ogromne podziękowania z mojej strony należą się : mojej mamie,...
TRANSCRIPT
Ogromne podziękowania z mojej strony należą się :
mojej Mamie, za nieustającą cierpliwość,
Agnieszce S., za wielką pomoc w zdobyciu materiałów,
Joannie Ł., za mądre słowa
oraz Marcinowi J. i Pawłowi T., za pomoc w opracowaniu kwestii
inżynieryjnych.
Cheers!;)
2
Uniwersytet Warszawski
Instytut Archeologii
AAggnniieesszzkkaa GGoollaańńsskkaa Nr albumu: 225760
Wyjątki z antycznej inżynierii hydraulicznej.
Praca licencjacka
na kierunku archeologia
w zakresie kultury materialnej antyku grecko-rzymskiego.
Praca wykonana pod kierunkiem
Dr. Tomasza Scholla
Warszawa, wrzesień 2008
3
Streszczenie Praca została poświęcona inżynierii hydraulicznej antyku, w tym głównie osiągnięciom
naukowym okresu hellenistycznego. Zawiera krótki opis pracy najsłynniejszych znanych nam
ówczesnych konstruktorów i szerokie rozdziały przedstawiające najbardziej zaawansowane
mechanizmy pozwalające na pozyskanie wody oraz, na wybranych przykładach, urządzenia
funkcjonujące dzięki wykorzystaniu właściwości cieczy.
Słowa kluczowe Inżynieria, hydraulika, woda, ciecz, mechanizmy, mechanika, Aleksandria, antyk, hellenizm.
Dziedzina pracy Archeologia 08400
Klasyfikacja tematyczna
Budownictwo mieszkalne i militarne w starożytnej Grecji.
4
SSppii ss ttrreeśścc ii ::
I. Wstęp 5
II. Najbardziej znaczący antyczni inżynierowie 6
1. Ktesibios 7
2. Filon z Bizancjum 7
3. Archimedes 8
4. Heron z Aleksandrii 9
III. Urządzenia pozyskujące wodę 12
1. Śruba Archimedesa 13
2. Pompa Ktesibiosa 18
3. Koła z grodziami 24
3a. Kierat i młyn wodny 30
4. Łańcuch naczyń 34
IV. Mechanizmy wykorzystujące wodę 38
1. Organy wodne 39
2. Zegary wodne 43
2a. Budzik Platona 47
3. Automaty podające wodę 48
3a. Automatyczne drzwi i żywe posągi 49
4. Hydrauliczne zabawki 51
5. Wielozadaniowe naczynia 54
6. Bania Herona 56
V. Podsumowanie 60
VI. Bibliografia i źródła 62
VII. Źródła ilustracji 63
5
II .. WWSSTTĘĘPP
W pracy tej zostanie poruszona tematyka związana z osiągnięciami inżynierii
mechanicznej antyku grecko-rzymskiego, ze szczególnym naciskiem na, dominujące,
wynalazki pochodzenia greckiego. Dla każdej z wyróżnionych, szeroko pojętych form
zastosowania, opisane zostaną przykłady najbardziej znaczących ze znanych nam
mechanizmów.
Mechanika jest słowem pochodzącym z języka starogreckiego i oznacza dosłownie
„wiedzę o machinach”. Skok jakościowy w jej ramach, jakiego jesteśmy świadkami w
dziejach cywilizacji greckiej, polegał na przemianie jej charakteru z empirycznego na
naukowy i zakłada się, że doszło do niego w III w. p.n.e. W sytuacji, gdy powolne
gromadzenie doświadczeń poprzez rzemieślników zastąpione zostaje możliwością
przeprowadzania obliczeń i odgórnego projektowania na podstawie posiadanych środków i w
celu osiągnięcia konkretnego rezultatu, po raz pierwszy pojawia się sposobność
projektowania maszyn, jak również ich wydajności.1
Maszyny proste wykorzystywane były na długo przed końcem IV w. p.n.e.
(dźwignia, klin, bloczek, kołowrót – z czego dwa pierwsze już w paleolicie2). W III w. p.n.e.
ich listę zamknęła śruba.3 To jednak niezwykła pomysłowość w projektowaniu rozwiązań
stanowiących kombinację powyższych machin, zachwyca i stanowi o sukcesie antycznej
inżynierii.
Pierwszym, który już na początku IV w. p.n.e., przemieszał matematykę z
mechaniką miał być Archytas z Tarentu, rozwiązując problemy tej drugiej, prawidłami
pierwszej.4 Pogardzający wszelkimi praktycznymi zastosowaniami naukowych idei Platon nie
mógł mu tego wybaczyć.5 To właśnie podejście części podobnie do niego niechętnych
inżynierii filozofów bądź przedstawicieli wyższych sfer, na długi czas naznaczyło stosunek
badaczy współczesnych do owej dziedziny nauki. Coraz bardziej skrupulatna analiza jej
antycznych osiągnięć odmalowuje jednak przed nami obraz coraz bardziej złożony i
interesujący.
1 L. Russo, Zapomniana rewolucja, Kraków 2005, p. 88-90 2 Russo, op. cit., p. 89 3 B. Farrington, Nauka grecka, Warszawa 1954, p. 221 4 Diog. L., VIII. 4, 83, cf., Diogenes Laertios, Żywoty i poglądy słynnych filozofów, trad. I. Krońska, K. Leśniak, W. Olszewski, Warszawa 1982 5 Russo, op. cit., p. 90, n. 67
6
IIII .. NNAAJJBBAARRDDZZIIEEJJ ZZNNAACCZZĄĄCCYY AANNTTYYCCZZNNII IINNŻŻYYNNIIEERROOWWIIEE
Naukowe centrum starożytnego świata przeniosło się na początku III w. p.n.e. z
Aten do Aleksandrii. Na rozkaz Aleksandra Macedońskiego, architekt Deinokrates z Rodos
założył miasto na miejscu rybackiej wioski Rhakotis, na pasie lądu pomiędzy morzem i
jeziorem Mareotis.6 Szczęśliwie dla Aleksandrii i historii nauki, trzech pierwszych
hellenistycznych władców Egiptu żywiło upodobanie do zdobywania wiedzy. Ptolemeusz I
Soter był historykiem, jego następca, Ptolemeusz II Filadelfos interesował się zoologią, a
Ptolemeusz III Euergetes - matematyką. To właśnie doradca tego pierwszego, były ateński
polityk, Demetriusz z Faleronu, wysunął pomysł założenia biblioteki, zawierającej kopie
wszystkich książek świata. Do systematycznego powiększania kolekcji królowie przystąpili
bardzo energicznie, nie raz uciekając się w tym celu wręcz do podstępu. Istnieje duże
prawdopodobieństwo, że początkowe założenie udało się zrealizować. Maksymalna objętość
biblioteki bywa szacowana na 750 000 zwojów.7 Wśród nich znalazło się wiele przekładów,
dokonanych przez specjalnie sprowadzanych dwujęzycznych specjalistów. Wysokie koszta
tych działań były częścią świadomej działalności na rzecz rozwoju nauki.8 Ściśle związane z
Biblioteką Museion (we współczesnej nomenklaturze – Muzeum, oryginalnie „świątynia
muz”) obejmowało budynki z salami wykładowymi, pomieszczeniami do przeprowadzania
eksperymentów i prezentacji naukowych eksponatów. Była to pierwsza publiczna instytucja
badawcza, w której opłacani ze skarbu królewskiego uczeni prowadzili badania, pisali i
nauczali. To tu powstawały jedne z najbardziej awangardowych i dalekowzrocznych odkryć
w historii nauki – chociażby oszacowanie przez Eratostenesa średnicy Ziemi i jej odległości
od Słońca i Księżyca.9
Ośrodek ten w sposób bardziej lub mniej bezpośredni wpłynął na prace
wynalazców, o których mowa będzie w tym rozdziale, i hellenistyczny rozkwit inżynierii.
Pokrótce przedstawiony zostanie stan naszej wiedzy na temat najbardziej znaczących
antycznych konstruktorów, których nowatorskie osiągnięcia wpłynęły na starożytny świat, a
także – ponownie odkryte – wywołały konieczność zrewidowania naszego poglądu na
ówczesną inżynierię. Jest to tylko kilka z długiej listy przekazanych nam w dziełach
antycznych imion wynalazców i świadectw ich pracy.
6 L. S. De Camp, Wielcy i mali twórcy cywilizacji, Warszawa 1970, p. 156-157 7 ibidem, p. 162-165 8 Russo, op. cit., p. 262-265 9 De Camp, op. cit., p. 167-168
7
11 .. KKTTEESSIIBBIIOOSS
O życiu tego uczonego wiemy bardzo niewiele. Znana jest jedynie przekazana przez
Witruwiusza anegdota dotycząca odkrycia dokonanego przez tego młodego syna
aleksandryjskiego fryzjera i golibrody. Stosując przeciwwagę zamontował w zakładzie
swojego ojca lustro, które swobodnie można było podnosić i opuszczać bez żadnego wysiłku.
Przeprowadzona przez umieszczone pod sufitem bloczki linka zakończona była obciążnikiem,
który poruszał się w górę i w dół, ukryty w rurze. Opadający ciężar zwiększał ciśnienie
powietrza, które wypadało z rury wydając przy tym donośny dźwięk. Ta obserwacja miała
stać się zaczątkiem późniejszych niezwykłych osiągnięć Ktesibiosa w dziedzinie pneumatyki
- dziedziny, która w dużej mierze zawdzięcza mu swoje istnienie. Wykorzystując ciśnienie
powietrza i wody zaprojektował wiele mechanizmów, w tym słynne zegary i organy wodne.10
Miał, między innymi, wynaleźć sprężynę i modyfikować katapulty, włącznie z
zaprojektowaniem egzemplarza poruszanego sprzężonym powietrzem, doskonałego
teoretycznie lecz najprawdopodobniej niemożliwego do urzeczywistnienia dla ówczesnych
technik obróbki.
Twórczość Ktesibiosa, najprawdopodobniej jako członka Muzeum - pomimo
swojego niskiego urodzenia, przypada na okres rządów Ptolemeusza II Filadelfosa.11
Zachował się przekaz, mówiący, że, grający róg obfitości, będący częścią pomnika
nagrobnego żony i siostry króla – Arsinoe, wystawionego w 270 r. p.n.e., był dziełem
Ktesibiosa.12 Żaden z jego traktatów niestety nie dotrwał do naszych czasów, lecz opisy
wynalazków słynnego aleksandryjczyka zachowały się w tekstach późniejszych autorów.13
22 .. FFIILLOONN ZZ BBIIZZAANNCCJJUUMM
Krótko po Ktesibiosie, około 200 r. p.n.e.,14 przypada twórczość kolejnego
antycznego inżyniera, być może ucznia tego pierwszego, Filona z Bizancjum, twórcy słynnej
listy siedmiu cudów świata. Wiemy, że pracował on w Aleksandrii i na Rodos oraz, że
pozostawił kilka prac opisujących urządzenia mechaniczne. Współcześnie znane są nam dwie
pełne księgi i fragmenty innych, pochodzące z jego rozprawy zatytułowanej Mechanike 10 Vit., IX. 8, 2-4, cf. Witruwiusz, O Architekturze Ksiąg Dziesięć, trad. K. Kumaniecki, Warszawa 1999 11 De Camp, op. cit., p. 173-176 12 Ath., XI. 97, cf. Athenaeus, The Deipnosophists, trad. Ch. B. Gulick, Cambridge 1987 13 De Camp, op. cit., p. 173-176 14 A. G. Drachmann, The Mechanical Technology of Greek and Roman Antiquity, Copenhagen 1963, p. 9
8
Syntaxis, „Elementy mechaniki” (oryginalnie dziewięciotomowej15). Autor zawarł w niej
opisy urządzeń pneumatycznych, katapult i komentarze na temat logistyki wojskowej i taktyk
oblężniczych. Opowiada także o katapultach Ktesibiosa, wykorzystujących metalowe
sprężyny i sprężone powietrze oraz o szybkostrzelnej kuszy samopowtarzalnej,
skonstruowanej na Rodos przez Dionizjosa z Aleksandrii, będącej pierwszą znaną próbą
zastosowania napędu łańcuchowego.
Filon chętnie konstruował różnorodne „zabawki” mechaniczne. Były to
samoczynnie napełniające i opróżniające się naczynia, figury ludzi lub zwierząt, które piły
bądź nalewały wodę, wino lub ich mieszankę. Stworzył także mechaniczne umywalki do rąk,
puchary z których wino znikało przez fałszywe dno, lampę oliwną o stałym poziomie oliwy,
wodoodporną latarnię, kałamarz umieszczony na zawieszeniu przegubowym, dzięki któremu
zawsze pozostawał w pozycji pionowej i gwiżdżące koło wodne.16 Był przeciwny zarówno
prostej metodzie prób i błędów, jak i przyjmowaniu wszystkiego za z góry ustalone. Ponieważ
same próby nie wyjaśniają zasad działania wykorzystywanych sił a nie poparte praktyką,
czysto teoretyczne rozważania również nie przynoszą rozwiązania problemu, opowiadał się
on za przeprowadzaniem świadomych i kontrolowanych doświadczeń.17
33 .. AARRCCHHIIMMEEDDEESS
Bodajże najsłynniejszy uczony starożytności, Archimedes z Syrakuz, żył w latach
287-212 p.n.e. Temu prześwietnemu matematykowi i twórcy hydrostatyki (za początek tej
dziedziny nauki uważa się jego dzieło „O ciałach pływających”18), który odbył swoje studia w
Aleksandrii, często odmawia się zainteresowania mechaniką. W rzeczywistości Archimedes
musiał znać przynajmniej podstawy inżynierii, o czym jednoznacznie świadczą
zaprojektowane przez niego imponujące machiny obronne czy też planetarium – ruchomy
model układu słonecznego, który jeszcze w sto lat po zamordowaniu jego
siedemdziesięciopięcioletniego konstruktora przez legionistę, można było oglądać w Rzymie.
Kiedy Hieron II, tyran Syrakuz, krewny Archimedesa, namówił go do
przygotowania obrony miasta przed armią rzymską, powstały najsłynniejsze z
15 K. Michałowski, Mechanika grecka, Warszawa 1952, p. 10 16 De Camp, op. cit., p. 181-184 17 G. E. R. Lloyd, Nauka grecka po Arystotelesie, Warszawa 1998, p. 102-104 18 Russo, op. cit., p. 91
9
konstrukcyjnych osiągnięć naukowca (w tym chwytające okręty „szpony”19). Z zachowanych
opisów jedynie ten o palących statki lustrach wciąż budzi wątpliwości.20
Także aby udowodnić syrakuzańskiemu władcy podstawność swojego chełpliwego
zawołania „Daj mi punkt oparcia, a poruszę cały świat”, musiał Archimedes odwołać się
bezpośrednio do swojej praktycznej znajomości inżynierii. Za pomocą systemu wielokrążków
(których wynalezienie często się mu przypisuje,21 podobnie jak koła zebatego22) samodzielnie
zwodował jeden z największych ówczesnych okrętów, który wybudowano, jako
wielozadaniowe kuriozum, na życzenie Hierona.23 Wodę z jego zęzy odpompowywano za
pomocą opisanej w następnym rozdziale śruby Archimedesa, niezwykle przydatnej, albowiem
nawet gdy wody zebrało się dużo, z łatwością mogła ją wypompować jedna osoba.24 Śruba
miała równie istotne zastosowanie przy osuszaniu doków do budowy jednostek
pływających.25
44 .. HHEERROONN ZZ AALLEEKKSSAANNDDRRIIII
Datowanie czasów działalności tego wynalazcy było przez długi czas wątpliwe.
Dopiero opisane przez niego w „Dioptrze” zaćmienie księżyca zostało z całą pewnością
zidentyfikowane jako wydarzenie z roku 62 n.e. i pozwoliło stwierdzić, że Heron z
Aleksandrii żył i pracował w I w. n.e., przypuszczalnie pomiędzy 50 r. n.e. a 120 r. n.e.
Do jego dzieł należą takie pisma, jak „Mechanika”, „Pneumatyka”, „Sztuka
artyleryjska”, „Budowa automatów”, „Zwierciadła”, „O pomiarach” i „Dioptra”. Ponadto
zachowały się też fragmenty kolejnej pracy poświęconej zagadnieniom matematycznym,
książki o zegarach wodnych i słownika technicznego. Dzieła te przetrwały do naszych czasów
częściowo w grece, częściowo w postaci tłumaczeń łacińskich, częściowo arabskich,
wywodzących się z IX w. n.e. 26 Sam dzielił swoje projekty na urządzenia zaspokajające
życiowe potrzeby i na mające wywoływać zdziwienie i zachwyt.27 Konstruował je przy
19 P. James, N. Thrope, Dawne wynalazki, Warszawa 1997, p. 188 20 De Camp, op. cit., p. 186-191, 201-203 21 K. D. White, Greek and Roman Technology, London 1984, p. 178; Athenaeus, V. 207 22 Russo, op. cit., p. 90 23 De Camp, op. cit., p. 188 W okresie tym greccy budowniczy za pomocą lin przeprowadzonych przez odpowiednią kombinację krążków podnosili bardzo znaczące ciężary, o czym dobitnie świadczą chociażby imponujących rozmiarów kamienne mola. 24 Ath., V. 207-208 25 De Camp, op. cit., p. 190 26 White, op. cit., p. 180-181 27 Lloyd, op. cit., p. 107
10
pomocy jednych z najbardziej zaawansowanych mechanizmów swojej epoki,
skomplikowanych kombinacji śrub, zębatek, przekładni, łańcuchów, wałów, tłoków i
zaworów.28
Pośród licznych efektownych „zabawek” Herona były dzban, mieszający wodę z
winem w dowolnej proporcji, naczynie pozornie przemieniające wodę w wino czy też
podające wedle życzenia dwa różne napitki, mały automatyczny Herakles zabijający smoka,
śpiewający ptak z brązu, zwierzęta pijące na rozkaz czy napędzana parą płytka z tańczącymi
parami. Zaprojektował mechanizm ogłaszający donośnym dźwiękiem otworzenie drzwi,
wrota świątynne otwierające się samoistnie po zapaleniu ognia na ołtarzu, małe organy
wodne, jako pierwsze urządzenie w historii napędzane wiatrakiem, i wiele innych.29 Podobnie
jak Archimedes, miał zbudować planetarium.30 Wprowadził korbę, wałek rozrządu, czy
systemy przeciwwag. Zaprojektował nawet jedno z narzędzi medycznych. Jego urządzenia
wykorzystywały zasady rządzące próżnią i nieściśliwość cieczy.31 Swoimi pracami pozwalał
bogaczom zadziwiać swoich gości, a świątyniom egipskim wzbudzać nabożne zadziwienie
„boską ingerencją” w odwiedzających je wiernych. Co istotne, jego dzieła kontynuują i
rozwijają nurt budowy automatów sięgający aż do III w. p.n.e.
Nie można jednak uznać Herona za zainteresowanego wyłącznie efektownymi
gadżetami, opisuje on również urządzenia o zastosowaniu wysoce praktycznym – broń
miotającą, prasy, dźwigi, gwintownicę – opierając się przy tym niejednokrotnie na dziełach
hellenistycznych.32
Hreon był także zdolnym teoretykiem, celnie interpretującym między innymi
pojęcia pracy, ściśliwości powietrza i spalania.33 Jego najbardziej „przyszłościowym”
projektem była kula, obracana z wielką prędkością poprzez parę wodną, o której będzie tu
mowa szerzej.34
28 Russo, op. cit., p. 144 29 De Camp, op. cit., p. 300-302, 305 30 ibidem, p. 198 31 Ch. Singer ed., A History of Technology, vol. II, Oxford 1957, p. 635 32 Russo, op. cit., p. 146-148 33 De Camp, op. cit., p. 299-300 34 ibidem, p. 305
11
Równie godne podziwu są automata, tworzone przez Herona i świadczące o
niezwykłym kunszcie i pomysłowości, miniaturowe teatry. Dzieliły się na dwa rodzaje.
Pierwsze były ruchome - obciążona lina, owinięta wokół osi kół, wprawiała je w ruch po
rozmaitych, z góry zaprogramowanych torach. Drugie, stacjonarne, ukrywały za swoimi
drzwiczkami dłuższe, bardziej skomplikowane przestawienia. W jednym z nich, miniaturowe,
poruszane za pomocą obciążników figurki przedstawiały w całości wieloaktową sztukę
zatytułowaną Nauplius, rozgrywającą się po zakończeniu wojny trojańskiej. Konstruktor nie
zapomniał nawet o efektach dźwiękowych.35
35 James, Thrope, op. cit., p. 123-125
Fig. 1. Pojedynczy element automatycznego teatru Herona. Ręka wprawiana w systematyczny ruch za pomocą kółka zębatego i obciążników.
12
IIIIII .. UURRZZĄĄDDZZEENNIIAA PPOOZZYYSSKKUUJJĄĄCCEE WWOODDĘĘ
Maszyny stosowane w świecie grecko-rzymskim w celach pozyskania wody
współczesna nauka poznaje dzięki opisom zachowanym w łacińskich i greckich tekstach,
fragmentom zapisów w papirusach, zarówno greckich jak i koptyjskich oraz ponad setce
samych urządzeń, których fragmenty zachowały się do naszych czasów.36 Ilość dostępnych
danych jest zaskakująco duża a świadectwa rozprzestrzenione na terenach hellenistycznych i,
następnie, Imperium Rzymskiego. Greckie papirusy stanowią największą część tych źródeł i
wraz z najliczniejszą, pochodzącą z jego terenów grupą artefaktów, stanowią o decydującym
wkładzie Egiptu w naszą wiedzę.37 Czy to w celach irygacyjnych, alimentacyjnych,
produkcyjnych czy wykorzystania wody jako siły napędowej, z prostych, znanych na całym
świecie i powszechnie do dnia dzisiejszego stosowanych form jej pozyskania rozwinęły się
konstrukcje bardziej zaawansowane. Rozpowszechniły się one na tereny śródziemnomorskie,
europejskie, afrykańskie i azjatyckie, w niektórych wypadkach aż po daleką Japonię.38 Ze
względu na źródłową lukę przypadającą na czasy powstawania rzeczonych mechanizmów
szczególnie cenne stają się posiadane przez nas literackie wzmianki na temat wynalazków
Archimedesa i Ktesibiosa z Aleksandrii oraz arabskie tłumaczenia dzieł Filona z Bizancjum.
Natomiast najbardziej kompleksowa grupa dostępnych źródeł przypada na okres Imperium
Rzymskiego.39 Dzięki tekstom literackim znana jest także duża część fachowego
nazewnictwa, zarówno samych maszyn jak i ich poszczególnych elementów, dziś
wielokrotnie zastąpiona określeniami pochodzenia arabskiego.40 W wielu wypadkach
pozostaje ono dla nas niezrozumiałe, w jeszcze liczniejszych – zbyt ogólne by można było
zdefiniować konkretny typ wspominanego urządzenia. Praktycznie wszystkie bywają
określane machiną, czy urządzeniem (µηχανή, ;όργανον) i choć opisane zostaną oddzielnie,
bywały także łączone w całe systemy przekazujące wodę.41 Są to w większości greckie
wynalazki, które znalazły szerokie zastosowanie w Imperium Rzymskim.42
36 W roku 1984 znanych było dziewięćdziesiąt jeden tekstów greckich i rzymskich, sto osiemdziesiąt cztery papirusy i znaleziska archeologiczne z osiemdziesięciu ośmiu stanowisk. 37 J. P. Oleson, Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, p. 285 38 R. J. Forbes, Studies in Ancient Technology, vol. II, Leiden 1955, p. 40 39 Oleson, op. cit., p. 287 40 ibidem, p. 290 41 ibidem, p. 363, 380 42 ibidem, p. 378
13
11 .. ŚŚRRUUBBAA AARRCCHHIIMMEEDDEESSAA
Także: śruba wodna, ślimacznica Archimedesa, kochlea43
Znane określenia w źródłach greckich: κοχλίας („kochlias” -ślimak, śruba)
‘έλιξ („heliks” - spirala”)44
Αι;γύπτιος/Αι;γυπτιακRος κοχλίας („aigyptios/aigyptiakos kochlias” - śruba egipska)45
W źródłach łacińskich: coclea/cochlia/cochlea, vis Archimedis46
§ Powstanie i występowanie
Wynalezienie śruby wodnej autorzy antyczni tacy jak Moschion (III w. p.n.e.),
Agatarchides z Knidos (II w. p.n.e.) i Posejdonios z Apamei (II/I w. p.n.e.),47 od samego
początku przypisywali Archimedesowi.48 Pierwszy z nich pisał w czasach niewiele tylko
późniejszych od jej powstania, ostatni natomiast stwierdza, iż do wynalazku doszło w trakcie
pobytu w Egipcie i że został on później wykorzystany przy osuszaniu kopalni położonych na
terenie Hiszpanii, podczas gdy Agatarchides zwraca uwagę na istotną rolę, jaką kochlea
odgrywa w irygacji delty Nilu. Matematyczne studia prowadzone przez Archimedesa, w tym
nad spiralami dodatkowo uwiarygodniają twierdzenie, jakoby to on był właśnie twórcą
urządzenia. Określenie używane wobec śruby przez Posejdoniosa, idealne dopasowanie tego
wynalazku do potrzeb egipskiej irygacji i zaangażowanie Ptolemeusza II Filadelfosa
(władającego w latach 283-246 p.n.e.) w modernizację rolnictwa tworzą możliwym
scenariusz mówiący, że pierwotnie powstała ona dla celów egipskich. Podnoszone przez
niektórych badaczy tezy jakoby była to jedynie kopia rozwiązania funkcjonującego już
wcześniej w kraju faraonów nie znajdują żadnego potwierdzenia.49 Pewni możemy być, iż
wynalazku tego nie dokonano przed stworzeniem samej śruby, które to osiągnięcie przypisuje
43 Określenia angielskojęzyczne: water screw, Archimedean screw. 44 ibidem, p. 294 45 ibidem, p. 289 46 Forbes, op. cit., p. 36 47 Oleson, op. cit., p. 19 48 ibidem, p. 291 49 Oleson, op. cit., p. 291-292
Fig. 2. Rysunek śruby odkrytej w XIX w. na terenie rzymskich kopalń w Sotiel Coronada.
14
się Archytasowi z Tarentu (V/IV w. p.n.e.).50 Jest to wynalazek mający wartość prawdziwego
osiągnięcia inżynieryjnego, przekuwającego konstrukcje matematyczne na praktyczne
zastosowania.51
Znane nam teksty pisane i inskrypcje wspominające o śrubie oraz mniejsza liczba
papirusów i ostraka pochodzą z późnego pierwszego wieku przed naszą erą a także
pierwszego i drugiego stulecia naszej ery, podczas gdy źródła archeologiczne o
potwierdzonym datowaniu przypadają na czasy Cesarstwa Rzymskiego. Istnieje grupa
przedstawień i znalezisk, które mogą pochodzić z wcześniejszego okresu, jednak nie ma
możliwości ich wydatowania – jak w przypadku pozostałości odkrytych w rzymskich
kopalniach w Hiszpanii.52
Geograficzne rozprzestrzenienie ślimacznicy, jakie wyłania się z odkrytych
pozostałości, przedstawień i tekstów ją opisujących, obejmuje z pewnością Egipt, Hiszpanię,
Francję, Sycylię, Mezopotamię i Syrię.
Wynaleziona zapewne w połowie III w. p.n.e. i stosowana w basenie Morza
Śródziemnego do czasów późnego Cesarstwa Rzymskiego, zostaje następnie w niezrozumiały
sposób zapomniana w Europie. Pozostała w użyciu na terenach północnej Afryki pod
panowaniem arabskim, skąd być może powróciła na stary kontynent podczas podboju
Hiszpanii w VIII w. n.e.53
§ Konstrukcja i działanie
50 Forbes, op. cit., p. 38 51 Drachmann, op. cit., p. 204 52 Oleson, op. cit., p. 293 53 ibidem, p. 294
Fig. 3. Terakotowa figurka z Egiptu, przedstawiająca niewolnika obsługującego śrubę wodną.
Fig. 4. Fragment fresku z
Pompejów z przedstawieniem
deptania śruby.
15
Fig. 5. Przekrój śruby znalezionej na terenie rzymskiej kopalni w miejscowości Linares.
Konstrukcja ślimacznicy składa się z osi, wokół której opleciono spiralnie
skierowane na zewnątrz listwy, obudowane następnie przytwierdzoną do nich zewnętrzną
częścią w formie pustego w środku walca. Listwy owe tworzą w ślimacznicy tory, którymi
wraz z ruchem konstrukcji unoszona jest woda, wyrzucana następnie górnym otworem. Z obu
końców trzonu wychodzą metalowe przedłużenia, osadzone na jakiejś formie podpory, co
pozwala urządzeniu być obracanym przez osobę chodzącą po odpowiednio uformowanym na
jego obwodzie bieżniku. Dodatkowym elementem konstrukcji mógł być kosz, filtrujący
wpadającą od spodu wodę. Deptanie było podstawowym sposobem wprawiania mechanizmu
w ruch, albowiem w starożytności prawie nigdy nie używano w tym celu korby. Tylko w
jednym wypadku – śruby znalezionej w miejscowości Alcaracegos, była ona poruszana
korbą.54 Nie ma także żadnych dowodów na stosowanie współczesnej wersji ślimacznicy o
nieruchomo osadzonej obudowie i poruszającym się wnętrzu. Możliwe byłoby za to istnienie
kochlei połączonej z kołem wodnym i tym samym poruszanej prądem rzecznym.
Ilość pozyskanej za każdym obrotem wody zależy od kilku czynników – liczby
listew śruby, kąta, pod jakim przebiegają w stosunku do rdzenia i nachylenia całości
mechanizmu. Im bliżej położenia poziomego, tym więcej wody przenosi śruba. Im bardziej
wielkość kąta nachylenia zbliża się do wartości uzupełniającej kąt skręcenia listew śruby do
łącznej wartości 90˚, tym mniejszy przesył. Dla śruby o skręcie 50˚ będzie to więc wartość
40˚.55 Co ciekawe, zachowane do naszych czasów egzemplarze konstrukcji irygacyjnych
posługujących się śrubą Archimedesa wyniesione były w pionie pod kątem mniejszym niż
37˚. Suma kątów wyniesienia i skręcenia w znanych nam przypadkach była także mniejsza
54 White, op. cit., p. 173 55 Wzniesienie śruby powoduje, że woda jest zasysana coraz bardziej w pionie. Jeśli zmniejszyć kąt nachylenia listew, co zmniejszy ich skok i ścieśni przebieg w całej konstrukcji, większy dla całej śruby kąt podnoszenia wody będzie mniej negatywnie wpływał na jej pobieraną ilość.
16
niż 90. Siła konieczna do użycia dla działania mechanizmu, pozostaje z grubsza taka sama
bez względu na poziom na jaki podnosimy jego ujście.56
Witruwiusz podaje dokładny (i jedyny zachowany57) opis i instrukcję wykonania
śruby.58 Jego opis, choć sprawia wrażenie bardziej skoncentrowanego na matematycznej
poprawności niż stronie praktycznej, w większości pokrywa się z przebadanymi
archeologicznie przykładami urządzeń. Różnice można dostrzec w formie przymocowania
łopatek śruby – poza łączeniem drewnianych listewek smołą istnieją też przykłady użycia w
tym celu miedzianych gwoździ lub wykonania całych listew z miedzi. Podobnie różnorodne
bywają łączenia podłużnych desek tworzących obudowę urządzenia. Natomiast sposób
osadzenia takiego mechanizmu pokazuje ślimacznica znaleziona w jednej z rzymskich
kopalni w Hiszpanii, w miejscowości Centenillo.
Na obu końcach znajdują się podparcia dla osi śruby, zanurzonej na jednym końcu
w korycie, z wylewem usytuowanym nad drugim korytem. Na odpowiedniej wysokości
musiała się też znajdować jakaś forma oparcia dla obsługującej mechanizm osoby – choćby
rozciągnięta wzdłuż śruby lina.59
Zastrzeżenia budzi podana przez Witruwiusza duża, bo ok. trzydziesto-jedno
procentowa proporcja średnicy ślimacznicy do jej długości, podczas gdy w zachowanych
przykładach najczęściej nie przekracza ona 20%. Śruba z opisu ma wyraźnie toporniejsze
proporcje. Trudno powiedzieć czy wynikło to z błędnych założeń autora czy jest
świadectwem zmian w praktyce budowy tych urządzeń. Podobnie, zaproponowana przez
Witruwiusza liczba ośmiu ciągnących się wzdłuż osi łopatek jest zadziwiająco duża w 56 Oleson, op. cit., p. 295-296 57 ibidem, p. 297 58 Vit., X. 6 59 Oleson, op. cit., p. 299
Fig. 6. Rekonstrukcja instalacji śruby z kopalni w Linares.
17
stosunku do dwóch-trzech spotykanych w zachowanych egzemplarzach.60 Większa liczba
listew zwiększyłaby ilość pobranej za jednym obrotem wody, pod warunkiem, że nie
przebiegałyby zbyt blisko siebie, mniejsza ich liczba musiała jednak okazać się bardziej
praktyczna w zastosowaniu i kosztach.
Istnieją podejrzenia, że Witruwiusz zaczerpnął swój opis kochlei bezpośrednio z
jakiegoś dzieła hellenistycznego, tak samo jak w swoim opisie tympanum, na co wskazywać
mogą teoretyczno-matematyczny charakter opisu, ujmujący przedstawionej wersji
mechanizmu praktyczności i generalnie odtwórczy charakter jego działalności badawczej.61
Zastanowienie nad witruwiańskimi ośmioma listwami, tak bardzo przekraczającymi liczbę
stosowanych w rzeczywistości, doprowadziło do pewnych ciekawych wniosków. Zostało stąd
wyprowadzone założenie, że opis rzymskiego autora odpowiada oryginałowi Archimedesa,
który miałby powstać, jako rozwinięcie faz obrotu i działania – również charakteryzującego
się w opisie przedstawionym w De Architectura podziałem na osiem części - tympanum. Z
urządzeniem tym wynalazca miałby zapoznać się w Egipcie i zmodyfikować je następnie,
opierając się na swojej wiedzy geometrycznej.62
Jest to teoria zakładająca, że tympanum powstało jako pierwsze, czego nie da się w tej chwili
poprzeć żadnymi dowodami. O przewadze śruby Archimedesa nad tym urządzeniem
świadczą mniejsza tendencja do zatykania, praktyczniejszy kształt i przyłożenie siły. Przez
dwa tysiąclecia mechanizm ten nie uległ prawie żadnym zmianom, jego prostota pozwala na
niezawodne zastosowanie w dowolnych warunkach i brak konieczności dokładnego
wykonania. Jest przenośny, łatwy w montażu, nadaje się do użycia w zamulonym zbiorniku,
bez groźby zatkania. Jedynym „usprawnieniem”, jakiego dokonano była zamiana deptania na
korbę do obracania śrubą, jest to jednak usprawnienie pozorne, albowiem mniej efektywnie
wykorzystuje siłę obsługującej ją osoby.63
§ Wykorzystanie
Pierwotnym przeznaczeniem mechanizmu zdaje się być irygacja, która pozostała
przez następne stulecia jego głównym zastosowaniem, o czym mówi zdecydowana większość
źródeł. Walory śruby wykorzystano również przy osuszaniu kopalń, o czym wspomina już w
czasach hellenistycznych Posejdonios z Apamei. Rzymskie kopalnie we Francji i Hiszpanii
60 ibidem, p. 297 61 ibidem, p. 298 62 Drachmann, op. cit., p. 154 63 Oleson, op. cit., p. 298 Np. w konstrukcji stosowanych w antyku dźwigów, zastąpienie korbą kabestanu, zmniejszyłoby ich wydajność aż o 20-30%. (White, op. cit., p. 50)
18
Fig. 7. Śruba odkryta na terenie rzymskich kopalni w Sotiel Coronada.
zachowały liczne szczątki śrub dzięki warunkom sprzyjającym ich konserwacji. Bardzo
szybko po jej wynalezieniu znalazła też zastosowanie jako pompa na pokładzie frachtowca
wybudowanego dla Hierona II, króla Syrakuz, o czym pisał Moschion, podkreślając fakt, iż
jej obsługą mogła zajmować się jedna osoba. Nadawała się do tego zadania jako jedyne
antyczne urządzenie mechaniczne obok pompy Ktesibiosa. Do kolejnych zastosowań tego
mechanizmu należały m.in. miejskie systemy zaopatrzenia w wodę64 czy budowa suchych
doków.65
22 .. PPOOMMPPAA KKTTEESSIIBBIIOOSSAA66
W źródłach greckich: σίφων („siphon” - tuba, rura)
W źródłach łacińskich: sipo(n)/sifo(n)/sipho(n), Ctesibica machina, organum pneumaticum67
§ Powstanie i występowanie
Jedynie Witruwiusz spośród autorów antycznych, których dzieła zachowały się do
naszych czasów, przypisuje68 wynalezienie tego mechanizmu Ktesibiosowi z Aleksandrii,
wydaje się to jednak wysoce prawdopodobne w świetle danych na temat prac tego
konstruktora..
Trzy zachowane do naszych czasów opisy działania pompy znajdują się w dziełach
Filona z Bizancjum (III w. p.n.e.), Witruwiusza (I w. p.n.e.) i Herona z Aleksandrii (I w. n.e.).
64 Oleson, op. cit., p. 300-301 65 Vit., V. 12, 5 66 Określenie angielskojęzyczne: force pump 67 Oleson, op. cit., p. 304 68 Vit., X. 7, 1
19
W czasie pomiędzy opisami Filona i Herona brak jest jakichkolwiek źródeł dotyczących tego
mechanizmu, lecz już dane z czasów wczesnego Imperium Rzymskiego wskazują, że nie było
to urządzenie funkcjonujące wyłącznie na papierze. Jedynie w znanych nam papirusach
pompa nigdy się nie zostaje wspomniana.69
Zachowane archeologiczne pozostałości urządzeń datują się od początków
pierwszego wieku naszej ery, co może przemawiać za twierdzeniem, iż za czasów
hellenistycznych i republikańskiego Rzymu pompa pozostawała poza codziennym użyciem.70
Mimo to, już około 50 r. n.e. Heron z Aleksandrii wskazuje na jej częste stosowanie,
przynajmniej w jednym celu, o czym poniżej.71 O ile w świecie bizantyjskim i arabskim
wiedza o pompie tłoczącej przetrwała, o tyle na zachodzie Europy najprawdopodobniej
zanikła między piątym a szóstym stuleciem. Stanowiska archeologiczne, na których odkryto
szczątki pomp znajdują się w Niemczech (Trier, Wederath-Hansrück i Zewen-Oberkirch),
Italii (Bolsena, Castrum Novum, Rzym), Anglii (Silchester), Hiszpanii (Sotiel Coronada) i
Francji (Benfeld, Metz, Saint-Malo i dwa stanowiska podwodne na miejscu odkrycia
antycznych wraków). Takie rozmieszczenie dziwi w świetle źródeł pisanych, podkreślających
wschodnio-śródziemnomorski charakter urządzenia, lecz ich przetrwanie może być
uzasadnione nieco odmiennymi materiałami i profilem wykorzystania na tych terenach.72
Urządzenie te musiało pozostawać w użyciu na terenie całego imperium i zostać miejscami
zaadoptowane z pierwowzoru metalowego na tańszy, łatwiejszy w wykonaniu model
drewniany.73
§ Konstrukcja i działanie
Opis Witruwiusza rozpoczyna się od stwierdzenia, obecnego także w dwóch
pozostałych tekstach opisujących konstrukcję pompy,74 że jest ona wykonana z brązu,75
podczas gdy większość egzemplarzy zachowanych w europejskich prowincjach wykonana
była z jednego bloku drewna. Różnica wynika z różnicy w dostępności, a więc i kosztów,
materiałów zależnych od warunków klimatycznych danego obszaru, zwłaszcza pomiędzy
terenami Morza Śródziemnego a tymi położonymi bardziej na północ.76
69 Oleson, op. cit., p. 301 70 ibidem, p. 303 71 ibidem, p. 324 72 ibidem, p. 303-304 73 ibidem, p. 313 74 ibidem, p. 307 75 Vit., X. 7, 1 76 Oleson, op. cit., p. 304
20
Jeszcze na początku XXI wieku liczba odkrytych egzemplarzy wynosiła –
trzynaście drewnianych, jedenaście brązowych i jedną ołowianą. W sumie dwadzieścia pięć.77
Budowa urządzenia oparta jest na dwóch cylindrach zaopatrzonych w połączone ze
sobą tłoki i podłączonych do głównego, centralnego zbiornika. Zarówno cylindry jak i
zbiornik wyposażone są w ruchome zawory w formie klapek, nie pozwalające ujść cieczy raz
do nich wessanej. Działając na przemian tłoki wciągają wodę, po czym naciskając na nią
zamykają klapę i przesyłają płyn do głównego zbiornika. Tam, skutkiem ich ciągłej pracy i
klap uniemożliwiających cofnięcie się do przeciwnego cylindra, woda pod ciśnieniem
wypływa przeznaczonym do tego ujściem.78 Początkowo mechanizm posiadał tylko jeden
cylinder z tłokiem, szybko jednak dodano drugi, zwiększając znacznie jego wydajność.79 Do
ulepszeń, jakim go poddano, należały m.in. dodanie uszczelek do tłoków, ruchomej dyszy
wylotowej, czy modyfikacje zaworów i miejsca przyłączenia rur przesyłających wodę z
cylindra do zbiornika. Intensywne wykorzystywanie teoretycznego modelu wpłynęło na jego
znaczne udoskonalenie.
Różnie przedstawia się także rodzaj wykorzystanych w pompie zaworów. Mogła to
być m.in. zablokowana z jednej strony, zwisająca w pionie lub położona w poziomie80 klapka,
przepuszczająca ciecz do następnego zbiornika, lecz nie pozwalająca się jej wrócić, zamykana
cofnięciem tłoka – lub też zawór w formie zwężającej się zatyczki osadzonej w ujściu rury,
podnoszonej strumieniem wpływającej wody, zasysany z powrotem przy cofnięciu tłoka;
ewentualnie blaszka z przewierconymi otworem, przez który przechodzi przytwierdzony do 77 Russo, op. cit., p. 139 78 Vit., X. 7, 1-3 79 Oleson, op. cit., p. 306-307 80 ibidem, p. 306, 308
Fig. 8. Schemat konstrukcji pompy wodnej Ktesibiosa.
Fig. 9. Przekrój pompy z Zewen-
Oberkirch, wykonanej z bloku
drewna.
21
ujścia rury pręt, zakończony tak, by mogła się po nim suwać, lecz nie zsunąć (pomimo różnej
liczby pręcików w proponowanych rekonstrukcjach, w odnalezionych egzemplarzach
występuje jeden; inaczej jest w przypadku organów wodnych).81
Arabskie tłumaczenie opisu stworzonego przez Filona z Bizancjum przedstawia się
dość nietypowo, co nasuwa podejrzenie, że tłumacz mógł popełnić błędy. Mechanizm posiada
w nim dwa całkowicie niezależne tłoki, poruszane oddzielnymi dźwigniami, dwa oddzielne
zbiorniki i ujścia. Przy braku współpracy pomiędzy tłokami, zapewnionej poprzez wspólną
dźwignię, nie ma wyraźnego powodu by tworzyć pompę z dwoma cylindrami.82 Możliwe też,
że dla Filona obecność jednej dźwigni była oczywistością, której nie trzeba specjalnie
opisywać (także Witruwiusz nie poświęca jej wiele uwagi w swoim tekście83) i stąd wynikło
nieporozumienie. Jasno natomiast opisane są podwójny zbiornik i ujście, które stanowiłoby
niezbędny element tylko gdyby tłoki były napędzane oddzielnymi dźwigniami. Ten niejasny
obraz, wraz z brakiem propozycji jakiegokolwiek zastosowania urządzenia zawartego w
tekście, sugerują pomyłkę tłumacza bądź też, iż było ono w czasach Filona jeszcze wciąż
bardziej okazem naukowym, niż obiektem powszechnego użytku.84
Ze wszystkich opisów pompy dzieło Herona przedstawia nam najbardziej
zaawansowaną jej formę oraz, jako pierwsze, właściwą urządzeniu nazwę – σίφων, zamiast
określenia „urządzenie Ktesibiosa”. W jego tekście pojawia się też stwierdzenie, że w
związku z rolą, jaką odgrywa pompa, zastosowano w niej ruchomą dyszę wylotową tak, by
skierowanie strumienia wody w dowolną stronę nie wymagało obracania całości urządzenia,
co znajduje także odzwierciedlenie w znaleziskach archeologicznych. Za pomocą ruchomego
przegubu i dwóch współosiowych rur z możliwością obrotu górnej wokół jej osi, uzyskiwano
obrotowość ujścia wody z pompy o 360˚ w płaszczyźnie poziomej i około 300˚ w pionowej.85
81 ibidem, p. 311 82 ibidem, p. 306-307 83 Vit., X. 7, 3 84 Oleson, op. cit., p. 307 85 ibidem, p. 310-312
22
Wybór brązu jako materiału do wykonania pompy był wskazany ze względu na jego
możliwości odlewnicze, obróbkę na zimno i znacznie większą niż u żelaza odporność na
działanie korozji. Ołów jest metalem miękkim i nie najlepszym jako materiał na całą pompę,
choć czasem wykonywano z niego niektóre jej elementy,86 tak jak w jednym z zachowanych
86 ibidem, p. 307-308
Fig. 10. Przekrój pompy brązowej z Sotiel Coronada.
Fig. 11. Zdjęcia przedstawiające stan zachowania elementów pompy z Sotiel Coronada – ruchome ujście oraz cylindry i zbiornik.
23
do naszych czasów egzemplarzy drewnianych, wyposażonym w cylindry z ołowiu.87 Kwestią
otwartą pozostają ewentualne modyfikacje składu stopu brązu wykorzystanego do odlania
zachowanych do naszych czasów egzemplarzy. Źródła pisane przekazują, że do obróbki
takich części mechanizmu jak tłoki i cylindry używano tokarki (także w przypadku organów
wodnych i balisty).
W tłokach pomp metalowych, w przeciwieństwie do drewnianych, nie stosowano
uszczelek, a jedynie oliwienie.88
Przy stosowaniu pompy Ktesibiosa pojawia się jedna niedogodność, mianowicie jej
wlot musi zostać umieszczony w wodzie (znamy przypadek zastosowania doczepianych „rur”
wyciętych w bloku drewna, ze stanowiska w Wederath-Hansrück, gdzie pompa była
zainstalowana w studni o znacznym wahaniach poziomu wody w czasie roku), którą ma
pobierać, co może w pewnych warunkach utrudniać operowanie mechanizmem.89
Należy także zaznaczyć, że ktesibiańska pompa nie była jedynym urządzeniem tego
typu, które zaprojektowano i wprowadzono do użycia w czasach antyku.
87 De Camp, op. cit., p. 138 88 Oleson, op. cit., p. 309-310 89 ibidem, p. 306
Ryc. 12. Rekonstrukcja domniemanej pompy łańcuchowej osuszającej zęzę wraku z Los Ullastres.
24
§ Wykorzystanie
Heron i liczni inni autorzy antyczni podają nam bodajże najbardziej utylitarny
przykład zastosowania pompy Ktesibiosa – do walki z pożarami, którego ułatwieniu miało
służyć przedstawione powyżej zastosowanie ruchomej dyszy wylotowej.90 Tę samą rolę
ośmiocylindrowe wersje pompy spełniały jeszcze w dziewiętnastowiecznym Londynie.
Witruwiusz wspomina jedynie o użyciu jej w celach napełniania wyżej położonych
zbiorników fontann.91 Pliniusz Młodszy (I/II w. n.e.) pisze o irygacji na małą skalę przy ich
pomocy. Izydor z Sewilli (VI/VII w. n.e.) natomiast, wspomina o używaniu pompy do mycia
wysokich sufitów.
Znaleziska z podwodnych stanowisk archeologicznych przyniosły nam zachowane
in situ pompy, które służyły na statkach do osuszania zęz. Inne odkryte egzemplarze świadczą
o stosowaniu ich w studniach gospodarstw domowych, do osuszania podsiąkających
budynków, pożarnictwa na terenie kopalń czy dostarczania wody w łaźniach.92
33 .. KKOOŁŁAA ZZ GGRROODDZZIIAAMMII
((ttyymmppaannuumm ii kkoołłoo zz cczzeerrppaakkaammii nnaa oobbwwooddzziiee))93
W źródłach greckich – tympanum: τύµπανον/ τύµπάνιον („tympanon/tympanion” - bęben,
tamburyn)
- koło z czerpakami na obwodzie: πολυκαδία („polykadia” - wiele-naczyń),
- określenia ogólne: τροχός („trokhos” - koło),
κύκλος/κύκλας („kyklos/kyklas” - koło),
α;ντλία („antlia” - czerpak)
W źródłach łacińskich: – tympanum: tympanum,
- koło z czerpakami na obwodzie: rota (koło), antlia94
90 ibidem, p. 310 91 Vit., X. 7, 3 92 Oleson, op. cit., p. 323 93 Tłumaczenie autorki. Określenia angielskojęzyczne, odpowiednio: compartmented wheel, wheel with compartmented body, wheel with compartmented rim. 94 Oleson, op. cit., p. 20, 331-332, 335
25
Fig. 13. Schemat funkcjonowania tympanum opisanego przez Witruwiusza.
Fig. 14. Fragment schematu działania koła z czerpakami opisanego przez Witruwiusza.
§ Powstanie i występowanie
Archeologiczne, literackie i papirologiczne źródła dotyczące tego typu konstrukcji,
pokazują nam, że pozostawały one w użyciu w Egipcie przynajmniej w okresie
hellenistycznym i na terenach Cesarstwa Rzymskiego, do końca VI w. n.e. Były to bez
wątpienia jedne z najważniejszych w świecie grecko-rzymskim urządzeń irygacyjnych.95
Źródła literackie mówią o istnieniu tego typu mechanizmów już w trzecim wieku
przed naszą erą na terenach Egiptu. Na ów okres przypada jedna z dwóch największych
koncentracji tego typu źródeł. Z następną mamy do czynienia w ostatnim półwieczu przed
naszą erą. Odkryto też liczne papirusy z okresu rzymskiego zawierające wzmianki na ich
temat.
Najwcześniejsza wzmianka znajduje się w arabskim tłumaczeniu dzieła Filona z
Bizancjum, z III w. p.n.e. – opisując konstrukcję poruszanego wodą „gwiżdżącego koła”,
nadmienia on, że jest podobne do tych używanych przy nawadnianiu.96 W drugiej połowie
tego stulecia były one najprawdopodobniej w powszechnym użyciu na wspomnianym terenie.
Dokładne ustalenie, czy ich pochodzenie jest hellenistyczne, czy też przed-hellenistyczne, nie
jest w tej chwili możliwe.97 We wschodniej części basenu Morza Śródziemnego i na Bliskim
Wschodzie pozostały w użyciu do dnia dzisiejszego.
95 ibidem, p. 328 96 ibidem, p. 325 97 ibidem, p. 327
26
Wśród znalezisk archeologicznych rozpoznano dużą liczbę kół z czerpakami na
obwodzie, w przeciwieństwie do tympanum, którego szczątków nie udało się odkryć.
Podobna sytuacja zachodzi w przypadku źródeł ikonograficznych – pochodzących z
Aleksandrii i Apamei. Są to, odpowiednio, malowidło ścienne i mozaika. Pierwsze z nich,
datowane jest na czasy rządów Oktawiana Augusta, drugie około roku 469 n.e.
Większość ze wspomnianych już kół dla których można przedstawić dokładniejsze
datowanie, pochodzi najprawdopodobniej z drugiego i trzeciego wieku naszej ery. Przeważnie
jednak, dokładność datowania tej grupy artefaktów ogranicza się jedynie do przypisania ich
czasom Imperium Rzymskiego.
Odkryte zostały one przede wszystkim na terenie rzymskich kopalni w różnych
krajach Europy – Hiszpanii, Portugalii, Rumunii, Anglii. Instalacje przystosowane do
osadzenia w nich kół zidentyfikowano w czterech łaźniach w Ostii, a ich istnienie zakłada się
na terenie dwóch rzymskich obozów wojskowych w Niemczech. Na większości z tych
stanowisk znaleziono więcej niż jedno koło.
Źródła literackie lokalizują koła w Egipcie, Aleksandrii ad Aegyptum, w Lewancie,
na przedmieściach Rzymu czy w greckiej Mantinei. Podobnie więc jak i w innych tego typu
przypadkach – literatura i ikonografia dowodzą popularności rozwiązania we wschodniej
części basenu Morza Śródziemnego, archeologia – w zachodniej.98
§ Konstrukcja i działanie
98 ibidem, p. 329-331, 339
Fig. 16. Przedstawienie koła z czerpakami
napędzanego wodą na mozaice z Apamei.
Fig. 15. Koło z czerpakami z rzymskiej kopalni złota w miejscowości Rio Tinto.
27
Fig. 17. Rekonstrukcja funkcjonowania kół z czerpakami na podstawie znalezisk z Rio Tinto.
Oba omawiane koła działają na tej samej zasadzie. Różnią się jednak od strony
konstrukcyjnej.
Nie ma żadnych dowodów przemawiających za pierwszeństwem jednego z nich,
niektórzy badacze zakładają jednak, że tympanum, jako prostsze w swej budowie, powstało
wcześniej.99
Tympanum jest kołem o zabudowanym w pełni bębnie, którego przestrzeń
wewnętrzna została podzielona na kilka szczelnych, zbiegających się w centrum, części o
kształcie klina (Witruwiusz precyzuje ich ilość w liczbie ośmiu). W trakcie obrotu
zanurzonego w wodzie koła, ciecz wlewała się do wnętrza urządzenia poprzez otwory
znajdujące się na jego obwodzie. We wznoszącej się grodzi, woda opadała ku wierzchołkowi
klina. Tam, w ścianie bębna, tuż przy jego osi, znajdował się otwór, przez który pod swoim
własnym ciśnieniem wypadała do podstawionego zbiornika.
W ten sposób, choć niestety na niedużą wysokość, podnoszone były znaczne ilości
wody. Tympanum, uszczelnione smołą, wprawiane było w ruch poprzez stąpającą po
odpowiednim bieżniku osobę.100
Drugi rodzaj koła nie posiadał zabudowanego bębna, a jedynie serię „szprych”,
utrzymujących zabudowany obwód. W tej to części biegła seria skrzyneczek – pojemników.
Przy zanurzeniu woda wpływała do nich poprzez znajdujący się na jednym z końców bocznej
płaszczyzny otwór, po czym uchodziła nim, gdy dana część koła podnosiła się. Dodatkowo,
szprychy mogły być lekko nachylone w jedną ze stron, by ułatwić przekazanie wody dalej.101
Całość uszczelniano smołą i woskiem.102
99 ibidem, p. 325, 329 100 Vit., X. 4, 1-2 101 Oleson, op. cit., fig. 153, s.p. 102 Vit., X. 4, 3
Fig. 18. Rysunek przedstawiający współczesne koło z czerpakami i napędem wodnym na rzece Orontes.
28
Urządzenie te mogło zapewne wykonywać obroty szybsze niż tympanum, które
wymagało przyłożenia większej siły,103 a jego dużej objętości grodzie potrzebują więcej czasu
by opróżnić swoją zawartość.104 Czerpaki gwarantują małe straty w czasie podnoszenia
ładunku wody i przekazanie go w całości dalej.105
Dużym plusem koła z czerpakami była, poza deptaniem jego zewnętrznej
powierzchni, możliwość napędzania go samym nurtem płynącej wody, poprzez dodanie
łopatek na obrzeżu konstrukcji106 lub nadanie zakończeniom jego szprych formy
przypominającej w kształcie wiosło.107 Inny sposób napędzania kół, będący sam w sobie
osiągnięciem technologicznym, zostanie omówiony oddzielnie.
W przypadku, gdy chciano zwiększyć przepływ wody, nie rezygnując ze znacznej
jego wysokości, stawiano dwa koła z czerpakami obok siebie.108
Wszystkie zachowane egzemplarze zostały wykonane z drewna, z zastosowaniem
żelaznych gwoździ i, czasem, – osią odlaną z brązu. Witruwiusz wspomina o osi drewnianej,
obijanej żelazną blachą. Gatunek drewna niejednokrotnie starannie dobierano, uwzględniając
funkcję spełnianą przez dany element konstrukcji, nawet, jeśli wymagało to transportu na
większą odległość.109
103 Oleson, op. cit., p. 336 104 ibidem, p. 333 105 White, op. cit., p. 33 106 Oleson, op. cit., p. 337 107 Michałowski, op. cit., p. 19 108 Oleson, op. cit., p. 340 109 ibidem, p. 343
Fig. 19. Schemat systemu kół zastosowanego do osuszania rzymskiej kopalni w Rio Tinto.
29
Rozmiary odkrytych kół wynoszą najczęściej od 3 m do 7 m średnicy.110 Liczba
czerpaków także bywa różna – od dwudziestu do trzydziestu. Obliczenia dokonywane na
podstawie rekonstrukcji są hipotetyczne, zakłada się jednak, że podczas jednego obrotu koło z
czerpakami podnosiło pomiędzy setką a dwiema setkami litrów wody, a jego wydajność
wynosiła około 60%.111
Specjalnej konstrukcji „czerpaki” na obwodzie koła mogły, bez specjalnych zmian
w mechanizmie jego funkcjonowania (poza wyeliminowaniem deptania obwodu czerpiącego
wodę koła jako metody napędzania) zostać zastąpione przytwierdzonymi w ich miejsce
naczyniami ceramicznymi. Tego typu naczynia, dopasowane do zamocowania na kole lub
linie, pojawiają się w materiale archeologicznym dopiero na przełomie trzeciego i czwartego
wieku naszej ery. Ich późniejsza szeroka produkcja wiązała się z niską ceną. Napędzane
nurtem wodnym koła w nie wyposażone, znane pod nazwą noria, pozostają w użyciu także
obecnie.112 Koło takie może być napędzane przez nurt przepływający pod nim lub strumień na
nie spadający, przy czym w starożytności, pomimo znajomości obu typów, stosowano
zazwyczaj ten pierwszy rodzaj. Wyniesienie wody na odpowiednią wysokość wymagałoby
budowy kolejnej konstrukcji, podnosząc dodatkowo koszty, podczas gdy koło poruszane od
spodu w sposób łatwy i tani zapewniało stałe obroty. Pozostaje jednak, w sposób oczywisty,
wrażliwe na zmiany poziomu wody.113
§ Wykorzystanie
Podobnie jak w przypadku reszty tego typu urządzeń, wachlarz zastosowań
pozostaje szeroki. Irygacja będzie w sposób oczywisty otwierała ich listę. Nie może
zabraknąć na niej także budowy suchych doków, osuszania kopalń, zaopatrywania w wodę
110 ibidem, pl. 2, p. 344-345 111 ibidem, p. 348 112 ibidem, p. 200, 335, 338, 354 113 White, op. cit., p. 55-56, 66
Fig. 20. Schemat działania kół napędzanych prądem wody od dołu – podsiębiernych (A), z góry – nasiębiernych (B) i wersji pośredniej - śródsiębiernych (C).
30
Fig. 21. Fragment przerysu fresku z Aleksandrii przedstawiającego kierat.
Fig. 22. Współczesny kierat w Egipcie.
łaźni, fontann, salin, różnych zakładów wytwórczych czy miejskich systemów
rozprowadzających wodę pitną.114
33aa .. KKiieerraatt115 ii mmłłyynn wwooddnnyy
Kierat i działający na tej samej zasadzie młyn wodny zostaną pokrótce omówione
razem. Oba mechanizmy funkcjonują dzięki dwóm osiom ustawionym względem siebie pod
odpowiednim kątem tak, że kończące je koła zębate zachodzą na siebie i obrót jednej z nich
zostaje przeniesiony na drugą, powodując jej równoczesny ruch, lecz w innej już
płaszczyźnie.
Pionowa oś, poruszana pracą zwierząt lub człowieka (przeważnie wołów – stąd
chyba jedyne w miarę jednoznaczne stosowane wobec kieratu określenie – ζευγικ`ον ;όργανον
- urządzenie z jarzmem116), powoduje obrót wokół własnej osi swojego poziomo
przeprowadzonego odpowiednika. W ten sposób funkcjonuje kierat, mechanizm
wykorzystywany także współcześnie. W starożytności antycznej używano go do napędzania
wyżej opisanych kół z grodziami jak i łańcucha naczyń, o którym mowa będzie poniżej. Ta
sama zasada wykorzystana została również w licznych urządzeniach mechanicznych innego
typu, stosujących koła zębate, w tym – w młynie wodnym.
Opisy kieratu w znanych źródłach literackich są bardzo nieliczne, stąd też jego
rekonstrukcja opiera się w dużej mierze na obiektach współcześnie funkcjonujących.
Najwcześniejsza pewna wzmianka znajduje się na papirusie i pochodzi z roku 113 n.e.
Znaleziska archeologiczne także należą do nielicznych i są, w związku z tym, tym bardziej
114 Oleson, op. cit., p. 349-350 115 Określenie angielskojęzyczne – sāqiya gear, sakiyeh. 116 ibidem, p. 382
31
cenne. Najstarsze potwierdzone szczątki mechanizmu i jego instalacji, pochodzące z
przełomu II i I w. p.n.e., zostały odkryte w miejscowości Cosa. Inne odkryte instalacje
pochodzą z pierwszych dwóch stuleci oraz V i VI w. n.e.. W ikonografii kierat został
uwieczniony na fresku z czasów cesarza Oktawiana Augusta, znalezionym w Aleksandrii.117
Wzmianki w źródłach literackich, które otwiera Aulus Hircjusz, swoim De bello
Alexandrino z 48 r. p.n.e., kończy zaś Sulpicjusz Sewer w 405 r. n.e., i papirologicznych
(kończących się w VII w. n.e.), nie pozwalają przypisać tego wynalazku erze hellenistycznej.
Znaleziska archeologiczne świadczą jednak na korzyść tego twierdzenia. Ponieważ w
pochodzącym z III w. p.n.e. dziele Filona z Bizancjum nie pojawia się jeszcze jego opis, a
najwcześniejsze stanowisko na którym zidentyfikowano kierat pochodzi najpóźniej z I w.
p.n.e., uzasadnionym wydaje się podejrzenie, iż wynalazek ten skonstruowano po raz
pierwszy w II w. p.n.e.118
Możliwość przeniesienia siły za pomocą dwóch kół zębatych nie mogła być obca
już Ktesibiosowi, który wykorzystał ją w swoim, opisanym przez Witruwiusza, zegarze
wodnym.119 Wiedza na temat możliwości mechanizmów bazujących na kołach zębatych
musiała być w tamtym okresie, pod koniec III w. p.n.e., znacznie rozwinięta.
Witruwiusz przekazał nam także opis koła młyńskiego, napędzanego nurtem wody,
wspominając o podobieństwie ich konstrukcji do kół wodnych, wprawianych w ruch dzięki
zamontowanym na nich łopatkom i przepływowi wody.120 Źródła literackie zaczynają
wspominać o tym urządzeniu (choć do IV w. n.e. niezbyt często) w I w. p.n.e.121
117 ibidem, p. 370-371 118 ibidem, p. 378 119 Vit., IX. 8, 5 120 Vit., X. 5, 1-2 121 Oleson, op. cit., p. 379
Fig. 23. Schemat przedstawiający młyn wodny z opisu Witruwiusza.
32
Ze względu na małą liczbę źródeł i silne powiązanie od strony konstrukcyjnej koła
młyńskiego i kieratu (ta sama zasada, zastosowana w odwrotnym położeniu), każde dane
pozyskane na temat historii jednego z nich, rzucają światło na niejasną historię drugiego.
Wspomnieć należy o rozwiązaniu alternatywnym wobec witruwiańskiego młyna
wodnego, zwanym młynem greckim lub nordyckim. Jego konstrukcja składa się z
umieszczonego w płaszczyźnie horyzontalnej koła z łopatkami, obracanego nurtem wody, i
połączonej z nim pionowej osi, przenoszącej obrót na żarna. Ustalenie chronologicznego
pierwszeństwa jednego z tych dwóch typów młyna pozostaje kwestią otwartą. Wiemy, że
prostsza jego wersja pozostała rozwiązaniem dość popularnym na terenach bałkańskich,
skandynawskich i wyspach brytyjskich, aż do początku dwudziestego wieku.122
Archeologiczne świadectwa występowania młyna wodnego pojawiają się nie
wcześniej niż w II-III w. n.e., są więc późne i niewiele mówią o jego powstawaniu. Za to
pojawienie się żaren obrotowych na początku II w. p.n.e. jest wiarygodną datą post quem.
Pomimo braku bezpośrednich dowodów na istnienie opisanego przez Witruwusza młyna
przed końcem I w. p.n.e., zdaje się on być drugowiecznym wynalazkiem hellenistycznym,
kolejnym z dorobku naukowców aleksandryjskich. Dokładnie ten sam mechanizm mógł
posłużyć też do innego typu zadań. Tekst z VI w. n.e. wspomina o napędzanych nim piłach do
cięcia kamienia.123 Istnieją również świadectwa pośrednie dla istnienia w starożytności tego
typu młotów hydraulicznych.124
Młyn wodny najprawdopodobniej nie był powszechnie wykorzystywany w
starożytności. Mimo to, jego występowanie można potwierdzić na terenach Grecji, Azji
Mniejszej i zachodnich prowincji rzymskich. Większość materiałów dotyczących kieratu
122 ibidem, p. 373-374 123 ibidem, p. 373, 375-376 124 Russo, op. cit., p. 272-273
Fig. 24. Rysunek współczesnego młyna nordyckiego/greckiego.
33
związana jest tylko z terenami Egiptu (z wyjątkiem dwóch instalacji znalezionych w italskim
Cosa), którego gospodarka wymagała intensywnego rozwoju form sztucznego nawadniania i
często musiała sięgać po te wymagające większych nakładów pieniężnych, jak kierat czy
łańcuch naczyń.125
Najlepiej zachowana instalacja w skład której wchodził kierat, znajduje się w Cosa.
Kolista przestrzeń, którą zajmował miała zapewne mniej niż 5 m średnicy (pozostałe znane
mają 5 m, 6 m i 6 m średnicy). Z powodu trudność ze sprowadzeniem wołów w tę wysoko
położoną część konstrukcji, prawdopodobnie urządzenie było obsługiwane przez ludzi.
Obracali oni oś o kole zębatym położonym nad ich głowami (odwrotnie w stosunku do wersji
znanej z fresku), albowiem oś obsługiwanego przez nich łańcucha naczyń znajdowała się na
dość znacznej wysokości.
Znane nam zastosowania kieratu ograniczają się praktycznie do napędzania
mechanizmów pobierających wodę. W jednym wypadku odrestaurowany został jako napęd
dla żaren. Było to urządzenie kosztowne, jak dowodzą papirusy wspominające o potrzebnych
do utrzymania go ludziach, zwierzętach pociągowych, częściach wymiennych i ich cenach.
Wydajność, zależna od wielu czynników, takich jak konstrukcja konkretnego kieratu, ilość
wołów czy rodzaj napędzanego obiektu, mogła znacznie różnić się pomiędzy
egzemplarzami.126
Znane jest nam także przedstawienie z reliefu nagrobnego, datowanego na ok. 100 r.
n.e. Mechanizm podobny do koła młyńskiego używany jest na nim jako siła napędowa dla
125 Oleson, op. cit., p. 379 126 ibidem, p. 383-385
Fig. 25. Rekonstrukcja rysunkowa kieratu i łańcucha naczyń ze stanowiska w miejscowości Cosa.
34
dźwigów i lin, stawiających obelisk. Wyraźnie sportretowano tam pięciu mężczyzn,
obracających koło, poprzez deptanie jego wnętrza.127
44 .. ŁŁAAŃŃCCUUCCHH NNAACCZZYYŃŃ128
W źródłach greckich: ‘άλυσις („halysis” - łańcuch)
§ Powstanie i występowanie
Dokładniejsze określenie momentu wynalezienia tego typu urządzeń stanowi duży
problem. Wśród badaczy pojawia się twierdzenie, iż powstały one jako udoskonalenie, czy
może raczej – przystosowanie kół z czerpakami, które nie były w stanie obsługiwać głębokich
i wąskich zbiorników. Ponieważ pierwszy opis mechanizmu znajduje się u Filona z
Bizancjum, jest to wynalazek najpóźniej z drugiej połowy III w. p.n.e. Źródłem wydaje się
127 C. A. Ronan, The Cambridge Illustrated History of the World’s Science, Cambridge 1984, p. 660, fig. 603 128 Tłumaczenie autorki. Określenia angielskojęzyczne to bucket-chain i pot-garland – dla późniejszej wersji z naczyniami ceramicznymi. Niekiedy pod określeniem „łańcuch wiader”.
Fig. 27. Schemat konstrukcji łańcucha naczyń według Witruwiusza.
Fig. 26. Ilustracja z XV-wiecznej kopii anonimowej rzymskiej pracy De rebus bellicis, opisującej okręt napędzany za pomocą bydlęcych kieratów.
35
być ponownie Aleksandria. We wschodniej części basenu Morza Śródziemnego pozostał w
użyciu nieprzerwanie do dnia dzisiejszego.
Do antycznych autorów zamieszczających opisy łańcucha naczyń należą Filon z
Bizancjum, Heron z Aleksandrii i Sulpicjusz Sewer (IV/V w. n.e.). Świadectwa
papirologiczne przypadają na okres od I do VII w. n.e., z czego większość – na szósty
wiek.129
Najstarsze stanowisko, na którym stwierdzono istnienie omawianego urządzenia jest
o niecałe sto lat (150-125 r. p.n.e.) młodsze od najstarszego opisu. Odkryto je w położonej na
zachodnim wybrzeżu Italii, niedużej, starożytnej, portowej miejscowości Cosa, w budynku
łaźni sąsiadującym z forum. Znaleziono tam instalację jednoznacznie wskazującą na
zastosowanie łańcucha naczyń, mianowicie wąski szyb prowadzący do zbiornika z wodą i
sąsiadującą z nim, wyżej położoną cysternę. Woda musiała być w tym miejscu wynoszona na
wysokość 4 m.130 Jeden z późniejszych szybów w Pompejach miał głębokość aż 25 m.131
Drugie stanowisko z miejscowości Cosa, przyniosło zachowane szczątki drewnianych
pojemników na wodę, na podstawie których dokonano rekonstrukcji ich wyglądu. Datowane
na około 150 r. n.e., były jednakowej konstrukcji lecz różnej pojemności – od 6,5 l do 9,4 l
(średnia dla wszystkich znanych nam naczyń wynosi 7,2 l, podczas gdy Witruwiusz w swoim
opisie mówi o pojemności 3,3 l132). Zarówno od zewnętrznej jak i wewnętrznej strony były
one szczelnie nasmołowane.133
129 ibidem, p. 351-353 130 Oleson, op. cit., p. 353-355, 361 131 ibidem, p. 362 132 ibidem, p. 366, 368 133 ibidem, p. 363
Fig. 28. Rekonstrukcja wyglądu pojemników odnalezionych w Cosa.
36
Kilka instalacji, datowanych na przełom II i I w. p.n.e., odkryto również w
Pompejach. Ogółem, znalezisk dokonano na terenach Italii (trzy stanowiska, siedem
urządzeń), Egiptu (siedem stanowisk, dziewięć urządzeń) i Palestyny (jedno urządzenie).
Interpretacje znalezisk z Hiszpanii, Cyrenajki, Grecji i Anglii pozostają jedynie hipotetyczne.
Jako mechanizm prawdopodobnie droższy i łatwiej ulegający uszkodzeniu niż koła
z grodziami, był zapewne rzadziej stosowany, zwłaszcza w przypadkach, gdy przesył wody
wymagany był na znaczną wysokość w stosunku do poziomu wody pierwotnego zbiornika.134
§ Konstrukcja i działanie
Urządzenie o którym mowa jest niczym innym jak rzędem naczyń zamontowanych
jedno za drugim na łańcuchach bądź też linach, które z kolei uwieszono na obrotowym wale
lub kole. Jego obrót wywołuje przesuwanie się pętli, naczynia z jednej strony są opuszczane
w głąb zbiornika, z drugiej strony w tym samym czasie podnoszone z ładunkiem pobranej
wody. Osiągając szczyt swojej drogi wylewają zawartość do podstawionego zbiornika.135
Praktyczne wykorzystanie urządzenia szybko zamieniło wspominane przez Filona
łańcuchy na liny, brązowe pojemniki w drewniane bądź skórzane – a w Egipcie, na początku
czwartego wieku naszej ery w ceramiczne (o konstrukcji takiej samej jak te używane na
kołach, przez co jako samodzielne znalezisko nie pozwalające ustalić rodzaju stosowanego
urządzenia).136
Do napędzania konstrukcji stosowano deptanie, wyżej opisany kierat, jak i nurt
wody (o tym ostatnim pisze Filon, wydaje się to jednak być mało prawdopodobne
rozwiązanie). Dwa pierwsze ze sposobów znajdują zgodne potwierdzenie we wszystkich
rodzajach źródeł, zwłaszcza kierat zyskał sporą popularność.
Budynki o typowej konstrukcji (szyb, cysterna, czasem oddzielne pomieszczenie z
kieratem dla zwierząt pociągowych), powtarzają się w praktycznie niezmienionej formie
przez następne stulecia.
Godnym rozważenia problemem jest ewentualne zsuwanie się lin z wprawiającego
je w ruch bębna. Brak jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o rozwiązanie tej kwestii na
podstawie znalezisk archeologicznych, otwiera drogę dla spekulacji. Zastosowanie jednak, na
obrotowej osi, bębna o znacznej szerokości, najlepiej wyposażonego we wgłębienia, nie
pozwalające linom przesuwać się na boki, zminimalizowałoby znacznie zagrożenie zsunięcia
134 ibidem, p. 353-355, 361 135 ibidem, p. 350 136 ibidem, p. 353-355
37
się lin, połączonych przecież z sobą przytroczonymi naczyniami. Lista możliwych rozwiązań
jest długa.
Sam bęben/oś niekoniecznie musiał posiadać w przekroju formę koła, lecz wielokąta
foremnego, co miałoby dodatkowo stabilizować ruch naczyń.137
Kwestią spekulacji jest też konkretny sposób, w jaki woda była przelewana z naczyń
do docelowego zbiornika lub koryta. Różnego typu rekonstrukcje na wiele sposobów
przedstawiają tę ostatnią fazę ruchu, jak i sposób ujścia cieczy z naczynia – co ma także
zrozumiały wpływ na wydajność całego urządzenia. Jest ona obliczana na przynajmniej 60%,
w niektórych przypadkach nawet 80%. Wszystkie badania – zarówno na rekonstrukcjach jak i
współcześnie stosowanych urządzeniach tego typu, wskazują na ich dużą efektywność.138
Łańcuchy, czy też liny z przywiązanymi do nich pojemnikami bywały także
wprawiane w ruch nie poprzez zawieszenie na obrotowej osi, ale na kole o konstrukcji
przypominającej koło z czerpakami.139
§ Wykorzystanie
Specyfika łańcucha naczyń sprawiła, że jego zastosowanie było silnie związane z
potrzebą korzystania z głębokich zbiorników. Dotyczy to głównie nawadniania pól i
funkcjonowania usytuowanych w miejskim centrum łaźni. Znane są nam też przypadki
korzystania z tych urządzeń w celu zapewnienia wody pitnej dla zwierząt i ludzi, wody dla
wytwórni amfor i garum, gorzelni czy fontann.140
137 ibidem, p. 359-360, 364 138 ibidem, p. 365, 369 139 ibidem, fig. 100, s.p. 140 ibidem, p. 369-370
38
IIVV.. MMEECCHHAANNIIZZMMYY WWYYKKOORRZZYYSSTTUUJJĄĄCCEE WWOODDĘĘ
Hydrauliczne wynalazki starożytności obejmują zarówno urządzenia do czerpania
wody, do jej dystrybucji jak i mechanizmy stosujące ją jako siłę napędową swojego
działania.141 Te dwa ostatnie rodzaje będą właśnie tematem bieżącego rozdziału.
Różnorodność wykorzystujących właściwości wody mechanizmów bardzo dobrze oddaje
mnogość zastosowań antycznej mechaniki jako ogółu, niestety nawet w ich przypadku, opis
całości zagadnienia wymagałby pracy dalece szerszej niż ta, w związku z czym
zaprezentowane zostaną wybrane przykłady. Wybór taki, choć bardzo staranny, nigdy nie jest
w pełni sprawiedliwy i wymaga stałej świadomości, iż zaprezentowany obraz nie jest pełen,
lecz potrzebuje dalszego rozszerzenia. Należy również zaznaczyć, iż w przypadku
przedstawionych tu mechanizmów, najczęściej nie dysponujemy zachowanymi świadectwami
archeologicznymi, co znacznie utrudnia, bądź wręcz uniemożliwia dokładne ich datowanie.
Dzieła antycznych konstruktorów często nie dają nam dokładnego rozeznania w realnym
stopniu ich rozprzestrzenienia, nie zawsze pozwalają też określić kto i kiedy pierwszy raz
zaprojektował i wprowadził je do użycia. Pozostają jednak bezcenne dla rekonstruowania ich
budowy i ustalenia dat ante quem skonstruowania.
Głównym celem tego rozdziału jest ukazanie różnorodności zastosowań i form
obecności tego typu urządzeń w świecie antycznym.
141 Michałowski, op. cit., p. 17
39
Fig. 29. Przekrój organów wodnych i mechanizmu klawiszowego.
11 .. OORRGGAANNYY WWOODDNNEE
W źródłach greckich: ‘ύδραυλις/‘ύδραυλος („hydraulis/hydraulos”), ‘υδραυλικοRν ỏ’ργανον
(„hydraulikon organon” – instrument hydrauliczny)142
§ Powstanie i występowanie
Powszechnie przypisywane Ktesibiosowi, a więc identyfikowane jako wynalazek z
III w. p.n.e.,143 organy wodne dokładnie opisał w swojej „Pneumatyce” Heron z Aleksandrii.
Prawie wiek wcześniej zrobił to także Witruwiusz, przekazując nam opis urządzenia o tylko
nieznacznie innej konstrukcji. Źródła literackie mówią o powszechnym wykorzystywaniu
tego instrumentu w czasach cesarza Nerona – I w. n.e.144 Faktycznie, zdobyły sobie one dużą
popularność w Imperium Rzymskim.
Na stan naszej wiedzy, poza źródłami literackimi, duży wpływ ma pomad
dwadzieścia zachowanych przedstawień plastycznych.145 Wśród nich znajduje się mozaika,
odkryta w rzymskiej willi położonej w niemieckiej miejscowości Nennig, położonej w
pobliżu Trewiru, datowana na połowę III w. n.e.
Przedstawiony na niej instrument posiada około trzydziestu piszczałek (dokładna
liczba zależy od interpretacji), a po bokach prawdopodobnie dwa tłoki. Trudno jednoznacznie
osądzić, co przedstawiają znajdujące się pod nimi skośne pręty. Klawisze i dłonie muzyka
skryte są, niestety, za instrumentem. Na mozaice nie widać również osoby pompującej
powietrze, co wzbudza dyskusję, czy robi to sam grający za pomocą pedałów, czy też autor 142 M. L. West, Muzyka starożytnej Grecji, Kraków 2003, p. 130 143 K. Majewski ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 409 144 J. G. Landels, Muzyka starożytnej Grecji i Rzymu, Kraków 2003, p. 230 145 West, op.cit., p. 130
40
przedstawienia pominął ten element dla zachowania przejrzystości kompozycji. Także
długość części piszczałek wzbudza wątpliwości, zdaje się jednak, że przy takiej ich ilości
gama możliwych do uzyskania dźwięków była bardzo szeroka.146
Małe organy, podarowane w roku 228 n.e., straży pożarnej z miasta Aquincum,
leżącego koło Budapesztu, także przyczyniły się do lepszego poznania ich konstrukcji. Ich
metalowe elementy zachowały się, wzbogacając naszą wiedzę. Organy te posiadały cztery
rzędy po trzynaście piszczałek różnej konstrukcji – każdy z nich można było odłączyć lub
przyłączyć oddzielnie.147
§ Konstrukcja i działanie
Główną część instrumentu, której kształt Heron opisał jako przypominający ołtarz,
odlewano z brązu, pozostawiając w środku wolną przestrzeń. Jego wymiary określono na 90-
120 cm wysokości i około 60 cm szerokości. We wnętrzu umieszczano podobnej wysokości,
lecz o mniejszej średnicy, dzwon. Podpierano go w taki sposób, aby wypełniająca dno
konstrukcji woda, mogła swobodnie przemieszczać się pomiędzy dzwonem a głównym
naczyniem.
146 Landels, op. cit., p. 230-231 147 West, op. cit., p. 130-131
Fig. 30. Przedstawienie organów wodnych na rzymskiej mozaice z Nennig.
41
U szczytu dzwonu instrumentu znajdują się dwie przylutowane rury – wlotowa,
odchodząca w bok i wylotowa, prowadząca w górę, do wiatrownicy, gdzie powietrze
rozdzielane jest pomiędzy piszczałki.
Poprzez pierwszą z tych rur z dzwonem połączony jest cylinder w którym porusza
się, ściśle dopasowany dzięki obróbce na tokarce, tłok. Cylinder ten także wyposażony jest w
dwa wentyle. Zamknięte są one ruchomymi blaszkami, które na przemian, siłą zasysanego
bądź napierającego powietrza, umożliwiają lub blokują jego przepływ. Zasada ich działania
jest identyczna jak w omówionej wyżej pompie Ktesibiosa.
Ani Witruwiusz, ani Heron, nie opisują wewnętrznego wentyla cylindra,
niezbędnego aby powietrze nie cofało się i mechanizm mógł funkcjonować. Nasuwa to
wniosek, że żaden z nich nie widział wnętrza urządzenia.
Kiedy pompowane tłokiem powietrze gromadziło się pod ciśnieniem w dzwonie,
poziom znajdującej się w nim wody opadał a poza dzwonem podnosił się. W ten sposób
powstawał zapas sprężonego powietrza, które podążało dalej, do wiatrownicy. Piszczałki
instrumentu wstawione były w przegródki tej ostatniej, natomiast w każdej przegródce
znajdowała się kwadratowa, drewniana zatyczka, dopasowana tak by nie przepuszczać
powietrza lecz móc poruszać się w głąb przegrody i z powrotem. Przy przesunięciu zatyczki,
znajdujący się w niej przeprowadzony w pionie otwór udrażniał dopływ powietrza do
piszczałki.
Ruchy zatyczek kontrolowane były przez grającego za pomocą mechanizmu
klawiszowego. Klawisze, o przekroju w kształcie litery T, zamontowane były tak, że przez ich
centrum przebiegał drut, umożliwiający im jedynie nachylać się a nie przesuwać. Niższy
koniec połączony był ruchomym pręcikiem z zatyczką. Po naciśnięciu, klawisz powracał do
pozycji wyjściowej, naciągany przez napiętą sprężynę, wykonaną z wygiętego, długiego i
wąskiego kawałka rogu. Za pomocą struny z jelita połączony był on z dolnym końcem
klawisza.
Rozmiarów klawiszy można tylko domniemywać. W źródłach starożytnych
pojawiają się zarówno wzmianki o „użyciu palców” jak i „użyciu dłoni” do ich naciskania.
Jednak zachowane wizerunki organów, ukazujące ponad dwadzieścia piszczałek
ulokowanych wzdłuż skrzyni instrumentu o długości około 90 cm, wskazują, że klawisze
najprawdopodobniej nie były szersze niż stosowane współcześnie.148 Grano zapewne palcami
obu dłoni jednocześnie.149
148 Landels, op. cit., p. 301-304 149 West, op. cit., p. 132
42
Organy opisane przez Witruwiusza różnią się nieznacznie od tych z dzieła Herona.
Posiadają dwa cylindry, umieszczona po obu stronach pudła instrumentu,150 przez co
wyraźnie przypominają swoją budową pompę stworzoną przez tego samego konstruktora.
Pierwowzór instrumentu miała stanowić późno hellenistyczna fletnia Pana, co odmalowuje się
w skośnie, bądź też lekko po linii wklęsłej ściętych piszczałkach.151
Drugą różnicę znajdujemy w części kontrolującej dopływ powietrza do piszczałek.
Tym razem jest to 4, 6 lub 8 rzędów piszczałek.
Rola wody w dzwonie urządzenia polega na zapewnieniu w miarę stałego ciśnienia,
pomimo zmiennej ilości doprowadzanego i zużywanego powietrza.152 Następny plus to brak
konieczności specjalnego uszczelniania dzwonu, pojemnościowa „elastyczność” takiego
rozwiązania oraz możliwość uzyskania ciśnienia wstępnego, nawet o znacznej wartości, w
momencie wstawienia dzwonu do głównej skrzyni.
Nowatorskość urządzenia polega więc nie tylko na narodzinach nowego instrumentu
muzycznego ale również wynalezieniu klawiatury i hydraulicznej metody utrzymywania
stałego ciśnienia powietrza. Dodatkowo, Ktesibios miał w mechanizmie klawiszy użyć
pierwszych znanych nam żelaznych sprężyn. Wymagają one jednak wyjątkowej sprawności
od kowala, w związku z czym długo jeszcze nie stały się powszechnie stosowane.153
Heron z Aleksandrii pozostawił nam swój projekt małych organów napędzanych za
pomocą wiatraka, pierwszego urządzenia wprawianego w ruch tym sposobem.154
150 Vit., X. 8, 1-6 151 West, op. cit., p. 130-131 152 Landels, op. cit., p. 301-304 153 De Camp, op. cit., p. 175-176 154 ibidem, p. 302
Fig. 31. Rekonstrukcja organów wodnych według opisu Witruwiusza.
43
Przed II w. n.e. do zastosowania weszły także organy wyposażone w wór
powietrzny, napełniany miechem, zamiast zbiornika wodnego z tłokiem. Miało to wzmocnić
siłę brzmienia i sprawiało niewątpliwie, że urządzenie stawało się lżejsze i tańsze w
produkcji i utrzymaniu. Z czasem organy pneumatyczne wyparły hydrauliczne i to z nich
wykształciły się te współcześnie nam znane. Zasada ich działania pozostaje jednak wciąż taka
sama.155
§ Wykorzystanie
Organy hydrauliczne na mozaice z Nennig upamiętnione zostały jako
akompaniament dla rozrywki, po którą obywatele przychodzili do amfiteatru - wokół nich
zmagają się ze sobą gladiatorzy. Również w źródłach literackich jest o nich mowa w tym
właśnie kontekście. Cesarz Neron darzył organy dużą estymą, ich dźwięki można było
usłyszeć w czasie niejednego święta i festiwalu.156 Ten popularny, donośny instrument
wykorzystywano na pewno przy każdej nadarzającej się ku temu okazji.
22 .. ZZEEGGAARRYY WWOODDNNEE
§ Powstanie i występowanie
Pomysłowość Ktesibiosa przyniosła również znaczne udoskonalenie mechanizmów
stosowanych w celu pomiaru czasu, coraz istotniejszych w miarę rozwoju życia miejskiego.
155 West, op. cit., p. 133-134 156 Landels, op. cit., p. 230-231
Fig. 32. Rekonstrukcja wyglądu organów projektu Herona, napędzanych wiatraczkiem.
44
Wskazania zegara słonecznego są uzależnione od pory roku i, co bardziej
kłopotliwe, warunków atmosferycznych panujących w danej chwili. Wymagają też
odpowiedniej lokalizacji, tylko w miejscach nasłonecznionych przez cały dzień. Rzecz
oczywista, nie są w stanie spełniać swej roli w nocy.
Natomiast wynaleziona w Egipcie i popularna także w Grecji klepsydra – naczynie z
otworem w dnie, którego opróżnienie sygnalizowało upłynięcie wyznaczonego czasu – nie
pozwala na osiągnięcie większej dokładności, co uniemożliwia różnica w prędkości z jaką
spływa woda. Im jest jej mniej, tym wolniej to następuje. Dwie miarki wody nie upłyną w
czasie dwa razy dłuższym niż jedna.157 Efekt ten starano się zwalczać, nadając klepsydrom
kształt ściętego stożka158 i zwiększając słup wody.159 Dodatkowo, zanieczyszczenia mogą
pomniejszyć otwór naczynia, a jego czyszczenie - zbytnio go powiększyć. W III w. p.n.e., w
Aleksandrii, problemy te znalazły jednak swoje rozwiązanie.
§ Konstrukcja i działanie
Pierwsze, o co miał zadbać Ktesibios, to wykonane ze złota lub kamienia
szlachetnego ujście dla wody. Dzięki tym materiałom, miało nie niszczyć się ani nie
zatrzymywać osadu.160
Problem prędkości opadania słupa wody także znalazł swoje rozwiązanie.
Aleksandryjczyk udoskonalił swój zegar, którego dokładna konstrukcja zostanie zaraz
przedstawiona, poprzez zastosowanie systemu trzech naczyń, zamiast dwóch, już i tak
efektywniejszych niż klepsydra.161 Woda w pierwszym z nich była uzupełniana i przepływała
do drugiego, zaopatrzonego w otwór przelewowy, który odprowadzał jej nadmiar, utrzymując
stały poziom cieczy. Z tego to naczynia woda wpadała do trzeciego z nich jednostajnym
strumieniem.162 W tym miejscu widać drugi kierunek, w jakim poszło unowocześnienie
mechanizmu, czyli możliwość mechanicznego wyznaczania czasu.163 W ostatnim z naczyń,
na wodzie unosił się pływak, stopniowo podnoszony wraz z jej poziomem w górę. Jego rola
była dwojaka. Po pierwsze, poprzez przekładnię ruch wznoszący pływaka wywoływał
różnorakie „efekty specjalne” w postaci ruchomych figurek, spadających brył, czy grających
trąbek (popularny był na przykład śpiewający, mechaniczny ptaszek, bezpośredni przodek
157 De Camp, op. cit., p. 176-177 158 Russo, op. cit., p. 118 159 Majewski ed., op. cit., p. 413 160 Vit., IX. 8, 4 161 Michałowski, op. cit., p. 25 162 De Camp, op. cit., p. 178 163 Majewski ed., op. cit., p. 413
45
zegara z kukułką164). We wzmiance na temat owej przekładni, u Witruwiusza, zachowało się
najwcześniejsze znane i pewne odniesienie do kół zębatych.165 Po drugie, na jej końcu
znajdowała się figurka z laseczką w ręku, która wznosząc się powoli do góry wskazywała
kolejne godziny.166
Przybyły z Egiptu167 zwyczaj dzielenia doby na dwanaście godzin dnia i tyleż
godzin nocy, przyniósł kolejną komplikację. Długość trwania godziny nie była bowiem
jednakowa w różnych porach roku. Z tego właśnie powodu, postać z laseczką wskazywała
czas na obrotowym walcu z odmalowaną podziałką godzinową. Jej linie nie przebiegały
równolegle, obrazując zmienną długość trwania dnia w odpowiednim miesiącu.168 Po
upłynięciu doby woda z głównego zbiornika wylewała się na mechanizm powodujący obrót
cylindra o jeden dzień do przodu.
Różnorodne mechanizmy stosowano w celu regulacji ilości przepływającej wody,
aby ujednolicić szybkość przepływu w miarę malenia słupa wody albo oddać roczne różnice
w czasie trwania godziny poprzez zmianę prędkości podnoszenia się wskaźnika. Jeden z nich
polegał na zastosowaniu w środkowym zbiorniku zaworu pływakowego. Kiedy wlewająca się
woda podnosi się zbyt wysoko, za bardzo zwiększając swoje ciśnienie i tempo przelewania do
164 De Camp, op. cit., p. 179 165 Ö. Wikander ed., Handbook of Ancient Water Technology, Leiden 2000, p. 363-364 166 Vit., IX. 8, 5-6 167 Michałowski, op. cit., p. 25 168 Wikander ed., op. cit., p. 364
Fig. 33. Zasada działania zegara wodnego Ktesibiosa, włącznie z małym pływakiem, regulującym ilość wody wpadającej do środkowego zbiornika.
46
głównego rezerwuaru, unoszony przez nią pływak coraz bardziej blokuje wejście do
przejściowego zbiornika i tym samym zmniejsza tymczasowo dopływ.169
Drugi ze sposobów stosowanych w zegarach wodnych polegał na umieszczeniu w
otworze doprowadzającym wodę do głównego zbiornika zamykającej go, ruchomo osadzonej,
okrągłej płytki. Jej zewnętrzną stronę wyposażano w uchwyt, pozwalający swobodnie nią
obracać, wskazówkę i poprowadzoną dookoła podziałkę obrazującą wszystkie dni roku.
Wycięty w płytce otwór wylewowy sąsiadował ze strzałką. Codziennie obracana przez
dozorcę płytka, zmieniając wysokość położenia otworu, modyfikowała siłę przepływu cieczy.
Jeśli wskazówka wraz z otworem przesuwały się w górę, stawał się on coraz słabszy, a
wzmacniał się, gdy wędrowały w dół.170
Problem prędkości przepływu wody należał do bardzo subtelnych i
skomplikowanych zagadnień. Starożytni zwracali nawet uwagę na zmianę jej wartości
wywoływaną różnicami w temperaturze wody.171
Inny model zegara wodnego, przypisany, przez autora anonimowej arabskiej pracy,
Archimedesowi, funkcjonuje dzięki odpływowi wody ze zbiornika, nie jego dopływowi.
Napełniony raz dziennie, pozwalał pływakowi stopniowo opuszczać się w dół. Prędkość z
jaką woda spływała do drugiego zbiornika regulowana była wyżej opisanym, opartym na
sprzężeniu zwrotnym zaworem pływakowym,172 kolejnym z mechanizmów
wykorzystywanych do dziś.
Związane z długością dnia tempo, w jakim ciecz opuszczała drugi zbiornik,
regulował kolejny wynalazek. Była to ruchoma rurka z kolankiem, umieszczona na tabliczce
z przedziałką obrazującą zodiak. Przesuwana pomiędzy pozycją horyzontalną a wertykalną,
169 Michałowski, op. cit., p. 23 170 Majewski ed., op. cit., p. 413-414 171 Ath., II. 42 172 Russo, op. cit., p. 119
Fig. 34. Schemat konstrukcji zegara wodnego Archimedesa.
47
modyfikowała przepływ. Ustawiona pionowo, zmniejszała jego prędkość, poziomo –
zezwalała na maksymalną jego siłę.173
U Witruwiusza zachował się także opis zegara, przedstawiającego upływające
godziny za pomocą obrotowej, okrągłej tarczy. Wokół osi, na której była ona osadzona,
owijano giętki, miedziany drut, zakończony na obu końcach, zrównoważonym obciążnikiem i
pływakiem. W ten prosty sposób, podnoszący się poziom wody wprawiał ją w stały ruch
obrotowy. Odpowiednio osadzona gałka, w połączeniu z przedstawionym na tarczy
analemmatem – schematem odwzorowującym długość trwania godzin słonecznych –
pozwalała odczytać czas.174
§ Wykorzystanie
W wielkomiejskim świecie greckiej polis, czas grał znaczącą rolę, o czym przekonał
się niejeden mówca sądowy, jak i klient domu uciech. Zarówno publiczne, służące całej
społeczności polis, jak i wykonane na użytek prywatny, wraz z szeroką gamą zegarów
słonecznych, spełniały rolę dobrze nam znaną ze współczesności.
22aa .. BBuuddzziikk PPllaattoonnaa
Około roku 360 p.n.e., Platon, zawzięty przeciwnik mieszania naukowych idei z
przyziemną praktyką,175 skonstruował podobno budzik, mający zwoływać rano jego uczniów
na naukę. Urządzenie te łączyło w sobie działanie klepsydry i gwizdka.
Składało się z trzech naczyń i figurki z fletem. Pierwsze, górne naczynie napełniano
wieczorem i przez całą noc woda z niego powoli sączyła się do zbiornika środkowego. Gdy
nad ranem przedostało się do niego wystarczająco dużo płynu, ciecz była gwałtownie
uwalniana do dolnego zbiornika, połączonego rurką z postacią muzykanta. Wypchnięte z
ostatniego zbiornika powietrze raptownie wydostawało się tą drogą na zewnątrz i opuszczając
flet, wydawało donośny gwizd.176
173 Wikander ed., op. cit., p. 364-365 174 Vit., IX. 8, 8-10 175 De Camp, op. cit., p. 178 176 Majewski ed., op. cit., p. 420
48
33 .. AAUUTTOOMMAATTYY PPOODDAAJJĄĄCCEE WWOODDĘĘ
§ Powstanie i występowanie
Jest to jeden z najbardziej zadziwiających i współcześnie popularnych wynalazków
hellenistycznej Aleksandrii, w nieoczekiwany sposób łączący życie codzienne oddzielone od
siebie dystansem dwóch tysięcy lat. Automat na wodę, o którym mowa, opisany został przez
Herona z Aleksandrii, a powstał w bardzo konkretnym i specyficznym celu, zapewne w
pierwszym wieku naszej ery. To ciekawy przykład mieszanki egipskich tradycji religijnych i
greckiej tradycji inżynieryjnej, z przeznaczeniem na wyjątkowy w swoim charakterze rynek
aleksandryjski.
§ Konstrukcja i działanie
Te pomysłowe urządzenie opiera się na bardzo prostej zasadzie. Wierny, chcący
dokonać ablucji, musi wrzucić przez otwór w mechanizmie brązową monetę o wartości pięciu
drachm. Spadała ona na jeden z końców podwieszonego wewnątrz pręta metalowego.
Powodowało to uniesienie przeciwległego końca, na którym zawieszony był element
blokujący odpływ wody z umieszczonego w środku zbiornika. Podniesiony dźwignią,
Fig. 35. Schematyczny rysunek konstrukcji budzika Platona.
Fig. 36. Ilustracja działania prostego automatu na wodę.
49
pozwalał porcji wody wypłynąć kranikiem, po czym zsuwająca się z pręta moneta wpadała
do sąsiadującego ze zbiornikiem pojemnika na bilon, a całość konstrukcji wracała do swojego
pierwotnego położenia. Pod koniec dnia kapłan mógł otworzyć urządzenie i wydobyć z niego
pozostawione przez wiernych pieniądze.177
Mechanizm ten mógł zostać zainspirowany urządzeniem przedstawionym około
trzystu lat wcześniej, przez Filona z Bizancjum, którego prace są wyraźnym dowodem
wysokiego poziomu technologicznego osiągniętego przez hellenistyczną naukę. Wspomniany
mechanizm zadziwiał podążających na ucztę gości. Poza kranem, posiadał też ruchomą,
odlaną w metalu, trzymającą kawałek pumeksu dłoń. Osoba chcąca umyć ręce przed
posiłkiem, brała pumeks i ze zdumieniem obserwowała, jak dłoń chowa się do wnętrza
urządzenia, z którego równocześnie zaczyna płynąć woda. Po chwili jej dopływ urywał się, a
ponad kranem ponownie wysuwała się mechaniczna dłoń, z nowym kawałkiem pumeksu,
czekając na kolejną osobę.178
§ Wykorzystanie
Heron nie raz przysłużył się aleksandryjskim kapłanom. Jego dzieła opisują liczne
przykłady trików, pozwalających za pomocą ukrytych fenomenów czysto fizycznych
zasugerować wiernym, że są świadkami ingerencji boskiej. Podpowiada jak użyć zwierciadeł,
by obserwatorom ukazały się spreparowane zjawy, przedstawia wiecznie płonące lampy o
azbestowych knotach179 i otwierane niewidzialną ręką drzwi świątyni. Mechanizm działania
tych ostatnich zostanie krótko przedstawiony jako następny. Szczerość Herona pozwoliła nam
zapoznać się z kilkoma niezwykle pomysłowymi projektami, jak i równie frapującymi
realiami społecznymi.
33aa .. AAuuttoommaattyycczznnee ddrrzzwwii ii żżyywwee ppoossąąggii
177 ibidem, p. 438 178 James, Thrope, op. cit., p. 116-117 179 De Camp, op. cit., p. 302
50
Jest to przemyślny mechanizm, który wykorzystuje termiczne rozprężanie powietrza
do otwierania drzwi. W jego wypadku, w przestrzeni pod bramą świątyni i sąsiadującym z nią
ołtarzem, trzeba było umieścić komorę, mieszczącą w sobie dwa naczynia, oplecione
łańcuchami wały obrotowe, połączone z zawiasami drzwi i obciążnik.
Aby otworzyć wrota, należało rozpalić ogień na ołtarzu. Jego puste wnętrze
połączone było rurą z pierwszym z umieszczonych pod ziemią naczyń – które to z kolei było
hermetyczne, a jego wnętrze, poza powietrzem, wypełniała pewna ilość wody. Ogrzane
powietrze rozpręża się, a zwiększając swoją objętość, wypycha wodę poprzez rurę do
drugiego naczynia – dzieje się tak ze względu na jej nieściśliwość. Drugie z naczyń
podwieszone jest na łańcuchach, oplecionych wokół wałów. Woda zwiększa jego ciężar,
naciąga łańcuchy i obraca wały, powodując tym samym otwarcie się wrót. Mechanizm działa
też w drugą stronę – jeśli pozwolić powietrzu ochłodzić się, woda zostaje zassana z powrotem
a wały powracają do wyjściowej pozycji, dzięki przeciwnie okręconemu zestawowi
łańcuchów, zakończonych obciążnikiem.180 Nie tylko Heron miał realizować tego typu
projekty, gdyż udziela nam informacji, jakoby inni konstruktorzy czasem zastępowali wodę
cięższą od niej rtęcią.181 Rozwiązanie te miało zachwycać wiernych, swoją pomysłowością
ma prawo wywierać równie duże wrażenie na wtajemniczonych w arkana jego konstrukcji.
Pomimo istnienia źródeł wyraźnie świadczących o ich istnieniu, nie udało się
odkryć pozostałości żadnego z egzemplarzy takich automatycznych drzwi. Szanse na to są
niestety oceniane jako niskie, ze względu na regularne rabowanie pogańskich świątyń od
momentu wprowadzenia religii monoteistycznych. Metalowe konstrukcje miały niewielkie
szanse pozostać na swoim miejscu.182
180 Singer ed., op. cit., p. 635, n. 575 181 James, Thrope, op. cit., p. 118-119 182 ibidem, p. 131
Fig. 37. Schemat konstrukcji „samootwierających” się drzwi.
51
Te same zjawisko wykorzystywano niejednokrotnie, w tym np. do konstruowania
fontann, które samoczynnie tryskały wodą, gdy tylko nagrzało je słońce.183 Podobnie rzecz
miała się w przypadku zadziwiających posągów. W ich przypadku ołtarz połączony był ze
statuami konstrukcją osadzoną w podstawie, na której spoczywały wszystkie elementy. Po
rozpaleniu ofiarnego ognia rozprężone powietrze wypychało płyn zawarty w piedestale,
tłocząc go poprzez poprowadzone we wnętrzu posągów rury. W efekcie spływała na ołtarz,
tworząc wrażenie, jakby nieporuszeni ofiarnicy spełniali na nim libację.184 Istnieje wręcz
wzmianka o siedzącym posągu bogini Nysy, który mógł wstawać, składać ofiarę z mleka i
siadać z powrotem – przedstawionym ludowi w czasie przebogatej parady, zorganizowanej w
Aleksandrii przez Ptolemeusza II Filadelfosa.185
Podobnie zachwycające były bardzo popularne w hellenistycznym i rzymskim
świecie, projektowane zarówno prze Filona z Bizancjum jak i Herona z Aleksandrii,
miniaturowe, mechaniczne teatry. Nieruchome bądź samoczynnie przemieszczające się na
kółkach, za pomocą drobnych elementów mechanicznych napędzanych obciążnikami,
przedstawiały zgromadzonym widzom całe sztuki teatralne.186 Stanowiły najbardziej
skomplikowane i wyrafinowane osiągnięcia inżynierii powstałe dla rozrywki mieszkańców
polis.
44 .. HHYYDDRRAAUULLIICCZZNNEE ZZAABBAAWWKKII
§ Powstanie i występowanie
183 Russo, op. cit., p. 149 184 Lloyd, op. cit., p. 107 185 Ath., V. 198 186 James, Thrope, op. cit., p. 123-125
Fig. 38. Posągi składające libację na ołtarzu.
52
Znamy wiele, bardzo różnorodnych projektów urządzeń o przeznaczeniu
rozrywkowym. Wspomniane powyżej teatry i żywe posągi miały zachwycać i nie ma powodu
wątpić w sukces ich zadania. Poza tymi imponującymi rozwiązaniami, znamy też mniejsze,
równie ciekawe, hydrauliczne „zabawki”. Wspaniałe ich przykłady projektowali Filon z
Bizancjum i Heron z Aleksandrii.
Nie potrafimy ustalić kiedy zaczęto projektować tego typu urządzenia, wiemy
jednak, że powstała ich znaczna liczba i że musiały być jednocześnie dobrym sposobem na
zaprezentowanie swoich umiejętności potencjalnym mecenasom, bądź też odpłacenie im za
uzyskane wsparcie. Coraz to nowe, opracowane właściwości fizyczne płynów, były, podobnie
jak dzieje się to i w naszych czasach, dość szybko zaprzęgane do tego typu funkcji.
Współcześnie zwiodły niejedną osobę, kierując na tory przekonania, jakoby gadżety
stanowiły główną gałąź wytwórczości mechanicznej antyku. Tymczasem nawet wśród
projektów tych drobnych mechanizmów znajduje się wielka liczba o przeznaczeniu bardzo
utylitarnym. Do ich przykładów należą lampki oliwne z automatycznie wysuwanym knotem,
stale uzupełnianym poziomie oliwy, automatyczne gwizdki187 lub też ośmiościenny kałamarz,
który postawić można na dowolnej ze ścianek i zawsze spokojnie uzyskać z niego tusz, bez
ryzyka rozlania.
Mimo to, także miejsce na tak nisko cenione gadżety powinno jednak znaleźć się w
pracy poświęconej osiągnięciom technicznym. Zostaną przedstawione na przykładzie
opisanego przez Filona, drobnego mechanizmu, przedstawiającego broniącego swojego
gniazda ptaka.188 W II w. p.n.e. inżynier proponował go jako sposób na umilenie sobie
codzienności. Nie jest to jedyny ciekawy projekt, znajdziemy wśród nich i inne scenki -
potwora zabijanego przez Heraklesa czy też wołu, któremu rolnik odcina głowę, lecz pomimo
tego, zwierzę nie przestaje pić wody z trzymanej przez niego misy.189
§ Konstrukcja i działanie
Jest to naczynie posiadające otwory w górnej swojej części oraz długą szyję,
ukształtowaną jak małe drzewo, włącznie z liśćmi i spoczywającym na jego szczycie
gniazdem z pisklętami. W jego wnętrzu znajduje się pływak, zaopatrzony we wsporniki,
uniemożliwiające mu opadnięcie poniżej pewnego poziomu. Na nim natomiast umieszczona
jest rurka, zakończona w formie tułowia ptaka siedzącego w gnieździe. Jego skrzydła odlane
187 Majewski, op. cit., p. 427-428, 431-432, 436 188 James, Thrope, op. cit., p. 108-109 189 Wikander ed., op. cit., p. 358-359
53
są niezależnie, przechodzą przez tułów i w jego wnętrzu połączone są drutem,
przebiegającym przez wewnętrzną rurkę i przytwierdzonym na stałe do dna naczynia.
Pod dużym pływakiem znajduje się jeszcze jeden, mały, z którego wychodzi drut,
przeprowadzony poprzez większy pływak i zakończony wysuwającym się z jednego z
otworów naczynia wężem.
W momencie gdy zostanie ono napełnione wodą lub na przykład winem, mniejszy
pływak unosi się jako pierwszy, podnosząc węża, zagrażającego pisklętom. Gdy płyn
osiągnie poziom dużego pływaka, wypchnięta do góry zostaje rurka i tym samym tułów
ptaka, powodując jednocześnie wzniesienie jego skrzydeł.190 Ptasia mama zauważyła
zagrożenie i zamierza bronić swojego potomstwa. Jeśli naczynie zostanie opróżnione,
poprzez ręczne udrożnienie otworu w dnie, bądź automatyczne jej przepompowanie, co
pozwalałoby na stałą pracę,191 wąż uzna się za pokonanego, a ptaki odzyskają spokój.
§ Wykorzystanie
Trudno wyobrazić sobie cywilizację, która nie lubowałaby się w efektownych
drobiazgach. Trudno też krytykować ją za ich produkowanie. Ten sam mechanizm
dostrzegamy choćby w rynku hellenistycznych figurek terakotowych. Za znaczący można
190 James, Thrope, op. cit., p. 108 191 Wikander ed., op. cit., p. 355
Fig. 39. Hydrauliczna zabawka Filona. Ptak broniący gniazda przed wężem.
54
uznać fakt, iż zamożni obywatele w tamtych czasach byli zainteresowani ozdobieniem
swoich domów mechanicznymi cudami.
55 .. WWIIEELLOOZZAADDAANNIIOOWWEE NNAACCZZYYNNIIAA
§ Powstanie i występowanie
Ogromna różnorodność powstałych w czasach antycznych, naczyń, których
przeznaczenie wykraczało poza bycie jedynie pojemnikiem na płyny, może zadziwić nawet
przy pełnej świadomości istotnej roli jaką odgrywało wówczas wino i kultura sympozjonu.
Podobnie jak w innych zachowanych do naszych czasów świadectwach tamtej inżynierii,
zastanowienie budzi wachlarz efektów możliwych do uzyskania poprzez pomysłowe
połączenie ograniczonej liczby elementów mechanicznych i, rzecz jasna, świetnej znajomości
prawideł rządzących zachowaniem się cieczy i powietrza. Jest to powód, dla którego nie
należy lekko ważyć tych niepozornych, zdawałoby się błahych konstrukcji. Ich tradycja sięga
swoimi korzeniami aż do trzeciego tysiąclecia przed naszą erą, na terenach bliskowschodnich.
Najstarsze znane tego typu naczynie z terenów greckich znalezione zostało w Koryncie i
wydatowane na VI w. p.n.e. Jego prosta, składająca się z dwóch połączonych zbiorników
budowa, pozwalała jednak poziomowi nalanego do wnętrza płynu powracać zawsze do tej
samej wysokości w czaszy kielicha, pomimo postępującego ubytku jego ilości.192 Była już
mowa o pomysłowych rozwiązaniach zaprzęgniętych do budowy umywalek. Tak samo rzecz
miała się w kwestii płynów przeznaczonych do spożycia.
§ Konstrukcja i działanie
192 ibidem, p. 350-351
Fig. 40. Schemat konstrukcji naczynia, z którego uzyskać można różnego rodzaju napoje.
55
Jedno z tego typu urządzeń pozwalało automatycznie mieszać pobierane płyny. Jego
zastosowanie łatwo sobie wyobrazić w społeczeństwie spożywającym na co dzień ożywczą
mieszankę wina i wody. Projekt ten przedstawił, w jednym ze swoich dzieł, Filon z
Bizancjum.
Jest to krater podzielony trzema przegródkami na cztery oddzielne części, każdą
wypełnioną jakiegoś rodzaju płynem. W dno wpasowany jest obrotowy wałek z czterema
otworami, każdym z nich uchodzącym do innej części naczynia. W jego wnętrze natomiast
wpasowany jest drugi wałek, również pusty w środku, uchodzący na zewnątrz naczynia tak,
by można było nim swobodnie obracać. Posiadał on cztery rzędy otworów, zawierające ich
od jednego do czterech, ustawionych w sposób pozwalający poprzez obracanie tego elementu,
ustawić jeden z rzędów bezpośrednio pod otworami. Odkręcając kurek można było dzięki
temu uzyskać, spływającą poprzez obrotowy wałek, mieszankę o różnych proporcjach.193
Do tej samej grupy należało naczynie, z którego czerpać można było z góry
określoną ilość płynu. Umieszczano je w ramie o kształcie zbliżonym do prostokąta,
częściowo przechodzącej przez wnętrze naczynia, ruchomej w miejscu połączenia listew i
tym samym mogącej się nachylać. Jej fragment blokował odpływ płynu z wnętrza,
odbywającego się poprzez zamontowaną w środku rurkę. Rurkę można było udrożnić
przechylając ramę. W tym celu wystarczyło w odpowiednim, zaznaczonym na ramie miejscu
podwiesić ciężarek. Miejsc takich było kilka, wywołujących w różnym stopniu wychylenie
ramy i tym samym pozwalających różnej ilości płynu opuścić naczynie, wprost do czarki
zamontowanej na końcu ramy. Wszystkie wartości były ściśle określone i pozwalały dozować
ilość cieczy, która wypływała tak długo, aż jej ciężar w mniejszym naczyniu zrównoważył
ciężarek.194
§ Wykorzystanie
193 Majewski, op. cit., p. 437 194 ibidem, p. 429
Fig. 41. Naczynie pozwalające nabrać określoną ilość płynu.
56
Gamę zastosowań dla tych i podobnych im naczyń o specjalistycznych funkcjach
ogranicza jedynie ludzka pomysłowość. Rzecz jasna znalazły one swoje miejsce w domach
zamożnych obywateli, być może razem z automatyczną umywalką. Konstrukcje te mają
jednak znacznie większy potencjał. Możliwość dokładnego dozowania płynów ma duże
znaczenie w wielu przypadkach, bez względu na to, czy rozważymy pracę farmaceuty,
chemika czy fizyka.
66 .. BBAANNIIAA HHEERROONNAA
Także: maszyna parowa, aeolipila, eolipila.
W źródłach łacińskich: aeolipila (z j. starogreckiego, dosłownie piłka Eola)195
§ Powstanie i występowanie
Prawdopodobnie jeden z dwóch najbardziej kontrowersyjnych antycznych
wynalazków. Jego opis pozostawił po sobie Heron z Aleksandrii, pozwalając nam wydatować
jej powstanie najpóźniej na pierwszy wiek naszej ery. Był to prawdopodobnie model
poglądowy, o których bardzo często czytamy w antycznych dziełach, mający prezentować
badane zjawisko z pogranicza hydrauliki i pneumatyki.196
195 De Camp, op. cit., p. 305 196 C. A. Ronan, op. cit., p. 114
Fig. 42. Współcześnie wykonana rekonstrukcja maszyny parowej Herona.
57
§ Konstrukcja i działanie
Konstrukcja pierwszej na świecie maszyny parowej składa się w większości z
ustawionego na trójnogu, szczelnie zamkniętego kotła, wypełnionego wodą. Z jego górnej
części wyprowadzona jest jedna rura i jeden wspornik – oba prowadzą z kotła i pod kątem
prostym załamują się w swoją stronę. Pomiędzy nimi za pomocą ruchomych przegubów
umieszczona jest pusta w środku kula, połączona z wnętrzem kotła za pomocą wspomnianej
rury. Z samej kuli wychodzą dwie mniejsze rurki, umieszczone naprzeciw siebie, w tej samej
płaszczyźnie, z wylotami jednak zagiętymi i skierowanymi w przeciwnych kierunkach.
Te jakże prostej budowy urządzenie wymaga jedynie podłożenia ognia pod kocioł.
Gdy z jego wnętrza para wodna zacznie wydostawać się do kuli i z niej na zewnątrz, siła
odrzutu rozprężającej się pary wywoła gwałtowne obroty wokół osi stworzonej przez punkty
połączenia kuli ze wspornikiem i rurą biegnącymi z podgrzewanego naczynia.197
Z wykorzystaniem tej samej zasady zbudowanych zostało kilka drobnych
gadżetów, a przynajmniej nasza wiedza ogranicza się tylko do nich. Były to zarówno
gwizdek, w którym na podgrzewanym naczyniu usadowiono figurki ptaków, z
przeprowadzonymi w ich wnętrzu rurkami;198 „zabawka”, w której uchodzący z takiej rurki
strumień pary unosił lewitującą w powietrzu kulkę;199 jak i umieszczone na kręcącej się
płytce postaci tańczących. Nagrzane powietrze poprowadzone poprzez zagięte w kształt
swastyki rurki, wprawiało ją w ruch obrotowy, razem z postaciami.200
§ Wykorzystanie
Dyskusja na temat możliwości skonstruowania antycznej turbiny parowej
dominowała środowisko badaczy inżynierii owego okresu przynajmniej do czasu kiedy
197 Majewski, op. cit., p. 430 198 ibidem, p. 431 199 James, Thrope, op. cit., p. 121 200 Majewski, op. cit., p. 433
Fig. 43. Wirująca płytka z postaciami tańczących, według projektu Herona z Aleksandrii.
58
Derek J. de Solla Price przedstawił szerszej publiczności, po pół wieku od jego odnalezienia,
rewolucyjny mechanizm z Antikythery.
Opinie badaczy bywają skrajnie różne – od stwierdzenia, że machina parowa
Herona jest największą niewykorzystaną szansą w historii ludzkości, po przekonanie, że była
dla swoich wynalazców epizodem o minimalnym, jeśli nie żadnym, znaczeniu. Zależy to de
facto od z góry przyjętego zdania na temat osiągnięć antycznej nauki, co w wypadku
„prymitywistów” prowadzi często do absurdalnego wręcz zaprzeczania istnieniu takowych i
ignorowania stale przyrastającej liczby ich świadectw, jako będących jedynie przypadkowo
powstałymi zabawkami, w dłoniach nieświadomych powagi sytuacji dzieci.
Pytanie o to, czy starożytni mogli zbudować silnik parowy, ma swoją odpowiedź -
tak. Wszystkie niezbędne do tego elementy znaleźć można choćby w samych dziełach
Herona, mocno wzorowanych na osiągnięciach wieków III i II p.n.e. Ogromna liczba
skomplikowanych i pomysłowych mechanizmów, których część pokazać miała ta praca,
dowodzi poziomu umiejętności konstruktorskich ówczesnych inżynierów. Gdyby urządzenie
typu silnika parowego, który zadecydował o „rewolucji przemysłowej”, było w czasach
antycznych niezbędne, niejeden możny łożyłby na prace nad nim i niejeden naukowiec
Muzeum poświęciłby mu swoje badania. Krytyczne osądzanie tego typu
„niewykorzystanych” osiągnięć na podstawie roli, jaką odegrały one dwa tysiące lat później,
dowodzi jedynie przesadnego sugerowania się własnymi realiami. Warty podkreślenia jest
natomiast, często niedoceniany fakt ich późniejszego oddziaływania, sięgającego tak daleko
w czasie i poprzez kultury.
Badania przeprowadzone nad jedną z rekonstrukcji odrzutowej bani Herona,
nasunęły ciekawe wnioski. Prędkość osiągnięta przez zamontowaną w niej kulę, wyniosła
1500 obrotów na minutę, nadając jej status najszybciej poruszającego się przedmiotu tamtej
epoki. Wartość tę może zmodyfikować pewna trudność w dopasowaniu ścisłości przylegania
połączeń pomiędzy kulą i jej wspornikami, decydującej zarówno o swobodzie ruchu jak i
ilości utraconej na tym etapie pary wodnej. Wydajność urządzenia obliczona na podstawie
przyjętej średniej okazała się zaskakująco niska wobec wymaganej ilości paliwa. Drewno w
świecie śródziemnomorskim było towarem o ograniczonej dostępności, zdobycie jego bądź
innych środków do stałego napędzania maszyny parowej wiązało się z kosztami i pracą
znacznie przekraczającą poziom opłacalny.201 Fakt ten znacząco uzupełnia obraz
funkcjonowania opisanego wynalazku.
201 James, Thrope, op. cit., p. 120
59
Niemniej projekt maszyny parowej nie został zapomniany i przez kolejne stulecia
inspirował jeszcze wielu inżynierów. Warto zauważyć, że także w ich opracowaniu, przez
kolejne prawie dwa tysiące lat nie było miejsca dla parowej, gospodarczej rewolucji.
Problem ten dotyczy nie tylko zagadnienia wynalazku turbiny i kultury antycznej, lecz
przewija się przez całą historię osiągnięć technicznych ludzkości.
Jeśli spojrzeć również na starożytnych greckich naukowców jako pierwszych
opracowujących możliwości wykorzystywania energii wodnej, bania Herona może jawić się
jako szczytny element poszukiwań źródeł energii niezależnych od warunków
geograficznych.202
202 Russo, op. cit., p. 142
60
VV.. PPOODDSSUUMMOOWWAANNIIEE
Niemożliwe jest pokazanie całej dziedziny inżynierii hydraulicznej antyku, nawet
tej jej części, która dotrwała do naszych czasów, w jednej pracy tej objętości. Jest to
wiadomość z gruntu optymistyczna dla każdego badacza, sama w sobie bowiem świadczy już
o rozległości tematu. Badania antycznej inżynierii przeszły bardzo długą drogę, musząc przez
lata stawiać czoło zadziwiająco żywotnemu przekonaniu, które streścić można w słowach
„[...] Grek starożytny, ze swoim umysłem filozoficznym był nieprzyjaźnie nastawiony do
wszelkiej myśli technicznej.”, promowanym niejednokrotnie przez osoby, które z góry
założywszy, iż rozwój technologii w ówczesnym świecie nie istniał, nie zadały sobie trudu
zapoznania się z jakimikolwiek źródłami dotykającymi tej tematyki.203
Przez ostatnie dziesięciolecia, rosnąca ilość odkrytych i przebadanych świadectw,
uczyniła niemożliwym dłuższe utrzymywanie takiego stanowiska. Mimo to, tezy
„prymitywistyczne”,204 uznające istnienie inżynierii w czasach grecko-rzymskich, lecz na
bardzo niskim poziomie rozwoju, wciąż mają wielu zwolenników. Prowadzi to do sytuacji, w
których kolejne opracowania wymieniają przykłady badania i zastosowania rozwiązań
inżynieryjnych, podsumowując je jako przypadkowe, wręcz nieświadome i pozbawione
znaczenia dla ich twórców.
Kwestia stopnia, w jakim zostały wykorzystane potencjalne możliwości teoretycznej
wiedzy uczonych starożytnych, pozostają źródłem nieustającej dyskusji. Gorączkowe
rozważania nad tym, czy to system pracy niewolniczej sprawił, iż Juliusz Cezar nie podbijał
Galii z pomocą kolei żelaznej, nie przyniosły do tej pory konkretnych wniosków,205 jak
doskonale widać na przykładzie machiny parowej Herona.
Odkrycie mechanizmu z Antikytery, skrupulatne badania i nagłośnienie ich
zaskakujących wyników odegrały kluczową rolę w zmianie współczesnego sposobu myślenia
o poziomie ówczesnej techniki. Urządzenie te, zatopione podczas swojej drogi z Rodos do
Rzymu, dalece przekroczyło wszystkie dotychczasowe wyobrażenia, zmuszając nas do
zrewidowania tworzonych scenariuszy, tak by były w stanie uwzględnić powstanie na
przełomie er urządzenia o poziomie skomplikowania znanym dopiero z osiemnastego wieku
naszej ery.
203 F. M. Feldhaus, Maszyny w dziejach ludzkości, Warszawa 1958, p. 99 204 Russo, op. cit., p. 259-261 205 P. Green ed., Hellenistic History and Culture, Berkeley 1993, p. 233-237
61
Z końcem epoki hellenistycznej nastąpiły pewne zmiany w podejściu starożytnych
do nauki. O ile Aleksandria pozostała przez wiele wieków prężnym ośrodkiem badawczym, w
świecie rzymskim, także u szczytu jego kulturalnego rozwoju, najwięksi pisarze, nawet
wzorując się na dziełach greckich, woleli zaskakiwać czytelnika barwnymi konkluzjami,
opartymi bardziej na skojarzeniach, niż logicznej argumentacji.206 Wiemy dobrze, że
Imperium Rzymskie umiało bardzo skutecznie i na szeroką skalę wykorzystać techniczne
osiągnięcia, jednak podejście do myśli naukowej w jego czasach stopniowo stawało się coraz
mniej naukowe.207
Pytanie o fenomen powstania nauki greckiej wciąż pozostaje w dużej mierze
otwarte. Od lat jednak zwraca się już uwagę, że po raz pierwszy wyrwała się ona spod
materialnej i umysłowej dominacji sfery religijnej208 i zaczęła tworzyć systemy myślowe
oparte na badaniach i spójnych teoriach naukowych, włącznie z zastosowaniem narzędzia
jakim jest eksperyment. Skutkiem tych zmian była całkowicie nowa jakość w interakcji
człowieka ze światem. Ferment umysłowy okresu hellenistycznego, z jego turystyką, oświatą,
wynalazczością, przemawia niejednorodnym, barwnym głosem ludzi, których życiowe
możliwości tak bardzo zaczęły przypominać nasze własne. To właśnie tamtym czasom
zawdzięczamy podstawy współczesnej nauki.209 Zarówno jej ideał, sposob w jaki
postrzegamy jej funkcjonowanie, jak i dzieła naukowe zawierające teorie i projekty, które
przez następne dwa tysiąclecia inspirowały najlepiej wykształcone i dociekliwe umysły
swoich czasów.210 To właśnie ten nieustający przez wieki wpływ jest jednym z najlepszych
świadectw skali osiągnięć antycznej inżynierii.
206 Russo, op. cit., p. 7 Najbardziej obrazowym przykładem pozostaje fragment „Historii naturalnej” Pliniusza Starszego, w którym opisuje on życie pszczół, a dokładniej mówiąc – kwestię sześciobocznego kształtu komórek budowanych przez nie plastrów. O ile matematyk Pappos z Aleksandrii, zaintrygowany tą samą kwestią dochodzi do wniosku, iż sześciokąt ma spośród wielokątów foremnych największy stosunek powierzchni do obwodu i tym samym umożliwia użycie najmniejszej ilości wosku w stosunku do objętości miodu - dla Pliniusza wystarczającym wytłumaczeniem tej sytuacji jest teoria, jakoby były one ukształtowane w ten sposób, ponieważ pszczoły posiadają sześć odnóży i każdym z nich budują jedną ściankę. 207 Za symboliczną datę końca pewnej ery można uznać dzień, w którym w 425 r. n.e. tłum chrześcijan zlinczował aleksandryjską uczoną, filozofa, wykładowcę i ostatnią komentatorkę zebranych tam dzieł naukowych, Hypatię. (Russo, op. cit., p. 258) 208 De Camp, op. cit., p. 107 209 Ronan, op. cit., p. 124 210 Russo, op. cit., p. 150-151
62
VVII .. BBiibbll iiooggrraaff iiaa ::
§ De Camp L. S., Wielcy i mali twórcy cywilizacji, Warszawa 1970
§ Drachmann A. G., The Mechanical Technology of Greek and Roman Antiquity,
Copenhagen 1963
§ Farrington B., Nauka grecka, Warszawa 1954
§ Feldhaus F. M., Maszyny w dziejach ludzkości, Warszawa 1958
§ Forbes R. F., Studies in Ancient Technology, vol. II, Leiden 1955
§ Green P. ed., Hellenistic History and Culture, Berkeley 1993
§ James P., Thrope N., Dawne wynalazki, Warszawa 1997
§ Landels J. G., Muzyka starożytnej Grecji i Rzymu, Kraków 2003
§ Lloyd G. E. R., Nauka grecka po Arystotelesie, Warszawa 1998
§ Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł
archeologicznych, Warszawa 1956
§ Michałowski K. Mechanika grecka, Warszawa 1952
§ Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a
Technology, Toronto 1984
§ Ronan C. A., The Cambridge Illustrated History of the World’s Science, Cambridge
1984
§ Russo L., Zapomniana rewolucja, Kraków 2005
§ Singer Ch. ed., A History of Technology, vol. II, Oxford 1957
§ West M. L., Muzyka starożytnej Grecji, Kraków 2003
§ White K. D., Greek and Roman Technology, London 1984
§ Wikander Ö. ed., Handbook of Ancient Water Technology, Leiden 2000
ŹŹrróóddłłaa ppii ssaannee ::
§ Athenaeus, Deipnosophistae, za: Athenaeus, The Deipnosophists, trad. Ch. B. Gulick,
Cambridge 1987
§ Diogenes Laertius, Peri Bion kai gnomon ton en philosophia eudokimesanton biblia
deka, za: Diogenes Laertios, Żywoty i poglądy słynnych filozofów, trad. I. Krońska, K.
Leśniak, W. Olszewski, Warszawa 1982
§ Vitruvii, De Architectura Libri Decem, za: Witruwiusz, O Architekturze Ksiąg
Dziesięć, trad. K. Kumaniecki, Warszawa 1999
63
VVIIII .. ŹŹrróóddłłaa ii lluuss ttrraaccjj ii ::
Fig. 1. Pojedynczy element automatycznego teatru Herona. Ręka wprawiana w systematyczny ruch za pomocą kółka zębatego i obciążników. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 427, fig. 436
Fig. 2. Rysunek śruby odkrytej w XIX w. na terenie rzymskich kopalń w Sotiel Coronada. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 146
Fig. 3. Terakotowa figurka z Egiptu, przedstawiająca niewolnika obsługującego śrubę wodną. Archimedes Home Page - http://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Screw/Applications.html
Fig. 4. Fragment fresku z Pompejów z przedstawieniem deptania śruby. Archimedes Home Page - http://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Screw/Applications.html
Fig. 5. Przekrój śruby znalezionej na terenie rzymskiej kopalni w miejscowości Linares. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 79
Fig. 6. Rekonstrukcja instalacji śruby z kopalni w Linares. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 78
Fig. 7. Śruba odkryta na terenie rzymskich kopalni w Sotiel Coronada. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 147, 149
Fig. 8. Schemat konstrukcji pompy wodnej Ktesibiosa. Witruwiusz, O Architekturze Ksiąg Dziesięć, trad. K. Kumaniecki, Warszawa 1999, fig. LVIII. A
Fig. 9. Przekrój pompy z Zewen-Oberkirch, wykonanej z bloku drewna. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 163
Fig. 10. Przekrój pompy brązowej z Sotiel Coronada. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 142
Fig. 11. Zdjęcia przedstawiające stan zachowania elementów pompy z Sotiel Coronada – ruchome ujście oraz cylindry i zbiornik. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 143, 144
Ryc. 12. Rekonstrukcja domniemanej pompy łańcuchowej osuszającej zęzę wraku z Los Ullastres. Wikander Ö. ed., Handbook of Ancient Water Technology, Leiden 2000, p. 264, fig. 16
Fig. 13. Schemat funkcjonowania tympanum opisanego przez Witruwiusza. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 30
Fig. 14. Fragment schematu działania koła z czerpakami opisanego przez Witruwiusza. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 32
Fig. 15. Koło z czerpakami z rzymskiej kopalni złota w miejscowości Rio Tinto. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 123
Fig. 16. Przedstawienie koła z czerpakami napędzanego wodą na mozaice z Apamei. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 41
Fig. 17. Rekonstrukcja funkcjonowania kół z czerpakami na podstawie znalezisk z Rio Tinto. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 31
Fig. 18. Rysunek przedstawiający współczesne koło z czerpakami i napędem wodnym na rzece Orontes. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 5
Fig. 19. Schemat systemu kół zastosowanego do osuszania rzymskiej kopalni w Rio Tinto. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 115
Fig. 20. Schemat działania kół napędzanych prądem wody od dołu – podsiębiernych (A), z góry – nasiębiernych (B) i wersji pośredniej - śródsiębiernych (C). Singer Ch. ed., A History of Technology, vol. II, Oxford 1957, p. 595, fig., 541
Fig. 21. Fragment przerysu fresku z Aleksandrii przedstawiającego kierat. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 40
Fig. 22. Współczesny kierat w Egipcie. Saqiya-Luxor - http://www.saqiya-luxor.com/index.cfm?f=dynamicPage&pageID=2
Fig. 23. Schemat przedstawiający młyn wodny z opisu Witruwiusza. Witruwiusz, O Architekturze Ksiąg Dziesięć, trad. K. Kumaniecki, Warszawa 1999, fig. LVI
Fig. 24. Rysunek współczesnego młyna nordyckiego/greckiego. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 11
Fig. 25. Rekonstrukcja rysunkowa kieratu i łańcucha naczyń ze stanowiska w miejscowości Cosa. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 9
Fig. 26. Ilustracja z XV-wiecznej kopii anonimowej rzymskiej pracy De rebus bellicis, opisującej okręt napędzany za pomocą bydlęcych kieratów. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 10
Fig. 27. Schemat konstrukcji łańcucha naczyń według Witruwiusza. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 33
Fig. 28. Rekonstrukcja wyglądu pojemników odnalezionych w Cosa. Oleson J. P., Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, Toronto 1984, fig. 64
Fig. 29. Przekrój organów wodnych i mechanizmu klawiszowego. Landels J. G., Muzyka starożytnej Grecji i Rzymu, Kraków 2003, p. 302, fig. D. 2.1, p. 303, fig., D. 2.2
Fig. 30. Przedstawienie organów wodnych na rzymskiej mozaice z Nennig. Gladiatorial Games – http://www.vroma.org/~bmcmanus/arena.html
64
Travel Tidbits - http://www.travel-tidbits.com/tidbits/004009.shtml Fig. 31. Rekonstrukcja organów wodnych według opisu Witruwiusza.
White K. D., Greek and Roman Technology, London 1984, p. 173, fig. 177 Fig. 32. Rekonstrukcja wyglądu organów projektu Herona, napędzanych wiatraczkiem.
Ronan C. A., The Cambridge Illustrated History of the World’s Science, Cambridge, Feltham 1984, p. 614, fig. 556 Fig. 33. Zasada działania zegara wodnego Ktesibiosa, włącznie z małym pływakiem, regulującym ilość wody
wpadającej do środkowego zbiornika. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 412, fig. 427
Fig. 34. Schemat konstrukcji zegara wodnego Archimedesa. Wikander Ö. ed., Handbook of Ancient Water Technology, Leiden 2000, p. 365, fig. 10
Fig. 35. Schematyczny rysunek konstrukcji budzika Platona. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 420, fig. 431
Fig. 36. Ilustracja działania prostego automatu na wodę. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 438, fig. 447
Fig. 37. Schemat konstrukcji „samootwierających” się drzwi. Ronan C. A., The Cambridge Illustrated History of the World’s Science, Cambridge, Feltham 1984, p. 635, fig. 575
Fig. 38. Posągi składające libację na ołtarzu. Lloyd G. E. R., Nauka grecka po Arystotelesie, Warszawa 1998, p. 107, fig. 19
Fig. 39. Hydrauliczna zabawka Filona. Ptak broniący gniazda przed wężem. James P., Thrope N., Dawne wynalazki, Warszawa 1997, p.108
Fig. 40. Schemat konstrukcji naczynia, z którego uzyskać można różnego rodzaju napoje. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 437, fig. 446
Fig. 41. Naczynie pozwalające nabrać określoną ilość płynu. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 429, fig. 438
Fig. 42. Współcześnie wykonana rekonstrukcja maszyny parowej Herona. ModelEngines.info - http://modelengines.info/aeolipile/
Fig. 43. Wirująca płytka z postaciami tańczących, według projektu Herona z Aleksandrii. Majewski K. ed., Kultura materialna starożytnej Grecji. Wybór źródeł archeologicznych, Warszawa 1956, p. 433, fig. 442