Цікава фізика

Приборкувачі вітру

Наша подорож буде пов'язано з чудовими спорудами людини, які використовують природні джерела енергії.

Сучасні сільські місцевості вже зараз мають можливість зводити вітряні млини. Але часто для людей вони не більш ніж витончені відлуння минулого. Однак століттями млини були символом технічного прогресу. Заглянемо в історію вітряних млинів.

Потреба

Якби не нагальна потреба в хлібі, то було б бажання у людей так старатися заради непотрібних споруд? В давнину для отримання борошна люди мололи їстівні зерна на жорнах. Ось як сказано про це в древніх свитках, написаних в 1473 році до нашої ери: «Манна ж була схожа на коріяндрове насіння і по вигляду нагадувала ароматичну смолу. Народ ходив і збирав її. Вони мололи її на ручних млинах або товкли в ступах, а потім варили в каструлях або робили з неї коржі". Робота на ручному млині була нелегкою. Поступово узвичаїлися важчі жорна, які «оберталися ослом» або іншим тваринам, перше століття нашої ери. Але й у млинів, які приводилися в рух тваринами, були свої недоліки.

До того часу людина вже навчилася використовувати енергію води, щоб обертати водяне колесо, і енергію вітру, щоб плавати на парусному човні. А приблизно в VII столітті н. е. в посушливих степах Азії або Близького і Середнього Сходу об'єднали ці дві ідеї, змусивши вітер обертати жорно. Так, з жорна виходив вертикальний вал з вітрилами, який повертався, коли дув вітер. За допомогою таких простих вітряних млинів мололи пшеницю чи ячмінь, а також качали воду з-під землі. Правду кажуть, що нужда розум гострить!

Підвищення продуктивності

Ранні млина не відрізнялися високою продуктивністю. Горизонтальний вал за допомогою зубчастих коліс повідомляв обертальний рух вертикального валу, який повертав прикріплений до нього жорно. Ця зміна дозволило використовувати енергію вітру в більшій мірі. Тепер млини могли приводити в рух потужні механізми, наприклад циркулярні пилки. Але для цього потрібна постійна подача енергії. А вітер змінює напрямок, це мінус.

І ось придумали млини "на козлах", або «столбовкі». Ці млини спочивали на стовпі, підпертими балками, що дозволяло повертати всю млинову комору, встановлюючи крила проти вітру.

Але і це було незручно, тоді придумали іншу конструкцію: нерухому вежу з дахом, який обертається. У млинах такого типу головний вал виходить з даху, завдяки чому, куди б не дув вітер, його разом з крилами-вітрилами можна розгорнути проти вітру. А як мельнику вдавалося повертати дах разом з валом, крилами і гальмівним пристроєм? На фотографії млини в іспанському місті Картахена можна помітити балку ззаду млина, яка виходить з даху і яка впирається в землю. Це не опорна балка, як може здатися, а важіль. Такий важіль, або «водило», дозволяв зусиллями людей або тварин повертати лопаті млини назустріч вітру.

У інших млинів є щось на зразок пропелера - вітряне колесо, встановлене на протилежній від крил стороні даху. Таке колесо потрібно для того, щоб крила-вітрила автоматично розгорталися.

Удосконалення крил

Але сила вітру постійно змінюється! Від різкого гальмування і викликаного ним тертя міг спалахнути вогонь. А сильні пориви вітру приводили до більших пошкоджень: ламалися крила, зачіпаючи один одного або врізаючись в млин. Іноді відмовляли гальма, в той час як мірошник на крилі розправляв млинове вітрило, і тоді його підкидало в повітря!

Ця проблема вирішилася в 1772 році, коли шотландський винахідник замінив вітрила на автоматичні, у яких відриваються і закриваються щитики, схожі на жалюзі. У книзі «Вітряки» говориться: «При сильному пориві вітру тиск на щитики перевершує силу пружини, і вони відкриваються, даючи вітру" дорогу ", від чого рух крил сповільнюється. Коли вітер стихає, щитики під дією пружини закриваються, що збільшує поверхню крил, які продовжують обертатися приблизно з тією ж швидкістю »(« Windmills »).

З обертовими дахами і саморегульованими крилами млини досягли свого розквіту до кінця XIX століття. У той час млини в Європі, за оцінками, виробляли 1 500 мегават енергії. Але потім технологічні зміни принесли з собою електрику, парову турбіну і двигун внутрішнього згоряння. Вітряки не могли змагатися з такими винаходами. Здавалося, що вітряки назавжди будуть забуті. Однак це був не кінець.

Наступники древніх вітряних млинів

Паливна криза 1970-х спонукав шукати альтернативні джерела енергії, що дозволяють обходитися без викопного палива. Почався пошук екологічно чистих джерел енергії. Тут сама ідея вітряка постала в новому світлі, і розпочато широке виробництво вітротурбін.

Сучасні вітряки «стрункіші», ніж їх попередники. Це тому, що на відміну від млинів минулого вітротурбіни, як правило, не приводять в дію механізм на зразок млинового. Турбіни перетворюють енергію вітру в електричну енергію, згодом надходить в місцеву електромережу. До 1988 року нові вітряки виробляли в Європі 1 500 мегават енергії - стільки ж, скільки їх попередники століття тому.

Високі, що відливають сріблом, вітряки, що підносяться на вершинах пагорбів, змінили сільський пейзаж. Хоча вітроустановки не завжди витончені, більшість людей згодні, що не дуже гарний вигляд - це ніщо в порівнянні з десятками тисяч мегават екологічно чистої енергії, яку по всьому світу виробляють вітротурбіни.