Ogromne podziękowania z mojej strony należą się : mojej Mamie, …shell.yuri.pl/inzynieria_hydrauliczna_antyku.pdf · inżynierii filozofów bądź przedstawicieli wyższych sfer,

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


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


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.


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


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)


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


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


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


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


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.


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


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.


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


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


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


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.


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


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 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

Documents

Ogromne podziękowania z mojej strony należą się : mojej Mamie, …shell.yuri.pl/inzynieria_hydrauliczna_antyku.pdf · inżynierii filozofów bądź przedstawicieli wyższych sfer,