10 крутых инженерных хитростей, которым нас научили римляне

Если вы хотели, чтобы кто-то объяснил геометрию, нужно было бы искать грека. Если вы хотели, чтобы кто-то построил вам плавучий мост, канализационную сеть или оружие, которое могло стрелять пылающими шарами из гравия и смолы на расстояние более 270 метров, вы искали бы римлянина. То, что нам дали греки, - это блестящие архитектурные, организационные и инженерные достижения Рима, которые выделяют его среди древних народов. Несмотря на то, что их знания математики были элементарными, они конструировали модели, экспериментировали и строили настолько крепко, насколько это было возможно, чтобы компенсировать их неспособность рассчитывать нагрузку и вес. Результатом стал комплекс зданий и архитектурных сооружений, от моста Лимира в Турции до стены Адриана в Соединенном Королевстве.

С таким количеством блестящих примеров, многие из которых все еще находятся в отличном состоянии, трудно не усвоить несколько уроков о том, как создавать долговечные конструкции.

В этой статье мы рассмотрим с вами 10 самых крутых инженерных достижений Рима.

Купол

Наши огромные сводчатые арки, огромные атриумы (кстати, латинское слово), полые стальные и стеклянные небоскребы, да даже простая гимназия средней школы - все эти сооружения были немыслимы в древнем мире.

До того, как римляне усовершенствовали купольное строительство, даже лучшим архитекторам приходилось сталкиваться с проблемой тяжелой каменной крыши, усеивая помещения храмов и общественных зданий колоннами и несущими стенами. Даже величайшие архитектурные сооружения - Парфенон и пирамиды - были гораздо более впечатляющими снаружи. Внутри было темное замкнутое пространство.

Римские купола, напротив, были просторными, открытыми и впервые в истории создавали реальное ощущение внутреннего пространства. Основываясь на осознании того, что принципы арки могут быть повернуты в трех измерениях для создания формы, обладающей такой же поддерживающей силой, но еще большей площадью, купольная технология подкреплялась ​​наличием бетона, еще одной римской инновацией, которую мы обсудим позже в этой статье. Это вещество разливалось в формы на деревянных подмостках, оставляя после себя твердую и прочную оболочку купола.

Осадная война

Как и многие другие технологии, римское осадное оружие в основном было разработано греками, а затем усовершенствовано римлянами. Баллисты, по сути, гигантские арбалеты, которые могли стрелять большими камнями во время осады, в основном были конструкциями трофейного греческого оружия. Используя петли из скрученных сухожилий животных для получения энергии, баллисты работали почти как пружины в гигантских мышеловках и могли запускать снаряды на расстояние до 457 метров. Поскольку оно было легким и точным, это оружие также могло быть оснащено дротиками или большими стрелами и использоваться для поражения войнов противника (как противопехотное оружие). Баллисты также использовались для поражения небольших зданий во время осады.

Римляне также изобрели свои собственные осадные машины, называемые онаграми (названные в честь дикого осла и его мощного удара), чтобы бросать большие камни. Хотя они также использовали упругие жилы животных, онагры были гораздо более мощными мини- катапультами, которые стреляли из пращи или ведра, наполненного круглыми камнями или горючими глиняными шарами. Они были намного менее точными, чем баллисты, но более мощными, что делало их идеальными для разрушения и поджога стен во время осады.

Бетон

Что касается инноваций в строительных материалах, трудно превзойти жидкий камень, который легче и прочнее обычного. Сегодня бетон настолько вошел в нашу повседневную жизнь, что легко забыть, насколько он революционен.

Римский бетон представлял собой особую смесь щебня, извести, песка и пуццолана, вулканического пепла. Смесь не только могла быть налита в любую форму, для которой вы могли построить деревянную форму, она была намного, намного прочнее, чем любая из ее составных частей. Хотя изначально он использовался римскими архитекторами для создания прочных оснований для алтарей, начиная со 2 века до нашей эры, римляне начали экспериментировать с бетоном, чтобы создать более свободно стоящие формы. Их самое известное бетонное сооружение, Пантеон, который по прошествии более двух тысяч лет до сих пор остается крупнейшим неармированным бетонным сооружением в мире.

Пантеон, по прошествии более двух тысяч лет до сих пор остается крупнейшим неармированным бетонным сооружением в мире.

Как мы упоминали ранее, это было серьезным улучшением старых этрусских и греческих прямоугольных стилей архитектуры, которые требовали повсюду тяжелых стен и колонн. Более того, бетон как строительный материал был дешевым и пожаробезопасным. Он также мог погружаться под воду и был достаточно гибким, чтобы пережить землетрясения, периодически обрушивающиеся на вулканический Итальянский полуостров.

Дороги

Невозможно упомянуть римскую инженерию, не говоря о дорогах, которые были настолько хорошо построены, что многие из них используются до сих пор. Сравнивать наши собственные асфальтированные дороги с древнеримской дорогой - все равно что сравнивать дешевые часы со швейцарской версией. Они были крепкими и долговечными.

Лучшие римские дороги строились в несколько этапов. Сначала рабочие выкапывали землю примерно на 0,9 метра в том месте, где должна была проходить запланированная дорога. Затем на дно траншеи закладывали широкие и тяжелые каменные блоки, которые затем покрыли слоем земли или гравия, чтобы обеспечить дренаж. Наконец, верхний слой был вымощен плитами с выступом в центре для стекания воды. В целом римские дороги были толщиной около 0,9 метра и чрезвычайно устойчивы к разрушительным воздействиям времени.

В типичной римской манере инженеры Империи настаивали на использовании в первую очередь прямых линий для своих дорог и стремились преодолевать препятствия, а не обходить их. Если был лес, его вырубали. Если там был холм, они прокладывали туннель через него. Если было болото, его осушали. Конечно, недостатком этого типа строительства дорог является огромное количество необходимых рабочих рук, но рабочая сила (в виде тысяч рабов) была чем-то, что у древних римлян всегда было в избытке. К 200 году нашей эры было более 85 295 километров основных дорог, пересекающих Римскую империю.

Канализация

Великие коллекторы Римской империи - одна из самых странных конструкций инженерной мысли, поскольку они изначально имела другую функцию. Это скорее даже не изобретение, а само самбой нечто получившееся со временем. Клоаки, как они больше известны, изначально были просто каналами, построенными для осушения некоторых местных болот. Строить их начали около 600 г. до н.э., и в течение следующих 700 сотен лет добавлялось все больше и больше водных путей. Поскольку всякий раз, когда считалось необходимым, вырывали больше каналов, трудно сказать, когда эти клоаки перестала быть дренажной канавой и стали настоящей канализацией. Хотя изначально система была примитивной, она распространилась как сорняк, уходя своими корнями все глубже и глубже в город по мере роста.

К сожалению, поскольку она впадает прямо в Тибр, река полностью раздувается человеческими отходами. Это, конечно, не идеальная ситуация, но с их акведуками римлянам не нужно было использовать Тибр для питья или мытья. У них даже была богиня, которая следила за их системой - Клоакина, Венера канализации.

Возможно, наиболее важным и блестящим нововведением римской канализационной системы является тот факт, что она (в конечном итоге) была закрыта, что уменьшило количество болезней, запахов и неприятных видов. Любая цивилизация может вырыть канаву, но римская канализационная система была такой сложной, что Плиний Старший даже объявил ее более грандиозной, чем пирамиды, памятником достижений человечества.

Полы с подогревом

Эффективный контроль температуры в любом здании - одна из самых сложных инженерных задач, с которыми приходилось сталкиваться людям, но римляне ее решили - или, по крайней мере, почти решили. Основываясь на идее, которую мы используем и по сей день в виде теплого пола, гипокаусты представляли собой набор полых глиняных колонн, расположенных через каждые несколько футов под фальшполом, через которые нагнетались горячий воздух и пар из печи в другой комнате.

В отличие от других, менее совершенных методов обогрева, гипокауст аккуратно решал две проблемы, которые всегда были связаны с обогревом в древнем мире - дым и огонь. Огонь был единственным доступным источником тепла, но он также имел неприятный побочный эффект - время от времени сжигал здания, а дым от внутреннего пламени может быть смертельным в замкнутом пространстве. Однако, поскольку пол был поднят в условиях гипокауста, горячий воздух из печи никогда не контактировал с самой комнатой. Вместо того, чтобы входить в комнату, нагретый воздух пропускался через пустотелые плитки в стенах. Когда он выходил из здания, глиняные плитки поглощали тепло, в результате чего сама комната оставалась нагретой, а ноги римлян были в тепле.

Акведук

Наряду с дорогами акведуки - еще одно чудо инженерной мысли, которым римляне прославились больше всего. Особенность акведуков в том, что они длинные. Одна из трудностей полива большого города заключалась в том, что, когда город достиг определенного размера, не было возможности получить чистую воду где-либо поблизости. И хотя Рим находился на Тибре, сама река была загрязнена еще одним достижением римской инженерии, о котором мы говорили выше - их канализационной системой.

Чтобы решить эту проблему, римские инженеры построили акведуки - сети подземных труб, надземные водопроводы и элегантные мосты, предназначенные для отвода воды в город из окружающей сельской местности. Оказавшись в Риме, воду из акведуков собирали в цистерны, а затем разливали в фонтаны и общественные бани, которые так любили римляне.

Как и их дороги, система римских акведуков была невероятно длинной и сложной. Хотя первый акведук, построенный около 300 г. до н.э., имел длину чуть меньше 18 км, к концу третьего века нашей эры в Риме было 11 акведуков общей протяженностью более 400 км.

Сила воды

Витрувий, крестный отец римской инженерии, описывает несколько технологий, которые римляне использовали для подачи воды. Сочетая греческие технологии, такие как зубчатая передача и водяное колесо, римляне смогли разработать передовые лесопилки, мельницы и турбины.

Еще одно римское изобретение - колесо, которое вращалось под действием текущей (а не падающей) воды, что позволяло строить плавающие водяные колеса для измельчения запасов зерна. Это пригодилось во время осады Рима в 537 году нашей эры, когда обороняющийся генерал Велисарий решил проблему готической осады, перекрывшей запасы продовольствия, построив несколько плавучих мельниц на Тибре, чтобы население снабжалось хлебом.

Как ни странно, археологические данные свидетельствуют о том, что, хотя римляне обладали техническими знаниями, необходимыми для создания всевозможных устройств, работающих под действием воды, они делали это редко, предпочитая дешевый и широко доступный рабский труд. Тем не менее, их водяная мельница в Барбегале (на территории современной Франции) была одним из крупнейших промышленных комплексов в древнем мире до промышленной революции с 16 водяными колесами для измельчения муки для окружающих общин.

Сегментарная арка

Как и почти все инженерные достижения, которые мы перечислили, арку изобрели не римляне, но они усовершенствовали ее. Арки существовали почти две тысячи лет, прежде чем римляне овладели способностью их возводить. Что римские инженеры поняли (как оказалось, весьма блестяще), так это то, что арки не обязательно должны быть непрерывными; то есть, не обязательно, чтобы они огибали необходимое расстояние за один раз. Вместо того, чтобы пытаться преодолеть бреши одним большим прыжком, их можно разбить на несколько меньших участков. Превращать арку в идеальный полукруг не было необходимости, если под каждой секцией были распорки. Вот здесь и появилась сегментарная дуга.

Эта новая форма арочного строительства имела два очевидных преимущества. Во-первых, поскольку арки могут повторяться, а не иметь один единственный пролёт, потенциальное расстояние для пролета моста может быть увеличено экспоненциально. Во-вторых, поскольку требовалось меньше материала, сегментные арочные мосты были более восприимчивы к потоку воды под ними. Вместо того, чтобы проталкивать воду через одно небольшое отверстие, вода под сегментированными перемычками могла свободно течь, снижая как опасность затопления, так и степень износа опор.

Понтонные мосты

Римская инженерия была в основном синонимом военной инженерии. Те дороги, которыми они так славятся, были построены не столько для повседневного использования (хотя они, конечно, были полезны для этого), сколько для быстрого марша легионов в сельскую местность, попадания в проблемные точки и выхода снова. Понтонные мосты, спроектированные римлянами , построенные в основном во время войн, служили той же цели. В 55 г. до н.э. Юлий Цезарь построил понтонный мост длиной около 400 метров, чтобы пересечь реку Рейн, которая традиционно считалась германскими племенами недоступной для римской власти.

Мост Цезаря через Рейн был умным по нескольким причинам. Построить мост без отвода воды, как известно, сложно, и тем более в военных условиях, где строительство необходимо постоянно охранять, поэтому инженерам приходилось работать быстро. Вместо того, чтобы забивать балки прямо в реку, инженеры вбивали бревна в дно реки под углом против течения, придавая фундаменту дополнительную прочность. Защитные сваи также забивали вверх по течению, чтобы задержать или замедлить любые потенциально разрушительные бревна, которые могли плыть по реке. Наконец, балки соединяли, и наверху строили деревянный мост. В общей сложности строительство занимало всего десять дней, полностью использовались местные пиломатериалы и было ясно сказано местным племенам о могуществе Рима: если Цезарь захочет пересечь Рейн, он сможет это сделать.

Есть также, возможно, апокрифическая история о понтонном мосту Калигулы, построенного через море между Байя и Пуццуоли, длиной 4 километра. Предположительно, Калигула построил мост по той причине, что прорицатель предсказал, что шанс у него стать императором такой же, как если бы он решился пересечь залив Байя на лошади. Никогда не проявляя сдержанности, Калигула якобы воспринял это как вызов и всё же построил мост.