Архимедов винт в шведском посёлке
Схема архимедова винта
Архимедов винт , винт Архимеда - механизм , исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду , жившему в III веке до н. э. Архимедов винт стал прообразом шнека .
Принцип работы
Устройство состоит из наклоненной под углом к горизонту полой трубы с винтом внутри. Она была изобретена Архимедом примерно в 250 году до н. э. либо в Греции ранее. Винт можно представить, как наклонную плоскость , навёрнутую на цилиндр.
Винт вращается обычно с помощью ветряного колеса , либо вручную. В то время, как поворачивается нижний конец трубы, он собирает некоторый объём воды. Это количество воды будет скользить вверх по спиральной трубе во время вращения вала, пока наконец вода не выльется из вершины трубы, снабжая ирригационную систему.
Контактная поверхность между винтом и трубой не обязана быть идеально водонепроницаемой, потому что относительно большое количество воды черпается за один поворот по отношению к угловой скорости винта. Кроме того, вода, просачивающаяся из верхней секции винта, попадает в предыдущую секцию и так далее, таким образом, в машине достигается динамическое равновесие , что препятствует уменьшению механической эффективности.
«Винт» не обязан поворачиваться внутри неподвижной оболочки, он может вращаться вместе с нею как одно целое. Винт может быть герметично прикреплён с помощью смолы или другого связующего к оболочке либо отлит из бронзы как одно целое с оболочкой, как, по предположению некоторых исследователей, были сделаны устройства, орошавшие висячие сады в Вавилоне . Изображения древнегреческих и древнеримских водяных винтов показывают, что винт двигался человеком, наступавшим на внешнюю оболочку, чтобы вращать весь аппарат как единое целое, что требовало, чтобы корпус был жестко скреплён с винтом.
Применение
Издавна архимедов винт применялся для подъёма воды в оросительные каналы. Кроме того, это устройство также использовалось для отвоёвывании земли у моря в Голландии и других местах при создании польдеров . Участок моря перекрывался дамбой, и вода удалялась из него, начинался процесс осушения земли для использования в земледелии.
Архимедовы винты использовались в установках по обработке сточных вод, потому что они успешно справляются с разными мощностями потока и с суспензиями .
Тот же принцип можно увидеть в «пескалаторах» - архимедовых винтах, предназначенных для безопасного подъёма рыбы из прудов. Эта технология применяется в основном на рыбоводных заводах (рыбопитомниках), поскольку она позволяет транспортировать рыбу, не травмируя.
В автомобильной технике архимедовы винты могут применяться вместо колес. Принцип движения шнекороторного вездехода прост. Машина оборудована двумя или более соосными с направлением движения роторами - винтами Архимеда. При вращении они отталкиваются от кашеобразной или жидкой субстанции, по которой движется вездеход, и продвигают его вперед.
Шнекоходу не страшно ничего. Там, где вязнет болотоход с огромными бескамерными шинами, где из-за неровностей рельефа не может пройти судно на воздушной подушке, шнекоход будет медленно, но верно продираться вперед. Для спасательных операций в условиях, например, северных болот, он может стать незаменимым помощником. Кроме того, полые роторы-шнеки могут служить поплавками, превращая вездеход в амфибию. Основной недостаток - это полная неспособность шнекохода передвигаться по хотя бы чуть-чуть твердой поверхности. Как только шнек «чувствует» землю, машину начинает сносить в сторону и трясти. Вроде бы этого нетрудно избежать, сделав поворотной кабину вездехода. Пусть на шнеках он идет по оси X, а по дороге катится по оси Y. Но, увы, так сделать нельзя, потому что от качения шнеки будут попросту разрушаться, теряя присущие им свойства архимедова винта. А если сделать их сверхпрочными, шнекоход будет дробить асфальт или другое покрытие. Есть и еще один недостаток: крайне низкая скорость движения при высоких энергетических затратах. Именно невозможность существования шнекохода в качестве самостоятельной транспортной единицы и не позволило подобным вездеходам получить должное распространение. В том крайне узком сегменте, где без них не обойтись, делают просто: привозят шнекоход в кузове другой машины и спускают его на воду или грязь.
Мы в общем обрисовали жизнь изобретателя, его научные и изобретательские достижения. В этой статье мы постараемся перечислить изобретения Архимеда с более детальными пояснением.
Представляем список изобретений Архимеда для быстрой навигации:
Улучшение рычага
«Будь в моем распоряжении другая земля, на которую
можно было бы встать, я сдвинул бы с места нашу.»
(с) Архимед
Архимед, конечно, не был тем, кто изобрёл рычаг, так как это достаточно простое приспособление, но он был тем, кто теоретически описал принципы его работы и, понимая эти принципы, смог его развить и усовершенствовать. Также он объяснил принцип многоступенчатой передачи.
В своей работе «О равновесии плоскостей или центрах тяжести плоскостей» Архимед пишет следующее:
Тела одинакового веса, которые равноудалены от центра, будут находиться в равновесии, но если расстояние у одного из них изменить, то равновесие нарушится в пользу того тела, которое находится на более удалённом расстоянии от центра.
Если взять два тела одинакового веса, которые равноудалены от центра, и добавить к одному из них дополнительный вес, то равновесие нарушится в пользу большего веса.
Принцип рычага и математическое соотношение
Червячная передача
Многие исследователи-историки полагают, что Архимед также сумел изобрести червячную передачу. Учитывая, что Архимед изобрёл винт, поднимающий воду, стоит ли сомневаться, что он мог догадаться и до этого изобретения. Позже описывал винт со специальным полузнком, который скользил вдоль винта по его резьбе. Но для эпохи Герона этот механизм кажется устаревшим, так как в его время уже существовали винты и гайки. Возможно, что Герон описал именно изобретение Архимеда, прочтя какие-то из его сочинений, которые не дошли до нас.
Соединительный шкив
Шкив — это колесо, вдоль которого может быть установлен канат или цепь. Человек, тянущий с одного конца верёвку, может поднять вес на другом конце верёвки. Колесо шкива выполняет роль точки опоры, уменьшая силу, необходимую для подъёма груза. Архимед изобрёл целую систему шкивов, чтобы поднимать и перемещать грузы
Систему шкивов можно продолжить усложнять, чтобы получить больший выигрыш в силе.
Последовательное усложнение системы шкивов и расчёты для них показывают, что можно достигать уменьшения необходимой силы в 4 раза.
Царь Хиерон, услышав о том, что Архимед может сдвигать любые тяжёлые предметы с места не поверил ему и попросил доказать. Время было удачным, так как в Сиракузах как раз имелась проблема с огромным кораблём (корабль звался в честь города), который не могли вывести из гавани. Надо отметить, что корабль был потрясающе красив и в длину достигал 55 метров. По словам Плутарха, Архимеду удалось вывести корабль из гавани Сиракуз, используя сложную систему рычагов и шкивов.
Винт Архимеда
«Эврика!»
(с) Архимед
Также это изобретение иногда называют «улиткой Архимеда» или водяным винтом. Устройство предназначено для подъёма воды, к примеру, для орошения полей. Винт Архимеда представляет из себя спираль, которая вращалась внутри трубы, перенося воду на винтовых лопастях вверх. Вращение спирали задавалось вращением специальной ручки сверху. Саму ручку мог вращать как человек, так и рогатый скот или лошади, а в более поздние времена можно было использовать водяное колесо или ветряную мельницу.. Помимо воды при помощи винта на верх можно транспортировать гранулированные материалы, такие как зола или песок.
Пожалуй, это одно из самых древнейших приспособлений, известных для подъёма воды. Винт до сих пор используется в небольших электростанциях и даже на фермах. Начиная с 1980 года в штате Техас в США используется восемь винтов Архимеда диаметром около 3.6 метра для борьбы с ливневым стоком. Винт приводится в действие двигателем мощностью 551 киловатт и может выкачать до 500 тысяч литров воды в минуту.
Винт Архимеда, использующийся в Техасе в США
Главным преимуществом винта Архимеда является то, что попадание мусора в механизм не приводит к нарушениям работы устройства. К примеру, при помощи винта можно даже поднимать рыбу вместе с водой, при этом винт будет продолжать работать.
Подробное объяснение принципа работы винта Архимеда:
Огромный винт Архимеда, установленный на гидроэлектростанции:
А на этом видео винт Архимеда изготовили из лего:
Железная рука или коготь Архимеда
Коготь Архимеда был оружием, которое изобретатель придумал во время осады его родного города Сиракуз. Город приходилось оборонять от флота Римской империи, поэтому необходимо было разработать эффективные методы для потопления флота прямо с крепостных стен.
Точный дизайн устройства нам не известен, но мы примерно понимаем принципы, на которых он был основан. Если вы внимательно прочли про изобретение шкивов и рычага, то понять принцип когтя будет несложно.
Принцип работы когтя Архимеда
Коготь Архимеда представлял из себя систему шкивов, верёвок и балок. На одном конце верёвки был крюк, который забрасывался на вражеский корабль и зацеплялся под брюхо корабля. На обратной стороне верёвки за стеной уже были наготове быки и люди, которые начинали тянуть верёвку. В результате многотонные корабли переворачивали или бросали на камни, рассеивая флот и экипаж противника вокруг стен.
Жалкий римский флот ничто против разума Архимеда!
В наше время целых две группы людей попробовали построить коготь Архимеда и затопить корабль. Предлагаем посмотреть обе попытки и убедиться, что устройство было работоспособным.
Катапульты, баллисты и скорпионы
Картина, изображающая осаду Сиракуз.
Во время осады Сиракуз Архимед построил артиллерию, которая могла охватить целый ряд диапазонов. Пока атакующие корабли находились на большом расстоянии, он стрелял из катапульт и баллист, забрасывая корабли противника огромными камнями и брёвнами. Если корабли приближались к крепостным стенам для штурма, то их встречал целый поток стрел из «скорпионов» (небольших катапульт, метающих стальные дротики). Кстати, стоит отметить, что именно Архимед предложил сделал бойницы, что было инновацией в фортификации того времени. Из небольших проёмов лучники успешно обстреливали наступающих римлян. Таким образом, подойти к стенам Сиракуз у римлян не удавалось, а если они и подходили, то несли огромные потери.
Правда с исторической точки зрения Архимед не был тем, кто первым изобрёл все эти сооружения, но он явно вносил в них свои модификации (например, улучшал точность) и успешно использовал для обороны.
Поджигающие зеркала
Ну вот это изобретение для своего времени точно поражает любую фантазию. Архимед догадался до того, чтобы сжигать вражеские корабли при помощи солнца. В некоторых статьях это изобретение даже называют «лучи смерти». Как это было организовано?
Римляне встали недалеко от города со своими 60 квинкверемами. Архимед был достаточно образован в плане оптики, чтобы изготовить выпуклые зеркала. Предположительно это было не одно зеркало, а целая система зеркал, направляющиеся в одно место, чтобы фокусировать лучи. Система скорее всего состояла из 24 зеркал, которые были объединены в одну раму и вращались при помощи шарниров, меняя углы поворота.
Принцип работы зеркал
На самом деле до конца непонятно, для чего именно использовал зеркала Архимед. Вполне вероятно, что он не сжигал ими флот, а лишь ослеплял лучников на кораблях. Также существует версия, согласно которой при помощи катапульт на корабли забрасывались специальные снаряды, которые потом при помощи зеркал поджигались, так что можно было подумать, что это зеркала жгут корабли. И ещё есть версия, что зеркала использовались лишь для наведения катапульт.
В 1973 году греческий учёный Ионнис Саккас заинтересовался вопросом возможности сжигания флота при помощи зеркал, поэтому он поставил эксперимент. 60 греческих моряков держали 70 зеркал, каждое из которых имело медное покрытие и было размером 1.5 метра на 1 метр. Зеркала направлялись на фанерный макет корабля, удалённый на 50 метров. Зеркала спокойно подожгли макет, что доказало практическую возможность поджигания флота при помощи зеркал.
В 2005 году Разрушители мифов повторили опыт, правда несколько иначе. Они использовали выпуклые зеркала в количестве 500 штук и с меньшей площадью. Сжечь парус на макете им удалось лишь через 1 час, поэтому их эксперимент показал, что сжигание флота с зеркалами не очень убедительно.
Одометр
Одометр Архимеда
Аристотель создаёт одометр примерно в 330 г. до н.э. Это устройство позволяло измерять пройденное расстояние, что было незаменимо при создании карт или при строительстве больших сооружений.
Принцип работы одометра прост. Колёса вращаются и приводят в движение две шестерни. Через определённые расстояния шестерни высвобождают небольшой шарик, который падает в специальную ёмкость. В конце пути можно подсчитать шарики и узнать, какой путь ты проделал.
В итоге римляне взяли Сиракузы при помощи подкупа. Предатели им открыли ворота, а Архимеда убили. Цицерон позже описывал возвращение римлян в Рим, говоря, что среди военных трофеев оказался и красивый механический планетарий, изобретённый Архимедом. Планетарий демонстрировал движение пяти планет и затмения. Эта реконструкция показывала ежедневное движение звёзд вокруг Земли, затмения Солнца и Луны и их движение по эклиптике.
Архимедов винт в шведском посёлке
Схема архимедова винта
Архимедов винт , винт Архимеда - механизм , исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду , жившему в III веке до н. э. Архимедов винт стал прообразом шнека .
Принцип работы
Устройство состоит из наклоненной под углом к горизонту полой трубы с винтом внутри. Она была изобретена Архимедом примерно в 250 году до н. э. либо в Греции ранее. Винт можно представить, как наклонную плоскость , навёрнутую на цилиндр.
Винт вращается обычно с помощью ветряного колеса , либо вручную. В то время, как поворачивается нижний конец трубы, он собирает некоторый объём воды. Это количество воды будет скользить вверх по спиральной трубе во время вращения вала, пока наконец вода не выльется из вершины трубы, снабжая ирригационную систему.
Контактная поверхность между винтом и трубой не обязана быть идеально водонепроницаемой, потому что относительно большое количество воды черпается за один поворот по отношению к угловой скорости винта. Кроме того, вода, просачивающаяся из верхней секции винта, попадает в предыдущую секцию и так далее, таким образом, в машине достигается динамическое равновесие , что препятствует уменьшению механической эффективности.
«Винт» не обязан поворачиваться внутри неподвижной оболочки, он может вращаться вместе с нею как одно целое. Винт может быть герметично прикреплён с помощью смолы или другого связующего к оболочке либо отлит из бронзы как одно целое с оболочкой, как, по предположению некоторых исследователей, были сделаны устройства, орошавшие висячие сады в Вавилоне . Изображения древнегреческих и древнеримских водяных винтов показывают, что винт двигался человеком, наступавшим на внешнюю оболочку, чтобы вращать весь аппарат как единое целое, что требовало, чтобы корпус был жестко скреплён с винтом.
Применение
Издавна архимедов винт применялся для подъёма воды в оросительные каналы. Кроме того, это устройство также использовалось для отвоёвывании земли у моря в Голландии и других местах при создании польдеров . Участок моря перекрывался дамбой, и вода удалялась из него, начинался процесс осушения земли для использования в земледелии.
Архимедовы винты использовались в установках по обработке сточных вод, потому что они успешно справляются с разными мощностями потока и с суспензиями .
Тот же принцип можно увидеть в «пескалаторах» - архимедовых винтах, предназначенных для безопасного подъёма рыбы из прудов. Эта технология применяется в основном на рыбоводных заводах (рыбопитомниках), поскольку она позволяет транспортировать рыбу, не травмируя.
В автомобильной технике архимедовы винты могут применяться вместо колес. Принцип движения шнекороторного вездехода прост. Машина оборудована двумя или более соосными с направлением движения роторами - винтами Архимеда. При вращении они отталкиваются от кашеобразной или жидкой субстанции, по которой движется вездеход, и продвигают его вперед.
Шнекоходу не страшно ничего. Там, где вязнет болотоход с огромными бескамерными шинами, где из-за неровностей рельефа не может пройти судно на воздушной подушке, шнекоход будет медленно, но верно продираться вперед. Для спасательных операций в условиях, например, северных болот, он может стать незаменимым помощником. Кроме того, полые роторы-шнеки могут служить поплавками, превращая вездеход в амфибию. Основной недостаток - это полная неспособность шнекохода передвигаться по хотя бы чуть-чуть твердой поверхности. Как только шнек «чувствует» землю, машину начинает сносить в сторону и трясти. Вроде бы этого нетрудно избежать, сделав поворотной кабину вездехода. Пусть на шнеках он идет по оси X, а по дороге катится по оси Y. Но, увы, так сделать нельзя, потому что от качения шнеки будут попросту разрушаться, теряя присущие им свойства архимедова винта. А если сделать их сверхпрочными, шнекоход будет дробить асфальт или другое покрытие. Есть и еще один недостаток: крайне низкая скорость движения при высоких энергетических затратах. Именно невозможность существования шнекохода в качестве самостоятельной транспортной единицы и не позволило подобным вездеходам получить должное распространение. В том крайне узком сегменте, где без них не обойтись, делают просто: привозят шнекоход в кузове другой машины и спускают его на воду или грязь.
См. также
Ссылки
Изобретателем винта считается древнегреческий учёный, математик, физик, изобретатель и инженер Архимед, живший в 287-212 годах до нашей эры.
Нужно заметить, что винт Архимеда вовсе не был предназначен для крепежа. Архимед создал его как средство для подъёма воды из низко расположенных водоёмов в оросительные каналы.
Винт Архимеда
В одном из своих сочинений Галилео Галилей назвал винт Архимеда «водяной улиткой Архимеда».
Изобретение Архимеда устроено гениально просто. В цилиндрическую трубу, установленную под углом к горизонтальной плоскости, помещён винт. Нижний конец цилиндрической трубы погружен в воду. Когда винт вращается, вода поднимается по трубе вверх. Винт приводится в движение вручную или с помощью ветряного колеса.
Винт Архимеда сразу же нашёл широкое применение. С его помощью осуществляли подъём воды в оросительные каналы. В Египте он до сих пор используется в устройствах для орошения полей. В дальнейшем древние греки начали использовать винт в прессах, с помощью которых выжимали сок из винограда для приготовления вина. Благодаря винту Архимеда, воду поднимали из глубоких колодцев. В Голландии это устройство применяли для того, чтобы отвоевать у моря территории для земледелия. Часть моря отгораживали дамбой, затем осушали его с помощью винта Архимеда.
Винт Архимеда стал прообразом современного шнека – стержня со сплошной винтовой поверхностью вдоль продольной оси. А шнек, в свою очередь, является частью механизма, предназначенного для перемещения груза вдоль винтовой поверхности внутри трубы. Практически каждая хозяйка пользуется в быту мясорубкой, одной из деталей которой является шнек. Архимедов винт стал прообразом судовых винтов и авиационных пропеллеров, движителей вездеходов, а также обычных винта и гайки.
Учёный Архимед
Но Архимед изобрёл не только винт. Величайший учёный, живший в Древней Греции, был автором множества технических изобретений.
Идея использования рычага также принадлежит Архимеду. Комплекс блочно-рычажных механизмов, созданных им в порту Сиракуз, значительно облегчил и ускорил процесс перевалки грузов.
Но с особенной силой инженерный гений Архимеда проявился весной 214 г. до нашей эры во время осады Сиракуз. Архимеду в это время было более 70 лет.
Архимед придумал различные оборонительные машины. Эти машины были приспособлены для метания снарядов на любое расстояние. Если неприятель находился далеко, его корабли поражали дальнобойные камнеметательные машины. Если же ему удавалось подплыть поближе, в дело шли меньшие машины. Метательные машины Архимеда забрасывали лагерь врагов бомбами, начинёнными горящей смолой. Наполированные до блеска щиты воинов выполняли роль линз. Отражённый от них солнечный свет направляли на вражеские корабли и поджигали их. Изобретения Архимеда заставляли врагов отступать. Много месяцев Сиракузы были неприступны. Но, в конце концов, пали из-за предательства. И великий учёный погиб от руки римлянина, защищая рукой не себя, а свои чертежи.
Гениальный Архимед намного опередил время, в которое жил. Со времени его гибели прошло много веков. Винт Архимеда видоизменился. Но идеи Архимеда находят новое применение и сейчас.
Речь в данной статье пойдет не о великом завоевателе или разрушителе, а о человеке, значительно поспособствовавшем развитию цивилизации. Им является древнегреческий ученый Архимед. Его гениальное изобретение - винт Архимеда.
Жил и трудился великий ученый во времена весьма отдаленные, год его рождения - 287 до н.э. Им сделано множество открытий. Основы гидростатики и знаменитый улучшения в системе рычагов, полиспаст, наконец, архимедов винт - всем этим мы обязаны великому греку. Достаточно только вспомнить его высказывание, дошедшее до нас через разделяющую бездну времени: “Дайте мне точку опоры, и я переверну весь мир”.
Что же собой представляет знаменитый винт Архимеда? Спираль, помещенная в цилиндр - вот что это такое. При вращении она захватывала жидкость и увлекала ее за собой. Зазоры между краями спирали и стенками цилиндра позволяли свободно вращаться валу. В итоге вода выливалась через верхний открытый конец. Таким образом, поместив один конец цилиндра в воду, а другой расположив выше под углом и вращая вал, жидкость подавали наверх. Вращать можно было как сам вал со спиралью внутри цилиндра, так и цилиндр вместе с валом.
Применялась подобная архимедова спираль для подъема воды при орошении территорий и для осушения шахт, трюмов кораблей, низин и заболоченных мест. Эффективность подобного устройства оказалась выше, чем существовавшего в то время водоподъемного колеса. Немаловажным достоинством было то, что подобным способом поднимали как чистую жидкость, так и ее смесь с землей, суспензию.
Как уже упоминалось, первоначально винт Архимеда применяли для подъема воды из низин, от реки наверх, на орошаемые поля. Благодаря подобной системе поливались поля в Египте, Греции, других местах. Впоследствии по такой методике стали откачивать воду из шахт. Наклонная конструкция как раз вписывалась в систему горных штреков. Благодаря использованию системы откачки воды с применением спирали, доступными оказывались многие ранее затопленные участки шахт. Среди испанских шахтеров, по отзывам историков, подобный метод осушения был чрезвычайно популярен.
С не меньшим успехом действовали голландцы по схожей методике осушения. Они огораживали дамбами участок моря и потом откачивали из него участка воду. Таким образом, они увеличивали свою территорию, отвоевывая землю у моря.
По мере развития техники идеи, связанные с винтом Архимеда, находили новые применения. Практически нет ни одной области промышленности, которая не использовала бы винты-саморезы. А ведь в их основе лежит тот же принцип.
Во многих других случаях с таким же успехом использовалось это техническое решение. Червячный редуктор - прообраз его создан великим ученым. Винтовой механизм тоже можно считать развитием идеи сиракузца. Сколько впоследствии было создано невозможно себе даже представить. Многие века человечество получало масло и вино, используя подобные устройства.
Шнек - это тоже видоизмененный винт Архимеда. Применяют его в самых разных областях- от обычной мясорубки до двигателей транспорта. Для преодоления болотистых мест, где невозможно использование колеса или гусеницы, используют вездеходы со шнековыми двигателями.
Шнековый бур применяют как для создания колодцев на приусадебных участках, так и скважин в промышленности. А корабли двигаются благодаря который является частью В основе всего этого лежит открытие гениального грека.
В настоящем материале было рассмотрено изобретение греческого ученого из г. Сиракузы - винт Архимеда, показано его практическое применение в прошлом и использование в современной технике.
