Насос Герона

Древнегреческий изобретатель Герон, живший, вероятно, в I в. н. э. в Александрии, продолжил исследования Ктесибия в области гидравлики и пневматики и создал ряд механизмов, приводившихся в действие давлением воды, воздуха или пара.

Герон Александрийский

Многие изобретения Герона были забыты. Но насос Герона в Древнем мире широко использовался для тушения пожаров, а спустя века принцип его действия был использован в целом ряде важных приборов и механизмов, например в медицинском шприце, термометре и паровой машине.

В помощь огнеборцам

В одном из своих научных трактатов, книге «Пневматика», Герон Александрийский описал устройство насоса, которым 2 человека могли качать воду из водоёма. Основой действия этой машины служили два цилиндра с отверстиями (клапанами) внизу для поступления воды и поршни, по трубкам выталкивающие эту воду наружу.

Насос Герона применялся в основном для тушения пожаров и помогал эффективнее бороться с огнём. По иронии судьбы, меньше чем через три сотни лет свитки с научными трудами изобретателя пожарного насоса сгорели вместе с другими рукописями при пожаре Александрийской библиотеки. Труды Герона дошли до нас только в списках его учеников и последователей.

Устройство насоса Герона: Рычаг (1) насоса поочерёдно опускал и поднимал поршни (2) внутри цилиндров (3). Когда поршень поднимался, под ним в цилиндре образовывалось пустое, безвоздушное пространство, вакуум, куда под давлением атмосферы устремлялась вода из источника, поступающая через открывшийся клапан (4). По закону сообщающихся сосудов вода заполняла и соединённые с цилиндром трубки (5). Опускаясь, поршень закрывал клапан (4), и вода устремлялась в единственный выход, в трубку (5). В трубке создавалось такое высокое давление воды, что она струёй вылетала из её отверстия (6). Поочерёдное действие двух поршней в насосе создавало непрерывный ток воды из трубки. Присоединяя к трубке гибкий шланг, движение воды направляли в нужную сторону, например на пламя пожара.

Медицинский шприц действует по принципу насоса. Из стеклянной колбы (1) через отверстие в игле (2) поршнем (3) выдавливается воздух. Когда поршень отводят назад (4), погрузив иглу в жидкость (5), жидкость под воздействием внешнего (атмосферного) давления (6) через отверстие иглы вслед за поршнем начинает втягиваться в колбу (7), где почти нет воздуха и образовалось низкое давление (вакуум). Из наполненной колбы жидкость поршнем вытесняется через иглу (8).

Как работает давление

Герои придумал множество хитроумных механизмов, работающих по открытым им законам пневматики. Фонтан Герона — система из трёх соединённых меж собой сосудов, в которой давление воды и воздуха вызывало автоматическое извержение водяной струи. Чудесные механизмы Герона вызывали восторг и удивление его современников, и ими с радостью пользовались жрецы для привлечения народа в храмы.

Устройство фонтана Герона. Вода из открытого верхнего сосуда (1) по идущей вниз трубке (2) поступала в закрытый нижний сосуд (3). Давление текущей вниз воды вытесняло из сосуда (3) воздух, который по другой трубке (4) поступал в закрытый средний сосуд (5) с водой. Давление воздуха вытесняло воду из сосуда (5), и вода через открытую трубку (6) выбрасывалась струёй и падала в сосуд (1). Устройство работало непрерывно, пока в сосуде (3) не кончался воздух, а в сосуде (5) — вода.

Одним из этих чудес было автоматическое раскрывание дверей храма. Не меньшим чудом был изобретённый Героном музыкальный инструмент гидравлос, подобие современного органа. Звуки в нём создавались потоками воздуха, проходящими через трубы разной величины, а подавало воздух в трубы давление воды, накачанной насосом, работавшим от миниатюрной ветряной мельницы. В усовершенствованном римлянами гидравлосе насос качал воздух в трубы напрямую, без посредничества воды.

Развитие идеи

По принципу насоса Герона работали насосы для откачки воды из трюмов кораблей и пожарные помпы. Поршневые механизмы есть в медицинских шприцах и в гидравлических прессах, в затворах артиллерийских орудий и в пневматическом оружии, в паровых двигателях и двигателях внутреннего сгорания. Изобретение эолипила обогнало свое время: лишь уровень научно — технического развития того периода не позволил Герону открыть принцип паровой машины и применить его на практике. Эолипил можно считать и прототипом реактивного двигателя, который в XX в. поднял в небо самолёты и запустил в космос ракеты.