Кіріспе

Сұйықтықтарды қолданатын қолданбалы инженерия – механикалық технология.

Гидравлика – сұйықтықтардың механикалық қасиеттері мен қолданылуын зерттейтін, инженерия, химия және басқа да ғылымдарды пайдаланатын технология және қолданбалы ғылым. Ең қарапайым деңгейде, гидравлика – газбен айналысатын пневматиканың сұйық түрі. Сұйықтықтар механикасы гидравликаның теориялық негізін құрайды, ол сұйықтықтардың қасиеттерін пайдалана отырып, қолданбалы инженерияға бағытталған. Гидравликаның сұйықтық қуатын қолдану салаларында энергияны өндіру, басқару және қысыммен ұсталған сұйықтықтарды пайдалану арқылы беру жүзеге асырылады. Гидравликалық тақырыптар ғылымның кейбір салаларын және инженерлік мамандықтардың көп бөлігін қамтиды, сондай-ақ құбыр ағыны, бөгеттерді жобалау, сұйықтықтар және сұйықтықтарды басқару тізбектері сияқты ұғымдарды қамтиды. Гидравлика принциптері адам организміндегі қан тамырлар жүйесі мен эректильді тіндерде табиғи түрде қолданылады. Еркін беттік гидравлика – өзендерде, каналдарда, көлдерде, эстуарийлерде және теңіздерде кездесетін еркін беттік ағынмен айналысатын гидравликаның бір саласы. Оның тармағы – ашық каналдардағы ағынды зерттейтін ашық канал ағыны.

Ежелгі және ортағасырлық дәуірлер

Су энергиясын пайдаланудың алғашқы мысалдары Месопотамия мен ежелгі Египетке дейін жетеді, онда суармалы егін шаруашылығы б.з. алдында 6 мың жылдықтан бері қолданылып келсе, су сағаттары б.з. алдында 2 мың жылдықтың басынан-ақ пайдаланылған. Су энергиясының тағы бір ерте мысалы – ежелгі Парсыдағы қанат жүйесі және ежелгі Орталық Азиядағы Түрпан су жүйесі.

Парсы империясы мен Урарту

Персия империясында немесе оның бұрынғы мемлекеттерінде парсылар су диірмендері, каналдар және бөгеттерден тұратын күрделі жүйені салды. Бұл жобаны Ахеменид патшасы Дарий I бастап, Сасани патшасы Шапур I тұтқындаған римдік инженерлер тобы аяқтады. ЮНЕСКО оны "шығармашылық генийдің шедеврi" деп атады. Б.з.б. 9 ғасыр шамасында пайда болған қанат – жер асты су құбыры. Қанаттардың арқасында Иранның көптеген ежелгі бақтары суарылды. Қанат көршілес аймақтарға, оның ішінде Армения таулы жерлеріне тарады. 8 ғасырдың басында Урарту патшалығы Менуа каналы сияқты маңызды гидротехникалық жұмыстарды жүзеге асырды. Су доңғалақтары мен су диірмендерінің ең алғашқы дәлелдері б.з.б. 4 ғасырда, яғни 350 жылға дейін Парсы империясында, Ирак, Иран және Египет аймақтарында табылды.

Қытай

Ежелгі Қытайда Саншу Ао (б.з.д. 6 ғасыр), Симэн Бао (б.з.д. 5 ғасыр), Ду Ши (б.з. 31 жыл шамасында), Чжан Хенг (78 – 139 ж.ж.) және Ма Цзюнь (200 – 265 ж.ж.) болды, ал ортағасырлық Қытайда Су Сонг (1020 – 1101 ж.ж.) және Шэнь Куо (1031–1095 ж.ж.) болды. Ду Ши су дөңгелегін балқыту пешінің үскірін қозғалуға келтіру үшін пайдаланды, осы арқылы құйма темір өндірді. Чжан Хенг астрономиялық бақылаулар үшін аспан шарларын айналдыруға гидравликалық күшті алғаш рет қолданды.

Шри-Ланка

Ежелгі Шри-Ланкада Анурадхапура және Полоннаруваның ежелгі патшалықтарында гидравлика кеңінен қолданылды. Судың шығуын реттеу үшін клапан мұнарасының (сингаль тілінде Бисокотува) принципі 2000 жылдан астам бұрын ашылған. Біздің заманымыздың бірінші ғасырына дейін бірнеше ірі масштабты суару жұмыстары аяқталды. Сигирияда (Шри-Ланка) тұрмыстық, бақша және ауылшаруашылық қажеттіліктерін қамтамасыз ету үшін макро және микро гидравлика, жер бетін кесу және эрозияны бақылау, әсемдік пен демалысқа арналған су жолдары, тіреу құрылымдары және салқындату жүйелері құрылған. Осы жердегі үлкен тасқа орналасқан кораллдардың ішінде су жинауға арналған цистерналар бар. Шри-Ланканың ірі ежелгі су қоймалары: Калавева (Дхатусена патшасы), Паракрама Самудра (Паракрама Баху патшасы), Тиса Вева (Дтугамуну патшасы), Миннерия (Махасен патшасы).

Грек-рим әлемі

Ежелгі Грецияда гректер күрделі су және гидравликалық қуат жүйелерін құрды. Мысалы, Самос аралы үшін Евпалинос жасаған суарна, мемлекеттік келісімшарт бойынша салынған туннель. Гидравликалық дөңгелектің қолданылуының ерте мысалы, мүмкін Еуропадағы ең ертесі – Перахора дөңгелегі (б.з.д. 3 ғ.). Греко-римдік Египетте Ктезибийдің (б.з.д. 270 ж. шамасында өркендеген) және Александриялық Геронның (б.з.д. 10 – 80 ж.ш.) жасаған алғашқы гидравликалық машина-автоматтар ерекше аталады. Герон гидравликалық қуатты пайдаланатын бірнеше жұмыс істейтін машиналарын сипаттайды, мысалы, күшті сорғы, ол көптеген римдік жерлерде су көтеру және өрт сөндіру машиналарын пайдалану үшін белгілі. Рим империясында қоғамдық сумен жабдықтау, көптеген су құбырлары, су диірмендерін пайдалану және гидравликалық кен өндірісі сияқты әртүрлі гидравликалық қолданыстар дамыды. Олар алғаш рет сифонды пайдаланып, аңғарлар арқылы су тасымалдады және металл кендерін іздеу және өндіру үшін үлкен көлемде су шаю әдісін қолданды. Олар тұрмыстық және қоғамдық жабдықтау жүйелерінде, мысалы, термаларды сумен жабдықтауда қорғасынды кеңінен пайдаланды. 25 ж.б.д. Август басып алған Солтүстік Испанияның алтын кен орындарында гидравликалық кен өндірісі қолданылды. Лас Медулас алтын кеніші олардың ең ірі кеніштерінің бірі болды. Кем дегенде жеті ұзын су құбыры онымен жұмыс істеді, ал су ағындары жұмсақ шөгінділерді эрозиялау үшін пайдаланылды, содан кейін құнды алтынды алу үшін қалдықтар жуылды.

Араб-ислам әлемі

Исламның алтын ғасыры мен араб ауыл шаруашылығы революциясы кезінде (8–13 ғасырлар) мұсылман әлемінде инженерлер гидроэнергияны кеңінен пайдаланды, сондай-ақ толқын күшін және ірі гидротехникалық зауыттарды ерте пайдаланған. Ислам әлемінде сумен жұмыс істейтін түрлі өнеркәсіптік диірмендер қолданылды, оның ішінде толықтау диірмендері, астық шабу диірмендері, қағаз диірмендері, қабықтарын сызу диірмендері, пилорамалар, кеме жасау диірмендері, ұнтақтау диірмендері, болат қорыту диірмендері, қант диірмендері және толқын диірмендері. 11 ғасырға қарай, Ислам әлемінің барлық провинцияларында – Аль-Андалус пен Солтүстік Африкадан бастап Таяу Шығысқа және Орталық Азияға дейін осы өнеркәсіптік диірмендер жұмыс істеді. Мұсылман инженерлері су турбиналарын қолданды, су диірмендері мен су көтеру машиналарын жүргізу үшін тісті дөңгелектерді пайдаланды және су диірмендері мен су көтеру машиналарын қосымша қуатпен қамтамасыз ету үшін су энергиясының көзі ретінде бөгеттерді пайдалануды дамытты. Әл-Жазари (1136–1206) өзінің "Таңғажайып механикалық құрылғылар туралы білім кітабында" 50 құрылғының жобасын сипаттады, олардың көпшілігі сумен жұмыс істейтін, соның ішінде су сағаттары, шарап құюға арналған құрылғы және өзендер мен көлдерден су көтеруге арналған бес құрылғы. Бұларға тұғырлары бар үздіксіз белбеу және иілмелі клапандары бар поршеньді құрылғы кіреді. Ең алғашқы бағдарламаланатын машиналар мұсылман әлемінде жасалған сумен жұмыс істейтін құрылғылар болды. Музыкалық секвенсор, бағдарламаланатын музыкалық аспап, бағдарламаланатын машинаның ең алғашқы түрі еді. Алғашқы музыкалық секвенсор – 9 ғасырда "Таңғажайып құрылғылар кітабында" сипатталған Бану Муса ағайындарының ойлап тапқан автоматтандырылған сумен жұмыс істейтін флейта ойнатқышы. 1206 жылы Әл-Жазари сумен жұмыс істейтін бағдарламаланатын автоматтарды/роботтарды ойлап тапты. Ол төрт автомат музыкантты, оның ішінде бағдарламаланатын барабан машинасымен басқарылатын барабаншыларды сипаттады, оларды әртүрлі ырғақтар мен барабан үлгілерін ойнатуға бағдарламалауға болатын.

Бенедетто Кастелли және итальяндық гидравлика

1619 жылы Галилео Галилейдің шәкірті Бенедетто Кастелли «Della Misura dell'Acque Correnti» немесе «Ағын суды өлшеу туралы» атты кітабын жариялады, бұл заманауи гидродинамиканың негіздерінің бірі. 1626 жылдан бастап ол Папаның гидравликалық жобалары – яғни Папалық штаттардағы өзендерді басқару мәселелері бойынша бас кеңесшісі қызметін атқарды. Италияда 1500-1800 жылдар аралығындағы су туралы ғылым мен инженериялық шешімдер кітаптар мен қолжазбаларда 2022 жылы жарық көрген суреттермен толықталған каталогта ұсынылған.

Блез Паскаль

Блез Паскаль (1623-1662) сұйықтардың гидродинамикасы мен гидростатикасын зерттеді, бұл гидравликалық сұйықтықтар принциптеріне негізделген. Оның гидравлика теориясын ашуы гидравликалық пресс ойлап табуға әкелді, ол кішкентай ауданда қолданылатын күшті үлкейтіп, сол күшті үлкен ауданда қолдануға мүмкіндік берді, бұл қысымның бірдей таралуы (немесе қысымның дәл өзгеруі) арқылы екі нүктеде де жүзеге асты. Паскаль заңы немесе принципі былай гластейды: қозғалмайтын, қысылмайтын сұйықтықтағы қысымның айырмашылығы биіктік айырмашылығына пропорционалды, және бұл айырмашылық сұйықтың жалпы қысымына сыртқы күш әсер еткен жағдайда да өзгермейді. Яғни, жабық кеңістіктегі сұйықтың кез келген нүктесінде қысымды арттырса, контейнердің басқа барлық нүктелерінде де қысым бірдей көтеріледі, демек сұйықтың кез келген нүктесіне қолданылған қысымның өзгеруі сұйықтың барлық бөліктеріне азайғансыз беріледі.

Жан Леонард Мари Поазеуилл

Француз дәрігері Пуазеуилль (1797–1869) денедегі қан ағысын зерттеді және ағын жүзеге асатын түтіктің диаметріне байланысты ағыс жылдамдығын анықтайтын маңызды заңды ашты.

Ұлыбританияда

Бірнеше қалада 19 ғасырда лифтер, крандар, кабельдік шынжырлар және осы сияқты машиналарды іске қосу үшін қалалық гидроэнергетикалық желілер құрылды. Джозеф Брама (1748–1814) – бұл саланың алғашқы новаторы болса, Уильям Армстронг (1810–1900) өнеркәсіптік деңгейде қуат беру аппаратын жетілдірді. Лондонда Лондон гидроэнергетикалық компаниясы маңызды жеткізуші болып табылды, оның құбырлары Лондонның Батыс аймағының көп бөлігіне, қала орталығына және доктарға қызмет көрсетті. Алайда, доктар мен теміржол жүк аймақтары сияқты жеке кәсіпорындарға ғана арналған жекелеген жобалар да болды.