Istorijski razvoj hidraulike i pneumatike

UVOD

U cilju poboljšanja uslova života, iako nesvesno, principi mehanike fluida primenjivani su još u praistoriji.

Arheološki nalazi, retki izvorni crteži i stare legende dokazuju da je već u praistorijsko doba čovek iskustvom pronalazio praktična rešenja brojnih problema mehanike fluida. Izumeo je splav, čamac i brod, potom veslo i jedro za pogon tih plovila, naučio da gradi kanale i nasipe i na taj način kontroliše vodene tokove, navodnjava i odvodnjava zemlju, sprečava poplave, izumeo je strelicu s repnim stabilizatorom, kovački meh, primitivno vodeničko kolo, primitivnu vetrenjaču itd.
Drevne civilizacije započele su razvoj mehanike fluida u empirijskom – iskustvenom obliku, naročito u oblasti navodnjavanja. Do danas nauka o fluidima prevalila je dug put. Mehanika fluida razvila se u jednu od najkompleksnijih disciplina. NJen razvoj još nije završen i postoje mnoga pitanja koja zahtevaju odgovore. Razvoj računarske tehnike, numeričkih analiza i brzih i pouzdanih mernih uređaja na kraju dvadesetog i početku dvadesetprvog veka otvaraju nove strane u istoriji mehanike fluida.

Razvoj mehanike fluida zahteva promene i u njenom proučavanju. To je izazov za sve institucije koje se bave obrazovanjem i istraživanjem u polju mehanike fluida.

ISTORIJAT MEHANIKE FLUIDA

Još od praskozorja civilizacije, ljudska vrsta bila je fascinirana fluidima; bilo da je reč o strujanju vode u rekama, vetru i vremenskim prilikama u atmosferi, topljenju metala, snažnim strujama okeana ili disanju i strujanju krvi kroz naša tela. Mehanika fluida otkriva opčinjavajuću istoriju. Početak razvoja mehanika fluida datira iz vremena kada su maštoviti i dovitljivi stanovnici planete Zemlje otkrili da čamac sličan strujnicama reke putuje brže od onog zatupljenog korita, kao i da od oblika strele zavisi ishod lova.

2.1 DREVNE CIVILIZACIJE

Stare civilizacije nastajale su u blizini vode. Jedna od njih je i dugovečna kineska civilizacija od pre sedam milenijuma. Ova civilizacija nastala u dolini dve velike reke: Hoangho na severu i Jangcejang na jugu Kine, izolovana od ostatka Azije skoro nepremostivim prirodnim barijerama, Himalajima i pustinjom Gobi, razvila se u kompleksnu i drugačiju civilizaciju. Reka Jangcejang služila je kao izvor vode za navodnjavanje pirinčanih polja. Pirinač inače može da ishrani veći broj ljudi po hektaru od ostalih žitarica, ali zahteva velike količine vode. Tako je i potreba za vodom dovela do nastanka prve primitivne pumpe za vodu koju su u početku pokretali ljudi, a kasnije životinje.

Druga drevna civilizacija – Mesopotamija, takođe je bila poznata kao zemlja između dveju reka – Tigra i Eufrata. U ovoj oblasti kiše su padale sezonski, što je izazivalo poplave zimi i u proleće, a sušu u leto i jesen. Zemljoradnja je zavisila od navodnjavanja iz Tigra i Eufrata, te je izgrađena mreža kanala za navodnjavanje i odvodnjavanje koji su povezivali gradove i omogućavali transport ljudi i robe.
Početak gradnje objekata za snabdevanje vodom povezana je s razvojem prvih stambenih naselja. Poznati su podaci o izgradnji vodovoda oko (oko 3000. pre nove ere). U starom Egiptu kopani su bunari prečnika 3 – 4m i dubine više od 200m. Uzimanje vode s velike dubine bilo je poznato u starom Egiptu, Vavilonu i Kini. Upotrebljavani su uređaji s vedrima i vitlima, a za razvođenje služile su keramičke, drvene ili olovne cevi. U Jerusalimu su sačuvani ostaci vodovoda sagrađenog oko 1000. godine pre nove ere.

2.2 ANTIČKO VREME

2.2.1 GRČKA

Izgradnja vodovoda posebno se razvila u grčkoj i rimskoj civilizaciji. U to građeni su tuneli i mostovi za provođenje vode. Poznat je vodovodni tunel dužine 1 km za snabdevanje grada Samosa (550. pre nove ere).
Kaže se da je statika fluida započela svoj razvoj u vreme Stare Grčke.
Starogrčki mislilac Heraklit (oko 535-475. pre nove ere) u filozofskom smislu postavio je postulat da “sve teče”. Grčka civilizacija ostavila nam je u nasleđe puno plodova razmišljanja u svim sferama ljudskog interesovanja, uključujući i mehaniku fluida.

Prva zapisana tumačenja nekih pojava mehanike fluida potiču od grčkih filozofa starog veka. U jednoj se od svojih rasprava Aristotel (384-322. pre nove ere) se bavi kretanjem tela kroz vodu i vazduh i zaključuje da je otpor koji fluid pruža kretanju tela proporcionalan gustini fluida.

Slika 1 – Aristotel

Arhimed iz Sirakuze (287-212. pre nove ere) smatra se osnivačem hidrostatike. On je postavio triosnovna zakona o uzgonu i sili potiska za tela koje plutaju na površini vode ili je uronjeno u vodu, teoriju stabilnosti sfernog segmenta koji pluta. Sam početak razvoja mehanike fluida kao teorijske discipline i praktične nauke datira iz trećeg veka pre nove ere sa Arhimedovim zapisom “O telima koja plivaju”.
Pomenuto Arhimedovo delo (250 p.n.e.) postavlja osnovne temelje hidrostatike.
Kralj Sirakuze Hijeron zatražio je jednog dana od Arhimeda da mu kaže da li u zaltnoj kraljevskoj kruni ima i srebra. Arhimeda je dugo mučio ovaj problem. Jednog dana, stupivši u kadu da se okupa, primetio je kako se nivo vode podigao. Odmah je istrcao iz kupatila i pojurio ulicama Sirakuze, vičući eureka! (što znači nasao sam!)

Slika 2 – Arhomed iz Sirakuze

Arhimed je rešio Hijeronov problem. Prvo je, naime, izmerio koliko je kruna teška. Onda je pronašao grumen zlata i grumen srebra koji su, svaki ponaosob, težili koliko i kraljevska kruna. Zatim je spustio krunu u sud sa vodom (slika 3) i izmerio za koliko se nivo vode izdigao. To isto ucinio je i sa grumenom zlata. Da je kruna bila izrađena od čistog zlata, voda bi se podigla do iste visine. Međutim, postojala je razlika, pa je Arhimed, izmerivši i grumen srebra mogao da utvrdi kolika je tačna srazmera ova dva metala u kruni.
Zakon specifične tezine, ili Arhimedov zakon kaže da svaki predmet potopljen u tecnost biva potisnut naviše silom koja je jednaka težini istisnute tečnosti.