Архимедов винт: от античности до современности

Архимедов винт - одно из самых гениальных изобретений античности, которое не потеряло своей актуальности и сегодня. Это простое и надежное устройство используется в самых разных областях уже более 2000 лет.

1. История создания архимедова винта

Согласно легенде, архимедов винт был изобретен великим древнегреческим ученым Архимедом примерно в 250 году до н.э. в городе Сиракузах на острове Сицилия.

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.

Однако существуют и другие версии происхождения архимедова винта. Некоторые исследователи считают, что подобные конструкции использовались для орошения в Вавилоне еще в VI веке до н.э. Есть также мнение, что изобретателем был греческий поэт Стесихор, живший на 100 лет раньше Архимеда.

Первые достоверные упоминания об этом устройстве встречаются в трактате древнеримского архитектора Витрувия «Десять книг об архитектуре», написанном в I веке до н.э.:

архимедов винт представлял собой цилиндрическую трубу длиной 4-6 метров, по оси которой был установлен деревянный вал с тремя винтовыми лентами.

На дошедших до нас рисунках того времени часто изображены архимедовы винты с ручным приводом – человек крутил всю конструкцию, наступая ногами на внешнюю оболочку.

2. Принцип работы архимедова винта

Архимедов винт представляет собой винт (шнек), установленный внутри цилиндрической трубы под наклоном к горизонту. При вращении винта вода последовательно поднимается вверх по спирали и выливается из отверстия в верхней части трубы.

Ключевым фактором эффективности архимедова винта является то, что не нужно обеспечивать идеальную герметичность между лопастями винта и стенками трубы. Часть воды может просачиваться назад, но бо́льшая часть все равно поднимается вверх за счет создаваемого винтом потока.

Современные конструкции архимедова винта могут иметь различное сечение трубы (круглое, квадратное или прямоугольное), а также разный шаг и направление винта.

Для расчета производительности винта архимеда используется формула:

Где Q - расход воды, м3/с; D - диаметр винта, м; n - частота вращения, об/с; i - угол наклона винта к горизонту, градусы.

Основными преимуществами архимедова винта как гидравлической машины являются простота устройства, надежность, устойчивость к засорению и относительно высокий КПД (до 80%). К недостаткам можно отнести ограничение по высоте подъема воды и довольно низкую производительность.

3. Использование в древности и средние века

Уже в античные времена архимедов винт активно применялся для подъема воды в оросительные каналы и обеспечения городов питьевой водой. Например, с его помощью осуществлялось водоснабжение легендарных Висячих садов Семирамиды в Вавилоне.

Кроме того, это устройство использовалось при строительстве портов для осушения территории. Таким способом была отвоевана у моря значительная часть суши в Нидерландах, Италии и других приморских районах Средиземноморья.

Участок моря перекрывался дамбой, и вода удалялась из него, начинался процесс осушения земли для использования в земледелии.

В рудниках Древнего Рима также активно использовались архимедовы винты для откачки воды. Археологами обнаружены остатки гидротехнических сооружений в Испании, где этим способом осуществлялась принудительная вентиляция шахт.

4. Промышленное применение в Новое время

Начиная с XVI-XVII веков архимедов винт стал активно применяться для целей мелиорации в Европе. Особенно широко его использовали голландские инженеры при строительстве системы каналов для осушения заболоченных земель.

• Удаление лишней воды с полей
• Осушение торфяных болот
• Отвоевывание новых территорий у моря (польдеры)

В промышленности архимедов винт также нашел широкое применение благодаря простоте и надежности. Он использовался на шахтах, обогатительных фабриках, химических производствах для транспортировки жидких и вязких сред.

5. Современное использование

В наши дни архимедов винт по-прежнему широко применяется в самых разных областях.

В сельском хозяйстве он используется для орошения полей, транспортировки семян, а также бережной транспортировки мальков на рыборазводных заводах.

На транспорте винт Архимеда применяется в качестве гребного винта на морских и речных судах, а также в конструкции внедорожников-амфибий.

В энергетике с помощью архимедова винта осуществляется подача воды на гидроэлектростанциях.

Кроме того, это устройство активно задействовано в системах водоотведения и очистки сточных вод благодаря устойчивости к засорениям.

6. Необычные конструкции и рекорды

Несмотря на кажущуюся простоту, конструкторы постоянно находят новые нестандартные способы применения архимедова винта.

Например, в Германии был создан гигантский архимедов винт диаметром 5 метров и высотой 12 метров. Он использовался для подъема воды на высоту 6 метров и установил мировой рекорд производительности среди таких устройств.

7. Архимедов винт в военном деле

Согласно легенде, сам Архимед использовал принцип винта для создания осадного оружия. В частности, он сконструировал кран "Железный коготь" для захвата и опрокидывания вражеских кораблей, осаждавших Сиракузы.

В современном военном деле также применяются различные модификации архимедова винта - для транспортировки боеприпасов, создания заградительных завес на воде и даже в конструкции подводных лодок!

8. Архимедов винт в природе и фантастике

Похожие спиралевидные формы встречаются в природе - например, раковины некоторых моллюсков. Это один из примеров так называемых аналоговых решений в бионике.

Образ архимедова винта часто фигурирует в произведениях фантастики и футуристических концепциях - как правило, в связи с космическими кораблями и станциями.

9. Актуальное техническое решение

Несмотря на более чем 2000-летнюю историю, архимедов винт и в наши дни остается актуальным техническим решением. Все благодаря гениальной простоте идеи и универсальности ее применения в самых разных областях человеческой деятельности.

Это изобретение ярко демонстрирует, как важно не упустить по-настоящему ценные наработки прошлого и продолжать развивать их в будущем с помощью современных технологий.