Что такое ветряная мельница история 7 класс
Ветряная мельница
Ветряная мельница — аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счет энергии ветра, улавливаемой крыльями мельницы. Наиболее известным применением ветряных мельниц является их использование для помола муки.
На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы, для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.
С развитием в XIX в. паровых машин использование мельниц постепенно стало сокращаться.
«Классическая» ветряная мельница с горизонтальным ротором и удлиненными четырехугольными крыльями является широко распространенным элементом пейзажа в Европе, в ветреных равнинных северных регионах, а также на побережье Средиземного моря. Для Азии характерны другие конструкции с вертикальным размещением ротора.
Содержание
История
Античность
Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чем свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 до н. э.). Описание орга́на, приводившегося в действие ветряной мельницей, — первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. [1] Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связаны с осью, мельница не будет вращаться.
Еще один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.
Средневековье
Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии. [2] В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру.
Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях.
Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию.
Новое время
В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня. До конца XVIII века ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силен. Средневековая иконография ясно показывает их распространенность. В основном они были распространены в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции, Нижних Землях, где в прибрежных районах некогда имелось 10 000 ветряных мельниц, Великобритании, Польше, Прибалтике, Северной России и Скандинавии. В других европейских регионах было всего несколько ветряных мельниц. В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией.
Когда в XIX веке произошел общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьёзный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошел единовременный рост числа мельниц.
В России ветряные мельницы традиционно использовалась для помола зерна или подъёма воды. Современные ветряные электростанции обеспечивают электроэнергией небольшие хозяйства и предприятия.
Ветряная мельница в искусстве
См. также
Примечания
Ссылки
История создания ветряных мельниц
Эпизод 1. Пробуждение силы
Происхождение ветряных мельниц затеряно во тьме веков. Стандартная для рунета формулировка «мельницы впервые упоминаются в 1750 году до н. э. в кодексе вавилонского царя Хаммурапи» терпит научный крах, стоит только открыть месопотамский свод законов. Невероятно прогрессивный для своего времени, этот кодекс регламентирует все на свете, но мельниц не упоминает. В нем встречаются устройства по орошению земли, но мельницы ли это – тайна, сравнимая с падением Вавилона.
Следующей на роль родителя загадочного механизма пробуется Греция. Математик Герон Александрийский в I веке н. э. в трактате «Pneumatica» описывает устройство, похожее на прототип ветряной мельницы. Древние рукописи страдают от переводов и интерполяций, современные ученые доверяют им с опаской – слово anemurion, например, может трактоваться и как мельница, и как флюгер. Древний грек похоже писал о ветряке из бумаги, простой детской игрушке. Патент на ветряную мельницу Эллада не получает. Вопрос о том, где и когда построены первые ветряные мельницы, остается открытым.
Первое упоминание ветряных мельниц приходится на Персию и X век н. э.
Наступают темные века, средневековый период с падения Западной Римской империи и до эпохи Возрождения. В темноте не разглядеть и ветряных мельниц: даже если они уже крутили свои лопасти, их движение скрыто от глаз историков. Сирия, Месопотамия и Персия становятся частью исламского мира, и греческое наследие попадает в руки арабов. Многие греческие трактаты переводятся и дополняются, инструменты заимствуются. След ветряных мельниц теряется в переселениях и захватнических войнах, чтобы вновь появиться на Востоке, где сыщики с историческим образованием впервые обнаружили ветряные мельницы.
Эпизод 2. Новая надежда
Первое настоящее упоминание ветряных мельниц приходится на Персию и X век н. э. «…Земля ветров и песка. Там ветер гонит мельницы и поднимает воду из ручьев, чтобы орошать сады. Нигде в мире нет места, где ветра используются чаще», – путешественники оставляли такие описания персидских владений. Археологи нашли остатки тех мельниц.
Великаны, чей исторический след так тяжело было обнаружить, имели от 6 до 12 лопастей-рук. Эти мельницы работали почти как сегодняшние. Вращаясь в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, лопасти приводили в движение шестеренки – совсем как в часах, а те в свою очередь запускали похожие на каменные блины жернова. В них-то и происходил процесс помола. Материалы – зерно или краски – попадали в жернов и в движении измельчались.
Есть мнение, что подобный жернов – одна из первых конструкций в истории человечества, старше даже самого дедушки колеса. Карл Маркс в «Капитале» переносит статус первенца и на всю ветряную мельницу в принципе. Для него она – важнейшее изобретение человека, в котором отразились, как в зеркале истории, все изменения подходов производства.
Легенды из географических трактатов гласят, что в 644 году н. э. в исламской столице Медине халиф Омар был убит рабом – пленным персидским техником. На допросе по делу убийства раб утверждал, что может строить мельницы, движимые ветром. В другом варианте рассказа халиф просто спросил ремесленника, может ли он построить мельницу, управляемую ветром, на что тот ответил: «Я построю мельницу, о которой будет говорить мир».
Исламские ученые настаивают, что популяризацию мельниц в Европе обеспечили Крестовые походы. Если крестоносцы, захватив предметы роскоши, позаимствовали и идею ветряных мельниц, то впервые они приметили их, наверное, после удара буйного сарацина, потому что в Европу мельница пришла перевернутой на 90 градусов – в буквальном смысле. Персидские мельницы были горизонтальными, европейцы построили вертикальные.
Эпизод 3. Атака клонов
Первая вертикальная мельница появилась в 1185 году в маленькой деревне Йоркшир, откуда она, перешагнув Ла-Манш, отправилась блуждать по Европе, как и должно великану, гигантскими шагами. В XIV веке мельницы стали главным источником силы. Примерно 3 тыс. ветряных мельниц приходилось на Бельгию, 10 тыс. – на Англию и 9 тыс. – на Голландию. Самым уважаемым человеком в округе был тот, кто подчинил себе ветер, – владелец мельницы, чаще всего – крупный феодал. Богатство жителей определялось по количеству мельниц в регионе, а близость крупного города распознавали по крутящимся лопастям, совсем как сейчас она заметна по черному дыму заводов.
Мельницы помогали во всем – от производства специй до помола зерна и резки пиломатериалов, но дерево быстро изнашивалось, и тогда на помощь мельникам пришел камень. Первую каменную ветряную мельницу построили в Дувре в 1295 году. Строительство из камня обходилось очень дорого, его могли позволить себе только дворяне и правительство. Чтобы сэкономить, каменные мельницы строили прямо в башнях старых замков.
Лучшие башенные мельницы принадлежали Нидерландам, государству мельниц. Одна из самых густонаселенных стран Европы, Голландия чувствовала острую нехватку плодородной почвы. В XVI веке изобретатель Ян Лигвотер приспособил ветряные мельницы для осушения глубоких водоемов и разработал систему последовательной перекачки воды. После этого площадь Нидерландов увеличилась на 10 %. Ни одна страна ни в то время, ни после не могла конкурировать с Нидерландами ни по качеству, ни по количеству мельниц. Именно голландцы придумали поворачивать мельницу в сторону ветра, что позволило получать больше энергии ;– еще один буквальный поворот в развитии технологии. Мельник, как капитан корабля, поворачивал свой штурвал вслед за ветром, натягивая паруса лопастей и указывая курс. Штурвал крепился к мельнице и был похож на простую подпорку. Позже технологию модернизировали и поворачивать стали только верх мельницы с главным механизмом.
Изображение ветряных мельниц, 1344 г. Фото: lezart.free.fr
Суммарное количество ветряных мельниц в мире в 1850 году доходило до 200 тысяч. Они применялись для перекачки воды, как лесопилки, при изготовлении специй, какао, табака, горчицы, красок, мела и многого другого. Некоторый функционал старых мельниц похож на выдумку сценаристов фентези-саг: они были движущей силой для бронированных колесниц или использовались, чтобы бросать пчелиные улья на стены укреплений подобно катапульте.
Эпизод 4. Империя наносит ответный удар
Великаны мирно соседствовали с людьми, в XVIII–XIX веках ветряные мельницы стали привычным элементом любого пейзажа. От мельницы для нужд семьи человечество перешло к массовому производству мельниц на заводах. Мельницы штамповали, как сейчас ноутбуки и телефоны. Ими пользовались всюду – от Америки до Японии. Годовой выпуск в развитых странах составлял сотни тысяч ветряков. Если бы инопланетяне решили тогда познакомиться с человечеством, они бы подумали, что планету населяют ветряные мельницы, а люди только помогают им.
На юго-востоке США вылов дождевых червей с помощью метода «ворчание червя» является довольно прибыльным бизнесом. По деревянному колу, воткнутому в землю, совершают ритмичные постукивания. Вибрации вызывают червей на поверхность. Нет достоверной информации о том, почему черви ведут себя именно так, но предполагают, что они восприимчивы к низкочастотным импульсным колебаниям почвы. Вероятно, для червей подобные колебания схожи со стуком дождевых капель. Подобные же звуковые вибрации вызывает вращение лопастей мельниц, и черви у мельниц лезут наружу.
Эпизод 5. Возвращение джедая
Ветряные мельницы спасла Скандинавия. Страны, у которых почти нет собственных запасов нефти, были вынуждены покупать ее у соседей. Во время Первой мировой войны поставки нефти в Данию практически прекратились, и нужда заставила страну обратиться к энергии ветра. В 1939 году Вторая мировая война вызвала очередной перерыв в поставках топлива, и прежние помощники понадобились вновь. Осознав уязвимость своей экономики, правительства скандинавских стран запустили исследовательские программы для распространения и развития идеи альтернативной энергии.
Самые высокие башенные ветряные мельницы в мире – 30-метровая ветряная мельница Moulton Windmill в Англии и 33,5–42,5-метровые ветряные мельницы De Nolet в Нидерландах.
Энергия ветра потенциально может дать человечеству весь необходимый объем электричества. Дания успешно размещает ветряные фермы в море, мельницы там могут работать больше 90 % времени. Дания, Нидерланды и Германия планируют заложить остров в Северном море, адаптировав его под нужды самого масштабного ветропарка в истории – целый остров отполированных до блеска великанов нового поколения.
Международный музей ветряных и ;водяных мельниц. Фото: www.suedheide-gifhorn.de
Из 10 тыс. ветряных мельниц, которыми пользовалась Голландия в 1850 году, примерно тысяча все еще стоит. За некоторыми ухаживают добровольцы, другие до сих пор работают в коммерческих целях, страхуя современные насосные станции. Район Заан был настоящим царством мельниц, к концу XVIII века там насчитывалось 600 действующих ветряков. Этот регион и сейчас полон ветряных великанов, каменных и деревянных – туристы едут туда за духом средневековья и красивыми фотографиями.
Эпизод 6. Скрытая угроза
Несмотря на преимущества ветроэнергетики, некоторые люди выступают против массового строительства ветряков. Экологическая обстановка, угроза птицам и эстетическое несоответствие привычному пейзажу – претензий к мельницам много, но не все они имеют под собой реальное обоснование, хотя животные действительно часто страдают от работы лопастей, особенно – птицы и черви.
Взгляд изнутри на ветряную мельницу в Австралии. Фото: Verhoeven.roel
Единственная реальная проблема мельниц связана с утилизацией лопастей. К 2035 году масса уже отработанных лопастей вырастет до 200 тыс. тонн, а человечество все еще не решило, как от них экологично избавиться. Все способы, которыми мы располагаем сейчас, связаны с загрязнением окружающей среды, так что философия энергии ветра в этом случае прихрамывает на пару лопастей.
– Да где же эти великаны? – спросил Санчо Панса.
– Да вот они перед тобой! – ответил Дон Кихот. – Видишь, какие у них огромные руки? У иных чуть ли не в две мили длиной.
– Поверьте, ваша милость, – это вовсе не великаны, а ветряные мельницы. А то, что вы называете руками, вовсе не руки, а крылья, которые вертятся от ветра и приводят в движение жернова.
Ветряные мельницы
Мельница появилась много тысячелетий назад, когда древний человек начал засаживать поля пшеницей. Первую мельницу крутили рабы и волы в древнем Риме и Персии. Затем начали появляться конструкции, где колесо вращалось с помощью воды и последнее изобретение человечества — ветряная мельница появилась к 10 веку н.э.
Деревянная ветряная мельница, это довольно сложное строение, которое учитывает и ветровые нагрузки, и длительность работы механизма для совершения определенной работы. Ведь ветряная мельница не обязательно только молола муку — применялись мельницы для откачки воды, и для распиливания бревен и для подъема воды и тяжелых грузов. Мощность средней ветряной мельницы составляла около 60 квт — это мощность двигателя автомобиля «жигули»! Типы мельниц в основном разделяют по способу перемещения оси колеса к направлению ветра.
Первые ветряные мельницы назывались «козловки». Строительство деревянных домов являлось основой для сооружения корпуса мельницы. Весь корпус мог поворачиваться по своей оси. Механизм сооружения располагался у наветренной стороны, чем обеспечивалось центрирование мельницы. Снизу к балкам прикреплялся большой брус – дышель, с помощью которого и поворачивалась ветряная мельница. Вращение с основного вала передавалось на деревянные шестерни с таким расчетом, чтобы за один оборот вала жернов делал от 7 до 12 оборотов.
Несколько более современные мельницы — шатрового типа или голландские. Весь корпус стоит на месте, а по направлению ветра поворачивается только верхняя часть с основным валом. Они приводили в движение уже пару жерновов и были более производительными. На фото мы видим дышель с обратной стороны мельницы для поворота ветряка по ветру. В Голландии мельницы нашли наиболее активное применение в связи с её природно — климатическими условиями — необходимостью откачивать воду с низинных районов и сильными морскими ветрами.
В старой Румынии и других странах средиземноморья применялись ветряные мельницы с парусным типом ветряка, как на этом фото 1930 г.
Мельницы занимали большое место в народной мифологии, в каждом государстве есть легенда или сказание, связанное с мельницей. Например, есть такое сказание в Беларуси, что в фундамент оршанской мельницы замуровали девушку. И теперь по ночам между скрипами жерновов раздаются стоны. Считалось, что в мельницах обитают различные духи – ведьмы и колдуны, которые крутят хозяину крылья мельницы. Под мельницами спрятаны клады и начинаются подземные ходы.
Интересны художественные полотна, на которых изображены мельницы. Вот например известное полотно: «Ветряная мельница на берегу моря» 1837 Айвазовский.
Или картина Яна Брейгеля Старшего «Четыре ветряные мельницы» 1604 г.
И ещё — Винсент Ван Гог «Старая мельница»; Клод Моне «Мельница». На первых двух картинах изображены старинные ветряные мельницы козлового типа.
Принцип работы мельницы вполне прост и в то же время рассчитан до мелочей. Ветряк, различного типа для разных времен и регионов вращал ось, на которой устанавливались деревянные шестерни с углом 90 градусов и передаточным отношением 7-12. Схема работы голландской мельницы:
Более современные мельницы голландского типа имели дополнительный ветряк для автоматического поворота по ветру основного ветряка. Из схемы мы видим, что мельница имеет два жернова и механизмы для подъема мешков на верхние этажи. Мельницы имели вот такой каменный жернов с насечками (фото) — центр мироздания и мифологии.
Мы гоняемся за энергосберегающими технологиями, сооружаем для этого невероятно сложные процессы — но всё лежит на поверхности. Мы потеряли что — то ценное.
Ветряная мельница
Ветряная мельница (ветряк) — аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счёт энергии ветра, улавливаемой крыльями мельницы. Наиболее известным применением ветряных мельниц является их использование для помола муки.
На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы, для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.
«Классическая» ветряная мельница с горизонтальным ротором и удлиненными четырёхугольными крыльями является широко распространенным элементом пейзажа в Европе, в ветреных равнинных северных регионах, а также на побережье Средиземного моря. Для Азии характерны другие конструкции с вертикальным размещением ротора.
С развитием в XIX веке паровых машин мельницы постепенно вышли из употребления.
История
Горизонтальные и вертикальные мельницы
Первые практические ветряные мельницы имели паруса, которые вращались в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси. Согласно Ахмаду Й. аль-Хасану, эти ветряные мельницы-панемоны были изобретены в восточной Персии, или Хорасане, как записано персидским географом аль-Истахри в IX веке.
Первые мельницы изготавливались из шести-двенадцати парусов, покрытых тростниковым матом или тканевым материалом. Эти ветряные мельницы использовались для измельчения зерна или сбора воды и весьма отличались от более поздних европейских вертикальных ветряных мельниц. Ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а затем распространились оттуда в Китай и Индию. Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, используемый для орошения, также можно найти в Китае тринадцатого века (во времена династии Чжурчжэнь на севере), который стал строиться после путешествий Елюя Чуцая в Туркестан в 1219 году.
Горизонтальные ветряные мельницы были построены в небольших количествах в Европе в течение XVIII и XIX веков, например, мельница Фаулера в Баттерси в Лондоне и мельница Хупера в Маргейте в Кенте. Эти ранние современные примеры, по-видимому, не находились под непосредственным влиянием горизонтальных ветряных мельниц, создаваемых на Среднем и Дальнем Востоке, а были независимыми изобретениями европейских инженеров.
Из-за отсутствия доказательств среди историков возникают споры о том, инициировали ли горизонтальные ветряные мельницы на Ближнем Востоке первоначальное развитие европейских ветряных мельниц. В северо-западной Европе горизонтальная ось или вертикальная ветряная мельница, как полагают, датируется двенадцатым и тринадцатым веками в треугольнике северной Франции, восточной Англии и Фландрии.
Самое раннее упоминание о ветряной мельнице в Европе (предположительно вертикального типа) датируется 1185 годом в бывшей деревне Уидли в Йоркшире, которая находилась на южной оконечности Уолда с видом на устье реки Хамбер. Также был найден ряд более ранних, но менее определенно датированных, европейских источников двенадцатого века, упоминающих ветряные мельницы. Эти самые ранние мельницы были использованы для измельчения зерновых.
Древние времена
Существует много версий от том как и где появились ветряные мельницы, но чаще всего утверждают что древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чём свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 до н. э.).
Античность
Описание органа, приводившегося в действие ветряной мельницей, — первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами.
Колесо обозрения инженера Герона Александрийского в римском Египте первого века является самым ранним известным примером использования колеса с приводом от ветра для питания машины. Другим ранним примером ветряного колеса был молитвенный барабан, который использовалось в Тибете и Китае с четвертого века.
Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связаны с осью, мельница не будет вращаться.
Ещё один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.
Средневековье
Средневековая иконография ясно показывает распространённость ветряных мельниц во многих странах Европы.
Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии. В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру. Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях.
Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию.
Новое время
В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня.
В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией. Когда в XIX веке произошёл общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьёзный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошёл единовременный рост числа мельниц.
До конца XIX века ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силён. В основном они строились в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции (где имелось около 8700 ветряных мельниц в 1847 году), Нидерландах (от 6 до 8 тыс. мельниц в 1750 году), Великобритании, Германии (18242 мельницы в 1895 году), Польше, Прибалтике, во многих регионах России, Скандинавии, странах Южной Европы.