку все выходы для воздуха быстро перекрываются водой, воздуху ничего не остается, как только сжиматься под действием напора поступающей в колпак воды. На определенном этапе, давление в системе уравновешивается и вода начинает выходить из уравнительного колпака по трубе вверх, а в верхней части колпака остается сжатый воздух.
При достижении поршнями верхней, или нижней, мертвых точек, происходит небольшая пауза в работе насоса. Но вода из насоса все так же продолжает выходить. Это сжатый воздух, находящийся в уравнительном колпаке, продолжает выдавливать воду. В результате чего, вода из насоса поступает постоянно, без каких либо пульсаций.
Наличие уравнительного колпака в насосе, показывает, насколько высоки были знания в пневматике древних Греков.

Древнегреческое культурное наследие так велико, что мы до сих пор можем не знать чего-то об их великих достижениях. Это государство подарило нам философию, а также прямую демократию, математику и основы эмпирической физики, но даже сейчас классический этап истории развития этого государства продолжает нас удивлять. Читающий эту статью думает, что мы живём в эру механики и роботизации, но эта статья полностью перевернёт его представление о Древнем мире, ведь 2000 лет назад жил один грек, который не просто мечтал о машинах, он их создавал. Именно греки начали первую эпоху машин …

Список изобретений:

Мы веками восхищались миром Древней Греции, где разум мог подняться над повседневностью в поисках великого. Время расцвета науки, искусства и философии, ярких идей, которые затем охватят весь мир. В центре этого века чудес лежала не Италия или Греция, а город на севере Древнего Египта — Александрия. В то время, пока римляне были поглощены войнами, а греки грезили философией, в Александрии думали о самой мысли. Здесь можно было обнаружить не очень известного грека, какими были , Платон или Аристотель, он был изобретателем. Он почти положил начало промышленной революции 2 тысячи лет тому назад. Современники называли его «меканикос», а нам он известен как , а мы вам расскажем всё про Герона в этой статье.

Сейчас мы живём в индустриальный век, мы окружены различными машинами и механизмами. Возможно будущие поколения скажут, что именно мы положили начало эпохи машин, ведь появились автомобили, самолёты, компьютеры и роботы. Но мы не первые, кто мечтал о том, чтобы повседневные заботы решались с помощью машин. Об этом думал ещё Аристотель, он представлял себе мир, где ткацкие станки были бы автоматические, арфы сами бы играли мелодию, мастерам не требовались бы помощники и не было бы необходимости держать рабов, чем это не копия современного мира? Но Герон шагнул ещё дальше. Он не просто мечтал о машинах, он их строил!

Герон Александрийский. Современная зарисовка.

Две тысячи лет назад Герон открыл эру механизации, создавая машины, которые до сих пор потрясают наше с вами воображение. Герон жил в Александрии в те времена, когда этот город был самым многонациональным в мире. Это прекрасное место, где когда-то жила неотразимая царица Клеопатра, сосредоточило в своих недрах все знания классического мира. Великие умы приезжали сюда ради торговли самым ценным из богатств — ни золотом, ни рабами, ни серебром, а знаниями. Два тысячелетия назад это был центр мировой науки. Банком этих знаний была великая библиотека. Здесь были собраны труды греков, египтян и других народов. Свитки были заполнены баснями, стихами, трудами математиков и философов. Именно там хранились все изобретения Герона. Ни одна из его машин не сохранилась до наших дней, и мы почти ничего не знаем о самом изобретателе, но имеем представления об его чудесных творениях, ведь описания этих машин дошли до нас в виде копий тех свитков, что писал Герон. Они открывают окно в его волшебный механизированный мир. Так в Оксфордском университете сохранилась одна из копий книг, которая описывает труды великого изобретателя. Среди его изобретений есть такие, которые предназначаются для дома, а другие использовались как развлечение на званных обедах, некоторые производили спецэффекты в театре (звенели, жужжали, свистели, создавали звуки животных и так далее), но чаще всего машины Герона можно было встретить не в этих местах, а в храмах.

Александрия собрала под своим крылом так много религий и культов, как ни один город древнего мира и среди них росла конкуренция. Сегодня главная религия города — ислам, но в древности здесь был гораздо более широкий выбор. Храмы древней Александрии предлагали в покровительство и в поддержку массу странных и архаичных богов. Древнеегипетские божества, которым поклонялись уже более трёх тысяч лет, всё ещё почитались многими египтянами и некоторыми приезжими. Даже греки опасались прогневить таких богов, как Исида и Осирис, охранявших храм со времён фараонов. Рядом с египетскими религиями сосуществовали религии римлян и греков, а также многочисленные культы с окраин Римской империи. Каждый нуждался в последователях и деньгах, поэтому нужно было нечто особенное, чтобы привлечь внимание к тому или иному храму. Обладание чем-то необычным становилось преимуществом в конкуренции религий и культов. Другими словами, всем жрецам нужна была магия, и Герон мог её предоставить.

Автоматические двери

Герон называл свой «волшебный» механизм «машина №37», а мы бы его назвали «автоматические двери». Идея была блестящая, хоть и простая. Когда жрец и прихожане приближались к храму, то двери магическим образом открывались, чтобы впустить их. Как же это происходило? Сначала жрец зажигал огонь на специальном жертвенном алтаре перед огромными закрытыми воротами храма. Под алтарём, под землёй, располагалось множество труб и контейнеров, а также весов. Невидимые для глаз паствы, они начинали свою работу. Вёдра, служившие противовесом, наполнялись водой. Тем временем священник мог провести различные ритуальные подношения, а жар огня приводил в действие спрятанные механизмы. Затем, когда чаши весов наполняются, двери медленно открываются, создавая впечатление, что боги довольны подношениями. Если же ворота из-за какой-то неисправности не открывались, то всегда можно сказать, что боги разочарованы подарками прихожан. Фантастический финал в виде открывания дверей, сопровождался звуком фанфар. Это особый механизм, который под давлением выводил через трубу воздух. Для Герона это была механика, а для обычного человека — чудо.

Физический смысл достаточно прост. Зажжённый костёр повышал давление в большом сосуде (воздух нагревался), из-за чего вода из него под давление начинала перемещаться в ведро. Ведро увеличивалось в весе и по принципу противовеса поднимало на противоположной стороне гирю посредством системы верёвок. Верёвки были просто обвиты вокруг двух вращающихся столбов. Когда костёр тух, давление приходило в норму, и вода из ведра возвращалась обратно в общий бак, а ворота закрывались.

Есть точка зрения, что данный храм мог быть оборудован такими дверями.

Торговый автомат

Конечно, одно дело убедить людей приходить в твой храм, а совсем другое дело расстаться со своими деньгами, а ведь именно деньги были основой успешной религии. Как сделать так, чтобы прихожане их тратили и как их собрать? Именно такие вопросы Герон задавал себе. И он сумел на них ответить. Первое решение — это раздаточный автомат для святой воды. Это был первый в мире торговый автомат.

Входящие в храм должны были вымыть руки водой освящённой жрецами. Однако освещение воды и её продажа занимали много времени, поэтому Герон оптимизировал эти процессы. Прихожанин бросал в специальную ёмкость через разрез для монет одну драхму и получал свою чашу с водой. Для верующих это было ещё одно чудо, но на деле монетка просто падала на специальную платформу, которая открывала на некоторое время заслонку с водой.

Для тех, кто мог увидеть всё изнутри, это казалось ещё одним шедевром механики. Получается, что Герон изобрёл торговый автомат за 1800 лет до того, как его современный эквивалент был запатентован.

Переносной насос для тушения пожаров

Эксперименты Герона с водой и давление могли подтолкнуть его к созданию первого переносного насоса для тушения пожаров.

Насос состоял из двух сообщающихся поршневых цилиндра, внутри которых были клапаны. Вода по очереди выталкивалась сначала из одного цилиндра, затем из другого. Для работы насоса требовалось два человека, которые используя принцип рычага, запускали насос. Позже римляне повсеместно использовали такие насосы, чтобы тушить пожары в городах. Правда они улучшили саму технологию, изготавливая детали очень точно, стараясь всё идеально подгонять. Такие вот ручные насосы использовались ещё очень долго в Европе, пока не было изобретено электричество. При помощи него можно было не только тушить огонь, но и откачивать воду из трюмов кораблей.

Принцип работы насоса можно посмотреть в этом видео:

Превращение воды в вино

Вполне вероятно, что следующие два изобретения также использовались в храмах. Оба они представляют из себя сосуды с вином и водой.

Первое изобретение состоит из двух сосудов, где в один налита вода, а во второй вино. Между собой они соединены трубкой. Верующие наливали небольшое количество воды в первый сосуд, а из второго лилось вино. Всё это представляли, как магию превращения воды в вино. На деле мы видим принцип, который проходят в 7-м классе на уроке физики — сообщающиеся сосуды.

Следующее изобретение также превращала воду в вино, но делало это другим способом. Это была специальная амфора, одна половина которой наполнялась вином, а другая водой. Естественно, что между ними была специальная перегородка, которая делила амфору на две части. В верхней части амфоры были два отверстия прямо под ручками. По одной дырки для каждого отсека. Жрец подносил кубок к амфоре и, незаметно затыкая одну из дырок, наливал либо воду, либо вино. Всё это потом подавалось, как воля богов! Правда, всё было проще, когда были боги? 🙂

Фонтан Герона схема

Что такое фонтан Герона? Вечный фонтан Герона — это три сосуда, которые помещены друг над другом и сообщающиеся между собой при помощи трубок. Два нижних сосуда закрыты, а верхний имеет форму чаши, где и происходит видимая часть процессов со стороны наблюдателя. Здесь всё также основано на принципах потенциальной энергии, гравитации, давлении и сообщающихся сосудах.

Также достаточно подробно объяснено как работает фонтан Герона в этом видео:

Музыкальная шкатулка предсказаний

Герон придумал для священников ещё одну машину, собирающую деньги. Она заставляла прихожан в то, что они разговаривают с богами, но это была ещё одна уловка. Это механизм предсказаний. Одна из причин, по которой люди ходили в храм — это узнать своё будущее, а древние люди (хотя и сейчас также) были готовы платить за это удовольствие. Прихожане, конечно, не видели механизма, так как сама машина стояла в полумраке. На виду было лишь колесо, домик и поющая птица. Как только оплата произведена, то Богу можно задать вопрос, на который можно ответить «да» или «нет». Поворачивая колесо, птица либо пела, либо молчала. Священники всё объясняли так, что люди верили, что это им отвечает Бог. Конечно, птица пела не по божьей воле, а по воле Герона. Внутри находилось множество шестерней и верёвок, которые заставляли птицу петь при повороте колеса. Также там был специальный выступ, прикреплённый изнутри, можно было отпустить. Скорее всего это было нужно для того, чтобы жрецы могли контролировать ответы на вопросы, то есть чтобы птица молчала. Пение птицы — да, молчание — нет, а жрицы могли выбирать нужный ответ. Это один из самых старых религиозных трюков в мире. Прекрасное пение птицы было всего лишь свистком, который опускали в ёмкость с водой.

Звуки были неотъемлемым атрибутом всех изобретений Герона, начиная от машины предсказаний и заканчивая сложными ветровыми органами. Однако заставить их работать вместе куда сложнее, чем может показаться. В механизме с пением птицы используется принцип сифона, да, того же самого, что используется в туалетах и прочих водопроводных системах. Вода наливается сверху, а когда достигает определённой отметки, то с большой скоростью выливается. Этот поток выталкивает из труб воздух, из-за чего свисток начинает воспроизводить заданный звук, а отверстие с клювом птицы то открывается, то закрывается.

Герон строил и достаточно сложные машины. В данном развлекательном устройстве, когда вы поднимаете яблоко, то фигура Геркулеса стреляла из лука в дракона. Это один из его подвигов — Яблоки Гесперид. Геракулесу было необходимо убить дракона, который охранял сад с яблоками, дарующими бессмертие.

Вся конструкция представляет из себя верхнюю видимую часть и внутреннюю часть с двумя полостями, соединяемыми через отверстие, заткнутое изначально затычкой. Пробка соединена с яблоком, также посредством этой верёвки производится запуск стрелы. Как только яблоко подняли, вода из верхней ёмкости переливается в нижнюю, при этом выталкивая воздух через специальную трубку, создавая шипение дракона, погибающего от смерти.

Полиболос

Машины предсказаний пользовались особенным успехом во время войн, ведь каждый хотел знать исход войны, узнать — выживет ли он и его близкие. Однако Герон мог дать больше, чем простое предсказание. Он придумал не только то, что могло предсказать исход войны, но и помочь победить в войне. Речь о военных машинах Герона. Он обратил свой взор на искусство ведения войны, он решил автоматизировать войну. Смертоносные военные машины были куда бесстрашнее солдат тех времён и куда более воинственнее. Эта технология на века опередила своё время — полиболос, первое автоматическое оружие. Этот арбалет обладает многими уникальными способностями: в нём впервые использовался цепной механизм; оно могло стрелять дальше и точнее любого человека; главное, что оно было автоматическим и пускало одну стрелу за другой, не требуя отдыха.

Римская армия была заинтересована в таком оружии, так как их использование давало большие преимущества. С учётом протяжённости границы империи, это оружие позволяло успешно защищать границы, оборудовать форты.

Автоматический ручной арбалет Герона

Эта машина родом из Александрии. Есть основания полагать, что её тоже придумал Герон Александрийский. Устройство копирует действия традиционного лучника, но выпускает стрелу с большей мощностью. Это по сути военный робот. Длинная часть машины копирует вытянутую руку лучника. Двойная система рычагов позволяет натягивать тетиву, зажатую между двумя металлическими крюками, до сильного натяжения, которое невозможно произвести руками.

Автоматические передвижные декорации Герона

Но Герон мог предложить Александрии больше, чем военные и волшебные машины. Он хотел развлекать и выбрал для этого место, где возможно всё — театр!

В древние времена театр был центром жизни многих людей. Здесь люди общались и обменивались новостями, а также обогащались культурно и религиозно. Это по сути древний эквивалент кино — мир мечты. Здесь была потрясающая акустика, что делало происходящее на сцене ближе и реальнее.

Герон знал, что много может дать театру. Знания, приобретённые во время создания военных машин и игрушек для храмов, могли найти своё применение в театре. Его декорации могли появляться на сцене и исчезать, когда это необходимо.

Отделение в верхней части механизма было наполнено песком, когда он высыпался через серию отверстий, то опускал чашу весов. Чаша была прикреплена к верёвке, которая была намотана вокруг вала. Когда верёвка разматывалась, устройство двигалось вперёд. Затем при помощи переключения рычага, груз поднимался, а конструкция откатывалась.

Герон написал целый трактат об автоматических театрах. Смысл такого театра в том, что в нём движется само по себе. С греческого «автоматика» переводится, как движение само по себе. При этом Герон старался делать механизмы маленькими, чтобы люди не думали, что внутри сидит человек, который всем управляет.

Простая ось с деревянными гвоздями, которая производила все эти движения, возможно была величайшим изобретением Герона. Современный учёный назвал бы это программированием. Неудивительно, что посетители театра восхищались этими декорациями.

Автоматический театр Герона

Герон автоматизировал декорации, а как насчёт актёров? Он создал полностью автоматический театр с передвижными декорациями, с автоматическими актёрами и спецэффектами. 20 минут удовольствия! Герон начал с классической греческой истории о кровавой мести. Она рассказывает о том, как царь Наплий жаждет отмщения своего сына, убитого Аяксом во время Троянской войны. Пьеса начинается с того, что 12 персонажей строят военный корабль, при это всё происходит без участия человека. Внизу, скрытый от глаз зрителя, располагается сам механизм. Зрителей потрясало то, что все 12 фигур двигались синхронно. Чтобы дополнить картину, Герон добавил звуки и спецэффекты. Менялись декорации и персонажи, автоматически поднимался и опускался занавес. Чтобы предотвратить столкновения между действующими лицами, они располагались в разных плоскостях, которые появлялись и исчезали во время спектакля.

сё это действо приводилось в движение при помощи грузов и верёвок, а также контейнеров с песком и зерном. Необходимая энергия производилась при помощи силы тяжести. Такое количество автоматизированных элементов стало настоящим подвигом гения!

Когда нужно было создать звук грома, при попадании корабля в шторм, Герон запускал свою громовую установку, чтобы немного напугать и взбодрить зрителей. Это были тяжёлые металлические шары, которые перекатывались и падали на специальных платформах, а в конце приземляясь на большой барабан.

В разгар событий появляется богиня Афина, которая управляет погодой. В Аякса попадает молния, а герой Наплий возвращается домой.

Остаётся только догадываться, как восхищались этому древние греки. Ведь выглядело это просто потрясающе. На деле это просто гениальные математические вычисления для того времени, ведь необходимо было рассчитать время каждой сцены, баланс верёвок и грузов, скорость шестерёнок и песка, последовательность появления действующих лиц. Это бы озадачило даже современных инженеров. Можно смело назвать театр Герона — деревянным программируемым робототехническим контроллером.

Если кто-то из вас учился на строительном или лесотехническом факультете, то вас обязаны были научить пользоваться теодолитом, столь необходимом при геодезии. Но этот инструмент изобрёл также Герон! Он назвал своё устройство дипотра.

Главная составляющая диоптры — это линейка, которая вращается по кругу и позволяет намечать горизонтальное и вертикальное положение. Также к прибору присоединяли отвес и уровень. Используя эти инструмент, а также математические приёмы и прямоугольные координаты, Герон был способен решить многие строительные задачи:

измерял расстояние между двумя точками, когда одна или даже обе, не находятся в пределах видимости;
проводил прямую, перпендикулярно к другой линии, которая была недоступна для глаз;
находил разности уровней между двумя пунктами;
измерял площади, даже не заходя на то место, которое измерял.

Одним из чудес инженерного искусства во времена Герона считался водопровод на острове Самос. Проект этого водопровода придумал Эвпалин. Благодаря этому проекту в город поступала вода из источника горы Кастро. Для ускорения работы было решено рыть тоннель сразу с двух сторон, но вот проблема, как рабочим точно не промахнуться и соединиться в одной точке? Этот проект требовал огромной компетенции инженера. Тем не менее, водопровод был построен и ещё долго удивлял современников Герона. Об этом чудо-водопроводе упоминал также Геродот, благодаря которому мир вообще узнал о существовании туннеля Эвпалина. Правда никто долго не верил, что это правда. Считалось, что древние греки не обладали достаточными технологиями, чтобы возводить такие сложные объекты, но в 1814 году, изучив труды Герона о диоптре и прокладке туннеля Эвпалина при помощи неё, сомнения сошли на нет, а в конец XIX был найден и сам туннель.

Одометр Герона

В своём труде «О диоптре» изобретатель также изложил принципы устройства, которое позволяет измерять расстояние — одометра.

Внешне это была маленькая тележка, с двумя колёсами определённого диаметра. Если провернуть колёса 400 раз, то это будет равно 1598 метрам (древнегреческая мера длины равна одному миллиатрию). Схема одометра изображена на рисунке, где мы видим, что при помощи зубчатое передачи происходило вращение различных колёс и оси. Камешки, которые падали на специальную платформу, говорили о пройденном расстоянии. Когда тележка проезжала, измерявшему расстоянию необходимо было лишь подсчитать камни.

А вот и ещё одно замечательное изобретение Герона Александрийского — паровой бойлер. Греки тоже любили мыться 🙂

Паровой бойлер представлял из себя ёмкость из бронзы, помещённый в специальный цилиндр так, что бойлер и цилиндр имели общую ось. Наверху была жаровня. Также были трубы, посредством которых поступала холодная вода, а также труба для вывода горячей воды. Такая простая конструкция обладала достаточной экономичностью и позволяла быстро разогревать воду.

Паровая реактивная турбина Герона

Это изобретение Герона Александрийского способно было заложить фундамент для научно-технической революции, но, к сожалению, оно не нашло себе должного применения. Речь идёт о предке парового двигателя — эолипил . Герон был близок к тому, чтобы изобрести паровую машину.

Эолипил был сконструирован следующим образом. В нижнюю ёмкость заливалась вода. Затем разводился костёр. Вода поднималась по трубкам (паропроводам) и выходила в виде пара, а заодно приводила в движение сам шар, который вращался с бешеной для того времени скоростью.

К этому шару необходимо было добавить знания о поршнях и паровой двигатель был бы готов. А так эолипил не приводил ничего в движение, кроме самого себя, поэтому он так и остался всего лишь забавным артефактом, которым можно было развлечь гостей.

Теоретические достижения Герона

Конечно, видя всё это многообразие машин, можно сразу догадаться, что Герон оставил и много теоретических выкладок. Так, его самыми известными трудами являются «Пневматика» и «Механика», где он систематически изложил многие достижения античной науки в области математики и прикладной механики. Также он, как уже упоминалось выше, написал целую книгу про автоматизированные театры «Театр автоматов». Герон также открыл формулы для определения площадей и объёмов некоторых геометрических фигур., что отразилось в его труде «Метрика». Одна из самых его известных формул позволяет найти площадь треугольника по трём его сторонам и получила название в честь него формула Герона .

Отрывок из «О диоптре»

Отдельный интерес представляет его труд «О диоптре», которое было открыто только в 1814 году. В этой книге он изложил принципы современного геодезического инструмента — теодолита, а также правила земельной съёмки.

Герон написал трактат «Об изготовлении метательных машин», где рассказал о фундаментальных моментах артиллерии античности.

Этот гений изучил даже свойства зеркал. В своём научном труде «Катопртрика» он привёл обоснование для закона отражения, а также исследовал прямолинейность световых лучей.

В основном его работы носят описательных характер с изложением некоторых принципов. Вряд ли все работы претендуют на некую целостность, а в работах по математике вы даже можете не встретить доказательств. Здесь проявляется эмпиризм Герона и практик в нём переигрывает теоретика.

Герон — это как Тони Старк, только реальный и прямиком из Древней Греции.

Герон считается величайшим инженером за всю историю человечества. Он практически вплотную подобрался к индустриальной революции, которая произошла только через приблизительно 2000 лет. Первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяженности дорог (древний «таксометр») и др. Первым начал создавать программируемые устройства (вал со штырьками с намотанной на него веревкой).

Занимался геометрией, механикой, гидростатикой, оптикой. Основные произведения: Метрика, Пневматика, Автоматопоэтика, Механика (фр.; произведение сохранилось целиком по-арабски), Катоптика (наука о зеркалах; сохранилась только в латинском переводе) и др. В 1814 году было найдено сочинение Герона «О диоптре», в котором изложены правила земельной съемки, фактически основанные на использовании прямоугольных координат. Герон использовал достижения своих предшественников: Евклида, Архимеда, Стратона из Лампсака. Многие из его книг безвозвратно утеряны (свитки содержались в Александрийской библиотеке). Одна из копий его книг, сделанная в 16 веке, содержится в Оксфордском Университете.

В средние века многие из его изобретений были отвергнуты, забыты или не представляли практического интереса.

Механика

В трактате «Механика» (????????), состоящем из трёх книг, Герон описал пять типов простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок. Герон установил «золотое правило механики», согласно которому выигрыш в силе при использовании этих механизмов сопровождается потерей в расстоянии.

В трактате «Пневматика» (??????????) Герон описал различные сифоны, хитроумно устроенные сосуды, автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом или паром. Это эолипил , представлявший собой первую паровую турбину - шар, вращаемый силой струй водяного пара; автомат для открывания дверей, автомат для продажи «святой» воды, пожарный насос, водяной орган, механический театр марионеток. В книге «Об автоматах» (????????) также описаны различные автоматические устройства.

В трактате «Беллопоэтика» (????????????) Герон описал различные военные метательные машины.

Геодезия

В книге «О диоптре» (???? ????????) описан диоптр - простейший прибор, применявшийся для геодезических работ. Этот прибор представляет собой линейку с двумя смотровыми отверстиями, которую можно поворачивать в горизонтальной плоскости и при помощи которой можно визировать углы.

Оптика

В «Катоптрике» (??????????) Герон обосновывает прямолинейность световых лучей бесконечно большой скоростью их распространения. Он приводит доказательство закона отражения, основанное на предположении о том, что путь, проходимый светом, должен быть наименьшим из всех возможных (частный случай принципа Ферма). Исходя из этого принципа, Герон рассматривает различные типы зеркал, особое внимание уделяя цилиндрическим зеркалам.

Математика

«Метрика» (???????) Герона и извлечённые из неё «Геометрика» и «Стереометрика» представляют собой справочники по прикладной математике. Здесь даны правила и формулы для точного и приближённого расчёта различных геометрических фигур, например «формула Герона» для определения площади треугольника по трём сторонам (открытая Архимедом), правила приближённого извлечения квадратных и кубических корней (см. Итерационная формула Герона). В основном изложение в математических трудах Герона догматично - правила часто не выводятся, а только показываются на примерах.

«Определения» Герона представляют собой обширный свод геометрических определений, по большей части совпадающих с определениями «Начал» Евклида.

Годы жизни Герона

Годы жизни Герона в XX веке стали предметом дискуссии. Согласно античным источникам он жил после Архимеда, но перед Паппом, т.е. где-то между 200 до н.э. и 300 гг. н.э. Некоторые историки XVIII-XIX веков указывали более конкретные даты в этом интервале, напр., Бальди помещает Георона под 120 годом до н.э., а в ЭСБЕ указан год рождения Герона - 155 год до н.э.. В 1938 году Отто Нойгебауер предположил, что Герон жил в 1-ом веке н.э. Это предположение было основано на том, что в его книге «О диоптре» упоминается лунное затмение, которое было замечено за 10 дней до весеннего равноденствия. Его указание, что оно произошло в Александрии в 5 часов ночи, однозначно указывает в интервале между 200 до н. э. и 300 н.э. на лунное затмение от 13 марта 62 года (юлианская дата). В последнее время датировка Нойгебауера была подвергнута критике Натаном Сидоли (Nathan Sidoli) .