Шестерінки – вінець механіки
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Без колеса жити важко, але все-таки можна. Зрештою, є сани, гусениці, плазуючі та крокуючі механізми. Але як зрушити техніку з місця без шестерні? Без неї не були б винайдені верстати і двигуни, арифмометри і лебідки, комбайни та друкарські машини. Будь-який механізм, в роботі якого потрібна чіткість, без неї немислимий.
Сорок років тому знайшли затонулу давньоримську трирему. Тисячоліття пощадили вантаж. Збереглися амфори, деталі озброєння і якась бронзова машина з безліччю шестерень. Фахівці визнали в ній прообраз сучасного комп’ютера (!). Мабуть, капітан користувався цим «комп’ютером», прокладаючи курс корабля.
Перед невідомим винахідником шестерінки стояла дуже скромна задача: зробити так, щоб при обертанні одного колеса інше оберталося швидше, з великим числом оборотів. Мабуть, майстер помітив, що на бойових колісницях маленьке підтримуюче колесо обертається в кілька разів швидше, ніж два великих основних колеса. Що ж, йому тільки залишилося взяти велике і маленьке колеса і зблизити їх до зіткнення. Але ось біда, гладкі колеса пробуксовували.
Взяв чоловік напилок і нарізав по обидвох колах насічку. Ось тут-то і пішли чудеса. При обертанні маленького колеса велике дійсно оберталося повільніше, але зате в силі отримало виграш. У стільки разів, у скільки менше було число обертів. «Ні, не важіль мені потрібен, щоб перевернути світ, – напевно, подумав винахідник, – а досить велика шестерня, яку можна було б надіти на земну кулю!».
Ще більшого успіху домоглися механіки, коли винайшли храпове колесо – шестерню з косим в профілі зубом. Варто було підвести до неї «собачку» – падаюче гальмо, що не дає колесу обертатися у зворотний бік, і з’явилася лебідка – механізм, абсолютно не замінний донині. Храпове колесо зробило можливим винахід механізму для відліку часу – годинника.
У 1404 році, монах Лазар Сербін закінчив будівництво грандіозного, навіть за нашими поняттями, баштового годинника для московського Кремля. У той час він мав тільки одну стрілку – годинну. Головна ж їх особливість полягала в тому, що на відміну від вже відомого водяного годинника дія кремлівського було засновано на обертанні шестерень.
1404 рік… Яким були шестерні, зроблені Лазарем Сербіним? Швидше за все, це були колеса зі штирями, тому що і 99 років по тому вони залишалися такими. За збереженими до нас малюнками Леонарда да Вінчі можна судити, що верстат для насічки напилків, який він винайшов в 1503 році, мав саме такі шестерінки. Як і в першому механічному годиннику, приводив в рух верстат падаючий вантаж. Але зубчасте колесо тут давало інший ефект. Воно відміряло не час, а відстань між насічками напилка. Поворот колеса на один зуб – і заготівля напилка переміщається гвинтом на відстань кроку різьблення, а зубило, насаджене на довгий держак, било по заготівлі зі строго відведеною силою. Жоден умілець не зміг би конкурувати з цим верстатом в точності. Мабуть тут люди вперше зіткнулися з можливостями, які дає зубчасте колесо у верстатобудуванні.
Ось вже сотні років механіки віддано і ніжно люблять шестерінки. Любов ця ще в XIX столітті була така велика, що на одному з перших паровозів замість коліс були насаджені на вали чотири величезних шестерні, а замість рейок встановлені кремальерні рейки – ті ж шестерні, тільки розгорнуті в довжину. Щоб паровоз не буксував.
У наш комп’ютерний час шестерінки на жаль втратили своє колишнє значення, але тим не менше і по сьогоднішній день вони залишаються важливими компонентом в багатьох механічних пристроях.
Автор: О. Жолондковський.