Позже приспособили устройство из двух плоских камней: зерна пшеницы помещались на камень, который находился внизу, верхний камень поворачивался по нему. Таким образом зерна измельчались, толклись, ссыпались через отверстие и становились мукой.
Постепенно инструмент для измельчения зерен совершенствовался, пока не превратился в мельницу. Она состояла из двух массивных и твердых камней, поверхность которых была гладко отшлифована. Благодаря большой массе они не только растирали, но и раздавливали зерна, насыпанные между ними. Эти камни называются жерновами.
Вначале, чтобы привести в действие жернова, человек использовал силу собственных рук. Это был очень тяжелый труд. Потом человека заменили сильные домашние животные, такие, как бык, лошадь или осел. И, наконец, люди стали использовать силу ветра и воды, чтобы молоть зерно.
Ветряк – это механизм, который совершает работу, используя для этого энергию ветра. Наиболее часто ветряки используются для обмолота зерна или накачивания воды.
Приводимое в движение ветром колесо, которое называется ветряным колесом, состоит из нескольких точно сбалансированных (уравновешенных) крыльев, или парусов, которые расходятся во все стороны от оси вала. Когда ветер дует на крылья, ветряное колесо крутится и вращает вал. Эта вращающая сила передается через шестеренки от вала к тем частям механизма, которые выполняют работу.
Принцип действия ветряных мельниц был известен с древности, но лишь с XII века они начали распространяться по Европе и нашли широкое применение. Самые ранние типы ветряных мельниц, которые назывались осевыми, или немецкими мельницами, крепились на вертикальном столбе, вокруг которого ее можно было повернуть таким образом, чтобы ветряное колесо было обращено к ветру. Совершенно иной вид имели мельницы башенные, или датские, у которых основание было неподвижным, а ветряное колесо и вал крепились на вращающейся башне.
Мощность составляла от 2 до 8 лошадиных сил у мельниц немецкого типа и от 6 до 14 лошадиных сил у мельниц датского типа. Половина мощности терялась на перемещение самой мельницы, поэтому это были не очень эффективные механизмы. Они не были широко распространены, пока в XVIII веке не был изобретен паровой двигатель. Исключение составляли Нидерланды – там в XVII веке насчитывалось около 8000 ветряных мельниц.
Ветряные и водяные мельницы имели и другое применение. С их помощью добывалось масло, которое содержалось в семенах некоторых растений (например оливок), размалывали специи и даже размельчали дерево в опилки для производства бумаги.
Существуют также ветряные мельницы, которые качают подземную воду из глубины на поверхность. А известный специалист по гидравлике Жан Лиуотер (1575–1650) смог осуществить осушение озер с помощью насосов, приводимых в действие ветряными мельницами.
Как устроены силосные хранилища?
Силос – сочный корм, потребляемый всеми сельскохозяйственными животными.
Это законсервированная в процессе силосования зеленая масса кукурузы, подсолнечника, других культур. Чтобы приготовить этот очень питательный корм, собранную зеленую массу сначала измельчают, затем уплотняют и укрывают. Делается все это в специальных хранилищах – башнях или траншеях (ямах). Башни – каменные или кирпичные сооружения с вентиляционными устройствами. Траншеи делают, как правило, из железобетона, они полузаглублены или полностью скрыты в земле. Во время приготовления и последующего хранения силоса в нем накапливаются консерванты – молочная и другие кислоты. Они как бы заквашивают зеленую массу. Через месяц-другой хранения корм готов.
Как устроен современный тоннель?
Современные тоннели представляют собой сложные инженерные сооружения. Их используют для движения поездов метрополитена, прокладки инженерных коммуникаций, устройства транспортных развязок. Большинство тоннелей строят из монолитного железобетона, усиленного специальной арматурой. Такой метод сочетает прочность готового тоннеля с необходимой скоростью строительства.
При проходке твердых и скальных пород применяют метод бурения и взрыва. Мягкие породы – глину, песок, песчаник – удаляют при помощи специальных машин.
В районах с сильным обводнением перед проходкой применяют замораживание грунта. Для этого в грунт вводят специальные трубы, по которым пропускают жидкий азот, а затем прокладывают тоннель сквозь образовавшийся ледяной монолит.
В городских условиях, где вести взрывные работы сложно, а иногда и просто невозможно, на строительстве тоннелей используют специальные землеройные машины, а сам тоннель собирают из готовых бетонных или чугунных секций – тюбингов.
После проходки в тоннеле устанавливаются самые разнообразные механизмы и приспособления. Они отсасывают скапливающиеся вокруг тоннеля грунтовые воды и вентилируют в нем воздух.
Иногда рядом с основным тоннелем сооружают дополнительные участки под уклоном для стока грунтовых вод к мощным откачивающим насосам. Только при таких условиях тоннель остается безопасным и экономичным при эксплуатации.
Как устроен трансатлантический кабель?
Когда в 1858 году проложили первый телеграфный кабель между Европой и Америкой, он проработал всего несколько часов. По неизвестной причине сигналы становились все менее разборчивыми, а вскоре и вовсе прекратились.
Но руководивший проектом американский инженер С. Филд не отступил от реализации своего замысла. Он понял, что причиной неудачи является недостаточная проработка конструкции кабеля. Филд обратился к крупнейшим ученым того времени.
Главным консультантом стал английский физик У. Томпсон, который был за свои научные открытия удостоен титула лорда Кельвина. Томпсон вычислил необходимые параметры будущего кабеля и вывел систему формул для определения электрических характеристик длинных линий. И сегодня при расчетах электрического сопротивления и толщины изоляции используют «телеграфные уравнения» Томпсона.
Вместе с ним работали английский электротехник Ч. Уитсон и немецкие инженеры братья Вернер и Уильям Сименсы. Последние вскоре стали основателями известной электротехнической компании.
По совместным чертежам был изготовлен новый кабель. Испытания показали, что расчеты ученых оказались правильными. Правда, сопротивление токопроводящих жил утроилось, зато более чем в два с половиной раза возросла скорость распространения сигнала.
Кроме того был разработан новый способ бронирования кабеля. Летом 1866 года Америку и Европу соединила электрическая связь. За последующие 10 лет проложили еще 14 кабельных линий, что позволило добиться бесперебойной и постоянной телеграфной связи между континентами.
Казалось, сложная техническая проблема была наконец решена. Однако наука продолжала развиваться. В конце XIX века был изобретен телефон. Но попытка передать телефонный сигнал по трансатлантическому кабелю не удалась.
Причину установили быстро. При телеграфировании использовался ток частотой в десятки герц, а при телефонной связи частота возрастала примерно в 100 раз. Поэтому сигнал затухал, не успевая дойти до другого конца.
Оптимальное решение проблемы на тот момент предложил американский профессор М. Пупин. Он разработал конструкцию специального усилителя, присоединявшегося к небольшим участкам кабеля. Предварительные расчеты показали, что максимальная длина линии должна была составить 50 километров. Правда, усилитель Пупина имел один недостаток – он мог передавать сигнал лишь в одну сторону. Для обеспечения двусторонней связи пришлось прокладывать два параллельных кабеля.
Изобретение Пупина позволило установить на трансатлантических линиях глубоководные усилители. Их применяли до конца тридцатых годов XX века. Постепенно инженеры нашли способ отказаться от громоздкой металлической брони, которая сильно утяжеляла кабель, а иногда при опускании на океанское дно выходила из строя. Лишенный брони кабель, в котором основную нагрузку нес сам металлический проводник, был намного легче. Он имел изоляцию из особо прочного каучука и был неуязвим для коррозии.
В 1935 году английские инженеры создали кабель принципиально нового типа: был оставлен лишь один проводник в виде проволоки, а второй был заменен металлической трубкой. Поскольку проводники имели общую ось, кабель был назван коаксиальным. Можно сказать, что его использование означало настоящую революцию в телеграфной и телефонной связи.
Коаксиальный кабель дал возможность перейти к многоканальным высокочастотным линиям, позволявшим одному кабелю передавать до 100 телефонных разговоров.
Кабель практически не изнашивался и оказался в 5 раз дешевле. Однако строительству кабельных линий помешала начавшаяся Вторая мировая война. Только в 1952 году прерванные работы возобновились, а летом 1954 года удалось проложить новый кабель. Пуск кабеля приурочили к столетию со дня открытия первой телеграфной линии между Европой и Америкой.
