Даже сильнейшие тяжелоатлеты едва ли могут приподнять груз в 425 кг; не всякий человек способен поднять свыше 50-60 кг. Поэтому механизмы для подъема больших камней и стволов деревьев были созданы уже в древности. Простейшим приспособлением был блок, используемый как таль. Но веревка, перекинутая через единственный блок, меняет лишь направление тянущего усилия, а трение в оси блока делает простой блок даже менее эффективным простой тяги. Если же веревку навить на колесо или барабан, образуя ворот, то появляется выигрыш в силе и человек оказывается в состоянии поднять вес, превосходящий его собственный. Небольшой ворот можно вращать рукояткой, как это делалось уже в IX в. Тягловой силой служили упряжки лошадей или волов.
Винты и блоки
Многие самые выдающиеся изобретения древности, в том числе винты и блоки, остались безымянными. Грекам винты, вероятно, были известны уже около 4 в. до н. э., а во времена Архимеда им находили разнообразные применения. Сам Архимед изобрел насос, который представлял собой длинный винт, заключенный в наклонную трубу; вращая винт рукояткой, можно было «вывинтить» воду с нижнего конца трубы наверх так, чтобы она вытекала струей из верхнего конца трубы. Такими насосами пользовались для полива полей в долине Нила. Винтовые прессы находили применение в Древнем Риме и в средние века для выжимания оливок и винограда.
В XIII в. французский монах Виллар де Оннекур, подражая Архимеду, изобрел устройство, в котором винт не отжимал виноград, а поднимал тяжесть. Теперь этот инструмент называют домкратом; с его помощью можно приподнять как автомобиль для замены колеса, так и целое здание для замены фундамента.
Блоки также были известны древним грекам. Ими пользовались, чтобы в самый торжественный момент религиозного представления опустить на сцену статую олимпийского божества. Римские механики изготовляли полиспасты для подъема тяжелых грузов уже в I в. н. э. 200-тонный египетский гранитный обелиск, похожий на «Иглы Клеопатры», стоящие сейчас в Лондоне и Нью-Йорке, был установлен в Риме вертикально с помощью множества блоков и целой армии рабов, служивших тягловой силой. Компактные современные полиспасты работают по такому же принципу.
Подъемники и краны
Подъемные механизмы могут работать и от зубчатых передач, выигрывая при этом в силе. В XVI в. горняки поднимали руду и другие полезные ископаемые, довольствуясь только конной тягой. Позднее подъемники снабжались паровым двигателем. Принцип действия всех подъемников, включая современные электрические, остался одним и тем же.
Простейшие подъемные краны состояли из обычного полиспаста, оснащенного двумя-тремя деревянными лапами для зажима поднимаемого груза. Тяга была ручной (через ворот) или, если груз был тяжелее, – конной (через топчак). Средневековые строительные площадки и крепостные сооружения нуждались в таких механизмах для подъема больших каменных блоков.
Современные краны подразделяются на мостовые и консольные. И те, и другие имеют лебедку, на приводной барабан которой навит стальной трос. Мостовой кран состоит из балки коробчатого сечения – платформы, концы которой лежат на рельсах, смонтированных на определенной высоте. По этим рельсам платформа может двигаться. Подъемник – полиспаст – укреплен в тележке, двигающейся вдоль платформы крана. Мостовые краны обычно расположены над рабочей зоной и служат для перемещения грузов – будь то бревна или стальной прокат.
Консольный кран имеет длинную консоль – стрелу, которая, поворачиваясь, перемещает груз с места на место. Наклон стрелы можно менять, что позволяет расширить площадь, обслуживаемую краном.
Лифты и эскалаторы
Высотные здания и современные многоквартирные дома немыслимы без сообщения с улицей и между этажами, а значит, без лифтов. Один из первых лифтов с паровым приводом был установлен в 1857 г. американским изобретателем Илайша Отисом (1811-1865) в универсальном магазине Нью-Йорка.
Первые лифты, работавшие по схеме винтового домкрата, к 1870-м гг. были заменены гидравлическими. Вода, масло или другая жидкость нагнетались в цилиндр, оказывая давление на поршень, который в свою очередь поднимал кабину лифта. Часто гидравлический привод сочетали с полиспастом; в таких случаях лифт мог быть выше. В XX в. высотность зданий увеличилась, поэтому возникла нужда в пассажирских лифтах с электроприводом (их скорость превышает 400 м/мин).
На станциях метрополитена и в крупных магазинах мы видим почти непрерывный поток людей, перемещающихся между различными горизонтальными уровнями. Здесь подъем и перемещение людей производится с помощью эскалаторов – движущихся лестниц, работающих по схеме бесконечной ленты со ступенями. Первые патенты получены в 1891 г. американской фирмой «Отис»; современные модели разработаны в 1930-х гг. совместно фирмами «Отис» и «Вестингхауз». Эскалатор шириной 1,25 м, движущийся со скоростью 27,5 м/мин, перевозит около 8000 пассажиров в час.