Arkhimedeen ruuvi, joka tunnetaan myös nimillä vesiruuvi, egyptiläinen ruuvi ja hydrodynaaminen ruuvi, on kone, jota käytetään veden nostamiseen ja kuljettamiseen. Tekniikkaan kuuluu tyypillisesti onttoon putkeen sijoitettu kierre, joka pyöriessään siirtää vettä positiivisesti sylinterin pohjasta yläosaan.

Vaikka tekniikka liitetään usein 3. vuosisadan kreikkalaisen matemaatikon ja keksijän Arkhimedes Syrakusalaisen ansioksi, on todisteita siitä, että ruuvipumput olivat käytössä jo vuosisatoja aikaisemmin sekä Egyptissä että Assyriassa. Jotkut tutkijat ovat jopa esittäneet, että ruuvipumppuja käytettiin kastelujärjestelmissä jo 7. vuosisadalla eaa.

Miten Arkhimedeen ruuvi tarkalleen ottaen toimii, milloin se keksittiin ja miksi se on Arkhimedeen ansiota?

Miten Arkhimedeen ruuvi toimii?

Arkhimedeen ruuvimekanismia käyttävä vesipumppu Egyptissä 1950-luvulta.

Kuva: Zdravko Pečar, CC BY-SA 4.0 , Wikimedia Commonsin kautta.

Arkhimedeen ruuvi on pohjimmiltaan ontto putki, jossa on spiraali tai kierre, joka kiemurtelee sylinterissä ylöspäin. Putken alapää asetetaan sitten vesialtaaseen, ja putkea pyöritetään. Kun ruuvi pyörii, se kerää osan vedestä. Seuraavat kierrokset nostavat vettä kierteen peräkkäisten taskujen läpi, kunnes se saavuttaa putken yläosan.

Tällä tavoin alemmasta lähteestä (esimerkiksi joesta) tuleva vesi voitaisiin helposti nostaa toiseen lähteeseen (esimerkiksi viljelysmaille johtavaan kastelukosteikkoon).

Ruuvipumpun pyörittämistavat ovat vaihdelleet suuresti vuosisatojen kuluessa. Joissakin sivilisaatioissa akselia pyöritettiin käsityönä, toisissa karjan tai tuulimyllyjen avulla. Lopulta ruuvipumppujen voimanlähteenä käytettiin moottoreita.

Kuka keksi Arkhimedeen ruuvin?

On todisteita siitä, että Arkhimedeen ruuvi oli käytössä muinaisen Egyptin historian hellenistisellä kaudella, noin 3. vuosisadalla eaa. Tuolloin Arkhimedeen ruuvia käytettiin veden nostamiseen Niilistä, ja se toimi kasteluvälineenä. Jotkut tutkijat ovat kuitenkin esittäneet teorian, jonka mukaan muinaisilla sivilisaatioilla oli käytössään tekniikka paljon aikaisemmin kuin 3. vuosisadalla eaa.

Cizren lähellä sijaitsevan Cudi Dağın juurelta peräisin olevan Sennaheribin kallioreliefin valukappale. Valukappale on esillä Landshutissa, Saksassa.

Kuva: Timo Roller, CC BY 3.0 , Wikimedia Commonsin kautta.

Assyriologi Stephanie Dalley on esimerkiksi esittänyt teorian, jonka mukaan vesiruuvit olivat käytössä uusassyrialaisessa valtakunnassa kuningas Sennakeribin (704-681 eaa.) aikana. Dalley mainitsee todisteena kiilakirjoituskirjoituksen, jonka mukaan esine todistaa, että assyrialaiset valoivat ruuvipumppuja pronssista noin 7. vuosisadalla eaa.

Dalleyn teoria vastaa antiikin kreikkalaisen historioitsijan Strabon kirjoituksia, joiden mukaan Babylonin riippuvia puutarhoja - muinaisen maailman seitsemästä ihmeestä kaikkein vaikeimmin saavutettavaa - oli kasteltu ruuveilla.

Puutarhojen sijaintia ei ole koskaan määritetty lopullisesti: joidenkin teorioiden mukaan ne sijaitsivat Babyloniassa, mutta ne tuhoutuivat 1. vuosisadalla jKr., kun taas toiset väittävät, että ne on rakennettu Niniveen kuningas Sennaheribin aikana. Toistaiseksi ei siis ole varmaa tietoa siitä, miten niitä tarkalleen ottaen kasteltiin - ruuvipumpuilla vai ei.

Miksi se tunnetaan yleisesti Arkhimedeen ruuvina?

Domenico Fetti, 1620, Arkhimedeen ajatuksia (tunnetaan myös nimellä Portrait of a Scholar). Arkhimedeen katsotaan olleen antiikin merkittävin fyysikko.

Image Credit: Domenico Fetti, Public domain, Wikimedia Commonsin kautta.

Jos assyrialaisilla ja muinaisilla egyptiläisillä saattoi olla hallussaan tekniikka jo ennen 3. vuosisataa eKr., miksi se on nimetty 3. vuosisadan kreikkalaisen matemaatikon ja keksijän, Syrakusan Arkhimedeksen, mukaan?

Erään teorian mukaan Arkhimedes keksi ruuvipumpun itsenäisesti. Tarinan mukaan kuningas Hiero antoi Arkhimedekselle tehtäväksi keksiä työkalun, jolla vesi saatiin poistettua laivan rungosta, mikä sai Arkhimedeksen kehittämään ruuvipumpun.

Toisen teorian mukaan Arkhimedes matkusti Kreikasta Egyptiin noin vuonna 234 eaa., jossa hän löysi siellä jo käytössä olleen tekniikan. Sitten hän ryhtyi virittämään ja parantamaan keksintöä omien parametriensa mukaan. Todisteet viittaavat siihen, että Arkhimedes ei koskaan vaatinut keksintöä omakseen, vaan se uskottiin hänelle kaksi vuosisataa myöhemmin 1. vuosisadalla eaa. kreikkalaisenhistorioitsija Diodoros.

Miten Arkhimedeen ruuvi on vaikuttanut yhteiskuntaan?

Arkhimedeen ruuvi oli tärkeä apuväline kasteluun kaikkialla antiikin maailmassa, ja sen avulla nostettiin yleensä vettä joista ja järvistä viljelysmaille.

Ruuvipumppuja käytetään vielä nykyäänkin vedenpuhdistuslaitoksissa ympäri maailmaa veden ja jäteveden siirtämiseen. Tekniikkaa löytyy myös joistakin huvipuistojen laitteista ja suklaalähteistä.

Jos vesi ohjataan Arkhimedeen ruuvin yläosaan eikä alaosaan, se pakottaa ruuvin pyörimään. Tätä voidaan hyödyntää sähköntuotannossa. Tällaisia vesivoimaa tuottavia pumppuja käytetään Englannissa Thames-joella, ja niiden tuottama sähkö syötetään Windsorin linnaan.