Opfindelsernes Bog/Skibsskruen og Møllevingerne.
Skraaplanet. Ethvert Plan, som danner en Vinkel med Horisontalplanet, kaldes et Skraaplan. Medens man kun kan lægge et Horisontalplan gjennem et bestemt Punkt, kan man naturligvis lægge uendeligt mange Skraaplaner derigjennem.
Enhver ved, at jo stejlere en Vej er, desto vanskeligere er det at trække en Vogn op ad den, medens det er lettere jo mindre Stigningen er eller jo større den Længde er, hvorpaa den Højdeforskjel, der skal overvindes er fordelt. Da der er en Grænse saavel for Trækdyrenes som for Lokomotivets Kræfter, maa Veje og Jernbaner ikke have en altfor stor Stigning. Er den naturlige Højdeforskjel for stor, maa den altsaa ved Bygning af Jernbaner eller Anlæg af Veje overvindes enten ved Benyttelse af Zigzaglinien (Fig. 9 og II B. Fig. 38) eller ved at udjevne den over en større Strækning eller endelig ved Anvendelse af særlige mekaniske Hjælpemidler, som f. Ex. vandrette Tandhjul paa Jernbaner efter det Fellske System (s. Fig. 80, II Bind).
Bliver Stigningen bestandig større, gaar Planet endelig over til at blive lodret, og i saa Fald udkræves der til at løfte Byrden en Kraft, der er meget betydelig og lig med selve Byrden.
Det er ikke vanskeligt at bestemme Størrelsen af den Modstand, som Planets forskjellige Skraahed udøver mod Trækkraften. Lad Trianglen ABC i Fig. 10 være Gjennemsnittet af et Skraaplan, hvis Basis er Linien BC, Højde Linien AC og Længde Linien AB; vi kunne dernæst tænke os den Byrde, der skal flyttes, i G, og dens Vægt udtrykt i Linien GD. Tyngdekraften stræber at drage Byrden lodret nedad i Retning af Linien GD. Skraaplanet AB hindrer dog dette lodrette Fald. Derved bliver en Del af Tyngdekraften uvirksom med Hensyn til Bevægelsen og kommer til at ytre sig som et Tryk paa Underlaget. Nedglidningen kan kun ske med den tiloversblivende Del af Kraft. Det er denne, som nu maa overvindes af Kraften Q, der udgaar fra Trækdyrene, Lokomotivet o. s. v.
Spørgsmaalet bliver nu, hvor stor denne Modstand er. Erindre vi os nu, fra Loven om Kræfternes Parallelogram, at enhver Kraft kan tænkes som Resultant af to andre Kræfter, der virke i samme Punkt, behøve vi kun at trække Linien GD, der er Diagonalen i Parallelogrammet DFGE, for i de to Sidelinier GE og GF at finde de søgte Værdier. Kraften GD kan nemlig opløses i GF, Trykket lodret paa Planet, og GE, hvormed Byrden stræber at glide ned ad Skraaplanet. Vil man altsaa forhindre dette sidste, maa man lade en Kraft = GE virke i den modsatte Retning. Er denne Kraft større, vil den naturligvis trække Byrden op ad Skraaplanet. Allerede et Blik paa Figuren vil vise, at Trækkraften ikke behøver at være saa stor som Byrdens oprindelige Vægt, og, betragte vi Fig. 11, se vi, at med Stigningens Formindskelse formindskes ogsaa Byrdens Stræben efter at glide ned, medens derimod Trykket mod Skraaplanet forøges.
Hviler Byrden paa en horisontal Flade, virker hele dens Vægt som Tryk mod Underlaget, og der bliver altsaa ingen Kraft tilovers til at gjøre Modstand mod Trækkraften.
Den Lov, der gjør sig gjældende ved Skraaplanet, kan nu udtrykkes paa følgende Maade: Den Kraft, hvormed et Legeme stræber at glide ned ad Skraaplanet, forholder sig til Legemets Tyngde som Planets Højde til dets Længde. Naar alssaa i Fig. 10 dette Forhold er dobbelt saa stort som i Fig. 11, maa Trækkraften, der skal føre Byrden op ad Skraaplanet fra B til A i første Tilfælde være dobbelt saa stor som i sidste.
Hvis det var nødvendigt, vilde det være let nok at anføre talrige Exempler til Bevis for Rigtigheden af denne Regel. Enhver Flodseng er et Skraaplan, ned ad hvilket Vandet strømmer med en Hastighed, der staar i Forhold til Planets Heldning; Stapelblokkene under det Skib, som staar paa Beddingen, Kuglerenden paa en Keglebane o. s. v. danne Skraaplaner. Disse ere dog ubevægelige i Modsætning til det Legeme, der er bestemt til at bevæge sig paa dem.
I det praktiske Liv træffer man dog paa en Mængde Tilfælde, hvor Skraaplanet er bevægeligt. Den ovenfor anførte Lov maa selvfølgelig gjælde, hvad enten man trækker en Byrde op ad Skraaplanet, eller man løfter den ved at drive Skraaplanet ind under den, saaledes som ved Anvendelsen af Kiler. Principet bliver ogsaa uforandret det samme, hvad enten man ved Kilens Hjælp løfter en Byrde, eller man — hvad der oftest er Tilfældet — ved Hjælp af den søger at ophæve Sammenhænget i et fast Legeme. Øxen, Saxen, Kniven, Mejslen, Spaden, Plovjernet, Naalen, Sylen o. s. v. o. s. v., kort sagt alle Instrumenter, hvormed der hugges, stikkes eller skjæres, kunne betragtes som særlige Former af Kilen, og deres Virkning støtter sig lige saa vel som Kilens, paa Loven for Skraaplanet: jo umærkeligere Skraaningen er, det vil sige: jo finere Eggen eller jo skarpere Instrumentet er, desto lettere virker det.
Skruen. De bevægelige Skraaplaner føre os nærmere hen til hvad vi skulle omtale i dette Afsnit. Tænke vi os en lang og smal Kile, der er forfærdiget af et bøjeligt Materiale, f. Ex. Horn, og vikle vi den om en Cylinder, faa vi den Form, der er fremstillet i hosstaaende Fig. 12, og som vi kalde Skrue. Linien abcd, der kommer til at slynge sig om Cylinderens Overflade, kaldes Skrue linie, og en hel Omgang fra a til d kaldes en Skruegænge; ad er dennes Højde og kaldes Skruens Stigning; den udtrykkes paa samme Maade som ved Skraaplanet ved Forholdet mellem Højde og Længde eller ved den spidse Vinkel mellem Skruelinien og Skruens Basis.
Skruen udføres paa meget forskjellig Maade og benyttes under meget forskjellige Former; i Fig. 13 se vi saaledes en skarpgænget og i Fig. 14 en fladgænget Skrue, den første med tresidet, den sidste med firsidet Gjennemsnit. Hvor en større Stigning tillader det, anvender man undertiden to eller flere Skruegænger, der løbe parallelt ved Siden af hverandre, saaledes som i Drilboret. Fig. 15 viser en firgænget Skrue.
De mangfoldige Anvendelser af Skruen synes ofte ved første Øjekast at være noget ganske andet end en Benyttelse af Skraaplansprincipet; ved en nærmere Undersøgelse vil man dog snart komme til Erkjendelse af det nære Sammenhæng mellem Skraaplan og Skrue. Den Retning, hvori Kraften virker ved Skruen, ligger altid i Cylinderens Axe: man kan lidt efter lidt drive Skruen ind i faste Legemer ganske som en Kile, og den trænger da ind i Retningen af sin Axe og, for hver Omdrejning, netop saa meget som Skruegængens Højde udgjør (Bor, Proptrækker). For at gjøre denne fremadskridende Bevægelse saa ensformig og sikker som muligt, benytter man sig af en saakaldt Skruemoder, der i Fordybning viser selve Skruens ophøjede Gænger (Fig. 16). Eftersom man nu gjør Skruen eller Skruemoderen ubevægelig eller giver den ene en roterende, den anden en i Axens Retning fremadskridende Bevægelse, kan man faa de mest forskjelligartede Apparater, der kunne anvendes dels til at udøve Træk eller Tryk, dels til at hidføre en Omsætning af Bevægelse (Bogtrykkerpresser, Vinpresser, Prægemaskiner o. s. v.). Snart er Skruen bevægelig (Fig. 17), snart fast som ved Bogbinderpressen; snart bevæger Moderen sig i Skruens Længderetning og tvinger den derved til at dreje sig, som f. Ex. ved Drilboret; snart er det omvendte Tilfældet.
Tager man ikke Gnidningsmodstanden med i Betragtning, fremgaar det af hvad der nu er bleven sagt, at den Kraft, der virker gjennem Skruen, maa forholde sig til Byrden eller Modstanden som Skruegængens Højde til dens Længde. En Skrue, hvis Gænger have 1 Linies Stigning paa 10 Liniers Længde, fordrer 1 Punds Kraft for at holde Ligevægt med en Byrde paa 10 Pund eller udøve et Tryk af 10 Pund. Jo mindre Stigningen er, desto større kan den Modstand være, som en given Kraft overvinder. Vistnok tabes der paa den ene Side i Tid hvad der vindes paa den anden i Kraft; Fordelen ligger i at man med en forholdsvis ringe Kraft kan overvinde en stor Modstand.
Skruen er ved sin langsomme, ensformige Bevægelse særdeles egnet til dermed at foretage overordentlig smaa Stedforandringer, f. Ex. ved astronomiske og fysiske Instrumenter. Ved at forsyne Skruen med Gænger, der have tilstrækkeligt ringe Stigning og ved at markere dens Omdrejning paa en inddelt Cirkelring, er man i Stand til at bestemme dens Bevægelse med en forbavsende Nøjagtighed. Sættes en saadan Skrue i Forbindelse med et Mikroskop, der tillader tilstrækkeligt skarpe Observationer, kan man med et saadant Apparat, et saakaldt Mikrometer, maale de allermindste Gjenstande, som det ubevæbnede Øje ikke engang kan opdage, f. Es. Støvkornene paa en Sommerfugls Vinger, Blodlegemerne o. s. v.
Vi forbigaa indtil videre en højst interessant Anvendelse af Skruen i Maskintekniken, den saakaldte Skrue uden Ende, og tage atter fat paa vor egentlige Opgave, Beskrivelsen af Skibsskruen og Møllevingerne.
Skibsskruen. Undersøge vi Principet for denne, finde vi, at det alene grunder sig paa, at Vandet gjør tilstrækkelig Modstand til at forholde sig som en ubevægelig Skruemoder til en Skrue, der hurtigt drejer sig om sin Axel. Skruen borer sig ind i Vandet, ligesom Proptrækkeren i Proppen, og bevæger sig altsaa fremad i Axelens Retning tilligemed Skibet, som er forenet med den.
De fleste af os have vist set det Stykke Legetøj, der er afbildet i hosstaaende Fig. 18, den saakaldte Luftskrue. Den bestaar af fire Vinger, der ere stillede noget skraat mod en Axel; enhver af Vingerne danner ved sin Heldning en Del af en Skrueflade; dette Apparat (a) sættes ned i den anden Del af Legetøjet, Apparatet b, som ved Hjælp af en omviklet Snor kan bringes til at rotere særdeles hurtigt; denne Omdrejningsbevægelse meddeler sig naturligvis til Axlen med Vingerne, der bliver skruet op tilvejrs og vedbliver at stige, saalænge dens Rotation er tilstrækkeligt hurtig til at dens Stigkraft kan overvinde Tyngden, hvorpaa den atter daler.
Paa samme Maade som Luftens Modstand virker paa Luftskruen, paa samme Maade virker Vandets Modstand paa Skibsskruen. Men da denne sidste Modstand er meget større, og det desuden er lettere at bringe et Legeme fremad i horisontal end i vertikal Retning, laa det jo nær at antage, at et Apparat som Luftskruen maatte kunne sætte et saa tungt Legeme som et Skib i Bevægelse, naar det blev anbragt saaledes, at det kom til at virke i dets Længderetning, og at det iøvrigt fik en Størrelse og en Omdrejningshastighed, der var tilstrækkelig stor. Det er ogsaa netop denne Tanke, der er virkeliggjort i Konstruktionen af Skibsskruen.
For at uudgaa Gjentagelser henvise vi her Læserne til Afsnittet i II Bind S. 245 ff., hvor Skruens Historie er fremstillet i sin Helhed, og vi gaa dernæst over til med nogle Ord at omtale Udviklingen og Fuldendelsen af selve Skruens Konstruktion.
Naar en Skibsskrue skal gjøre den størst mulige Virkning, maa den opfylde følgende væsentlige Betingelser: 1) maa den have en betydelig Diameter for at kunne paavirke en stor Vandmasse, hvis Modstand er saa stærk, at Skruen hellere vil bevæge sig fremad i den end skyde den til Side; 2) maa dens Skruegænger have en passende Stigning, saa at der ved hver Omdrejning opnaas en Fremdrivning, der er saa stor som mulig i Forhold til den Kraft, der er bleven anvendt; 3) maa den have en tilstrækkeligt stor Omdrejningshastighed.
Skruen paa det første større Skrueskib (»Arkimedes« 1838) havde en meget bred Skruegænge og omtrent den Form, der er afbildet i Fig. 19; dens Stigning (ab) var 8 Fod, dens Diameter (cd) 7 Fod. Ved en Tilfældighed blev Skruen forkortet: Skibet stødte nemlig paa Grund, og den ene Halvdel af Skruegængen blev afbrudt, saaat kun Stykket cdef blev tilbage, og det viste sig nu, at Skibet gik hurtigere end før.
Støttet paa denne Erfaring, konstruerede man nu Skruen saaledes, at den kom til at bestaa af to Skruegænger, af hvilke enhver kun optog en halv Omgang (Fig. 21—22). Erfaringen viste imidlertid snart, at ogsaa den dobbeltgængede Skrues Virkning forbedredes ved at formindske Gængernes Længde og forøge Diametren. Nøjagtige Forsøg og Iagttagelser syntes at godtgjøre, at ikke heller en halv Omgang var nødvendig eller blot fordelagtig. Man anvendte da i Stedet derfor fire Skrueblade, der hvert optog en Fjerdedelsomgang, og paa Skibet »Great Britain« fik Skruen den Form, der er angivet i Fig. 23: fire Vinger, der ere bøjede i samme Retning og fastgjorte i et fælleds Midtpunkt.
Virkningen af Vandet, der sættes i Bevægelse af Centrifugalkraften, kan tildels benyttes, naar man giver Skruebladene en Bøjning i den Retning, hvori de rotere, naar Skibet gaar fremad. For end yderligere at forøge Skruens Virkning, giver man den en tiltagende Stigning, hvorved der opnaas, at Bladenes sidste Dele komme til at virke fordelagtigere paa Vandet, der er sat i Bevægelse af de forreste Dele. Fig. 24 viser en firbladet Skrue af dette Slags, set forfra, hvor de yderste Dele af Bladene ere nittede til de meget stærke inderste. Herved vindes, at der, i Tilfælde af, at de mest udsatte Partier af Skruen, gaa i Stykker, lettere kan foretages en Udbedring end naar hele Skruen var støbt i et.
Vindmøllen. Vi skulle nu til at omtale en nær Slægtning af Skibsskruen: Vindmøllen med sine Vinger. Den, der kun flygtigt betragter disse to Gjenstande, vil vistnok snarere lægge Mærke til den tilsyneladende Modsætning end til den virkelige Overensstemmelse, der findes mellem de Principer, efter hvilke de begge virke. Skibsskruen befinder sig i Vandet, Møllens Vinger i Luften; Skibsskruen roterer i et stillestaaende Medium og bevægsr sig igjennem det; Møllens Vinger drives af det Medium, hvori de rotere og forandre ikke Plads; Skruen meddeler Bevægelse, Møllevingerne modtage Bevægelse. Disse Forhold ere Modsætninger til hinanden, og dog falde de begge ind under samme Lov.
Man har vistnok hist og her bygget Vindmøller, hvis Vinger vare konstruerede efter andre Principer end Skruens Blade, saaat de vel nærmest kunde sammenlignes med Skovlhjul, der dreves rundt ved at Vinden slog mod Skovlene, idet der da var sørget for, at den ene Halvdel af Hjulet var beskyttet mod Vindens Paavirkning. Vandmøllens Skovlhjul (Underfaldshjul) drives jo rundt paa en ganske tilsvarende Maade. Naar en Hjulbaad ligger for Anker i en stærk Strøm, vil Vandet slaa mod Skovlene og søge at dreje den; naar en Skruebaad lægges for Anker sammesteds, vil Strømmen ligeledes forsøge at dreje Skruen rundt[1] — det er paa denne Maade Vinden driver Møllens Vinger, thi, ligesom Skruebladene, ere de ikke andet end Dele af en Skruegænge, der ere anbragte omkring en Axel.
Naar et Vindstød træffer en Flade under en ret Vinkel, søger det at bringe Fladen til at følge med i samme Retning som det selv har; træffer det Fladen under en spids Vinkel, bliver en Del af Kraften uvirksom, og kun en Del, hvis Størrelse er afhængig af Vindretningens Vinkel med Fladen, kommer til at udøve en lodret Trykning paa denne Flade; er denne anbragt paa en Axel, vil Trykket stræbe efter at hidføre en omdrejende Bevægelse. Ved Hjælp af Loven om Kræfternes Parallelogram kan dette anskueliggjøres ved en simpel Konstruktion. Lad AB Fig. 25 forestille en Møllevinge, set ovenfra, som er fastgjort til Axlen DE, som vi antage ligger i Vindenes Retning, hvad der jo altid er Tilfældet, naar Møllen arbejder. Lad ca forestille Vindens Tryk mod Vingen. Denne Kraft kunne vi, i Henhold til den nysnævnte Lov, opløse i to, af hvilke den ene virker lodret paa Vingee, den anden derimod i Retning af dens Flade. Disse to Kræfter kunne som bekjendt udtrykkes ved Siderne da og cd i det Parallelogram, hvis Diagonal er ca. Kraften cd vil tydeligt nok ikke have nogen Indvirkning paa Møllevingen; Kraften da vil søge at dreje Vingen; dog vil heller ikke den komme til at virke med hele sin Styrke: konstruere vi nemlig Parallelogrammet agef, hvori ae = ad, vil af udtrykke den Del af Vindens Kraft (ca), der vil stræbe at dreje Møllevingen, ag derimod den Kraft, hvormed Vinden søger at forskyde Axelen i dens egen Retning.
Det er klart at Mølleværkets Kraftudvikling bliver saa meget desto større, jo større den Luftmasse er, der paavirker Vingerne og med jo større Hastighed den støder imod dem. Da det imidlertid er af Betydning dels for Møllen selv, dels for det Maskineri, den driver, at man kan regulere Kraftudviklingen, er der truffet saadanne Foranstaltninger, at man ved meget stærk Vind kan formindske og ved svag Vind forøge Vingernes Paavirkningsflade. Dette opnaas i Almindelighed ved at Vingens Flade forstørstedelen dækkes af et Sejl, der i paakommende Tilfælde kan rebes mere eller mindre, og altsaa frembyde mindre eller større Modstand mod Vinden. Det samme kan ogsaa opnaas vod at lade Vingerne være konstruerede som et Slags kolossale Persienner, hvis Tremmer kunne bringes til at frembyde Vinden en større eller mindre Flade.
Møllen maa kunne drejes saaledes, at Vingerne kunne stilles mod Vinden, ligegyldigt fra hvad Hold den saa blæser, da man ellers ikke opnaar den størst mulige Virkning af Vindens Kraft. For at opnaa dette vare de ældre Møller konstruerede saaledes, at hele Møllen kunde drejes om en Axel. Følgen heraf var ganske naturligt den, at hele Bygningen maatte gjøres saa let som mulig, og Møller af dette Slags ere derfor altid byggede af Træ. Først paa de saakaldte hollandske Vindmøller, der rimeligvis ikke har været kjendte længere end siden Midten af det 17de Aarhundrede, har man indført den Forbedring, at det kun er den øverste Del af Møllen, den saakaldte Hat, den der bærer Vingeaxlen, som behøver at drejes. Derved har man opnaaet at kunne gjøre selve Møllebygningen mere solid, saaat den bliver bedre i Stand til at modstaa saavel Paavirkningen af Vindens Stød som Rystningen, der skyldes Maskineriets Arbejden. Møllevingernes Antal er i Almindelighed fire, undertiden fem, sex, ja indtil tyve; den Fordel, der opnaas herved, staar dog ikke i noget ligefremt Forhold til Vingeantallet.
Vindmøllens Historie. Man maa vist kunne være berettiget til at antage, at Vindmøllen er en gammel Opfindelse, der rimeligvis er fremstaaet uafhængigt i forskjellige Egne, da det jo maatte ligge nær at benytte Vindens betydelige Kraft, ogsaa paa Landjorden. I Almindelighed antager man, at Vindmøllen er kommen til os fra Østerlandene, hvor Mangelen paa Vandet som bevægende Kraft specielt synes at maatte have henvist til Benyttelse af Vinden. I Orienten havde man Vindmøller allerede i det 9de Aarhundrede, og en arabisk Rejsende, Ibn Hankai omtaler, at de vare i almindelig Brug i Sedschestan paa det østlige Affald af det persiske Højland. Saa meget synes sikkert, at de gamle Romere til Trods for deres Forbindelser med Lilleasien, endnu ikke have kjendt til Vindmøller, og at denne Opfindelse ogsaa i Moderlandet først maa falde i en senere Tid. Der er opstillet den Formodning, at Vindmøller skulle være komne til Frankrig omtrent Aar 1040 med Korsfarerne; dette er imidlertid kun en Formodning, der troligvis er rigtig, men som dog ikke kan bevises. Vindmøller blive første Gang omtalte i Frankrig i et Diplom fra Aaret 1105 og maa altsaa have været kjendte før denne Tid. Fra Frankrig kom Opfindelsen til England, og her lade de ældste Spor sig føre tilbage til Aar 1143. I Aaret 1332 foreslog Bartolomeo Verdi Venetianerne at bygge en Vindmølle, og i Aaret 1393 synes den første at være bleven bygget i Spanien. De hollandske Vindmøller, som vi allerede have omtalt, skrive sig som sagt fra Midten af det 17de Aarhundrede.
Da Vindens Kraft er saa meget foranderlig, er Vindmøllens Anvendelighed, paa Videnskabens nuværende Standpunkt, væsentlig indskrænket til saadanne Arbejder, hvor Drivkraftens Ujevnhed ikke medfører særlige Ulemper. Vindmøllen anvendes i Industriens Tjeneste navnlig til Malning af Korn, Savning og Pumpning, men passe ikke for den større Industri. I VI. Bind ville vi faa Lejlighed til at omtale Møllens indre Bygning og Maskineri.
Fodnoter
redigérI den trykte bog er de enkelte fodnoter skrevet på samme side som de optræder i teksten, men da det ikke er muligt i den digitale udgave er de i stedet samlet herunder.
