הקדמה

המכשיר הרביעי להעלאת מים היא משאבה המבוססת על ארכובה במסילה (slider crank). הסבר יותר מפורט על מה זה ארכובה, על ההיסטוריה שלה ולמה זה מעניין בהמשך. מאחר והשרטוט של אל-ג'אזרי למטה קשה להבנה, אביא את השרטוט המתוקן של Donald R. Hill אשר תירגם וביאר את הספר. זו הזדמנות טובה לכתוב כמה מילים על היל, אדם רב זכויות בהבאה של הספר לציבור ובהבנה של אל-ג'זארי וחשיבותו. זו גם חגיגה קטנה עבורי. משאבת הארכובה סוגרת את השער החמישי בו יש חמש משאבות והוא השער הראשון מתוך הספר שאני מסיים (היפ-היפ- הורי!). מאחר ואהובתי מ. היא נכדתו של גדליה נאמן, האיש שעל מצבתו חקוק: "אהב את העבודה והמלאכה וייצור משאבות מים בארץ ישראל". נראה לי כמעט "משפחתי" לסיים ראשונה את פרק המשאבות.

מכונה להעלאת מים מבריכה, עותק מספריית צ'סטר ביטי בדבלין, ככל הנראה מן המאה ה-15, אירן או עירק.

דונלד רוטלדג' היל (1922 – 1994)

היל שירת בצבא הבריטי ביחידת הנדסה במלחמת העולם השנייה. לאחר שנפצע הוא השלים את לימודי הנדסה באוניברסיטת לונדון ובשנת 1949 קיבל תואר מהנדס. זה יתגלה בהמשך כיתרון יוצא דופן דוקא בעבודתו כהיסטוריון של הטכנולוגיה. בהמשך עבד במספר חברות פטרוכימיות בעיראק, לבנון, וסוריה. להיל היה כישרון לשפות. כשעבר למזרח התיכון כבר שלט בצרפתית, גרמנית, ספרדית ואיטלקית והמעבר אפשר לו להוסיף ערבית מדוברת והתמחות בערבית ספרותית. ב-1964 הוא השלים תואר שני בהיסטוריה של האיסלם וב-1970 את הדוקטורט. הוא חיבר בין הידע הנדסי שלו לבין שליטה בערבית ואורינטליזם במיטבו, חקר של של התרבות הערבית לעומקה ולא כתפיסה רומנטית או כניגוד למערב. תרומתו המרכזית היא תרגומים, ראשית ספר הידע של התקנים מכאניים גאוניים של אל- ג'אזרי, בו אנו עוסקים. בנוסף הוא תרגם את ה"באנו מוסה" שהוזכר פה יותר מפעם אחת, את "על הבניה של שעוני מים" שמיוחס לארכימדס ועוד. התרומה שלו חורגת מתרגום, וכוללת ביאורים, שרטוטים והרחבות. היל כתב מספר ספרים על ההיסטוריה של ההנדסה והטכנולוגיה. מפעלותיו כמתרגם ועבודתו כהיסטוריון מסייעים להשיב את הטכנולוגיה של תור הזהב של האיסלם למקומה הראוי.

איך זה עובד?

ההסבר ההנדסי, ייצבע בכחול כמו תמיד, כך שמי שלא מתעניין בארכובות (אתם רציניים? בלי ארכובות לא היו קטרים או מכוניות! ) או בגלגלי שיניים יוכל לדלג .בחדר העליון (ראו בשרטוט למעלה) נמצא שור המסובב את המערכת. למי שמתבלבל אחרי הפרה המדומה הפעם זה בע"ח אמיתי לגמרי ובלעדיו המכונה לא עובדת.  החלק של גלגלי השיניים והמרת התנועה המעגלית לתנועה קווית קשה להבנה (לי ולאחרים) ונראה כאילו אל- ג'אזרי טעה בשרטוט. אני מביא למטה את השרטוט של היל בצד השרטוט המקורי של אל-ג'זארי והוספתי כתוביות:

שרטוט של היל של משאבת הארכובה לצד השרטוט המקורי של אל-ג'זארי.

השור בחדר העליון מסובב את גלגל השינים האופקי, שמצידו מסובב גלגל שינים אנכי, ממש כמו בסאקיה הקלאסית שכבר הוסברה כאן. השוני הוא שלגלגל השיניים האנכי מחובר מוט ארכובה הנמצא בתוך מסילה (slider) פגשנו את המנגנון הזה כבר במשאבה המופעלת בכוח גלגל המים הוא ממיר תנועה סיבובית לתנועה קווית ולהפך. זה אנימציה של המשאבה ובה רואים היטב את התנועה של הארכובה במסילה:

אנימציה שהכין https://www.youtube.com/user/aannaque ,Abdeslam Aannaque   

קל לראות שכאשר הגלגל מסתובב מוט הארכובה נע במסילה ומאחר שכף השאיבה מעוגנת בציר היא תעלה מים למעלה ותרוקן אותם בהמשך המחזור. בשרטוט של אל-ג'זארי (בניגוד לטקסט שהוא בהיר למדי)  זה נראה כאילו גלגל השינים האנכי הוא ב90⁰ ומוט הארכובה נמצא בזוית מוזרה ביחס למסילה. השרטוט של היל מתקן ומסביר היטב איך זה עובד.

גל אַרְכֻּבָּה (crankshaft) הוא צרוף של מספר ארכובות. המונח "ארכובה" הוא מילה נרדפת ל"ברך", מנוע הוא ממנגנון שהופכת תנועה קווית של בוכנות לתנועה סיבובית. מנוע מודרני מכיל מספר בוכנות. ותנועת הארכובות הרצופה מייצרת תנועה של גל ומכאן השם "גל ארכובה":

חלקים העיקריים של מנוע ארבע בוכנות: גל ארכובה(אדום), בוכנות (אפור), צילינדרים (כחול) וגלגל תנופה (שחור)

האם אל-ג'זארי המציא את גל הארכובה?

באתרים רבים ברשת מופיע גל הארכובה כהמצאה של אל-ג'זארי למשל כאן:

"ב- 1206 אל-ג'זארי המציא גל ארכובה מוקדם, בו שולב מנגנון גל ארכובה במשאבת שתי בוכנות [כתבתי על משאבה זו כאן]. בדומה לגל הארכובה המודרני, כלל המנגנון של אל-ג'זארי גלגל המניע מספר טלטלים (connecting rods) וממיר את התנועה המעגלית לתנועה קווית של הבוכנות. גל הארכובה של אל-ג'זארי ממיר את התנועה המעגלית הרציפה לתנועה המחזורית של הבוכנות והוא רכיב מרכזי של מכונות כגון מנוע קיטור, מנוע הבעירה הפנימית, ופקדים אוטומטיים"

לפני שארחיב מעט על התפתחות גל הארכובה, חשוב לי להגיד שהתפיסה של ממציא אינדיודואלי היא, ברוב המקרים, רומנטיזציה מופרזת. זה מופרז גם כשיש לנו ממציא מובהק ועל אחת כמה וכמה עבור טכנולוגיות מימי הבינים או לפני.  ניקח לדוגמא את ג'יימס ואט שהמציא את מנוע הקיטור ב-1769 וגם רשם עליו פטנט. בסיפרי ילדים מספרים שהרעיון עלה במוחו בזמן שהוא התבונן בקומקום תה המעלה אדי קיטור. זה פשוט לא נכון. ואט המציא את מנוע הקיטור שלו בזמן שתיקן את מנוע הקיטור של ניוקומן (Newcomen) עבור האוניברסיטה של גלזגו. מנוע זה הומצא ב-1712 ונחשב להצלחה גדולה. יותר ממאה מנועים כאלו הותקנו במשאבות מים במכרות באנגליה ובויילס. גם המנוע של ניוקומן אינו מנוע הקיטור הראשון ויש לו מבשרים במאות ה17 וה-16. שלא תבינו אותי לא נכון, ג'ימס ואט ראוי לתהילתו, השיפורים שלו (מְעַבֶּה (condenser) קיטור נפרד ובהמשך מנוע פעולה כפולה) היו משמעותיים ביותר והמהפכה התעשיתית, לטוב ולרע, היא תולדה של השיפורים שואט הכניס במנוע הקיטור. את הנורה החשמלית המציא אדיסון ואת המטוס המציאו האחים רייט אבל סיפורם אינו שונה מאד מסיפורו של ואט. בלי לפגוע בזכויותיהם הרבות, המצאותיהם, כמו גם מנוע הקיטור של ואט, הן חוליה בשרשרת ארוכה.

ארכובות ידניות הופיעו בסין בתקופת שושלת האן (בין המאה השנייה לפנה"ס למאה השנייה לספירה) ואנו מוצאים מודלים מחרס בקברים מן התקופה, אבל הפוטנציאל של העברת תנועה מעגלית לתנועה חוזרת אנכית או אופקית לא מומש במלואו בסין. יש גרסאות חלקיות או ידניות של ארכובות באירופה ובמזרח התיכון. למשל זוהי תמונה של ארכובת ברזל הרומית לתכלית לא ידועה מן המאה השנייה לספירה:

ארכובה רומית מחפירות אוגוסטה ראוריקה,שוויץ מתוארכת למאה ה-2 לספירה.

הארכובה מופיע בספרם של הבאנו מוסא מן המאה התשיעית, שאל-ג'זארי הכיר וציטט. עם זאת בגרסתם הארכובה עושה רק סיבוב חלקי שלא מאפשר לה להעביר כוח משמעותי.  אל-ג'זארי לא כותב, כפי שעשה במזרקות למשל, שהוא התבונן בתכנון של הבאנו מוסא והחליט שהוא דורש שיפור ולא מתייחס לראשוניות של התכנון שלו. נפלא בעיני שמנוע הקיטור, שש מאות שנה אחר כך פועל (מבחינת גל הארכובה) באופן זהה לחלוטין!

מנוע קיטור, ויקיפדיה