Arkimedes skrúfan – einnig þekkt sem vatnsskrúfan, egypska skrúfan og vatnsaflsskrúfan – er vél sem notuð er til að lyfta og flytja vatn. Tæknin er venjulega með spíral í holu röri sem, þegar hún er snúið, færir vatn frá botni til efst á strokknum.

Þó að tæknin sé oft kennd við gríska stærðfræðinginn og uppfinningamanninn á 3. öld, Arkimedes frá Syracuse, það eru vísbendingar um að skrúfudælur hafi verið í notkun öldum áður, bæði í Egyptalandi og Assýríu. Reyndar hafa sumir fræðimenn þá kenningu að skrúfudælur hafi verið notaðar sem áveituverkfæri strax á 7. öld f.Kr.

Svo, hvernig virkar Arkimedes skrúfan nákvæmlega, hvenær var hún fundin upp og hvers vegna er hún kennd við Arkimedes?

Hvernig virkar Arkimedes skrúfan?

Vatnsdæla í Egyptalandi frá 1950 sem notar skrúfubúnað Arkimedesar

Myndinnihald: Zdravko Pečar, CC BY-SA 4.0 , í gegnum Wikimedia Commons

Arkimedes skrúfan er í rauninni holur hólkur sem inniheldur spíral eða helix sem vindur sér upp í strokkinn. Neðri endi rörsins er síðan settur í vatnshlot og rörinu er snúið. Þegar skrúfan snýst, ausar hún upp hluta af vatni. Frekari beygjur hækka vatnið í gegnum samfellda vasa á helix þar til það nær efst átúpunni.

Þannig gæti vatn frá lægri upptökum (t.d. ánni) auðveldlega verið lyft upp í aðra uppsprettu (svo sem áveituskurði sem rennur til landbúnaðarlanda).

Aðferðir við að snúa skrúfudælunni hafa verið mjög mismunandi í gegnum aldirnar. Í sumum siðmenningum væri skaftinu snúið með handavinnu. Í öðrum, með nautgripum eða vindmyllum. Að lokum voru mótorar notaðir til að knýja skrúfudælur.

Hver fann upp Arkimedesarskrúfuna?

Það eru vísbendingar um að Arkimedesarskrúfan hafi verið í notkun á helleníska tímabili fornegypskrar sögu, um það bil 3. öld f.Kr. Á þeim tíma var Arkimedes skrúfan notuð til að lyfta vatni upp úr Níl og virkaði sem áveitutæki. Sumir fræðimenn hafa hins vegar sett fram þá kenningu að fornar siðmenningar hafi verið með tæknina miklu fyrr en á 3. öld f.Kr.

Steypt af steinlíki af Sanheríb frá rætur Cudi Dağı, nálægt Cizre. Leikarahópurinn er sýndur í Landshut í Þýskalandi

Myndinnihald: Timo Roller, CC BY 3.0 , í gegnum Wikimedia Commons

Stefanie Dalley, verndarfræðingur, hefur til dæmis sett fram þá kenningu að vatnsskrúfur hafi verið í notkun í Ný-Assýríska heimsveldið á valdatíma Sanheríbs konungs (704-681 f.Kr.). Dalley vitnar í áletrun á fleygboga sem sönnunargögn og fagnar gripnum sem sönnun þess að Assýringar hafi verið að steypa skrúfudælur í bronsi um 7. öld f.Kr.

Dalley'skenningin er í samræmi við skrif forngríska sagnfræðingsins Strabos, sem skrifaði að Hanggarðarnir í Babýlon – hina óviðráðnustu af „7 undrum hins forna heims“ – hafi verið vökvaðir með skrúfum.

Garðarnir hafa aldrei verið vökvaðir. verið endanlega staðsett: Sumir segja að þeir hafi verið staðsettir í Babýlon en eyðilagðir á 1. öld e.Kr., á meðan aðrir halda að þeir hafi verið byggðir í Níníve undir stjórn Sanheríbs konungs. Svo enn sem komið er er engin endanleg leið til að vita nákvæmlega hvernig þau voru vökvuð – hvort sem það var með skrúfudælum eða ekki.

Hvers vegna er það almennt þekkt sem Arkimedesarskrúfan?

Arkimedes Hugsandi (einnig þekkt sem Portrait of a Scholar) eftir Domenico Fetti, 1620. Arkimedes er talinn mikilvægasti eðlisfræðingur fornaldar

Myndinneign: Domenico Fetti, Public domain, í gegnum Wikimedia Commons

Svo , ef Assýringar og Forn-Egyptar kunna að hafa verið með tæknina fyrir 3. öld f.Kr., hvers vegna er hún nefnd eftir 3. aldar grískum stærðfræðingi og uppfinningamanni, Arkimedes frá Syracuse?

Ein kenning heldur því fram að Arkimedes fann upp skrúfudæluna sjálfur, sjálfstætt. Sagan segir að Hieró konungur hafi látið Arkimedes finna upp verkfæri sem gæti fjarlægt vatn úr skipsskrokknum, sem varð til þess að Arkimedes bjó til skrúfudæluna.

Önnur kenning heldur því fram að Arkimedes hafi ferðast frá Grikklandi til Egyptalands um 234. BC, þar sem hann uppgötvaðitækni sem þar var þegar í notkun. Síðan fór hann að laga og bæta uppfinninguna að eigin breytum. Reyndar benda sönnunargögnin til þess að Arkimedes hafi aldrei fullyrt að uppfinningin væri hans eigin heldur hafi hún verið lögð á hann tveimur öldum síðar, af grískum sagnfræðingi frá 1. öld f.Kr., Diodorus.

Hvernig hefur Arkimedesskrúfan haft áhrif á samfélagið ?

Arkimedes skrúfan þjónaði sem mikilvæg hjálp við áveitu víðsvegar um hinn forna heim, venjulega sem leið til að lyfta vatni úr ám og vötnum í landbúnaðarlönd.

Enn í dag eru skrúfudælur notað í vatnshreinsistöðvum um allan heim til að flytja vatn og skólp. Tæknina er einnig að finna í sumum skemmtigarðsferðum og í súkkulaðigosbrunninum.

Ef vatni er beint ofan á Arkimedes skrúfu, frekar en botninn, neyðir það skrúfuna til að snúast. Þetta er síðan hægt að nýta sem raforkuframleiðslu. Vatnsdælur af þessu tagi eru í notkun á ánni Thames í Englandi, aflinu sem framleitt er af því er síðan leitt inn í Windsor-kastala.