Đại Kỷ NguyênTin tức thời sự quốc tế cập nhật 24/7, văn hoá truyền thống
Trong xã hội ngày nay chúng ta thường ngạc nhiên và ấn tượng trước sự phát triển của nền kỹ thuật công nghệ. Tuy nhiên, nếu chúng ta nhìn lại hơn 2.000 năm trước, chúng ta sẽ có thể tìm thấy các kỳ công cơ khí và các sản phẩm kỹ thuật tuyệt vời đi trước thời đại. Nhiều sản phẩm đã bị thất lạc trong lịch sử, và mới chỉ được tái phát minh khoảng vài thế kỷ trước. Một ví dụ điển hình là động cơ hơi nước hiện đại.
Nhà phát minh Hero xứ Alexandria. (Ảnh: Internet)
Heron Alexandrinus, thường được biết đến là Hero xứ Alexandria, là một nhà phát minh người Hy Lạp sinh vào năm 10 SCN tại Alexandria, hiện thuộc Ai Cập. Đây là thành phố lớn thứ hai của nước này, sau Cairo. Không có nhiều điều được biết đến về cuộc đời của Heron, tuy nhiên chúng ta biết rằng cha mẹ ông là người Hy Lạp di cư đến Alexandria sau cuộc xâm lăng của Alexander Đại đế. Heron là một nhà toán học và kỹ sư được xem là một trong những nhà phát minh vĩ đại nhất thời cổ đại.
Vào thời Heron, Đại thư viện Alexandria đã ở trong một thời kỳ cực thịnh, và Heron được cho là đã đứng lớp giảng dạy tại Bảo tàng Alexandria, một nơi các nhà khoa học và học giả gặp gỡ và thảo luận.
Một điều rất ít người biết, do sự lược bỏ các chi tiết quan trọng trong các sách lịch sử, là Heron chính là người đầu tiên phát minh ra động cơ hơi nước, một thiết bị chạy bằng hơi nước được gọi là aeolipile hay ‘cỗ máy Heron’. Cái tên này đến từ từ ‘Aeolus’ trong tiếng Hy Lạp, vốn là vị thần gió.
Động cơ hơi nước aeolipile của nhà phát minh Heron. (Ảnh: Internet)
Tuy rằng đã có một số người khác thảo luận về các thiết bị tương tự aeolipile trước thời Heron, nhưng ông là người đầu tiên miêu tả nó một cách chi tiết và chỉ dẫn cách chế tạo nó trong cuốn sách “Pneumatics (Khí lực hóa)”, trong đó bao gồm hơn 78 thiết bị. Nhiều ý tưởng của Heron là sự cải tiến và mở rộng sản phẩm của một nhà phát minh người Hy Lạp khác ở Alexandria 300 năm trước thời ông, được biết đến với cái tên Ktesibios, người đầu tiên thảo luận về đặc điểm của khí nén.
Vậy aeolipile là cái gì? Đó là một khối cầu được bố trí để khiến nó có thể xoay xung quanh trục. Hai cái vòi đặt đối diện nhau sẽ xả lượng hơi và cả hai cái vòi sẽ sản sinh ra một lực đẩy kết hợp dẫn đến mô men xoắn, khiến khối cầu xoay xung quanh trục của nó. Lực quay sẽ gia tăng tốc độ của khối cầu cho đến khi sức cản từ không khí đưa nó đến một vận tốc quay ổn định.
Video minh họa cơ chế hoạt động của động cơ hơi nước Aeolus của nhà phát minh Hero xứ Alexandria:
Hơi nước được sinh ra từ việc đun sôi nước bên trong hoặc bên dưới khối cầu, như quan sát trong hình. Nếu nồi hơi được đặt bên dưới khối cầu, thì nó sẽ kết nối với khối cầu xoay thông qua một cặp ống vốn đồng thời đóng vai trò hai trục đứng của khối cầu. Bản sao cỗ máy của Heron có thể xoay tại mức vận tốc 1.500 vòng mỗi phút với một mức áp suất rất thấp, khoảng 0,1266 kg/cm².
Hình 50: Minh họa động cơ hơi nước của Hero xứ Alexandria. (Ảnh: Pneumatics)
Đặt một cái vạc trên một ngọn lửa: một quả bóng sẽ xoay tròn quanh trục. Lửa được nhóm bên dưới cái vạc nước, A B, (hình 50), và được che chắn phần miệng bởi cái nắp C D; với cái ống uốn cong E F G kết nối, phần đầu của cái ống được xuyên vào bên trong một quả bóng rỗng, H K. Đối diện với phần đầu G, đặt một cái trục thẳng đứng nữa, L M, đặt trên cái nắp C D; và để quả bóng chứa hai ống cong, xuyên qua nó tại hai đầu đối xứng trên đường kính, và uốn cong theo hai hướng đối diện, với hướng uốn cong nằm vuông góc và dọc theo các đường thẳng F G, L M. Khi cái vạc được đun nóng, luồng hơi nước sẽ tiến vào quả bóng thông qua E F G, đi xuyên qua các ống uốn cong hướng đến cái nắp khiến quả bóng xoay tròn, như những cá nhân đang nhảy múa.
Trích Heron, Pneumatica
Phát minh này đã bị lãng quên và chưa từng được ứng dụng đúng cách cho tới năm 1577, khi động cơ hơi nước được tái phát minh bởi nhà triết học, thiên văn học và kỹ sư, Taqi al-Din. Nhưng về cơ bản ông cũng chỉ miêu tả cùng loại thiết bị như của Heron, trong đó sức nước làm xoay một bánh xe, và lực xoay của bánh xe làm các pít-tông chuyển động.
Tua bin nước của Taqi al-Din. (Ảnh: Internet)
Video minh họa cơ chế hoạt động của tuabin nước của Taqi al-Din:
Bản vẽ tái lập một trong rất nhiều cỗ máy tự động của Heron. (Ảnh: Internet)
Một phát minh khác của Heron là ‘bánh xe gió’, một loại bánh xe sử dụng sức gió được dùng để cung cấp năng lượng cho một cỗ máy được kết nối với một cây đàn ống. Ông cũng là người đầu tiên phát minh ra chiếc máy bán hàng tự động, cánh cửa tự động, các chuyển động và âm thanh ‘kỳ diệu’ trong các đền thờ, một cỗ máy dập lửa, một đài phun nước độc lập, và nhiều máy móc trong nhà hát Hy Lạp.
Một trong những phát minh cơ giới trong nhà hát của ông bao gồm một vở nhạc kịch cơ giới hoàn toàn tự động bằng cách sử dụng một hệ thống nút thắt đôi và dây rợ cùng các cỗ máy đơn giản, thậm chí có thể tạo ra các âm thanh giả lập mô phỏng tiếng sấm, tiếng giày chuyển động trên sân khấu cùng sự tập trung ánh sáng vào các phần cụ thể của vở diễn.
Các công trình của ông bao gồm việc miêu tả các cỗ máy hoạt động dựa trên áp suất không khí, hơi hay nước, các thiết bị kiến trúc để nâng nhấc vật nặng, các phương pháp tính toán diện tích bề mặt và thể tích – bao gồm một phương pháp tính toán căn bậc hai, các cỗ máy chiến, và việc điều khiển ánh sáng dựa trên tính chất phản xạ và các tấm gương.
Cơ cấu mở cửa tự động của Heron. Tranh minh họa của P. Hausladen và RS Vöhringen.
Rõ ràng Heron là một thiên tài với vốn kiến thức vượt bậc so với thời đại của ông. Điều đáng tiếc là, hầu hết các tư liệu nguyên gốc của ông đã bị thất lạc, và chỉ một vài trong số chúng còn tồn tại cho đến ngày nay trong các bản viết tay tiếng Ả Rập. Ai biết được còn có bao nhiêu phát minh đáng kinh ngạc khác của Heron vào hơn 2.000 năm trước.
Video tài liệu về nhà phát minh Hero xứ Alexandria:
https://www.youtube.com/watch?v=h5iL_MWbpik
Tác giả: John Black, Ancient Origins.
Đăng tải với sự cho phép. Đọc bản gốc ở đây.
Quý Khải biên dịch
Xem thêm:
