4.1.1 早期的探索1在线视频

最早发现蒸汽的力量

并且利用这股力量制作出了

第一台利用蒸汽动力器具的发明人

可追溯到公元前1世纪

亚历山大里亚的希罗

在希腊古典时代

技术是不登大雅之堂的

以柏拉图为突出代表

哲学家们大都不屑于

与物质的事情打交道

因为觉得那是奴隶下人们的工作

希腊科学局限于理论的构想

与现实世界保持一定的距离

科学没有发挥

它对物质世界的改造作用

也未显示它的力量

如果说有力量的话

那也是在精神层面

在马其顿的将军们

所开辟的亚历山大城

气氛有所不同

科学被要求具有物质力量

鼓励科学与技术结盟

因此就在这一时期

亚历山大里亚出现了

不少高超的技术成就

亚历山大里亚的工程传统

可以说在希罗那里达到了最高峰

他大概是公元一世纪的人

在这个时期

埃及已成为罗马的一个省份

从社会历史分期上说

它已进入罗马时代

但是希腊的文明

或希腊化的文明并未灭绝

它依然沿着自己的轨道发展

许多希腊籍以及在希腊化文明区

接受教育的科学家

仍然属于希腊文化

而不属于罗马文化

希罗是一位活跃于其家乡的工程师

被认为是古代最伟大的实验家

他的著作于希腊化时期文明科学

传统方面享负盛名

他有不少科学著作通过阿拉伯文传世

其实希罗首先是位数学家

大家可能听说过海伦公式

利用三角形的三条边长

直接求得三角形面积的公式

它的表达式为

公式中的p为三角形

三条边长之和的一半

海伦公式形式漂亮 便于记忆

最早就是出现于

希罗的著作《测地术》中

因为音译的关系

多数称其为海伦公式

此外他还著有《几何学》

据说还有对《几何原本》的注释

要说希罗的数学著作

主要从应用方面

重新整理前人的数学工作

那么他的开创性工作在工程技术方面

在他的《机械术》中

记载了许多机械发明

包括杠杆 滑轮 轮子 斜面

尖劈等机械工具的组合使用

这些都是杠杆原理的实际运用

在他的《气体论》中

他表明空气也是一种物质

水不能进入充满了空气的容器

他还认识到空气是可以压缩的

希罗最著名的发明是风神轮

一般称其为汽转球

这是一种能将热量

转换为机械能的装置

其基本结构是由一个铜制空心球

和一个装有水的密闭器皿

起到了锅炉作用

空心球上用两个空心管

与密闭器皿相连接

将空心球固定在支架上

使其可绕轴旋转

在球的两侧

垂直旋转轴方向上

安装又两个反向弯管喷嘴

在密闭容器下加热

当水沸腾后

所形成水蒸气经空心管进入空心球

再从两个喷嘴涌出

因为两个喷嘴管口方向相反

两股相反的力形成一股扭力

这股扭力就会推动空心球

不停地加速旋转

直到蒸汽喷射的力

与空气阻力和机械摩擦力相抵消

空心球开始稳速旋转

与当代的机器想比

希罗的汽转球充其量只是个娱乐玩具

蒸气动力并未真的付诸实用

在那个大量奴隶的存在时代

人们根本想不到去开发自然的力量

这大概是古代科学重视理论

不重视实际应用的一个原因

但是如果考虑他生活的时代

这种蒸汽玩具的发明

无疑是具有开创性的

这是人类最早发明的

将蒸汽机转变为运动的一种方法

用现代科技名词来表述

可称为最早的蒸汽机

我们来看一段视频

这是一台汽转球的现代仿制品

其转速可达到2500r/min

希罗对自己的发明和研究进行了总结

撰写了好几本著作

描述了虹吸 蒸汽装置 硬币操纵

救火器等机械装置

充分展现了他的才智

让我们来欣赏一下他的几个天才方案

这是希罗希版的芝麻开门

希罗为神庙大门

设计了一种自动门的巧妙结构

在祭坛处点火

使祭坛内部的空气压力增加

挤压着空心球里贮藏的水

水通过水管流入水箱

当水箱的重量渐渐增加

而向下沉坠时

就会拉动盘旋在

殿门旋转轴上的绳子

绳子被拉动时带着旋转轴回转

殿门于是缓缓打开

当祭坛的火熄灭后

空气的压力恢复正常

安装在旋转轴下方的配重就会下坠

同时拉动着以相反方向绕着的绳

使旋转轴朝着相反的方向转动

殿门又徐徐关闭

这一切 联系得多么巧妙

又是多么的隐蔽

前来敬奉神明的虔诚信徒

一定会相信这是神的力量

哪里会想到它是由

在祭坛上点着的火和水

来实现门的自动操纵呢

为改善古希腊剧院的表演效果

希罗还曾设计了一台

可自动表演十多分钟戏剧的

全自动装置

戴维斯曾在

信息时代的神话神秘和神奇一书中

对希罗的装置进行了这样的描述

人偶在观众前方的舞台上

自行显示出来

颠簸地穿过立体的舞台

然后又自行消失在观众的视线之中

另一个场景是关于酒神和太阳神

火焰逐渐褪去 天空电闪雷鸣

一个女信徒人偶围绕酒神

在滑轮带动的舞台转盘上急速的旋转

机器戏剧各种道具各种人偶的内部

是由节和绳子以及一个旋转圆柱

带动的简单装置构成

并按照预先编程

来完成特定的工作

希罗也算是最早应用控制理论的第一人

当然真正的控制理论

在19世纪中叶才真正出现

而且这套装置的每一个元件

绳子 节等都有两种状态

改变他们的状态组合

就可以实现不同的动作

这套自动表演戏剧的装置

也可算是世界上

最早使用二进制程序的机械

此外 希罗还利用蒸汽来产生喷流

制造了早期的蒸汽喷泉

他制作了利用风能演奏的乐器

这是真正的风琴

他制作了基于压力泵的消防水枪

据说在当时的消防工作中

起到举足轻重的作用

大家看到的

这是他设计用来分发圣水的装置

主要利用杠杆原理

来实现对开关阀的启闭控制

该装置中杠杆的一端连接

承载硬币的托盘

另一端连接开关阀

当用户将硬币投入该装置

硬币进入内部托盘中

因重力缘故 杠杆会适度偏转

从而打开开关阀

圣水自出水口流出

在此过程中 托盘也会逐步倾斜

硬币滑落到储钱罐中

托盘失去负载

杠杆回到原来的平衡位置

关闭开关阀 出水口关闭

与此同时托盘也回复初始未知

等待下一次的投币

这也是世界上最早的自动售卖机