第三节 滑轮

扩展资料

神庙里的巫术——自动门

　　自动门是赫伦用相对简单的机械原理发明的又一种装置，当祭司点燃庙外的祭坛之火后，小神庙的庙门便打开了，好像是由一只无形之手打开的．祭坛之火使祭坛下方一个金属球中的空气受热，迫使球中的水流经一根虹吸管，进入一个大水桶．水桶由链子悬空吊在一组重锤和滑轮之下，当水桶变得较重时，这组重锤和滑轮便将安有枢轴的门打开．

　　祭坛之火熄灭之后，第二个奇迹出现了．由于球体中的空气突然冷却，大水桶中的水又经虹吸管被吸走．水桶空了以后便向上移动，反向制动滑轮系统，使那几扇门缓缓地再度关闭．

　　此外，赫伦曾详细地描述过他所谓的“风球”，即第一台可以运转的蒸汽机．他的设计极其简单：给一只密封的大锅安上两根管子，在管子中间有一个圆球，给锅里倒满水，将锅放到火（比如炭火）上加热．水沸腾之后，蒸汽经管子进入圆球．蒸汽从圆球的两个出口喷出，致使圆球高速旋转．这种原理与现代喷气推进的原理并无丝毫不同．

　　赫伦在《论气体力学》一书的前言中说，他的一些发明“在日常生活中很有用处”，其他发明则产生了“引人瞩目的效果”．根据他的描述来判断，这台蒸汽机似乎被归入赫伦所划定的第二个类别，只具有新颖的效果．但是，赫伦并不是那种对可能具有实际应用价值的潜在动力源视而不见的人．他的蒸汽机是否在更为实用的地方得到了利用呢？

　　为了回答这个问题，在工程部的协助下，雷丁大学的古典学者J．G．兰德尔斯以赫伦的那台机械为蓝本，制造了一个能够运转的复制品．他发现，这台模型的旋转速度令人惊讶，每分钟居然不少于1500转．他说：“赫伦机器上的圆球极有可能是当时世界上旋转速度最快的物体．”

　　不过，为使这台机械更有效率而对旋转球和蒸汽管之间的接头进行调整时，兰德尔斯却遇到了重重困难．接头松会使圆球易于转动，但也会使蒸汽逸出；另一方面，接头紧又意味着在克服摩擦的过程中会浪费能源．兰德尔斯采取折中方案，结果估算出赫伦机器的效率可以低到1％．这样一来，一个大得足以产生1/10人马力的庞大机械就会消耗大量燃料，采集这些燃料所要花费的工时便会远远超过这台装置所产生的功效．也许这就是赫伦把他的“蒸汽机”看作第二类发明的原因．

　　赫伦的自动剧场

　　自动剧场或许是赫伦最有趣也最复杂的发明了．为此，他专门发明了好些可以自动移动的装置．这些装置下装轮子，能在剧场里四处移动，好像拥有自己的意志．其实，它们靠重力来提供动力．在谷物容器的顶部放上一块很大的重物，重物靠绳索和滑轮与轮子相连．谷物从容器底部的一个小孔流进下面的一个石室，重物随之下降，将绳索拉紧并转动自动装置的轮子．这台装置就像装有发条的玩具和巨大的煮蛋计时器的组合，而赫伦设计的精妙之处就在于把这两个要素成功地组合在一起．

　　在赫伦的更复杂的机械组合中，这种移动台仅是基本的要素．他设计了各种装置，能够循着环形、长方形和8字形轨道行进，甚至能够改变方向和反向移动——在移动时全靠移动台内部能够改变轮子位置或者降低几组附加轮位置的重物和滑轮来操纵．这些移动台可在无人帮助的情况下前后移动，而且还能够运载由下降的重物提供动力的机械木偶，其机理与整个装置的移动原理十分相似．赫伦所设计的最复杂装置之一是一座带轮的微型剧场，可在演出之前在观众前面自动就位．几扇门开启闭合，小圣坛圣火燃起，机械人旋转并四处移动．表演结束时，整个装置自行离去．

　　赫伦还设计过固定的自动剧场，在这种剧场内，木偶似乎无须动力或传动装置，就可做出复杂得多的动作．砂子而非谷物被用来计时；因其流速较慢，故演出可持续较长的时间．在一座微型剧场中曾安排上演过一出名为《纳夫普利乌斯》的剧作，该剧讲述的是特洛伊战争期间的一个悲剧和复仇故事．纳夫普利乌斯国王的儿子受战友埃阿斯诬陷，被控犯有叛国罪，遭石击而死．纳夫普利乌斯在女神雅典娜的帮助下图谋复仇．幕布拉起后，机械仙女登台，用锤子和锯修理埃阿斯的航船．赫伦写道：“这时，响声大作，像真的声音一样．”过了一会儿，几扇门又一次开启闭合，第二幕开始，那艘船启程驶入大海．第三幕开始时海上空空如也，随后希腊舰队成一线驶过，海豚时而潜入海底，时而跃出水面；平静的海上风暴骤起，船只降下风帆．门再次开合，船只远去；纳夫普利乌斯高举明灯，欲引希腊人触礁而死，整个舞台被照得闪闪发亮，而女神雅典娜则站在一旁，欣然称许．最后一幕开演后，观众看到一只沉没的小船．埃阿斯在水中苦苦挣扎，此时，雅典娜则徐徐飞上天国．她朝着游水的埃阿斯发出一道闪电，这时雷声轰然响起，埃阿斯随即消失在波涛之中．纳夫普利乌斯最终实现了他的复仇计划．

　　赫伦在津津有味地详述他的特殊装置之后，又详细解释了从海豚跳跃到仙女抡锤等每个动作靠暗藏机械进行控制的过程．整个装置由重物提供动力．当时还没有集成电路，尽管技术上存在着种种限制，但赫伦仍为简单的自动装置编制了有效的程序．他的观众和后代的科学家肯定都会感到十分惊奇．

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