ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОХРАНЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Андрей Иванович Касьян

"Наступит время, когда тщательные и продолжительные
исследования прольют свет на вещи, пока скрытые от нас".
Сенека

Граждане городов-полисов эпохи расцвета античной Греции получили возможность приобретения качественного вооружения. Тем самым была решена проблема обороны: безопасность - основа прогресса. В это время изобретаются, по-видимому независимо, различные механизмы, метательные орудия, материалы, в том числе "армированный мрамор" - в мраморной заготовке выбирали (долбили, сверлили и пр.) отверстие, в которое затем помещали металлический стержень - арматуру и т.п. В 399 г. до н.э. Дионисий Старший, правитель греческой колонии Сиракузы, начал подготовку к войне с Карфагеном и приложил большие усилия к вооружению армии. Легенды говорят, что в это время была изобретена катапульта, которая стала не только сухопутным орудием. Огромные катапульты устанавливались на корабли. Одним из древнейших "линкоров" являлся корабль "Сиракузы", обладавший возможностью метать камни массой до 80 кг на расстояние 200 м. В это время происходит усовершенствование лука. Способность посылать смертоносный заряд на достаточно большое расстояние сделала его грозным оружием.

Конструкторы использовали упругие силы в общей для катапульт и баллист части - накопителе энергии. Коромысла камнеметов двигали скрученные веревки, пучки сухожилий животных и даже женские волосы, предпочтительнее волосы блондинок, поскольку красящий пигмент волос ослабляет их сопротивление на скручиваемость. В Греции, еще не пережившей многовекового турецкого господства, гречанки в основном были светловолосы. Раз мы упомянули сухожилия, то следует сказать, что они являются наиболее совершенными пружинами. У человека сухожилия способны запасать энергию в двадцать раз большую, чем стальные пружины той же массы. У кенгуру и некоторых животных это соотношение еще выше. Так что предел совершенства пружин еще не достигнут.

Что же касается греческих городов-полисов, то они все же не сумели оснастить свои отряды достаточно эффективным оружием. Заметим, что в Древней Греции ремеслом занимались исключительно иностранцы. К концу III в. до н.э. политическая обстановка изменилась. Македонская монархия, сконцентрировав в своих руках огромные средства и перевооружив армию, снабдила ее мощными орудиями и начала серию победоносных походов.

Одним из основных видов войск того времени были лучники. Использовались луки трех типов: малые (60 см), усиленного типа (1…1,5 м), состоящие из деревянного стержня, вдоль которого закреплялись длинные костяные накладки, а также луки сложной формы.
На территории нашей Родины (в Сибири) в послеледниковый период получило широкое развитие косторезное производство, связанное с изготовлением луков усиленного типа. Для этого типа лука применялись стрелы с очень крупными каменными (бронзы в то время еще не было) наконечниками. Найдены усиливающие накладки из выпрямленных рогов оленя длиной 1,5 метра. Ученые до сих пор не сходятся во мнении, каким методом удавалось древним распрямлять ветвистые оленьи рога (а ведь из них еще и копья делали, они куда как длиннее были).

Используя лук, человек постоянно стремился к его усовершенствованию. На Руси с Х в. известны луки с автоматическим спуском тетивы. В XII в. появились луки-самострелы для метания стрел массой до 2 кг и длиной более 1,5 м. Такие стрелы обнаружены в захоронении владимирского князя Изяслава Андреевича. По свидетельству Ипатьевской летописи, южный сосед - половецкий хан Кобяк имел чудо-оружие: лук, тетиву которого натягивали пятьдесят человек. Не помогло. Русские не испугались этой древней "Большой Берты", и полки под предводительством Святослава Киевского уничтожили рать Кобяка под Хоролом. Бой отвагу любит.

Развитие техники на территории Европы связано не только с естественнонаучными предпосылками, но и с особой социальной обстановкой. Это объясняется стремлением всей системы к выживанию (а любое общество прежде всего стремится к выживанию, а уж после - ко всему остальному). Первые Крестовые походы, открытие дальних земель указали новое направление экспансии - экспансии познавательной. Деятельность организованных европейских академий обязательно включала в себя и исследования, и изобретения, и их внедрение. Это - в Европе. На Востоке такого не происходило.

И в Европе, и в Азии ресурсы любого рода - природные, материальные, производственные и людские - были весьма ограниченными. Это способствовало их насильственному захвату и переходу из рук в руки. Шли непрерывные войны. На Руси также не прекращались войны, в которых участвовали лучники. Радзивиллова летопись описывает русский "самострел", распространившийся затем в Европе под именем "арбалет".

Сам по себе самострел имеет древнюю историю. Сейчас трудно точно установить место возникновения этого оружия. Целый ряд фактов указывают на Китай. В эпоху правления императора Цинь (221-210 г. до н.э.) самострел (арбалет) стал главным оружием императорской армии. К 269 г. до н.э. армия насчитывала до 50 000 арбалетчиков.

Столь многочисленная армия, оснащенная единой системой вооружения (наверное, первой унифицированной системой в мире), неминуемо вызвала к жизни и поточное производство оружия, и жесткие требования к себестоимости изделий, и единую систему "послепродажного" обслуживания - хотите или нет, но дешево-то хорошо не бывает. И вот последний факт, кстати, полностью исключил возможность использования противником китайского оружия: враг ремонтной базой не обладал. А мы все говорим "Форд, Крупп, Лепаж, стандарты, конвейер…" Китай!

В Х в. в Китае были изобретены пороховые бомбы (разрывные снаряды в железной оболочке), которые метались также с помощью катапульт. В следующем веке прогресс в области создания вооружений привел к применению пороховых ракет. Перечень можно продолжить, а параллели вести и до настоящего времени.

Примерно одновременно с китайцами лук, установленный на деревянной основе, стали применять древние греки. Воины Эллады использовали как большие метательные машины, так и меньшие, например, "гастрафеты", изобретенные Эпиросом из Тарента. Гастрафеты состояли из деревянного ложа с направляющим лотком для стрелы и упором на обратном конце, к которому был прикреплен лук. У римлян было несколько видов ручного метательного оружия, которые носили названия "аркубаллист" и "манубаллист" ("стрелометы" и "камнеметы"), откуда название "арбалет". Англичане называли его "кроссбоу" - "крестовый лук".
Инженеры времен античности работали над совершенствованием оружия и в какой-то мере решили проблему перезарядки, изобретя автоматическую баллисту. Магазин с "болтами" устанавливался над пазом спускового устройства, куда сразу же опускалась следующая стрела после того как предыдущая была выпущена в цель. Изобретение координатных прицелов (в виде перекрестия) улучшило меткость.

История арбалета в Европе имеет странное продолжение. До конца X века не найдено ни одного его изображения, поэтому ученые решили, что в раннем средневековье арбалет был забыт. В это трудно поверить. Так как все поля из-за войны заросли травой, то скорее забыли бы плуг, чем арбалет. Прав А. Фоменко, говоря, что летописцы слишком интенсивно взялись продлевать родословные своих хозяев "до Цезаря", манипулируя датами. К датам событий, происходившим ранее XIII в. нужно относиться очень осторожно. Например, архитектор и инженер Витрувий знал периоды обращения планет с гораздо большей точностью, чем, например, Коперник. Период обращения Сатурна он знал с точностью до пяти знаков после запятой, а Юпитера - до трех. Великий итальянский поэт Франческо Петрарка (1304-1374), основываясь на филологических исследованиях, доказывал подложность привилегий, якобы данных Цезарем и Нероном австрийскому герцогскому дому. Казалось бы, мысль о привилегиях дому, начавшему править спустя 1200 лет после Цезаря и Нерона, сама по себе нелепа. Но так не считали оппоненты Петрарки.

Может быть, отрезок в 1200 лет надо сократить в несколько раз? Особенно растягивалась временная шкала хроник сотворения мира. У вавилонского историка Беросса (III век до н.э.) временной промежуток от первых людей до потопа составлял 432 тысячи лет. В распоряжении историка имелись сохранившиеся древние клинописные хроники, в которых содержалась история последних 150 тысяч лет. Впрочем, некоторые ученые считают, что нашей цивилизации предшествовала другая цивилизация, которая погибла. В пользу этого говорят различные археологические находки. Например, ископаемые человеческие следы в долине реки Палуски имеют возраст порядка 100 млн. лет.

Кратко проследим развитие и техническое совершенствование арбалета. Надо сказать, что это оружие внушало страх и, случалось, светские властители просто запрещали его использование на своих землях. Арбалет мог с огромной силой и на очень большое расстояние (дальше, чем знаменитый английский длинный лук) послать тяжелую толстую стрелу массой 400 граммов и более. Арбалетная стрела пробивала латы, а при попадании в шлем оглушала и выводила воина из строя.

Арбалет имел ряд недостатков. Во-первых, им практически не могли пользоваться конные воины, а значит, он считался оружием низкого сословия - ведь знатные воины, рыцари, сражались верхом на боевых конях. Во-вторых, на время продолжительного заряжания арбалетчик должен был спрятаться в укрытие или прикрыться большим, почти в рост человека, щитом, иначе он сам стал бы жертвой неприятельского огня. Ну и, конечно, арбалет проигрывал луку в скорострельности, ведь опытный лучник мог выстреливать до 10 стрел в минуту! Арбалет того времени имел скорострельность на порядок меньше. Очень сложные по конструкции скорострельные арбалеты появились у китайцев в XIX веке. В настоящее время скорострельность арбалета доведена примерно до двух десятков выстрелов в минуту.

Изготавливались и арбалеты, в которых вместо желоба для болта устанавливалась трубка с прорезями для тетивы. Такое оружие, из которого можно было стрелять пулями, получило название "аркебузы". Впоследствии аркебузами назывались примитивные ружья. Так открылась дорога ручному огнестрельному оружию.

С изобретением огнестрельного оружия применение упругих элементов не сократилось, а даже увеличилось. Чем сложнее становились ручницы и фузеи, тем большее число всевозможных упругих элементов включалось в их конструкции. Здесь мы встретим и пластинчатые пружины, и спиральные цилиндрические, и спиральные плоские пружины и т.д.

Подводя итог сказанному, добавим, что арбалет впервые на поле боя реализовал "принцип Кольта", когда непобедимый рыцарь, герой многочисленных сражений, владеющий тысячами крестьян, мог быть сражен арбалетчиком, прошедшим простую подготовку и во всем подобного его смердам.

Упругие элементы широко применяются в современной технике. Пружины устанавливают на марсоходах, луноходах и др. Разные пружины: цилиндрические, конические, сжатия, растяжения… Они работают в муфтах безопасности, передающих вращение от двигателей к валам, обеспечивают плавную работу механизмов. Очень популярны упругие элементы в спорте: силомеры, тренажеры…
Новый класс двигателей и подъемных механизмов создан с помощью упругих элементов, обладающих "памятью формы". Н.М. Тиханэ изобрел подъемник в виде конической пластинчатой пружины. Группа изобретателей во главе с В. Селиверстовым предложила намагнитить конусную пружину вдоль продольной оси. Получились витки наподобие магнитиков. Южный полюс одного витка взаимодействует с северным полюсом другого. При растяжении они притягиваются. Упругость витков с намагничиванием получила хорошее подспорье. Особый класс пружин образуют биметаллические пластинки, но об этом мы будем вести разговор в следующем номере.

Вот так, вкратце говоря, связались пружинные механические накопители энергии и прогресс человечества.

(Продолжение в следующем номере)