Шестеренки – венец механики
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Без колеса жить трудно, но все-таки можно. В конце концов, есть сани, гусеницы, ползающие и шагающие механизмы. Но как сдвинуть технику с места без шестерни? Без нее не были бы изобретены станки и двигатели, арифмометры и лебедки, комбайны и типографские машины. Любой механизм, в работе которого требуется четкость, без нее немыслим.
Сорок лет назад нашли затонувшую древнеримскую трирему. Тысячелетия пощадили груз. Сохранились амфоры, детали вооружения и какая-то бронзовая машина со множеством шестеренок. Специалисты признали в ней прообраз современного компьютера(!). Видимо, капитан пользовался этим «компьютером», прокладывая курс корабля.
Перед безызвестным изобретателем шестеренки стояла очень скромная задача: сделать так, чтобы при вращении одного колеса другое вращалось быстрее, с большим числом оборотов. Видимо, мастер заметил, что на боевых колесницах маленькое поддерживающее колесо вращается в несколько раз быстрее, чем два больших основных колеса. Что же, ему только осталось взять большое и маленькое колеса и сблизить их до соприкосновения. Но вот беда, гладкие колеса пробуксовывали.
Взял человек напильник и нарезал по обеим окружностям насечку. Вот тут-то и пошли чудеса. При вращении маленького колеса большое действительно вращалось медленней, но зато в силе получило выигрыш. Во столько раз, во сколько меньше было число оборотов. «Нет, не рычаг мне нужен, чтобы перевернуть мир, — наверное, подумал изобретатель, — а достаточно большая шестерня, которую можно было бы надеть на земной шар!».
Еще большего успеха добились механики, когда изобрели храповое колесо — шестерню с косым в профиле зубом. Стоило подвести к ней «собачку» — падающий тормоз, не дающий колесу вращаться в обратную сторону, и появилась лебедка — механизм, совершенно не заменимый по сей день. Храповое колесо сделало возможным изобретение механизма для отсчета времени — часов.
В 1404 году, монах Лазарь Сербин закончил постройку грандиозных, даже по нашим понятиям, башенных часов для московского Кремля. В то время они имели только одну стрелку — часовую. Главная же их особенность заключалась в том, что в отличие от уже известных водяных часов действие кремлевских было основано на вращении шестерен.
1404 год… Каким были шестерни, сделанные Лазарем Сербиным? Скорее всего, это были колеса со штырями, потому что и 99 лет спустя они оставались такими. По дошедшему до нас рисунку Леонарда да Винчи можно судить, что станок для насечки напильников, который он изобрел в 1503 году, имел именно такие шестеренки. Как и в первых механических часах, приводил в движение станок падающий груз. Но зубчатое колесо здесь давало другой эффект. Оно отмеряло не время, а расстояние между насечками напильника. Поворот колеса на один зуб — и заготовка напильника перемещается винтом на расстояние шага резьбы, а зубило, насаженное на длинный черенок, било по заготовке со строго отмеренной силой. Ни один умелец не смог бы конкурировать с этим станком в точности. Видимо здесь люди впервые столкнулись с возможностями, которые дает зубчатое колесо в станкостроении.
Вот уже сотни лет механики преданно и нежно любят шестеренки. Любовь эта еще в XIX веке была так велика, что на одном из первых паровозов вместо колес были насажены на валы четыре огромных шестерни, а вместо рельсов установлены кремальерные рейки — те же шестерни, только развернутые в длину. Чтобы паровоз не буксовал.
В наше компьютерное время шестеренки увы утратили свое былое значение, но тем не менее и по сегодняшний день они остаются важными компонентом в многих механических устройства.
Автор: О. Жолондковский.