Елена Петрова
Насосы в древности. Источник: ChatJPT
Человек научился подавать воду выше ее естественного уровня в древности
Устройства для подачи воды появились в эпоху древних цивилизаций. Самые ранние упоминания о были обнаружены в Месопотамии и Египте. Там неизвестные изобретатели древности сконструировали журавель с противовесом для поднятия воды на поверхность. Поток создавался вручную – люди выстраивались цепочкой и передавали друг другу ведра с водой.
Следующим этапом в истории стало колесо с закрепленными на нем ведрами. Колесо вращали рабы или тягловые животные. Это позволяло подавать на поверхность до 10 кубометров воды в час на высоту 3-4 метра.
Однако эти устройства назвать насосами было все-таки нельзя, поскольку в них не было камеры и давления. Речь шла о водоподъемных механизмах.
Прототипом динамических насосов были также арыки, по которым крестьяне и рабы лопатами гнали воду на поля. Более совершенный способ представляли собой нории (от арабского «водокачка»), когда ведра привязывались к натянутой веревке или цепи. Но ближе всего к современному типу динамических насосов подошли умельцы, которые гнали воду по наклонному желобу, а вместо ведер использовали диски или шары.
Эллины подарили миру первые настоящие насосы
В 270-250 гг. до н.э. в эллинистической Александрии появился настоящий насос. В его конструкции были использованы поршни, цилиндры и клапаны. Известен и изобретатель этого механизма. О Ксетибии написал в своем трактате его ученик Герон. Он сам был либо инженером и историком изобретений, поскольку его трактаты описывали не один механизм древности.
Действие этого насоса хорошо известно даже не специалистам, потому что он используется по сей день, например, для того, чтобы накачать колеса велосипеда. Устройство состоит из цилиндра и входящего в него с зазором поршня. Он и вытесняет воздух или воду.
Поршневой насос Ктесибия. Большая Советская энциклопедия
Но насос Ксетибия имел и другие узлы: клапан и запорное устройство. Клапан позволял изменять поток жидкости или воздуха под воздействием среды. Запорное устройство представляло сбой трубу с двумя отверстиями. Она перекрывала входные отверстия цилиндров и соединяло их с выходной трубой в виде конуса. Так создавался напор воды.
В древности эти насосы использовались не для водоснабжения, а для тушения пожаров. Они делались из бронзы и имели два цилиндра и всасывающие и нагнетательные клапаны. Сохранились не только чертежи, но и сами насосы. В Испании были обнаружены как бронзовые, так и деревянные образцы. За 2000 лет в их устройстве, кроме материалов, из которых они изготовлены, принципиально изменилось мало.
Нория с дисками и винт Архимеда. Источник: Журнал «Наука и образование»
Практически в одно время с насосом Ксетибия в Элладе появилось другое устройство, которое, однако, использовалось в орошении полей. Это винт Архимеда. Изобретение датируется 230 г. до н.э. и названо в честь древнегреческого математика и инженера. Однако историки не уверены, что пальма первенства принадлежит именно ему. Некоторые исследователи говорят, что изобрел винт математик школы Пифагора Архит Тарентский на полтора века раньше. Кроме того, Архимед путешествовал в Александрию, тогдашний центр наук и открытий, и там он мог увидеть подобный механизм. Так ли это или нет, в современную историю водоподъемный винт вошел под его именем и, как и поршневой насос Ксетибия, используется и по сей день.
Действия винта Архмеда основано на свойстве винтовой поверхности противодействовать силе тяжести. Забранная порция воды по наклонной поверхности перемещается снизу вверх.
Винт Архимеда нашел свое применение во многих областях. Его использовали в горном деле для откачки всей воды из шахт, поскольку штольни всегда шли под наклоном, и винт позволял откачивать практически всю воду. Великий астроном Коперник, который проектировал водопровод в польском городе Фромбург, применял также винт Архимеда.
Принцип работы этого устройства не менялся веками, хотя и совершенствовался. Появились многоступенчатые винты с промежуточными резервуарами, что позволяло делать из более компактными.
Насосы строились на деньги правителей и помогали увеличивать налоговую базу
Первые насосы, которые появились в древности, были сродни промышленной революции Нового времени. Как паровые машины освободили производство от использования мускульной силы человека, так и первые водоподъемные устройства дали возможность осваивать земли для сельского хозяйства, которые лежали выше уровня паводка.
Люди научились активно использовать водный ресурс, а не ждать паводка или разлива рек. Кроме того, ирригационные системы представляли собой магистрали, по которым распределялась вода. Это связывало отдельные разрозненные поселения в регионы.
Государство активно поддерживало инновации. Фараоны, цари и храмы оплачивали создание и обслуживание ирригационных систем и механизмов. В Месопотамии строительство каналов считалось священным долгом царя. Это стало известно из кодекса Хаммурапи, который регламентировал содержание дамб. создание и обслуживание ирригационных систем и водоподъемных механизмов.
В Египте за разлив Нила отвечал фараон, поэтому власти выделяли на поддержание водоснабжения зерно из собранных налогов. Кроме того, на каждого общинника была наложена повинность по отработке на строительстве и очистке каналов.
Это позволяло правителям увеличивать площади под посевы и собирать еще больше налогов.
Об истории насосов в Средневековье читайте в следующей статье.