НАУКА И МЫ

Медицинские, исторические, технические, социальные и другие научно-исследовательские работы

Образование »  » Исторические

Изобретение колеса


Изобретение колеса

   Никто не знает, когда точно появилось первое колесо. Большинство ученых полагает, что колесо впервые применили около 3500 г. до н. э. гончары в Месопотамии либо в Центральной или Восточной Европе. Первый датированный документ об использовании колеса для перевозки – месопотамская мозаика (3200 г. до н. э.). На ней изображена повозка на цельных колесах, соединенных металлическими скобами.
В Америке колесные повозки вообще были неизвестны до появления там в конце XV в. европейских мореплавателей. Отчасти это объясняют тем, что в Америке не было домашних животных, которых можно было бы запрячь в повозку.

   С древнейших времен люди нуждались в двигательной силе, или в двигателях, которые приводили бы в действие приспособления для подачи воды на поля, вращали жернова, моловшие зерно, и т. д. В странах Древнего Востока, в Древнем Египте, Индии для этой цели использовали животных и рабов. В Древнем Египте для транспортировки гигантских известняковых плит применяли катки из камня. Такой каток помогал одному человеку доставлять куда требуется грузы – например, плиту весом не в одну тонну. Особенно не-подъемные плиты перевозили на специальных устройствах – волокушах. Дороги – а их прокладывали по каменистому грунту – для лучшего скольжения поливали водой. В тех же целях в самых трудных местах выбирали камень и в образованные борозды притапливали бревна, но нередко под волокуши под-кладывали опять же катки. 

   Видимо, сначала колесо делали цельным, для чего отпиливали сплошные круги от достаточно крупных деревьев. Там, где леса было мало, колесо составляли из нескольких клиньев, скрепленных поперечинами. На смену живым двигателям пришло водяное колесо – два диска на одном валу, между которыми помещались плоские дощечки – лопасти. Поток воды в реке давил на лопасти и поворачивал колесо, а через его вал движение передавалось жерновам. В средние века водяные колеса приводили в действие прядильные и ткацкие станки. Впервые водяную мельницу описал Витрувий (I в. до н. э.). В основе механизма – два изобретения александрийских инженеров: водяное колесо (в мельнице оно не поднимает воду, а движется благодаря ее течению) и передаточный механизм, состоящий из двух зубчатых колес (с его помощью вращение колеса передавалось на ось с насаженным на нее мельничным камнем). Заменив человека в изнурительной операции помола зерна, мельница сохранила ему больше времени и сил, чем любая другая машина древности.

   Широкое распространение водяные мельницы получили позже, уже в эпоху Римской империи, особенно в северных провинциях, где текли полно-водные реки. Например, около города Арелата в Галлии (современный Арль во Франции) работал замечательный мукомольный комплекс. Вода по акведуку поступала в большой резервуар и отсюда под углом стекала вниз по каналу, отделанному камнем. Вдоль канала была построена система из восьми крытых мельниц. Водяные мельницы, унаследованные от Античной эпохи, в Средние века применялись сначала только для помола зерна. В VII в. персы изобрели ветряную мельницу. Так началась история ветряных двигателей, использовавшихся для того, чтобы молоть зерно, качать воду.

   Примерно в то же время люди поняли, что мельничный двигатель можно использовать для выполнения любой работы, требующей больших затрат мускульной энергии. Нужны были только специальные механизмы, обеспечивающие передачу усилий с вала, вращаемого лопастями ветряка или водяным колесом, на другой вал. Этот вал следовало расположить под углом и соединить с техническими устройствами, преобразующими вращательное движение в прямолинейное и возвратно-поступательное движение рабочей машины. И такие механизмы изобрели. Водяные двигатели начали применять в самых разных областях промышленности – в производстве сукна и пороха, для дробления руды, откачки воды из шахт и приведения в действие кузнечных мехов. Появились сложные передаточные механизмы, с помощью которых от одного двигателя работали две машины и более. Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до XVII в. оставались единственными типами двигателей. 

   Во второй половине XIX в. появились паровая турбина и двигатель внут-реннего сгорания. Первые паровые турбины внешне имели много общего с во-дяными колесами, только на их лопасти давила не вода, а пар. На смену водя-ным колесам пришли гидротурбины, которые приводят в действие генераторы тока на гидроэлектростанциях. Первая промышленная гидроэлектростанция в России была введена в действие в 1896 г. Ее построили на реке Охте для энергоснабжения порохового завода. Принцип работы гидроэлектростанций при всем разнообразии конструкций одинаков: вода под напором из верхнего бьефа (водоема перед плотиной) поступает в водоприемник и по водоводам направляется к турбинам. «Турбина» в переводе с латинского означает «волчок». Ее устройство несложно. Она состоит из двух рядов изогнутых лопаток, один из которых размещается в неподвижном корпусе, а второй – на вращающемся рабочем колесе. Вода, пар или газ по неподвижным направляющим лопаткам поступает к лопаткам рабочего колеса и давит на них, заставляя вращаться.

   Самой простой гидротурбиной является водяное колесо. Рабочие лопатки (ковши) такого колеса приводятся в действие силой падающей воды. Гидротурбины современных гидроэлектростанций устроены гораздо сложнее. Чтобы они развивали мощность в сотни тысяч киловатт, строят гигантские плотины, которые поднимают уровень воды более чем на 200 м. в бетонном теле плотины гидроэлектростанции сооружают спиральные каналы диаметром в несколько метров, по которым с большой скоростью несутся по-токи воды. Вода попадает на лопатки гидротурбины, соединенной с электроге-нератором, и вращает ее. Максимальная мощность современных гидротурбин превышает 1000 МВт.

   По толстым проводникам – шинам электроэнергия передается на повы-шающий трансформатор, затем на распределительное устройство и под высо-ким напряжением по линиям электропередачи идет к потребителям – заводам, фабрикам, жилым домам. На равнинных реках при небольшом напоре воды сооружают русловые гидроэлектростанции. На реке строят шлюзы или судоподъемники, рыбопро-пускные или водозаборные сооружения для орошения полей и водоснабжения. К русловым относится, например, Волжская ГЭС. Сильный напор воды сдерживают плотиной, а ГЭС располагают за плотиной. Такая гидроэлектростанция называется приплотинной. По этой схеме построены Красноярская и Братская ГЭС, ДнепроГЭС. Гидроэлектростанции имеют немало преимуществ перед тепловыми и атомными. ГЭС не нуждаются в топливе и потому вырабатывают более дешевую электроэнергию. Их энергетические ресурсы огромны и непрерывно возобновляются.

   Благодаря ГЭС полнее используются гидроресурсы рек – сооружаемые плотины и водохранилища позволяют улучшить водоснабжение засушливых районов, удлиняют судоходные участки, снижают ущерб от весенних паводков. Однако плотины ГЭС ухудшают условия обитания водяной фауны; запруженные реки, замедлив течение, зацветают; уходят под воду обширные участки пахотной земли. Гидроэнергетика должна развиваться без ущерба для окружающей среды. Передаточный механизм передает движение водяного двигателя рабочему колесу. Для передачи вращательного движения можно использовать ременные и цепные передачи. Они позволяют получить разные частоты вращения. Чтобы ведомый вал вращался медленнее ведущего, мы должны поставить на нем шкив большего диаметра, чем на ведущем.

Новые технологии на страже водосбережения

 »  »  » 
Паровозы
Солнечные часы
Свечи и свечки
Шоу мыльных пузырей
Поиск