Каких только игрушек не выдумывало человечество за свою историю! Куклы, матрешки, деревянные мечи и ружья, паровозики, машинки… Развлечение для детишек и взрослых. И не только развлечение. Игрушки часто бывают занимательными и поучительными. Как для современников, так и для потомков. Как, например, игрушки, придуманные древнегреческим ученым Героном.
Не был Герон ни чудаком, ни юродивым. Самый что ни на есть серьезный человек, великолепный ученый, математик и физик, или, как говорили в античные времена, механик, написавший не один научный трактат. А вот игрушек изготовил и описал множество. Если бы не его игрушки, мы бы вряд ли узнали о высоком уровне развития физики в древности.
Первую паровую турбину, вернее, ее маленькую модель, изготовили как игрушку еще в I веке до н.э. Произошло это при дворе египетских правителей Птолемеев, в знаменитом Мусейоне в Александрии, своеобразной академии наук древности. Герон Александрийский называл эту игрушку эолопил, т.е. ветряной шар.
Игрушка поражала воображение современников. Для них вращающийся от действия пара шар был чудом, а для Герона очередной возможностью реализовать свои гениальные догадки в реальном механизме. Над небольшим котлом он закрепил полый шар. В шар были вставлены две трубки с загнутыми в противоположные стороны концами. Пар, вырываясь из трубок, приводил шар в быстрое движение.
Герона можно назвать настоящим мастером занимательных игрушек. Еще бы, лучшего механика, чем Герон, невозможно было найти в целом свете. Его учителем был знаменитый Ктесибий, который, говорят, учился у самого Архимеда. Но Герон превзошел своих учителей, по крайней мере, в механике. Ктесибий изобрел пожарный насос, водяные часы, и даже, водяной орган, или гидравлос. Архимед изучал свойства рычага, открыл свой знаменитый закон гидростатики. Но свойствами воздуха, пара никто до Герона не занимался. Свои труды в этой области он описал в специальной книге – «Пневматика». Сохранились чертежи и описания механизмов и автоматов – да, да, автоматов! - изобретенных Героном. Например, автомата по продаже святой воды в храме. Верующий опускал пятидрахмовую бронзовую монету в щель и получал порцию воды для ритуального омовения рук и лица. Количество отпускаемой воды задавалось мерным цилиндром над пустотелой пробкой крана. Вечером жрецы забирали выручку и вновь наполняли автомат «святой водой». Сегодня во всех автоматах, разливающих жидкости, применяют те же принципы, что и в первом автомате Герона.
Широко известен также автомат открывания дверей храма. Над жертвенником около храма зажигался огонь, и двери храма открывались сами. В скрытом под жертвенником металлическом шаре огонь нагревал воздух, тот, расширяясь, проталкивал воду через сифон в огромную бадью, подвешенную на цепях системы весов и шкивов, которые поворачивали двери на их осях, когда бадья становилась тяжелее. Когда огонь на жертвеннике угасал, происходила еще одна удивительная вещь. В результате быстрого охлаждения воздуха в шаре вода засасывалась в сифон другим путем. Опустевшая бадья возвращалась вверх, приводя в обратное движение систему шкивов, и двери торжественно закрывались.
Для того, чтобы оповещать верующих об открытии храма, Герон придумал рожок.
Он играл роль дверного звонка, а так же подавал сигнал тревоги при взломе.
Все эти механизмы Герону заказывали жрецы богатых египетских храмов. Верующие египтяне и греки (напомню, это был птолемеевский Египет), воспринимали эти механизмы как божественное чудо.
Конечно, были у Герона и конструкции попроще. Например, конструкция фонтана. Говорят, ее можно воспроизвести в любой квартире. Состоит фонтан из трех сосудов, помещенных прямо один над другим и сообщающихся между собой посредством трубок. Два нижних сосуда закрытые, а верхний имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода, а также и в средний сосуд, чрез отверстие в дне чаши, потом закрываемое. По открытой трубке, идущей от дна чаши почти до дна самого нижнего сосуда, вода течет из чаши вниз, сжимает находящийся там воздух и увеличивает тем самым его давление. Нижний сосуд сообщен со средним с помощью открытой трубочки, начинающейся в верхнем дне его и идущей до верхнего дна среднего сосуда. Струя фонтана хоть и не высокая, и быстро ослабевает, но может помочь освежить воздух в квартире в жаркую погоду.
Поющую механическую птичку, описанную Андерсеном в сказке «Соловей» так же придумал и описал Герон. Конструкция ее была очень простой. Птичка сидела на крышке герметичного сосуда. В этот сосуд вливалась вода. Она вытесняла воздух в трубку, которая была проведена в горлышко птички. Когда сосуд заполнялся доверху, птичка умолкала, вода из сосуда автоматически выливалась через сифон, а затем все повторялось сначала.
Герон также нашел, каким образом можно измерять расстояния при помощи зубчатой передачи. Механизм крепился на ось колеса повозки и приводил в движение диск, указывавший пройденный путь. Диска хватало на 32 км., затем отсчет начинался снова. Древние римляне усовершенствовали прибор. В горизонтальном диске просверлили отверстие, заполненное мелкими камешками. Через каждые 5 тысяч шагов отверстия в диске и приемном ящике совмещались, и в приемный ящик падал камешек. После поездки оставалось подсчитать камешки и произвести оплату. Современные таксометры работают примерно по тем же принципам, что и таксометр Герона.
В работах Герона сохранилось описание кукол-андроидов, которые двигались без помощи людей. Куклы двигались под воздействием грузов, прикрепленных к веревкам, пропущенных через блоки.
Но верхом мастерства Герона-механика, конечно же, был театр марионеток. Куклы на его сцене, приводились в движение сложной системой шнуров и зубчатых передач, скрытых от глаз публики. Театр сам выезжал на городскую площадь, и начиналось воспроизведение церемонии празднества в честь бога Диониса. На сцене театра над фигурой Диониса вспыхивал огонь, на пантеру, лежащую у ног божества, лилось вино из чаши, и свита начинала танцевать под музыку. Затем музыка и танцы прекращались, Дионис поворачивался в другую сторону, пламя вспыхивало во втором жертвеннике – и всё повторялось сначала. После такого представления куклы останавливались, и представление завершалось. Другой театр, пинака, был еще меньше по размерам, его легко переносили с места на место. На верху небольшой колонны находился макет театральной сцены, скрытой за дверцами. Дверцы открывались и закрывались пять раз, как бы разделяя на акты драму о печальном возвращении победителей Трои. На маленькой сцене куклы мастерски показывали, как были сооружены и спущены на воду парусные корабли, как на них плыли по бурному морю и погибали в морской пучине под сверканье молний и раскаты грома герои поэм Гомера – и всё это без участия людей, только при помощи техники. Древние греки называли кукол Герона «автоматами», что в переводе с древнегреческого буквально обозначает «механизм, подражающий действиям человека», затем это слово перекочевало в современные европейские языки.
В Греции с легкой руки Платона ученые скептически относились к механике, не считая ее занятием, достойным ученых мужей. Однако Герон, в отличие от своих учителей-предшественников не стеснялся называть себя механиком. Свои познания в механике он обобщил в труде с одноименным названием. В «Механике» Герон описал 5 простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок, обобщил все достижения древности в механике. Употребить все свои познания в механике на практике Герон не мог – слишком опережал свое время, в котором еще не возникли потребности применить их ради пользы людей. Слишком дешево в античном мире стоили рабы, которые выполняли всю грязную и тяжелую работу за свободных граждан. И тогда Герон воплотил свои идеи в занимательных игрушках…