100 великих чудес инженерной мысли - Андрей Низовский

Первые механические часы изготовил И Син (683–727), буддийский монах и математик. Скорее, это был астрономический инструмент, выполняющий роль часов. Вот как описывают их устройство современники: «[Часы] имели вид небесной сферы с изображением фаз Луны, расположенных в строгой последовательности, небесного экватора и градусной сетки. Вода, наливавшаяся в укрепленные на колесе ковшики, приводила в движение сферу, совершавшую один полный оборот в сутки. Снаружи ее охватывали два обруча, на которых были укреплены изображения Солнца и Луны, вращавшиеся по круговым орбитам… Все сооружение было наполовину помещено в деревянный корпус, поверхность которого изображала горизонт. С помощью такого инструмента можно было точно определять время восхода и заката, периоды полнолуния и новолуния, а также величину прецессии. Кроме того, в часах были колокол и барабан – первый звонил каждый час, а второй отбивал четверти часа. Все это приводилось в движение с помощью скрытых внутри корпуса колес, шпинделей, крючков и колесных передач [с помощью анкерного механизма]».

Подобно водяным часам, изобретение И Сина зависело от превратностей погоды. Так, чтобы на холоде вода в часах не замерзала, рядом с ними приходилось ставить несколько горящих факелов. Поэтому в следующих часах, созданных Чжан Сисюнем в 976 г., воду заменили ртутью. Их механизм был намного больше размером и значительно сложнее, а для его размещения пришлось выстроить целую башню.

В Х в. было изобретено еще одно часовое устройство, приводившееся в действие силой воды. Оно автоматически отмечало протекшее время звоном бубенчиков, колокольным и барабанным боем. Все эти изобретения стали вехами на пути к созданию «Космической машины» – знаменитых китайских часов эпохи средневековья, изобретенных Су Суном в 1092 г.

Подобно своим предшественникам, «Космическая машина» представляла собой часовую башню 10-метровой высоты. На верхушке башни стоял огромный бронзовый астрономический инструмент с механическим приводом – так называемая армиллярная сфера, служившая для наблюдения за положением звезд. Располагавшийся внутри башни небесный глобус поворачивался синхронно с этой сферой. Говорят, что результаты наблюдений с помощью сферы и демонстрационного глобуса полностью совпадали. Основным элементом механизма был анкер, вращающийся по часовой стрелке под действием воды или ртути, вытекавших из расположенного выше резервуара.

Вся передняя часть башни была оформлена в виде пятиэтажной пагоды. Через определенные промежутки времени на том или ином ее этаже открывались двери, и оттуда появлялись фигурки, бившие в колокола или гонги и державшие дощечки с обозначением времени. Все это приводилось в движение тем же самым огромным часовым механизмом, который одновременно вращал небесный глобус и армиллярную сферу.

Двумя веками позднее использованные в часах Су Суна принципы легли в основу первых механических часов в Европе.

Магнитный компас

Знаете ли вы, что вплоть до XVII столетия стрелки всех европейских компасов указывали не на север, а на юг? И это потому, что сама идея компаса была заимствована европейцами у китайцев, создавших первый магнитный компас, стрелка которого была ориентирована на южный магнитный полюс.

Китайцы знали магнит очень давно. Уже в III в. до н. э. им было известно, что магнит притягивает железо. Очень рано стало известно китайцам и свойство магнита указывать направление на север и на юг. Уже в III в. до н. э. у китайцев существовал магнитный компас. Он напоминал суповую ложку с длинной ручкой, по-видимому, вырезанную из куска магнитного железняка. Эта ручка указывала на южный магнитный полюс. Своей выпуклой частью «ложка» касалась гладкой середины медной или деревянной подставки, на которой делениями обозначались стороны света. Действовал такой компас очень просто: «ложку» крутили за свободно торчащую ручку и ждали, когда она остановится. Направление, которое занимала ручка, и было южным.

В XI в. китайские ученые обнаружили, что сталь и железо после трения о магнит приобретают магнитные свойства. Один из компасов того времени имел вид плоской рыбки, сделанной из намагниченной стали. Рыбка плавала на поверхности воды и указывала головой на юг. В дальнейшем эта рыбка претерпела ряд изменений и в итоге превратилась в компасную стрелку.

Несколько компасов описаны в трактате «Раздумья об озере снов» китайского астронома Шэнь Ко (1086). «Магнитная игла, помещенная на краю чашки или даже на ногте, может свободно двигаться и, в конце концов, укажет на юг, но этот способ не слишком надежен, – писал Шэнь Ко. – Показания магнитной иглы, проткнутой через несколько кусочков камыша, которые плавают на поверхности воды, тоже могут оказаться неточными, когда поверхность воды придет в волнение. Гораздо точнее будут показания иглы, прикрепленной воском к шелковинке и подвешенной в безветренном месте».

В своей книге Шэнь Ко отмечает, что магнитная игла не совсем точно указывает на юг, а чуть-чуть отклоняется к востоку: «Фокусники натирают кончик иглы магнитом, и она, указывая на юг, чуть отклоняется к востоку, вместо того чтобы показывать точно на юг». Это явление мы называем сегодня магнитным склонением. Оно вызвано тем, что ориентация магнитного поля Земли не совпадает с направлением север – юг и магнитные полюсы не совпадают с географическими полюсами. Угол, на который магнитная стрелка компаса отклоняется от направления географического меридиана, называется углом склонения.

Уже во времена династии Хань (206 г. до н. э. – 220 г. н. э.) китайцы знали о том, что одинаковые магнитные полюсы взаимно отталкиваются, а разные притягиваются друг к другу. В Х – XIII вв. китайцы обнаружили, что магнит притягивает только железо и никель.

Видимо, уже около 1100 г. китайцы стали применять магнитный компас в мореходстве. Китайский посол, прибывший в первой четверти XII в. морем в Корею, рассказывал, что на носу и на корме его корабля имелось по компасу, иглы которых плавали на поверхности воды. По ним держали курс в условиях плохой видимости. Приблизительно в конце XII в. через посредничество арабов в Западную Европу попал китайский компас, игла которого плавала на поверхности воды.

Изобретение компаса сыграло огромную роль в развитии китайского мореходства. Но компас оказался великим благом и для всего человечества. Едва ли не половина важнейших изобретений, на которых зиждется современная цивилизация, пришла из Китая.

Изобретение пороха

В IV–III вв. до н. э. на дорогах Китая можно было встретить множество бродячих «докторов магических наук». Они рассказывали о том, что далеко на востоке, посреди моря, высятся три священных острова – там обитают блаженные, которые владеют эликсиром бессмертия; животные и птицы там только белого цвета, а дворцы и ворота на тех островах сделаны из золота и серебра…

Этим россказням верили многие. Знаменитый император Цинь Шихуанди, мечтая во что бы то ни стало добыть эликсир бессмертия, посылал даже морские экспедиции на поиски «счастливых островов».

Некоторые «доктора магических наук» занимались алхимией. Они искали рецепт «эликсира бессмертия»; кроме того, алхимики пытались искусственным путем получить золото и серебро.

Следуя путем проб и ошибок, алхимики накопили ряд ценных познаний о веществах и их превращениях. Случалось, что отважные экспериментаторы умирали, приняв на пробу дозу какого-нибудь изобретенного ими «чудодейственного» снадобья. Однако в своих лабораториях они изготовили и многие по-настоящему полезные лекарства, получили ряд металлических сплавов и красящих веществ, освоили способы плавки, перегонки, кристаллизации, возгонки.

Во время своих опытов китайские алхимики обнаружили, что при смешении серы, селитры и древесного угля иногда происходит вспышка и даже взрыв. И уже в VII в. алхимик по имени Сунь Сымяо написал свое «Сочинение о пилюлях бессмертия», в котором содержится самый древний рецепт пороха.

В Х в. (а возможно и раньше) китайцы уже применяли в военном деле несколько видов порохового оружия. Порох использовался сначала по преимуществу как начинка для различных снарядов зажигательного назначения. Затем появились пороховые снаряды взрывного действия.

В 1132 г. китайцы уже использовали первое пороховое ствольное оружие. Это были длинные бамбуковые трубки, в которые закладывался порох. Каждую такую трубку держало два человека. Порох поджигался, и из бамбукового ствола вырывалась струя пламени, нанося ожоги воинам противника А в 1259 г. в Китае было изобретено первое примитивное ружье. Оно представляло собой толстую бамбуковую трубку, в которую помещался заряд пороха и пуль.

На рубеже XIII–XIV вв. в Китае появились первые металлические пушки. Их называли «огневыми стволами». Они заряжались каменными и железными ядрами; это были уже настоящие пушечные снаряды.