Научные и технические достижения в Древнем Риме

Тема: Научные  и технические достижения в древнем  Риме

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение

 

Авторы Римской империи  различали науки умозрительные, или теоретические, и науки эмпирические, связанные с практикой; сюда же относили и искусства (науки), удовлетворяющие потребности роскоши. Практические науки ближе к действительности и диктуются необходимостью: это медицина, земледелие, строительное и военное дело, искусство мореплавания, право и прочие жизненно важные области знания. Занятия этими науками традиционно считались достойными «благородного» человека (отсюда их название — «благородные науки») и включали знание грамматики, риторики, диалектики, арифметики, астрономии, геометрии и музыки. Предметы эти входили в круг воспитания и образования, а также были основой всякого практического знания на протяжении всей античной истории.

Современное сознание прочно связало достижения научной теории с изобретениями в области  техники, а технический прогресс — с прогрессом общественно-историческим.

В наше время наука не только определяет промышленный прогресс, но и само развитие техники, в свою очередь, обусловливает  направление научного поиска и служит развитию науки. Между тем соединение научных теорий с техническими достижениями в промышленном производстве характерно лишь для нового времени. Производительные силы Римской империи не были столь тесно связаны с развитием техники, а технические достижения — с прикладным применением научных теорий. 

Нельзя сказать, что  в период Империи вовсе не использовались достижения в области техники. В практической жизни применялись различные виды техники в той мере, в какой это отвечало потребностям времени, преимущественно в градостроительстве, военном деле, при изготовлении механических и гидравлических приспособлений, при создании ирригационных сооружений и в сельском хозяйстве. Строительство общественных и частных зданий, система коммуникаций (знаменитые римские мосты и дороги), а также такие городские сооружения, как водопроводы, бани, фонтаны, цирки, амфитеатры, говорят о высоком уровне инженерного   искусства,  основанного на практическом применении законов механики, математики   и   гидравлики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Технические достижения  древнего Рима 

Производительные силы Римской империи не были столь тесно связаны с развитием техники, а технические достижения — с прикладным применением научных теорий. Нельзя сказать, что в период Империи вовсе не использовались достижения в области техники. В практической жизни применялись различные виды техники в той мере, в какой это отвечало потребностям времени, преимущественно в градостроительстве, военном деле, при изготовлении механических и гидравлических приспособлений, при создании ирригационных сооружений и в сельском хозяйстве. Строительство общественных и частных зданий, система коммуникаций (знаменитые римские мосты и дороги), а также такие городские сооружения, как водопроводы, бани, фонтаны, цирки, амфитеатры, говорят о высоком уровне инженерного   искусства,  основанного на практическом применении законов механики, математики   и   гидравлики. Широкое применение всевозможные технические изобретения находили при устройстве зрелищных мероприятий.

 Население Рима ко II в. н. э. насчитывало     приблизительно 1 млн. жителей, а все население   греко-римского   мира составляло около 50—60 млн. человек. Городское и сельское хозяйство требовало огромных материальных и технических затрат и деятельности большого числа людей, занятых в сфере    «инженерной»     практики (строителей, гидрологов, дорожников, военных инженеров), в торговле и сфере обслуживания (пекарей, сапожников, скульпторов, жестянщиков, оружейников, парфюмеров). Из списка занятий, достойных свободного человека, Сенека исключал живописцев, ваятелей, мраморщиков, поваров, борцов, атлетов и других, приспособивших, по его словам, свой ум к наслаждениям.  
    Широкое применение всевозможные технические изобретения находили при устройстве зрелищных мероприятий. В цирках, амфитеатрах, на театральных подмостках использовались сложнейшие и дорогостоящие механизмы. В Колизее, строительство которого было закончено в 80 г., применялись сменные арены, которые наполнялись водой для устройства морских сражений, подъемники, хитроумные системы блоков и прочие достижения инженерно-технической мысли.  
Технические знания и умение находили широкое применение в конструировании всевозможных механических диковинок, уникальных игрушек. Во введении к «Пневматике» Герон Александрийский отличает технические приспособления, «используемые для практических нужд», от приспособлений, назначение которых «производить удивление и восхищение». В «Пневматике» Герона описывается приспособление, представляющее собой механическую игрушку, главным элементом которой был полый шарик, установленный над сосудом с кипящей водой и приводящийся в движение силой пара, который поступал в прикрепленные к шарику полые согнутые трубки. Использование силы пара, благодаря которому осуществлялось вращение шарика, дало повод к тому, что некоторые исследователи стали называть данное приспособление «паровой турбиной» Герона. Однако назначение описанного Героном механизма было вполне определенным и служило исключительно для развлечения.  
    О действительном состоянии уровня технических знаний и их приме-пении в период Империи дают представление сочинения Витрувия «Об архитектуре», Герона Александрийского «Механика», а также свидетельства Плиния Старшего, Сенеки, Колумеллы. К началу нашей эры использовались для практических нужд следующие достижения техники в различных областях деятельности.  
    В строительном деле: использование «гидравлической смеси» (бетона); применение кладки из обожженного кирпича и использование кирпично-бетонной сводчатой техники. Наивысшего расцвета архитектура и строительное дело получили при Адриане. Архитектор должен был быть сведущим не только в планировании зданий или городов, но и разбираться в строительной технике, особенно фортификационных укреплениях военного назначения. Он также должен был уметь применять на практике знание механики при изготовлении приборов для измерения времени (солнечные и водяные часы), при изготовлении грузоподъемных кранов, военных приспособлений.  
В ремесленном производстве: изобретение прозрачного стекла и развитие стеклодувного дела; мраморная облицовка общественных и частных зданий; изобретение отопительных систем и их использование в городских банях, а также в частных городских домах и загородных виллах.  
    В сельском хозяйстве: внедрение ротационной мельницы вместо зернотерки, что позволяло использовать мускульную энергию животных (ослов или мулов, иногда лошадей); изобретение водяной мельницы. До сих пор неизвестны археологические свидетельства о водяных мельницах ранее II в. н. э. Медленное распространение водяных мельниц объясняется тем, что они были сложными в техническом отношении сооружениями, предназначенными для использования в крупных хозяйствах, и требовали значительных денежных вложений. Наиболее известен комплекс из 16 водяных мельниц. Более широкое распространение получили мельницы, которые были открыты в Помпеях,— они были просты по устройству, приводились в движение силой животных и обслуживали небольшие хозяйства. Контраст между этим традиционным типом мельниц и водяными мельницами был разительным во всех отношениях. Наряду с традиционными канатными прессами стали использовать винтовой пресс.   
    В механике: изобретение винта и шестерни; усовершенствование в связи с этим ювелирных инструментов и медицинских приборов.  
Из перечисленного видно, что, не смотря на достижения в отдельных областях техники, античная цивилизация не стала цивилизацией технической. Среди причин называют обычно ограниченное применение источников энергии (воды, ветра и пр.), даже мускульная энергия животных не использовалась в должной мере. Основным средством передвижения и перевозки тяжестей оставались бычьи упряжки, ослы и мулы. Лошадей широко не употребляли ввиду того, что не знали стремени (оно появилось только в VIII в. н. э.). Оглоблевая телега оставалась неизвестной в Риме вплоть до III в. н. э., а следствием этого была высокая стоимость и неэффективность наземного транспорта, что, в свою очередь, не способствовало развитию мануфактурного производства.  
    Наряду с ограниченным использованием энергетических ресурсов и неудовлетворительным состоянием наземного транспорта часто говорят о применении некачественных металлов в создании механизмов. Основными материалами в данном случае были бронза и железо. В ходу были традиционные медицинские инструменты, изготовленные из бронзы, хотя были известны более совершенные стальные, которые, тем не менее, использовались в редких случаях. Железа постоянно не хватало из-за несовершенных методов плавки, оно шло в основном на изготовление оружия и рабочего инструмента; качество железа оставляло желать лучшего, так как температуры античных способов плавки были недостаточны, весь процесс очень сложен, да и сами мастера имели о нем весьма приблизительное представление. Дальнейшие открытия, связанные с обработкой железа, оставались вне технических возможностей времени. Применение железа в промышленных масштабах стало возможным гораздо позже благодаря двум последующим открытиям: повышению температур плавки и использованию коксующегося каменного угля. К перечисленным факторам можно добавить отсутствие в античный период механических часов, компаса, управляемого руля, малоэффективное использование парусных судов, низкое качество стекла, громоздкую числовую нумерацию и т. п., без которых невозможно достичь высокого уровня технического прогресса. 

 

2. Строительная техника.  Винт Архимеда 

В отличие от Греции Древний Рим не оставил после себя никакого научного и технического наследия. Исключение, пожалуй, могут составить только военная и строительная техника. Описание всех видов строительной техники, используемой Римлянами, заняло бы слишком много времени, поэтому остановимся лишь на отдельных, наиболее важных из них, включив сюда, в первую очередь, грузоподъемные и гидравлические машины и механизмы. Витрувий наряду с описанием военных машин упоминает о различных видах грузоподъемного оборудования, включая блоки, полиспасты, кабестаны, копровые сваезабивочные машины и т. д.                                            До наших дней дошли изображения строительных машин и механизмов, описанных Героном Александрийским (около I в. н. э.) в его «Механике». Все эти машины и механизмы приводились в действие с помощью силы рук, ног, а позднее — воды и оставались до наступления эпохи пара основными в строительной технике. Принцип их действия в наши дни остался таким же, как и 2000 лет тому назад. Римляне располагали тремя типами гидравлических машин, два из которых, по крайней мере, были заимствованы у греков. Это подъемное колесо и винт Архимеда — нагнетательный насос. Из всех перечисленных типов машин наибольшее распространение получил винт Архимеда. Он состоял из деревянного сердечника — винта, обитого по спирали медными полосами, и деревянного цилиндра. Длина всей машины могла достигать 11—12 м, а угол наклона к горизонту составлял 22—45°. Винт приводился в движение при помощи специальной рукоятки, укрепленной на верхнем торце машины. Располагая эти винты один над другим, можно было ими откачивать воду с большой глубины. Широкое распространение в римской строительной практике получило грузоподъемное оборудование. С их помощью было возведено большое количество монументальных зданий и сооружений, среди них гордость Рима — Колизей, бетонный Пантеон, колонна Траяна, мраморные блоки которой весили 50 т каждый. При строительстве акведука Клавдия, длина которого была более 14 км, потребовалось поднять 560 тыс. т тесаного камня. Среди многих видов грузоподъемных механизмов весьма оригинальным является триспастос — ступальный кран, работающий по принципу беличьего колеса.        Предполагают, что при строительстве Пантеона были использованы подъемный кран со ступальным колесом и ступальный свайный копер. Возможно, что для подъема камней очень больших размеров и массы, например барабанов колонн или архитравов, пользовались более «старым» испытанным египетским способом, о котором упоминает еще Плиний Старший. По его словам, камни поднимали по наклонной плоскости, образованной мешками, наполненными сухим песком, при этом сами камни располагались несколько выше их будущего места опоры. Затем песок медленно высыпали из мешков до тех пор, пока каменные глыбы не занимали свое проектное положение. Однако, несомненно, что все же чаще использовали подъемные краны как более производительное грузоподъемное оборудование. Для подъема камней кранами в одном случае на двух противоположных плоскостях камня вытесывались подковообразные борозды, через которые просовывали веревочные канаты и цепляли их за крюк крана. В другом — в камнях проделывали сквозные отверстия, через которые можно было пропускать подъемный канат, или, сделав на них специальные выемки, можно было ухватить их своего рода «клещами». Доставка камней из каменоломен к месту строительства была одной из наиболее трудоемких операций.

Сухопутная доставка грузов осуществлялась при помощи волокуш, телег и тягловых животных. Погрузка и разгрузка их происходила как с помощью рычагов, клиньев и крюков, так и с помощью подъемных механизмов. Громадные мраморные глыбы, большая часть которых доставлялась в Рим из Египта, переправлялись морем на специально устроенных баржах. Для этого баржи подавались к месту погрузки полузатопленными, с помощью уложенных для этой цели камней. После погрузки мраморных глыб на баржу эти временно уложенные камни убирались, баржа приподнималась и груз перевозился к месту назначения.  

3. Водопроводы древнего  Рима

В истории развития систем водоснабжения древнеримские водопроводы занимают особое место. Их сохранившиеся до наших дней остатки свидетельствуют не только о величии и могуществе Древнего Рима, но и о высочайшем для античного мира уровне развития инженерной мысли. Крупнейший город древности (по современным оценкам, в период империи его население составляло от 600 тыс. до 2 млн. чел.), к тому же расположенный на холмах, не мог не иметь развитой системы водоснабжения. В нем функционировали 11 водопроводов. Первый из них – Аппиев, названный в честь руководившего этим проектом цензора Аппия Клавдия, был сооружен в 312 г. до н. э. и имел протяженность свыше 16 километров. Второй водопровод, построенный спустя 40 лет, имел длину 70 километров! Такой же по размеру был и третий, Марциев, водопровод. Общая протяженность римских водопроводов составляла 436 км, из них 55 км – мостовые сооружения. Они поставляли в город, славившийся своими фонтанами и банями (термами), от 700 тыс. до 1 млн. куб. м воды ежесуточно (по некоторым оценкам – до 1,5 млн. куб. м). Столь большое потребление воды может показаться чрезмерно высоким, но нужно иметь в виду, что древние римляне не знали запорной арматуры, и вода в системе текла непрерывно, обеспечивая промывку канализационных стоков.Такие расходы воды не могли обеспечить никакие известные в то время водоподъемные сооружения, поэтому вода в древнеримские водопроводы поступала самотеком из естественных источников, которые приходилось искать в горах (чтобы обеспечить перепад высот, достаточный для подачи воды в город, расположенный на холмах), иногда за десятки километров от города.     Технологии производства труб в те времена находились  в зачаточном состоянии: были известны гончарные и свинцовые трубы, в некоторых случаях использовали просверленные каменные блоки; естественно, обеспечить с их помощью столь большие потребности в трубах было невозможно. Поэтому для доставки воды строили каналы и лотки, и здесь древнеримские зодчие проявляли настоящее настоящие чудеса, демонстрируя глубокие знания механики и гидравлики и создавая гидротехнические сооружения, поражающие своими колоссальными размерами и высокой точностью расчетов. Современные исследования эффективности древнеримских водопроводов, включающие, в частности, компьютерное моделирование, показали, что системы, созданные 1,5 – 2 тысячи лет назад, вполне соответствуют ныне действующим стандартам.   

 Мы еще не раз отметим  изящество инженерных решений  и высокую точность их реализации  при строительстве римских водопроводов. Напомним, что их создатели пользовались  римской нумерацией, возникшей в V в. до н. э. и крайне неудобной для вычислений. Все расчеты выполнялись при помощи счетных досок и камешков (отсюда «калькуляция» - от лат. calculi - камешки).   

 Водопроводы были построены не только в Риме, но и в других городах Римской империи. Их остатки можно найти в Италии, Испании, Франции, Турции. Некоторые из них позволяют составить достаточно полное представление об устройстве и характеристиках древнеримских водопроводов.     

 Наиболее заметным  звеном в системах римских  водопроводов являются акведуки  – каменные мосты, сооруженные  для пропуска канала с водой  над долинами и оврагами. Самым  высоким и, пожалуй, самым известным  из них стал акведук Пон-дю-Гар  через глубокую долину реки Гар на юге современной Франции. Высота этого сооружения – 49 метров, длина 275 метров. Высота его нижнего яруса с шестью арками – 21,87 м, ширина – 6,36 м; среднего с 11-ю арками – соответственно 19,50 и 4,56 м и верхнего, по которому проходил бетонный водовод – соответственно 7,40 и 3,06м. Длина пролета самых больших арок составляет 24,5 м.   

 Это функциональное  инженерно - техническое сооружение  без каких – либо декоративных  элементов, но выполненное со  впечатляющим архитектурным изяществом, являлось частью системы водоснабжения города Нима (римского Немауса). Надпись на акведуке свидетельствует, что он сооружен в 19 году до н.э. при полководце и проконсуле Агриппе, друге и зяте императора Августа. Однако некоторые археологи и историки оспаривают эту дату. Они считают, что постройка столь высокого технического уровня могла возникнуть лишь в  более поздние времена.   

 Принято считать,  что римские инженеры решали  свои задачи чисто практически,  на основе ранее наколенного  опыта, и недостаток теоретических познаний компенсировали многократным запасом прочности конструкций. Однако современные исследования моста Пон-дю-Гар и всей системы водоснабжения Немауса, выполнены Джорджем Ф.У. Хоком и Ричардом А.Новаком, заставляют усомниться в справедливости этого мнения.   

 Долина, которую пересекает  мост, известна своими ураганными  ветрами (до 150 км/ч), а река под  ним весной сильно разливается.  Римляне знали, как рассчитывать  вес каменной кладки, но не  умели точно определять нагрузки, вызываемые ветром. Расчет опрокидывающих нагрузок под действием ветра и паводков даже в наше время является сложной задачей. Исследования Дж.Хока и Р.Новака показали, что растягивающее напряжение в основании опор нижнего и среднего яруса моста, вызывающее образование трещин, может возникнуть при ураганном ветре, скорость которого у поверхности земли составляет примерно 215 км/ч. Реальные же нагрузки, вызываемые ветрами в этом районе, лишь в редких случаях достигают половины той, которая возникает при этой расчетной скорости. Иными словами, мост имеет примерно двукратный запас прочности, или устойчивости к нагрузкам, которые приводят к появлению трещин. Этот запас прочности вполне достаточен и соответствует принятому в современном строительстве.