Катапульты — метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета

РобоВики. Блог по образовательной робототехнике

Какие катапульты, они же метательные машины, древности ты знаешь? Могла ли катапульта стрелять стрелами? Когда изобрели арбалет? Каждому юному робототехнику, который хочет лучше понять устройство некоторых машин и механизмов, а также разработать творческий проект на основе метательной машины, будет полезно ознакомиться с краткой историей создания древних метательных машин.  Некоторые механизмы и физические принципы их функционирования широко применяются и в современной технике. Давайте начнем. В конце будет несколько вопросов.

Метательные машины получили широкое распространение в сухопутных армиях античных государств еще в IV веке до нашей эры. Их прототипами были обычная праща и лук.

Праща

Праща – древнейшее метательное орудие. Пращу изготавливали чаще всего из плетеной веревки или кожаного ремешка с расширением посередине, куда устанавливался камень – метательный снаряд. На одном конце ремешка делали петельку, которую цепляли за палец. Во время метания другой конец отпускался и праща разматывалась, выбрасывая снаряд в цель.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Праща из плетеной веревки с камнем в качестве снаряда

Широко известна история из Ветхого Завета о воине-великане Голиафе, представителе фелистимлянского войска, и будущем царе Иудеи Давиде. По легенде Давид сразил хорошо вооруженного Голиафа из пращи, попав ему камнем в лоб, и войско фелистимлян разбежалось.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Давид и Голиаф

Праща по сравнению с бросанием камня рукой давала возможность разогнать снаряд до большей скорости, а, следовательно, придать ему большую кинетическую энергию. Но точность метания из такого орудия была невысокой.

Лук

Лук – другое древнейшее метательное орудие. Так, в пещере Сибуду в Южно-Африканской Республике (ЮАР) археологи нашли каменные наконечники стрел возрастом около 60 000 лет!

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Рельеф на скале Абу-Симбел на берегу Нила. Фараон Рамсес II в битве при Кадеше. XIII век до н.э.
Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Работа вазописца Эпиктета. Скифский лучник. Около 520 г. до н. э.

Самый простой лук изготавливался из цельного куска дерева. Были и композитные луки, которые состояли из нескольких частей: более массивной центральной рукоятки и упругих левого и правого плеча, скрепленных вместе. Конструкция лука могла укрепляться, например, поверхностным плетением из жил животных, а в местах крепления тетивы могли быть костяные или металлические вставки.

Лук имеет два упругих на изгиб плеча (верхнее и нижнее плечо), которые после отпускания натянутой тетивы возвращают свою первоначальную форму за счет сил упругости. Чтобы запустить стрелу дальше, нужен лук с более толстыми и длинными упругими элементами. Но и сил для натягивания тетивы нужно будет потратить больше.

Логичным развитием всех последующих античных метательных машин стало использование в своей основе лука и пращи. Эти два ручных метательных орудия исчерпывают все физические принципы, применяемые позже в более сложных устройствах:

  1. использование потенциальной энергии деформированного упругого элемента (согнутого или скрученного);
  2. удлинение плеча метательного рычага для увеличения скорости тела, как в праще.

Гастрафет

Примерно с IV в. до н.э. в Древней Греции начали использовать гастрафет (в буквальном переводе – «брюшной лук»). Это ручное метательное орудие использовало механизм, напоминающий храповой, для завода тетивы и более мощные упругие плечи, по сравнению с луком. Чтобы зарядить гастрафет, нужно было упереть один конец в землю, а на другой надавить всей своей массой животом. Позднее у римлян и в Средние века такое орудие получило название арбалет, от латинского arcaballista —  «arcus» — дуга, «ballisto» — бросаю.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Заряжание гастрафета

Гастрафет стрелял тяжелыми и короткими стрелами. Стрелы для арбалета принято называть болтами.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Гастрафет

Оксибелес (станковые луки)

Греческий «оксибелес», или станковый лук – логичное развитие гастрафета по увеличению его пробивной силы и дальности стрельбы. Тяжелый механизм устанавливался на лафет – опорную раму для орудия. Заряжание такого орудия происходило при помощи ворота – барабана с рычагами, на который наматывался канат, натягивающий тетиву.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Древнегреческий оксибелес – стреломет, напоминающий гастрафет, но установливаемый на лафет

Древнегреческие эвтитоны и палинтоны. Древнеримские скорпионы и баллисты

Для того, чтобы метать еще дальше, изобрели торсион. Торсионные метательные машины использовали уже не энергию упруго согнутого тела, а упруго скрученных канатов, сделанных из конского волоса или животных жил. Но внешне такое устройство напоминало гастрафет – так же два плеча, только в виде рычагов, закрепленных одним концом в пучке из канатов.  

В Древней Греции метательные машины с торсионным механизмом для стрел получили название эвтитоны (греч. Euthytonon — стреломет), а для метания камней палинтоны (греч. Palintonon — камнемет).

Позже, в Древнем Риме, легкие эвтитоны, стреляющие стрелами, начали называть скорпионами. А камнеметы называли баллистами.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Палинтон– древнегреческий камнемет с торсионами. По-древнеримски — баллиста
Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Древнегреческий эвтитон (слева) и древнеримский скорпион (справа)

Многие под словом «катапульта» представляют средневековые осадные стенобитные орудия, метающие ядра. Изначально же катапультой в Древней Греции начали называть двухплечевые метательные машины, имеющие торсионный механизм. В некоторых источниках говорится, что изначально в Древней Греции под катапультой понимались только стрелометы (эвтитоны), хотя эвтитоны вместо стрел могли использовать и небольшие камни. Один из переводов слова «катапульта» (греч. καταπέλτης — «катапелтес») – производное от слов «вниз» и «бросать, швырнуть».

Искусство стрельбы из метательных машин (греч. «katapaltai») было описано еще примерно в 350 году до нашей эры античным греческим писателем Энеем Тактиком в трактате об осадном искусстве.

Позже, в Древнем Риме, катапультами собирательно начали называть все метательные машины — и баллисту, и скорпион, и онагр. Поэтому в исторических источниках получается путаница в точном названии тех или иных метательных машин.

Онагр

Онагр – следующий этап развития античных метательных машин. Он появился в древнеримской армии в III веке до нашей эры и исчез вместе с Римской империей.

В отличие от предыдущих торсионных метательных машин, онагр имел один рычаг и один торсион. Т.е. представлял собой одноплечий палинтон для метания камней и других тяжелых предметов.

Катапульта с ложкой, известная всем из голливудских фильмов – это упрощение конструкции онагра. На самом деле в онаграх на конце метательного рычага была праща, которая дополнительно ускоряла снаряд. Рычаг взводился в боевое положение с помощью ворота. На стопорной балке был валик – место удара рычага. При резкой остановке метательного рычага снаряд продолжал лететь по дуге и выходил из пращи в верхней точке, что придавало ему дополнительную кинетическую энергию.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Рисунок с изображением древнеримского онагра

Требушет (требюше)

Требушет (от французского Trébuchet — «весы с коромыслом») – древняя метательная машина для метания камней и других снарядов при помощи системы рычагов и пращи. Пожалуй, первым прообразом требушета была праща, привязанная к длинной палке и метаемая с руки. По древнегреческой классификации такие устройства можно было отнести к палинтонам.

В требушетах не было упругих элементов. В качестве источника энергии была или мышечная сила, когда нужно было тянуть рычаг с помощью каната, или потенциальная энергия поднятого груза. Чем выше и тяжелее был противовес, тем мощнее была метательная машина.

По историческим источникам первые конструкции, напоминающие требушет, были использованы в Древнем Китае примерно в V веке до нашей эры. В Европе требушеты использовались во времена крестовых походов и при осаде городов в междоусобных войнах. На Руси подобные м етательные машины назывались пороками.

Первые требушеты были ручными – человек или несколько человек тянули за канаты, привязанные к короткому рычагу.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Византийский ручной осадный камнемёт (требушет)

У гравитационных требушетов имелся подвешенный к короткому рычагу груз. Груз мог быть неподвижным или качающимся. К концу метательного рычага привязывалась праща. Масса груза могла достигать 8 тонн, а снарядов – до 400 килограмм. Для метания использовались снаряды как правило из камня, круглой формы и одинаковой массы, чтобы сделать стрельбу более точной.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Михель Ротвилер. Тяжёлый гравитационный осадный требушет. 1459

До наших дней не дошло ни одного требушета. А все современные реконструкции выполнены по картинам и достаточно туманным описаниям древних летописцев, как правило не имевших отношения к технике.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Реконструкция требушета около замка де Бо во Франции
Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Современная реконструкция требушета «Middelaldercentret»

Катапульты и механизмы из античных метательных машин в современной технике

Как мы уже писали, термином «катапульты» в Древнем Риме в письменных источниках стали собирательно называть широкий спектр метательных устройств, которые применяли, в основном, в военных целях. Но и сейчас катапульты широко используются военными. Ведь не обязательно метать камни или стрелы.

Так, стартовые катапульты начали широко применяться на авианосцах еще в первой половине 20 века для разгона до полетной скорости палубных самолетов. Такие работы вели все промышленно развитые державы. В СССР в 30-е годы также проводились опытные работы по запуску гидросамолетов с коротких разгонных площадок. Вот только сесть самолет обратно на такой корабль уже не мог.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Взлёт корабельного разведывательного гидросамолёта КР-1 при помощи пневматической катапульты с борта советского линкора «Парижская коммуна». 1930—1933 гг.
Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Взлет американского гидросамолета с помощью катапульты с палубы авианосца

Посмотрим на современное исполнение стартовой катапульты — стойка шасси самолета цепляется за крюк, который разгоняется с помощью троса и паровой машины. На этом фото видно, как за истребителем тянется паровой шлейф.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Взлет американского истребителя с помощью паровой катапульты

С помощью стартовых катапульт запускаются небольшие разведывательные беспилотники. Для их взлета не нужна специальная взлетная полоса, а садятся они, как правило, по парашютному.

На этом фото приведен пример подготовки к запуску БПЛА «Орлан-10». Как видно, беспилотник стартует с направляющего рельса с помощью эластичного каната (резинкой это не назовешь).

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Запуск БПЛА Орлан-10

Концерн Калашников выпускает беспилотники, которые можно запускать и без направляющей – как из рогатки. Например, таким образом катапультируется прямо с рук военного модель БПЛА Zala.  

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Запуск БПЛА ZALA

Такой упругий элемент, как торсион, который начал использоваться еще в Древней Греции в эвтитонах, палинтонах и онаграх, с 20 века широко применяется в устройствах некоторых машин. Например, в подвеске танков.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Торсион танка — длинный и упругий на скручивание стальной стержень

Торсионы используются даже в подвесках легковых автомобилей. Вот пример такой конструкции.

Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Торсионная подвеска автомобиля

Вопросы

1. Какие метательные машины изначально начали называться в Древней Греции катапультами:

  1. гастрафеты
  2. оксибелесы
  3. эвтитоны
  4. палинтоны

2. Конструкцию какой метательной машины заимствует средневековый арбалет:

  1. гастрафеты
  2. оксибелесы
  3. эвтитоны
  4. палинтоны

3. Какие из метательных машин использовали торсион в качестве упругого элемента:

  1. гастрафет
  2. оксибелес
  3. эвтитон
  4. палинтон
  5. онагр
  6. требушет

4. Рассмотри фотографию с катапультой, которая была собрана с помощью набора Lego EV3. У какой древней метательной машины больше схожих черт с данным устройством?

  1. гастрафет
  2. оксибелес
  3. эвтитон
  4. палинтон
  5. онагр
  6. требушет
Катапульты - метательные машины древности: от пращи и лука до гастрафета, арбалета, анагра и требушета
Метательная машина из образовательного конструктора Lego EV3

Литература

  1. А. Зорич. Устройство и классификация метательных машин
  2. А. Зорич. Скорпион
  3. А. Зорич. Онагр
  4. Д. Уваров. Требюше, или гравитационные метательные машины
  5. Другие открытые источники
Оцените статью
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
РобоВики

Прокомментировать