چرخاب دولاب ناعور ناعوره ساقیه واتر ویل اسکوپ ویل پرشن ویل

چرخاب‌ (به انگلیسی: water wheel, scoop wheel ) ، وسیله‌ای‌ برای‌ آب‌کِشی‌ از آبِ جاری‌ یا چاهِ آب‌. این‌ وسیله‌ با جریان‌ آب‌ یا نیروی‌ حیوان‌ یا انسان‌ می‌چرخد و آب‌ را تا ارتفاع‌ موردنظر بالا می‌برد. به‌ آن‌ دولاب‌، چرخ‌ دولاب‌، چرخ‌ دلو، دولابه‌ ( برهان‌ قاطع‌؛ نفیسی‌؛ دهخدا، ذیل‌ همین‌ واژه‌ها)، چرخ‌ دول‌ (دهخدا، ذیل‌ «منجنون‌») و در عربی‌ ناعوره، ساقیه، دالِیه و مَنْجَنون‌ هم‌ گفته‌اند (رجوع کنید به خوارزمی‌، ص‌ 71؛ ابن‌منظور، ذیل‌ «نعر»، «سقی‌»، «دلا»، «منجنون‌»).

چرخابِ آبْگَرْد شامل‌ چرخی‌ پره‌دار و چوبی‌ بود که‌ به‌صورت‌ عمودی‌ در مسیر رودخانه‌ یا نهر نصب‌ می‌شد و بر اثر برخورد آب‌ به‌ پره‌هایش‌، به‌ گردش‌ در می‌آمد. دورِ چرخاب‌ دلوهایی‌ بسته‌ می‌شد که‌ با گردش‌ چرخاب‌ در آب‌ فرومی‌رفتند و از آب‌ پُر می‌شدند و در ادامه گردش‌، هنگامی‌ که‌ به‌ قسمت‌ بالایی‌ مسیر گردش‌ چرخاب‌ می‌رسیدند، آبِ خود را درون‌ آبراهه‌ای‌ تخلیه‌ می‌کردند. به‌جای‌ دلو، گاهی‌ با تخته‌، محفظه‌هایی‌ بین‌ دو وجه‌ چرخ‌ ایجاد می‌کردند که‌ کار آب‌گیری‌ از رودخانه‌ و تخلیه‌ در آبراهه‌ با این‌ محفظه‌ها انجام‌ می‌شد (دوما، ج‌ 1، ص 140 ـ 141؛ " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، ج‌ 3، ص‌ 774ـ775).

اگر برای‌ گرداندن‌ چرخاب‌ از نیروی‌ حیوان‌ یا انسان‌ به‌جای‌ قوه آب‌ استفاده‌ می‌شد، در یک‌ وجه‌ چرخ‌ میله‌هایی‌ تعبیه‌ می‌شد که‌ آن‌ را به‌صورت‌ یک‌ چرخ‌ دنده میخی‌ درمی‌آورد. این‌ میخها با میله‌های‌ یک‌ چرخ‌ افقی‌ ــ که‌ به‌صورت‌ چرخ‌دنده میله‌دار عمل‌ می‌کرد ــ درگیر می‌شدند و هنگامی ‌که‌ این‌ چرخ‌ افقی‌ را دسته‌ای‌ با نیروی‌ حیوان‌ یا انسان‌ به‌ گردش‌ درمی‌آورد، چرخِ عمودی دَلْودار نیز می‌گردید و کارِ آب‌کشی‌ را انجام‌ می‌داد. برای‌ آنکه‌ چرخ‌ عمودی‌ فقط‌ در یک‌ جهت‌ بچرخد ضامنی‌ به‌کار می‌رفت‌ تا در صورتی‌ که‌ به‌ هر علت‌ دسته‌ رها شود مانع‌ گردش‌ این‌ چرخ‌ در جهت‌ دیگر شود. عملکردِ این‌ چرخاب‌، ساده‌ ولی‌ ساخت‌ آن‌ کاملاً پیچیده‌ و شامل‌ بیش‌ از دویست‌ قطعه‌ بود ( " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، ج‌ 3، ص‌ 771ـ774).

در بعضی‌ منابع‌، ظاهراً به‌ پیروی‌ از آنچه‌ در سوریه‌ متداول‌ بوده‌ است‌، چرخابِ آبْگَرْد را ناعوره‌ و چرخابی‌ را که‌ با نیروی‌ حیوان‌ می‌گردید، ساقیه نامیده‌اند (رجوع کنید به همان‌، ج‌ 3، ص‌ 771ـ776؛ حسن‌ و هیل، ص‌ 38؛ د. اسلام‌ ، چاپ‌ دوم‌، ذیل‌ "Nā ūra").

در نوعی‌ از چرخاب‌ به‌جای‌ دلو از محفظه‌های‌ توخالی بشکه‌ مانند استفاده‌ می‌شد. بشکه‌ها حول‌ چرخ‌ انحنا داشتند و در واقع‌ بدنه چرخ‌ را تشکیل‌ می‌دادند. این‌ بشکه‌ها گنجایش‌ زیادی‌ داشتند ولی‌ آب‌ را تا ارتفاعِ کمی‌ بالا می‌بردند. این‌ نوع‌ چرخاب‌، که‌ آن‌ را حیوان‌ یا انسان‌ می‌چرخاند و در مینیاتوری‌ از بغداد متعلق‌ به‌ قرن‌ ششم‌ نیز تصویر شده‌، در منابع‌ غربی‌ چرخ‌ ملاقه‌دار حلزونی‌ نامیده‌ شده‌ است‌ (رجوع کنید به دوما، ج‌ 1، تصویر ص‌ 425؛" دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، ج‌ 3، ص‌ 774).

در نوع‌ دیگری‌ از چرخاب‌، چرخِ گردنده‌ که‌ استوانه‌ای‌ شکل‌ بود، با منبع‌ آب‌ تماس‌ نداشت‌ بلکه‌ بالای‌ آن‌ نصب‌ می‌شد. جَزَری‌ (ص‌ 448) آن‌ را دولاباً سِندیاً (چرخ‌ سِنْدی‌) نامیده‌ است‌. احتمالاً منشأ طراحی‌ چرخ‌ سندی‌ در سرزمین‌ سند در شمال‌غربی‌ هند بوده‌ است‌ (همان‌، ترجمه فارسی‌، توضیحات‌ هیل‌، ص‌ 577). فیلون‌ در حدود 210 ق‌ م‌ این‌ نوع‌ چرخ‌ را وصف‌ کرده‌ است‌ (رجوع کنید به همان‌، ص‌ 595). روی‌ این‌ چرخ‌ دو رشته‌ طناب‌ افکنده‌ می‌شد که‌ هریک‌ به‌ صورت‌ حلقه‌ای‌ بسته‌ تا درونِ آب‌ آویزان‌ بود. بین‌ دو رشته‌، کوزه‌هایی‌ وصل‌ می‌شد. وقتی‌ چرخ‌ دَوَران‌ می‌کرد، رشته‌ طنابها نیز همراهِ کوزه‌ها می‌گردیدند و کوزه‌ها، به‌ توالی‌، آب‌گیری‌ و تخلیه‌ را انجام‌ می‌دادند (رجوع کنید به محبّی‌، ص‌ 151، به‌ نقل‌ از لاوفر ).

نوعی‌ دیگر از چرخهای‌ آب‌کِشی‌، که‌ عموماً برای‌ تخلیه آب‌ معادن‌ از آنها استفاده‌ می‌شد، طبلکِ آب‌کشی‌ بود (رجوع کنید به داوسون‌، ص‌ 59ـ60؛ "دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌"، ج‌ 3، ص‌ 769ـ771). این‌ چرخ‌ شامل‌ طبلک‌ محفظه‌بندی‌ شده‌ای‌ بود که‌ عمودی‌ در آب‌ قرار می‌گرفت‌ و با پا می‌چرخید و محفظه‌ها آب‌گیری‌ و تخلیه آب‌ را انجام‌ می‌دادند. ابداع‌ طبلک‌ آب‌کشی‌ به‌ مصریها در نیمه اول‌ سده سوم‌ پیش‌ از میلاد نسبت‌ داده‌ شده‌ است‌. ویتروویوس‌ (متخصص‌ هنر و تاریخ‌ معماری‌ در اوایل‌ قرن‌ اول‌ پیش‌ از میلاد تا اوایل‌ قرن‌ اول‌ میلادی‌) هم‌ در نوشته‌های‌ خود به‌ آن‌ اشاره‌ کرده‌ است‌ (داوسون‌؛ " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، همانجاها).

پیچ‌ ارشمیدس‌، که‌ احتمالاً اختراعِ ارشمیدس‌ (حدود 287ـ212 ق‌ م‌) است‌، از دیگر وسایل‌ آبیاری‌ بوده‌ است‌، شاملِ تیغه حلزونی‌ درازی‌ از چوب‌ یا فلز که‌ درون‌ یک‌ پوسته استوانه‌ای‌ چوبی‌ یا فلزی‌ قرار داشته‌ و با دسته‌ای‌ می‌چرخیده‌ است‌. یک‌ انتهای‌ پیچ‌، درون‌ آب‌ و انتهای‌ دسته‌دارِ آن‌ بیرون‌ قرار گرفته‌، به‌گونه‌ای‌ که‌ پیچ‌ به‌ حالت‌ شیب‌دار درمی‌آمده‌ و با چرخیدن‌ تیغه حلزونی‌، آب‌ بالا می‌آمده‌ است‌ ( " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، ج‌ 3، ص‌ 771؛ داوسون‌، ص‌ 51). تقی‌الدین‌ راصد (ص‌ 32ـ34) طرح‌ تلمبه‌ای‌ حلزونی‌، شامل‌ پیچ‌ ارشمیدس‌، را ارائه‌ داده‌ که‌ با پروانه‌ می‌گردیده‌ است‌. پیچ‌ ارشمیدس‌ در زمینهای‌ پست‌ به‌کار می‌رفت‌ و برای‌ بالا آوردن‌ مواد سبک‌، مثل‌ حبوبات‌ و شن‌ و ماسه‌، نیز مناسب‌ بود (ابن‌ساعاتی‌، مقدمه دهمان‌، ص‌ 55).

سازوکارِ اصلی‌ چرخاب‌ آب‌گرد را چرخ‌ پره‌دار یا پروانه‌ای‌ تشکیل‌ می‌داد که‌ با برخورد جریان‌ آب‌ به‌ پره‌هایش‌ می‌گردید. پروانه‌، عمودی‌ یا افقی‌ نصب‌ می‌شد.

جَزَری‌ *سه‌ نوع‌ پروانه‌ معرفی‌ کرده‌ است‌. یک‌ نوع‌، که‌ از آن‌ بیشتر استفاده‌ کرده‌، چرخ‌ کفه‌دار یا دولاب‌ ذوکفّات‌ است‌ که‌ عموماً روگرد بوده‌ و پره‌هایی‌ شبیه‌ کفه‌های‌ ملاقه‌ داشته‌ است‌ (مثلاً ص‌ 50 ـ 51، 57، 245ـ 255، 450، 452). در پروانه عمودی‌ روگرد آب‌ جاری‌ از بالای‌ چرخ‌ روی‌ پره‌هایش‌ می‌ریخت‌ و باعث‌ گردش‌ آن‌ می‌شد. نوع‌ دیگر، چرخ‌ پره‌دارِ روگردِ افقی‌ به‌ نام‌ دولاب‌ ذوریشات‌ یا دولاب‌ ذوفَرَجات‌ بوده‌ که‌ از ورقه نازک‌ مسی‌ ساخته‌ می‌شده‌ و جزری‌ آن‌ را مانند چرخ‌ آسیاب‌ یا سُرْن‌ الرَّحی‌ دانسته‌ است‌ (ص‌ 229ـ233، 458). خوارزمی‌ (ص‌ 254) نیز سرن‌الرّحی‌ را به‌ معنای‌ پروانه‌ای‌ که‌ با ریزش‌ آب‌ می‌چرخد آورده‌ است‌. وی‌ پره‌های‌ این‌ پروانه‌ را بَرْکارالسرن‌ نامیده‌ و یادآوری‌ کرده‌ که‌ معرّب‌ واژه‌ای‌ فارسی‌ است‌. نوع‌ سوم‌ پروانه جزری‌، عمودی‌ و زیرگرد به‌نام‌ دولاب‌ ذواَجْنِحه بود و پره‌هایی‌ پهن‌ شبیه‌ پارو داشت‌ (رجوع کنید به ص‌ 459). در پروانه عمودی‌ زیرگرد، آب‌ جاری‌ از زیر به‌ پره‌های‌ پایینی‌ می‌خورد و چرخ‌ را می‌گرداند.

نوعی‌ پروانه افقی‌ هم‌ به‌نام‌ نُرس‌ یا چرخ‌ یونانی‌ وجود داشت‌ که‌ پره‌های‌ آن‌ پارویی‌ شکل‌ بود. احتمالاً منشأ آن‌ در خاورمیانه‌ بود و تا سده‌های‌ میانی‌ رواج‌ داشت‌ (همان‌، ترجمه فارسی‌، توضیحات‌ هیل‌، ص‌ 601). پروانه‌ای‌ هم‌ که‌ بنوموسی‌ *به‌کار برده‌ بودند افقی‌ بود. این‌ پروانه‌، هم‌ به‌صورت‌ هواگَرْد با وزش‌ هوا می‌چرخید (بنوموسی‌، ص‌340ـ342) و هم‌ به‌ صورت‌ آب‌گرد دَوَران‌ می‌کرد (همان‌، ص‌ 346ـ349).

محمدحافظ‌ اصفهانی‌ ــ که‌ در سده دهم‌ در خراسان‌ می‌زیست‌ ــ از پروانه‌هایی‌ به‌ نام‌ اُولی ‌اجنحه یا چرخ‌ اصل‌ برای‌ دستگاههای‌ عصاری‌ و روغن‌کِشی‌ (رجوع کنید به ص‌ 79ـ131) و یک‌ آسیای‌ آبی‌ (رجوع کنید به ص‌ 134ـ160) به‌ تفصیل‌ سخن‌ گفته‌ و جزئیات‌ طراحی‌ و ساخت‌ آن‌ را بیان‌ کرده‌ است‌. به‌ گفته وی‌ (ص‌ 158) مجرای‌ هدایت‌ آب‌، یعنی‌ ناو، باید گاو دم‌ باشد، یعنی‌ دهانه بالایی‌ آن‌ گشاد باشد و به‌تدریج‌ کوچک‌تر شود تا به‌ دهانه خروجی‌ ــ که‌ سرِ پره‌های‌ چرخ‌ واقع‌ است‌ ــ برسد. به‌ این‌ صورت‌ آب‌ به‌ راحتی‌ درون‌ ناو هدایت‌ می‌شود و هرچه‌ پایین‌تر آید تندتر می‌شود و تا سرِ پره‌ برسد، پرزور گشته‌ چرخ‌ را سریع‌تر می‌گرداند.

ناعوره‌، ساقیه‌، چرخ‌ با زنجیره دلوها و چرخاب‌ بشکه‌ای‌ در بسیاری‌ از منابع‌، چرخ‌ ایرانی‌ (احتمالاً به‌ دلیل‌ منشأ آن‌) نامیده‌ شده‌ است‌ (رجوع کنید به پیسی، ص‌ 38؛ " فرهنگ‌ وِبْسْتِر"، ذیل‌ "Persian wheel" ). قدیم‌ترین‌ نوشته‌ در باره ناعوره‌ از ویتروویوس‌ است‌ ( د. اسلام‌، همانجا؛ " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌"، ج‌ 3، ص‌ 775). از این‌ نوشته‌ چنین‌ برمی‌آید که‌ ناعوره‌ تا آن‌ زمان‌ مدتی‌ بوده‌ که‌ استفاده‌ می‌شده‌ و احتمالاً در یکی‌ از مناطق‌ کوهستانی‌ خاورمیانه‌ با رودهای‌ چهارفصل‌، مثل‌ سوریه‌ و بین‌النهرین‌ و ایران‌، در حدود 200 ق‌ م‌ اختراع‌ شده‌ بوده‌ است‌ ( " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، همانجا).

در یکی‌ از نامه‌های‌ توماس‌ جفرسون‌ (رئیس‌جمهوری‌ امریکا در آغاز قرن‌ سیزدهم‌/ نوزدهم‌) آمده‌ که‌ در گزارش‌ سفری‌ از مصر در سالهای‌ 1139 تا 1141/ 1727ـ1729، شکلی‌ از یک‌ «چرخ‌ ایرانی‌» متشکل‌ از زنجیره دلوها ترسیم‌ شده‌ که‌ از چاهی‌ در قاهره‌ به‌ عمق‌ 264 فوت‌ (هشتاد متر) آب‌ می‌کشیده‌ است‌ (رجوع کنید به جفرسون‌، 2003). درواقع‌، غیر از پیچ‌ ارشمیدس‌ و شادوف‌ (ابزار آب‌کشی‌ از چاه‌ به‌ شکل‌ اهرمی‌ با بازوی‌ طولانی‌)، بقیه چرخها که‌ چرخ‌ ایرانی‌ نامیده‌ شده‌اند، ساختارشان‌ با یکدیگر بی‌ارتباط‌ نیست‌ و احتمالاً، برحسب‌ شرایط‌ محلی‌، از یکدیگر مشتق‌ شده‌اند. تصویری‌ از چرخ‌ ایرانی‌ در یک‌ مینیاتور ایرانی‌ در نسخه‌ای‌ از تنگ‌لوشا دیده‌ می‌شود (رجوع کنید به " شکوه‌ ایران‌ "، ج‌ 3، ص‌ 294)؛ البته‌ هیل(رجوع کنید به " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، ج‌ 3، ص‌ 771) اختراع‌ ساقیه را در مصر، حدود سال‌ 200ق‌ م‌ دانسته‌ ولی‌ معتقد است‌ این‌ نوع‌ چرخاب‌ تا ابداع‌ سازوکار ضامن‌ چرخ‌، که‌ ایمنی‌ عملکرد آن‌ را تأمین‌ کند، رواج‌ نیافت‌. چرخابِ بشکه‌ای‌ از قدیم‌ در کشورهای‌ اسلامی‌ به‌کار می‌رفت‌. این‌ چرخاب‌ امروزه‌ هم‌ در مصر رایج‌ است‌ و مهندسان‌ مصری‌ در یک‌ مرکز پژوهشی‌ نزدیک‌ قاهره‌ سعی‌ در افزایش‌ بازده‌ آن‌ دارند ( "دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌"، ج‌ 3، ص‌ 774).

بسیاری‌ از مهندسان‌ مسلمان‌، مثل‌ بنوموسی‌، جزری‌ و تقی‌الدین‌ راصد*، چرخاب‌ یا پروانه‌هایی ‌با کاربرد صنعتی‌ طراحی‌ کردند. ابن‌خلف‌ مرادی‌ نیز، که‌ در سده پنجم‌ در اندلس‌ می‌زیست‌، از چرخاب‌ استفاده‌ کرده‌ و گفته‌ است‌ اگر جریان‌ آب‌ ضعیف‌ باشد از چرخاب‌ روگرد وگرنه‌ باید از چرخاب‌ زیرگرد استفاده‌ شود (رجوع کنید به حسن‌ و هیل‌، ص‌53، 62؛ هیل‌، 1998، مقاله 18، ص‌12).

جهانگردان‌ و جغرافی‌دانانِ بسیاری‌ در نوشته‌های‌ خود از چرخابهایی‌ که‌ دیده‌ بودند یا سراغ‌ داشتند یاد کرده‌اند. حمداللّه‌ مستوفی‌ (ص‌ 111) از دولابی‌ بزرگ‌ یاد کرده‌ که‌ بر جویی‌ در کنار شهر اندیمشک‌ نصب‌ بوده‌ و آب‌ شهر را تأمین‌ می‌کرده‌ است‌. در ایران‌، چرخاب‌ را در کار سدها نیز به‌کار می‌بردند و آبی‌ که‌ چرخاب‌ را می‌گرداند از پشت‌ سد گرفته‌ می‌شد و از طریق‌ لوله بزرگی‌ بر پره‌های‌ چرخاب‌ می‌ریخت‌ و آن‌ را می‌گرداند (پیسی‌، ص‌ 42ـ43). مقدسی‌ در قرن‌ چهارم‌، در وصف‌ سد عظیم‌ روی‌ رودِ کُر (رجوع کنید به بندامیر*( 1 ) )، گفته‌ است‌ که‌ ده‌ چرخاب‌ (دولاب‌) در دوجانب‌ آن‌ وجود دارد که‌ آسیابها را می‌گردانند و آنها را از عجایب‌ ولایت‌ فارس‌ شمرده‌ است‌ (ص‌ 444). مقدسی‌ (ص‌ 402، 411) همچنین‌ در ذکر اقلیم‌ خوزستان‌ از وجود دولابهای‌ زیبا و متعددی‌ در اهواز سخن‌ به‌ میان‌ آورده‌ است‌ که‌ با آب‌ می‌گشتند و ناعوره‌ نامیده‌ می‌شدند. ابن‌بطوطه‌ (ج‌ 1، ص‌ 203، 237) از دولابهایی‌ سخن‌ گفته‌ است‌ که‌ در رودخانه عمیق‌ شهر شوشتر کار گذاشته‌ بودند و باغهای‌ دوطرف‌ رودخانه‌ را با آن‌ آبیاری‌ می‌کردند. ویرانه‌های‌ این‌ دولابها هنوز در شوشتر باقی‌ است‌.

ناصرخسرو (ص‌ 19) و ابن‌بطوطه‌ (ج‌ 1، ص‌ 83 ـ84) از دولابهای‌ بسیاری‌ یاد کرده‌اند که‌ بر لبِ رودِ عاصی‌ در شهر حماه‌ نصب‌ شده‌ بود. بعضی‌ از دولابهای‌ حماه‌ همچنان‌ وجود دارند. ناصرخسرو (ص‌ 69)، در شرح‌ دیدارش‌ از مصر و نیل‌ و جویهای‌ بسیارِ منشعب‌ از آن‌، از دولابهایی‌ یاد کرده‌ و گفته‌ که‌ برآورد تعداد آنها دشوار است‌. به‌ نوشته وی‌ (ص‌ 79)، دولابهایی‌ در قاهره‌ برای‌ آبیاری‌ بستانها وجود داشت‌ و در مقابل‌ شهر اَسوان‌، در میان‌ نیل‌، جزیره‌ای‌ حاصلخیز بود که‌ باغهای‌ آن‌ را با دولاب‌ آب‌ می‌دادند. ابن‌بطوطه‌ نیز از دولابهای‌ رودخانه بزرگ‌ سیاهْ آب‌ (قره‌ سو) در داخل‌ و خارج‌ شهر نَکْده عراق‌ (ج‌ 1، ص‌ 302) و دولابهای‌ شهر اماصیه‌ عراق‌ (ج‌ 1، ص‌ 304) سخن‌ گفته‌ است‌.

در اندلس‌ نیز چرخاب‌ فراوان‌ بود؛ روی‌ رودخانه‌ها چرخابهای‌ عظیمی‌ ساخته‌ بودند که‌ قطر دایره‌شان‌ بیست‌ تا سی‌ متر بود. چرخاب‌ ویران‌ شهر قرطبه‌ در کنار رود وادی‌الکبیر هنوز وجود دارد (رجوع کنید به هونکه‌، ص‌ 571 و شرح‌ زیر تصویر 13 از تصاویر رنگی‌ انتهای‌ کتاب‌). ناعوره‌ را سوریها به‌ اندلس‌ بردند. در سده ششم‌ در طلیطله‌ از چرخابهایی‌ شبیه‌ آنچه‌ در حماه‌ نصب‌ بود، استفاده‌ می‌شد. این‌ چرخابها در سراسر اندلس‌ رایج‌ شده‌ بود. ساقیه‌ را نیز مسلمانان‌ در شبه‌جزیره ایبری‌ رایج‌ کردند. هر دو نوع‌ چرخاب‌ از آنجا به‌ بسیاری‌ از مناطق‌ اروپایی‌ راه‌ یافتند و مهندسان‌ اسپانیایی‌ آنها را به‌ دنیای‌ جدید معرفی‌ کردند. چرخاب‌ از کشورهای‌ اسلامی‌ به‌ آسیای‌ شرقی‌ نیز برده‌ شد ( " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، ج‌ 3، ص‌ 774ـ776).

برای‌ افزایش‌ کارایی‌ چرخابهای‌ گرداننده آسیاب‌ * ، آنها را روی‌ کشتی‌ نصب‌ می‌کردند تا از سرعت‌ بیشتر جریان‌ آب‌ در قسمت‌ میانی‌ رودخانه‌ها استفاه‌ کنند یا مشکل‌ پایین‌ آمدن‌ آب‌ رودخانه‌ و ضعیف‌ شدن‌ جریانهای‌ کناری‌ که‌ قادر به‌ گرداندن‌ چرخاب‌ نبودند حل‌ شود. استفاده‌ از این‌ نوع‌ چرخابها و آسیابها رواج‌ بسیاری‌ در جهان‌ اسلام‌ داشت‌؛ در بین‌النهرین‌ روی‌ رودخانه‌های‌ دجله‌ و فرات‌ و در اندلس‌ از آنها استفاده‌ می‌شد. روش‌ دیگر این‌ بود که‌ سدی‌ محلی‌ نزدیک‌ به‌ مکان‌ نصب‌ چرخاب‌ ایجاد می‌کردند و چرخاب‌ را به‌ پایه‌های‌ آن‌ می‌بستند تا بازده‌ آن‌، بر اثر جریان‌ بیشتر آب‌، افزایش‌ یابد. چرخابهایی‌ نیز در سده چهارم‌ در حوالی‌ بصره‌ کار می‌کردند که‌ با جزر و مد آب‌ می‌چرخیدند و آسیابها را به‌ گردش‌ درمی‌آوردند. آسیابهای‌ جزر و مدی‌ یک‌ سره‌ پس‌ از این‌ تاریخ‌ در اروپا پدیدار شد (همان‌، ج‌ 3، ص‌ 783؛ هیل‌، 1993، ص‌ 111).

هونکه‌ (ص‌ 160ـ161)، پیسی‌ (ص‌ 38) و بسیاری‌ دیگر، مهارت‌ مسلمانان‌ را در ساخت‌ دستگاههای‌ آبی‌ ستوده‌اند. مهندسی‌ آبرسانی‌ در ایران‌، شامل‌ سدسازی‌، احداث‌ شبکه‌های‌ آبیاری‌ و ساخت‌ انواع‌ دستگاههای‌ آب‌ کشی‌، رشد چشمگیری‌ داشت‌. اطلاق‌ چرخ‌ ایرانی‌ به‌ چرخابها نشان‌ می‌دهد که‌ پژوهشگران‌ نقش‌ ایرانیها را در این‌ زمینه‌ مهم‌ می‌دانند. برنال‌(ج‌ 1، ص‌ 208، پانویس‌) نقش‌ ایرانیان‌ را در همه زمینه‌ها، از جمله‌ مهندسی‌ سازه‌های‌ آبی‌، مهم‌ شمرده‌ است‌.

هنوز هم‌ در بسیاری‌ از نقاط‌ دنیا، چرخاب‌ وجود دارد و همچنان‌ ساخته‌ و به‌کار گرفته‌ می‌شود. بعضی‌ از این‌ چرخابها، مثل‌ ناعوره‌، ساقیه‌،حلزونی‌ ملاقه‌دار و چرخ‌ با زنجیره دلوها، به‌ کمک‌ فنّاوریهای‌ جدید، استفاده وسیع‌تری‌ می‌یابند. امروزه‌ این‌ چرخابها در شرکتهای‌ مهندسی‌ و تولیدی‌، به‌ موتور و جعبه‌ دنده‌ مجهز می‌گردند و با بازدهی‌ بهتر ساخته‌ و برای‌ آبیاری‌ به‌ کار گرفته‌ می‌شوند.

پروانه‌، که‌ در واقع‌ چرخابِ آب‌ گرد محسوب‌ می‌شود، افزون‌ بر آبیاری‌ و تأمین‌ آب‌ آشامیدنی‌، برای‌ تأمین‌ نیروی‌ محرکه دستگاههای‌ صنعتی‌ نیز به‌کار می‌رفت‌. از این‌ حیث‌، اولین‌ و بیشترین‌ استفاده آن‌ در آسیابها بود (دوما، ج‌ 1، ص‌ 144ـ145). علاوه‌ بر آن‌، استفاده‌ از نیروی‌ آب‌ در جهان‌ اسلام‌ برای‌ راه‌اندازی‌ دستگاههای‌ عصاری‌، روغن‌کشی‌، آسیای‌ شکر، تهیه خمیر کاغذ، شالی‌کوبی‌، لباس‌شویی‌ (قصّاری‌) و آسیای‌ سنگ‌ معدن‌ رایج‌ بود. اخیراً در دره اردن‌ بقایای‌ 32 آسیای‌ شکر کشف‌ شده‌ است‌ که‌ با نیروی‌ آب‌ کار می‌کرده‌اند و متعلق‌ به‌ دوره ایوبی‌ هستند. در حوالی‌ سدّ کُر چرخابهای‌ بسیاری‌، برای‌ آسیای‌ غلات‌ و نیشکر، شستشوی‌ پارچه‌های‌ پشمی‌ و آماده‌سازی‌ خمیر کاغذ، نصب‌ شده‌ بود. از قوه آب‌ برای‌ اره‌ کردن‌ الوار هم‌ استفاده‌ می‌شد (هیل‌، 1993، ص‌ 113؛ " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "،ج‌ 3، ص‌ 783 ـ 784؛ پیسی‌، ص‌ 17).

مسلمانان‌ کاغذسازی‌ را از اسیران‌ جنگی‌ چینی‌ در سمرقند آموختند و آسیای‌ کاغذ را ساختند که‌ خیلی‌ زود در بغداد، یمن‌، مصر، سوریه‌، ایران‌، افریقای‌ شمالی‌ و اندلس‌ آسیاهای‌ مشابه‌ برپا شد ( " دایره المعارف‌ تاریخ‌ علوم‌ عربی‌ "، همانجا). برای‌ تهیه خمیر کاغذ، چرخاب‌، بازوی‌ متحرکی‌ را که‌ ضامن‌دار بود و به‌ انتهایش‌ چکشی‌ وصل‌ بود، بالا و پایین‌ می‌برد و چکش‌ بر الیاف‌ گیاهی‌ ضربه‌ می‌زد تا خمیر کاغذ آماده‌ شود. به‌ مجموعه بازوی‌ چکش‌دار، آب‌ دَنگ‌ می‌گفتند. غیاث‌الدین‌ جمشید کاشانی‌ در پیوست‌ نامه دوم‌ خود، یک‌ آسیای‌ کاغذسازی‌ را که‌ در سمرقند کار می‌کرده‌ شرح‌ داده‌ است‌ (رجوع کنید به ص‌ 89).

ابوریحان‌ بیرونی‌ (ص‌ 385) از کاربرد آب‌ دنگ‌ برای‌ خرد کردن‌ سنگ‌ معدن‌ طلا سخن‌ گفته‌ و آن‌ را برای‌ این‌ منظور بهتر از آسیا دانسته‌ است‌. وی‌ این‌ آب‌ دنگها را مشاجن‌ نامیده‌ و گفته‌ است‌ با دستگاههایی‌ کار می‌کنند که‌ در آب‌ جاری‌ نصب‌ شده‌اند و آنها را به‌ آب‌ دنگهایی‌ تشبیه‌ کرده‌ است‌ که‌ برای‌ کوبیدن‌ کنف‌ کاغذسازی‌ در سمرقند به‌ کار می‌رفتند. در حاشیه ترجمه مقاله‌ای‌ از ابن‌حاج‌ (ص‌ 23)، تصویری‌ برگرفته‌ از یک‌ نسخه خطی‌ کشمیری‌ وجود دارد که‌ متعلق‌ به‌ سده سیزدهم‌ است‌ و کاغذسازانی‌ را در حال‌ ساخت‌ خمیر کاغذ نشان‌ می‌دهد.

در دوره اسلامی‌، چرخاب‌ و پروانه‌ در ساخت‌ اشیای‌ خودکار و تزیینی‌ نیز به‌کار می‌رفتند، چنان‌که‌ جزری‌ از آنها در بسیاری‌ از دستگاههای‌ خودکار استفاده‌ کرده‌ است‌، از جمله‌ استفاده‌ از چرخ‌ کفه‌دار در ساعتهای‌ آبی‌ برای‌ به‌ حرکت‌ درآوردن‌ دست‌ مجسمه‌های‌ نوازنده‌ و ایجاد صدای‌ سوت‌ (ص‌50ـ57، 93، 172ـ175)، چرخ‌ پره‌دار افقی‌ در ظروف‌ خودکار (ص‌ 246ـ262) و پروانه زیرگرد با پره‌های‌ پهن‌ و پارویی‌شکل‌ در ساخت‌ تلمبه‌ (ص‌ 458ـ465). بنوموسی‌ هم‌ از پروانه‌های‌ آبی‌ و هوایی‌ در ساخت‌ فواره‌ها استفاده‌ کرده‌ بودند (رجوع کنید به ص‌ 340ـ342، 346ـ349).

چرخ‌چاه‌، که‌ نوعی‌ چرخاب‌ است‌، وسیله‌ای‌ باستانی‌ است‌ که‌ از ماشینهای‌ ساده هرون‌ به‌شمار می‌آید (روسو، ص‌ 121). این‌ وسیله‌ به‌ شکل‌ استوانه‌ای‌ چوبی‌ و میان‌تهی‌ است‌ که‌ بر سرِ چاه‌ نصب‌ می‌کنند، بر آن‌ طنابی‌ می‌اندازند و دلوی‌ به‌ انتهای‌ آزاد طناب‌ می‌بندند که‌ با آن‌ از چاه‌ آب‌ می‌کشند. چرخ‌ با دست‌ و گاهی‌ که‌ دلو سنگین‌ است‌ به‌ کمک‌ پا می‌گردد و طناب‌ با بازشدن‌ از دورِ آن‌ در چاه‌ فرو می‌رود و با پیچیدن‌ به‌ دورِ آن‌ بالا می‌آید. گاهی‌ دسته‌ای‌ نیز بر یکی‌ از دو قاعده آن‌ برای‌ سهولت‌ گرداندنش‌ تعبیه‌ می‌شود. چرخ‌چاه‌ را چرخ‌ آب‌کِشی‌، چرخ‌ دولاب‌ (دهخدا، ذیل‌ «چرخاب‌»، «چرخ‌چاه‌»؛ نفیسی‌؛ فرهنگ‌ بزرگ‌ سخن‌ ، ذیل‌ «چرخ‌») و بَکْرَه (ابن‌منظور، ذیل‌ «بکر»؛ جمع‌ آن‌ بکرات‌ رجوع کنید به خوارزمی‌، ص‌ 248) نیزنامیده‌اند. چرخ‌چاه‌ برای‌ بیرون‌ کشیدن‌ خاک‌ هنگام‌ حفر چاه‌ و کاریز، و سنگ‌ معدن‌ و آب‌ و گِل‌ از معادن‌ نیز به‌کار می‌رفت‌ (حسن‌ و هیل‌، ص‌ 237، 239).

چرخ‌چاه‌ برای‌ تأمین‌ آب‌خانگی‌ از چاههایی‌ که‌ در منازل‌ شهری‌ و روستایی‌ حفر می‌شد، به‌طور وسیعی‌ به‌کار می‌رفت‌ و برخلاف‌ دیگر چرخابها که‌ عمومی‌تر بودند، استفاده خصوصی‌ و خانوادگی‌ داشت‌ و ابزارِ کارِ مقنی‌ برای‌ حفر چاه‌ و کاریز هم‌ بود.

نوعی‌ از چرخ‌چاه‌، که‌ برای‌ آبیاری‌ و نیز تأمین‌ آب‌ حمامهای‌ عمومی‌ به‌کار می‌رفت‌، شامل‌ یک‌ یا دو استوانه‌ بود که‌ هریک‌ دلوی‌ داشت‌. هر دلو با دو تسمه‌، که‌ یکی‌ از دیگری‌ کوتاه‌تر بود، به‌ حیوانی‌ بسته‌ می‌شد. حیوان‌ از یک‌ سرازیری‌ به‌ نام‌ گاورو پایین‌ می‌رفت‌ و طناب‌ بلندتر چرخ‌ را می‌چرخاند تا دلو بالا بیاید. در انتهای‌ مسیر، طنابِ کوتاه‌تر باعث‌ کج‌ شدن‌ دلو و ریخته‌ شدن‌ آب‌ آن‌ به‌ درون‌ مخزن‌ آب‌ می‌شد ( د. ایرانیکا، ذیلark- ečāh" Č" ).

وسعت‌ استفاه‌ از چرخ‌چاه‌ و دیگر چرخابها منشأ نام‌گذاری‌ بسیاری‌ از روستاها به‌نام‌ دولاب‌ در ایران‌ بوده‌ است‌. چرخ‌چاه‌ هنوز هم‌ در بسیاری‌ از نواحی‌ کشورهای‌ اسلامی‌، به‌ویژه‌ در مناطق‌ روستایی‌، کاربرد دارد. در تمدن‌ اسلامی‌ چرخ‌چاه‌ در جنگ‌افزارها مانند فلاخن‌ و منجنیق‌ کاربرد داشته‌ است‌ (رجوع کنید به دوما، ج‌ 1، ص‌ 681؛ حسن‌ و هیل‌، ص‌ 99ـ102).

منابع‌: ابن‌بطوطه‌، رحله ابن‌بطوطه، چاپ‌ محمدعبدالمنعم‌ عریان‌، بیروت‌ 1407/1987؛ ابن‌حاج‌، «در بیان‌ کیفیت‌ و نیکو گردانیدن‌ نیت‌ ورّاق‌ و کاتب‌ و صحّاف‌»، ترجمه شهریار نیازی‌، نامه بهارستان‌، سال‌ 2، ش‌ 2 (پاییز ـ زمستان‌ 1380)؛ ابن‌ساعاتی‌، علم‌الساعات‌ و العمل‌ بها، چاپ‌ محمداحمد دهمان‌، دمشق‌ [? 1401/1981 ]؛ ابن‌منظور؛ ابوریحان‌ بیرونی‌، الجماهر فی‌ الجواهر، چاپ‌ یوسف‌ الهادی‌، تهران‌ 1374 ش‌؛ جان‌ دزموند برنال‌، علم‌ در تاریخ‌، ج‌ 1، ترجمه ح‌. اسدپور پیرانفر، تهران‌ 1380 ش‌؛ محمدحسین‌بن‌ خلف‌ برهان‌، برهان‌ قاطع‌، چاپ‌ محمد معین‌، تهران‌ 1361 ش‌؛ بنوموسی‌، کتاب‌ الحیل ، چاپ‌ احمد یوسف‌ حسن‌، حلب‌ 1981؛ آرنولد پیسی‌، تکنولوژی‌ در تمدن‌ جهان، ترجمه فریدون‌ بدره‌ای‌، تهران‌ 1376 ش‌؛ محمدبن‌ معروف‌ تقی‌الدین‌ راصد، الطرق‌ السنیه فی‌ الا´لات‌ الروحانیه، نسخه عکسی‌، در احمد یوسف‌ حسن‌، تقی‌الدین‌ و الهندسه المیکانیکیه العربیه، حلب‌ 1976؛ اسماعیل‌بن‌ رزّاز جزری‌، الجامع‌ بین‌ العلم‌ و العمل‌ النافع‌ فی‌ صناعه الحیل‌، چاپ‌ احمد یوسف‌ حسن‌، حلب‌ 1979؛ همان‌، ترجمه فارسی‌: مبانی‌ نظری‌ و عملی‌ مهندسی‌ مکانیک‌ در تمدن‌ اسلامی‌ ( الجامع‌ بین‌ العلم‌ و العمل‌ النافع‌ فی‌ صناعه الحیل‌ )، ترجمه‌ و تحشیه محمدجواد ناطق‌، حمیدرضا نفیسی‌، و سعید رفعت‌جاه‌، تهران‌ 1380 ش‌؛ محمد حافظ‌ اصفهانی‌، سه‌ رساله‌ در اختراعات‌ صنعتی‌: ساعت‌، آسیا، دستگاه‌ روغن‌کشی ( نتیجه الدّوله‌ )، چاپ‌ تقی‌ بینش‌، تهران‌ 1350 ش‌؛ حمداللّه‌ مستوفی‌، نزهه القلوب‌؛ محمدبن‌ احمد خوارزمی‌، کتاب‌ مفاتیح‌ العلوم‌، چاپ‌ فان‌ فلوتن‌، لیدن‌ 1895، چاپ‌ افست‌ 1968؛ موریس‌ دوما، تاریخ‌ صنعت‌ و اختراع، ترجمه عبداللّه‌ ارگانی‌، تهران‌ 1378 ش‌؛ دهخدا؛ پیر روسو، تاریخ‌ علوم‌، ترجمه حسن‌ صفّاری‌، تهران‌ 1378 ش‌؛ غیاث‌الدین‌ جمشید کاشانی‌، از سمرقند به‌ کاشان‌: نامه‌های‌ غیاث‌الدین‌ جمشید کاشانی‌ به‌ پدرش، چاپ‌ محمد باقری‌، تهران‌ 1375 ش‌؛ فرهنگ‌ بزرگ‌ سخن، به‌ سرپرستی‌ حسن‌ انوری‌، تهران‌: سخن‌، 1381 ش‌؛ پرویز محبّی‌، فنون‌ و منابع‌ در ایران‌: مقدمه‌ای‌ بر تاریخ‌ تکنولوژی‌ و کاربرد مواد در ایران‌ از قرن‌ اول‌ تا سیزدهم‌ هجری، ترجمه آرام‌ قریب‌، تهران1383 ش‌؛ مقدسی‌؛ ناصرخسرو، سفرنامه حکیم‌ ناصرخسرو قبادیانی‌ مروزی، چاپ‌ محمد دبیرسیاقی‌، تهران‌ 1363 ش‌؛ علی‌اکبر نفیسی‌، فرهنگ‌ نفیسی‌، تهران‌ 1355 ش‌؛ زیگرید هونکه‌، فرهنگ‌ اسلام‌ در اروپا: خورشیدالله‌ بر فراز مغرب‌ زمین‌، ترجمه مرتضی‌ رهبانی‌، تهران‌ 1370 ش‌؛

Duncan Dowson, History of tribology, London 1998; EIr . s.v. "Čark-e čāh" (by Nā şer Golām – Rezāi); EI 2 , s.v. "Nāura" (by D. R. Hill), s.vv. "Waterwheel" (by Terry S.Reynolds), "Wheel" (by Leslie Spier Danbury 1995); Encyclopedia of the history of Arabic science , ed. Roshdi Rashed, London: Routledge, 1996, s.v. "Engineering" (by Donald R. Hill); Ahmad Y. Hassan and Donald R. Hill, Islamic technology: an illustrated history , Paris 1992; Donald Routledge Hill, "Andalusian technology", repr. in Donald Routledge Hill, Studies in medieval Islamic technology , ed. David A. King, Aldershot 1998; idem, Islamic science and engineering , Edinburgh 1993; Thomas Jefferson, "The letters of Thomas Jefferson: to Isaac McPherson Monticello, August 13/1813", From Revolution to Reconstruction. 6 Mar. 2003. [Online]. Available: http://odur.let.rug. nl/ usa/p/tj3/ writings/brf/ jeflxx.htm. ]17 Jul. 2007]; The Splendour of Iran , ed. N. Pourjavady, London: Booth-Clibborn Editions, 2001; Webster's third new international dictionary of the English language: unabridged , ed. Philip Babcock Gove, Springfield, Mass. 1981.

/ محمدجواد ناطق‌ /

تصاویر این مدخل:

چرخ ایرانی در نسخه ای از تنگ لوشا (کتاب قرن 11) منبع: The Splendour of Iran, London: Booth-clibborn Editions, 2001, vol.3 , p. 294

چرخاب آب گرد (ناعوره) (چرخاب در حین گردش، آب موجود در محفظه ها را در آبراهه فوقانی تخلیه می کند) منبع: Aahmad Y. Hassan and Donald R. Hill, Islamic technology : an illustrated history, paris 1992, p. 35

قس

انواع ناعوره اسبگرد و ناعوره‌‌های هیدرولیکی در کار استخراج موادمعدنی نقش داشتند. نمونه کاملی از این نوع ناعوره را می‌توان روی پارچه قلابدوزی مربوط به آغاز قرن شانزدهم در موزه لوور دید. نقش این پارچه نشان می‌دهد که برای بالاآوردن آب شور چاه از چنین وسیله‌ای استفاده می‌شود. زنجیرهائی که کاسه‌هائی به آنها بسته شده است. [۳]

● ناعوره PERSIAN WHEEL ناعوره یا دولاب وسیله‌ای برای آوردن آب از سطحی به سطح بلندتر. چرخی (مثلاً به قطر ۲۰ متر) را چنان در کنار رودخانه‌ای نصب می‌کنند که سطح آن در امتداد جریان و محیط آن مماس با آب باشد. بر محیط این چرخ کوزه‌ها یا سطل‌هائی به حالت آزاد آویخته است. جریان رودخانه سطلی را که در آب فرو رفته است پر می‌کند و ضمناً آن را به پیش می‌راند و سطل دیگری جای آن را می‌گیرد و این عمل پیوسته ادامه پیدا می‌کند. سطل‌های پر شده، وقتی از بلندترین نقطه محیط چرخ سرازیر می‌شوند، با برخورد به مانعی آبشان در مجرائی خالی می‌شود و به زمین بلندتر از سطح آب رودخانه می‌رسد. [۴]

ناعوره به وسیلهٔ آب به گردش در می‌آید. ناعوره را برای چرخ‌هائی که حرکتشان با نیروی آب صورت می‌گیرد بکار می‌برند. قدری ثابت به‌چشم می‌خورد. این دستگاه مناسب‌ترین وسیله برای مناطعی است که نهرهای آنها دارای جریان تند بوده و قدری دورتر و در سطحی پائین‌تر از زمین‌های اطراف جریان دارد. هر چند دیگر به‌ندرت ازین وسیله استفاده می‌شود هنوز هم نمونه‌های خوبی را به‌ویژه بر نهر العاصی در شهر حمات سوریه وجود دارد. این چرخ را بر جزرهائی که وزن اکسل آهنی یا چوبی بر آنها قرار دارد، سوار می‌کنند. بر گرد اکسل، چهارچوبی از الوارهای ستبر قرار دارد که اکسل را با گوه‌هائی به آن محکم می‌کنند. ازین چهارچوب مرکزی، پره‌هائی چوبی خارج می‌شود که لبه چوبی چرخ بر آنها قرار گرفته است، قطر بزرگ‌ترین چرخ حدود ۲۰ متر است و ۱۲۰ قسمت در سطح لبه آن تعبیه شده است. میان هر جفت ازین قسمت‌ها یک پارو به چرخش در می‌آید. قسمت‌های مذکور در لبه چرخ به درون آب فرو رفته و با گردش چرخ بالا آمده و به مخزنی که به مجرائی متصل است می‌ریزد. در برخی ناعوره‌ها به‌جای این قسمت‌ها، تنگ‌های سفالی بر لبه چرخ نصب می‌کنند. بیشتر در روزگار رومیان از ناعوره استفاده می‌کردند. در نوشته‌های ویتروویوس در قرن اول (ق.م) از آنها سخن به میان آمده است.

۳ـ تاریخ صنعت و اختراع ـ ترجمه عبدالله ارگانی

۴ـ دایره‌المعارف فارسی ـ غلامحسین مصاحب

قس عربی

الناعور (ج نواعیر) کما تسمى (فی سوریا والعراق)، أو الساقیة (ج سواقی) کما تسمى (فی مصر) هی أداة لنقل ماء النهر إلى الیابسة على ضفاف النهر.

محتویات  [اعرض]

[عدل]طریقة عمل النواعیر

کیفیة عمل الناعور أو الساقیة

الناعور تکون على شکل ترکیب دائری یرکب عمودیا على مسار تیار الماء فی النهر، ویثبت على محیط الدائرة عدد من الأوعیة (الدلوات) أو (القلل) لتجمع الماء فیها وترفعه إلى الأعلى لتفرغه فی مجرى عند نزولها من قمة محیط الدائرة، حیث ینقل بهذا المجرى إلى ضفة النهر. تصنع النواعیر فی حماة فی سوریة من الأخشاب الصلبة وهی الموطن الأول لصناعة النواعیر وفی العراق تصنع من خشب شجر التوت بینما تصنع النواعیر فی حلب من حدید الصلب. یرکب على کل ناعور 24 قلة أو دلو. ویصدر الناعور عند دورانها صوت حزین خاص بها والذی اعطاه التسمیة.

[عدل]الناعور فی سوریا

نواعیر حماة أکبر النواعیر او السواقی فی العالم

تعتبر سوریا هی موطن النواعیر الأول. وتشتهر سوریا بالنواعیر التی وجدت اثارها منذ آلاف السنین فی مصورات ولوحات فسیفساء فی افامیا تصور النواعیر على نهر العاصی. هناک نواعیر قدیمة ما زالت تعمل حتى یومنا هذا. أقدمها موجوده فی منطقة شیزر فی محافظة حماه السوریة. وتعد مدینة حماه مدینة النواعیر بحق إذ یوجد بها أشهر نواعیر العالم وأکبرها حجما على الإطلاق[بحاجة لمصدر]. یصل قطر بعضها إلى أکثر من 25 مترا. وتنتشر على ضفاف نهر العاصی. وکانت فی السابق تنقل الماء من نهر العاصی إلى البساتین على جانبی النهر عبر قناطر تسیر فوقها المیاه. من النواعیر القادریة والجابریة وغیرها بطول النهر داخل مدینة حماة وخارجها، تتمیز النواعیر بصوتها الممیز أثناء دوارنها والتی اخذت اسمها منه. وللنواعیر فی مدینة حماه ذکریات تغنى بها المطربین والشعراء وکتب عنها الکتاب ورویت عنها الاحادیث والقصص. وما زالت النواعیر تدور وتزین وسط مدینة حماه وفی أماکن ومناطق مختلفة من المحافظه وعلى طول نهر العاصی وأماکن أخرى من سوریا. وتقوم حالیا صناعة النواعیر لتزیین الفیلات والمساکن والمنتزهات والحدائق فی سوریا.

= طالع : نواعیر حماة

[عدل]الناعور فی العراق

انتشرت سابقآ على ضفاف الفرات النواعیر وتتمرکز فی عدة مناطق عنة والقائم وحدیثة لکن أغلب النواعیر اندثرت الیوم ولم یبقى منها سوى اقل من عشرون وذلک بسبب قلة المیاه فی نهر الفرات واقامة السدود هلیه.

[عدل]النواعیر فی آوروبا

طاحونة میاه فی بلجیکا على نهر آوثر

بالإضافة لنقل المیاه، استعملت النواعیر فی آوروبا لتشغیل الالات، فیما سمی بمطاحن المیاه (watermill)، بتسخیر قوة جریان الأنهار أو قوة انهمار المیاه من آعلى. ومن آهم استخداماته طحن البذور وخاصة القمح.

[عدل]وصلات خارجیة

            هناک المزید من الصور والملفات فی ویکیمیدیا کومنز حول: ناعور

تصنیفات: طواحین الماءمنشآت مائیةهندسة ری

قس اسپانیولی

La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.

Contenido  [mostrar]

[editar]Etimología

La palabra hidráulica viene del griego ὑδϱαυλικός (hydraulikós) que, a su vez, viene de tubo de agua", palabra compuesta por ὕδωϱ (agua) y αὐλός (tubo). Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, usan dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua y aceite como las maquinas ejemplo: caladora, carros, ETC

[editar]Historia

[editar]Egipto y Grecia

Las civilizaciones más antiguas se desarrollan a lo largo de los ríos más importantes de la Tierra, La experiencia y la intuición guiaron a estas comunidades en la solución de los problemas relacionados con las numerosas obras hidráulicas necesarias para la defensa ribereña, el drenaje de zonas pantanosas, el uso de los recursos hídricos, la navegación.

En las civilizaciones de la antigüedad, estos conocimientos se convirtieron en privilegio de una casta sacerdotal. En el antiguo Egipto los sacerdotes se transmitían, de generación en generación, las observaciones y registros, mantenidos en secreto, respecto a las inundaciones del río, y estaban en condiciones, con base en éstos, de hacer previsiones que podrían ser interpretadas fácilmente a través de adivinaciones transmitidas por los dioses. Fue en Egipto donde nació la más antigua de las ciencias exactas, la geometría que, según el historiador griego Heródoto, surgió a raíz de exigencias catastrales relacionadas con las inundaciones del río Nilo.

Con los griegos la ciencia y la técnica pasan por un proceso de desacralización, a pesar de que algunas veces se relegan al terreno de la mitología.

Tales de Mileto, de padre griego y madre fenicia, atribuyó al agua el origen de todas las cosas. La teoría de Tales de Mileto, al igual que la teoría de los filósofos griegos subsecuentes del período jónico, encontrarían una sistematización de sus principios en la física de Aristóteles. Física que, como se sabe, está basada en los cuatro elementos naturales, sobre su ubicación, sobre el movimiento natural, es decir hacia sus respectivas esferas, diferenciado del movimiento violento. La física antigua se basa en el sentido común, es capaz de dar una descripción cualitativa de los principales fenómenos, pero es absolutamente inadecuada para la descripción cuantitativa de los mismos.

Las primeras bases del conocimiento científico cuantitativo se establecieron en el siglo III a. C. en los territorios en los que fue dividido el imperio de Alejandro Magno, y fue Alejandría el epicentro del saber científico. Euclides recogió, en los Elementos, el conocimiento precedente acerca de la geometría. Se trata de una obra única en la que, a partir de pocas definiciones y axiomas, se deducen una infinidad de teoremas. Los Elementos de Euclides constituirán, por más de dos mil años, un modelo de ciencia deductiva de un insuperable rigor lógico. Arquímedes de Siracusa estuvo en contacto epistolar con los científicos de Alejandría.

Arquímedes realizó una gran cantidad de descubrimientos excepcionales. Uno de ellos empezó cuando Hierón II reinaba en Siracusa. Quiso ofrecer a un santuario una corona de oro, en agradecimiento por los éxitos alcanzados. Contrató a un artista con el que pactó el precio de la obra y además le entregó la cantidad de oro requerida para la obra. La corona terminada fue entregada al rey, con la plena satisfacción de éste, y el peso también coincidía con el peso de oro entregado. Un tiempo después, sin embargo, Hierón II tuvo motivos para desconfiar de que el artista lo había engañado sustituyendo una parte del oro con plomo, manteniendo el mismo peso. Indignado por el engaño, pero no encontrando la forma de demostrarlo, solicitó a Arquímedes que estudiara la cuestión. Absorto por la solución de este problema, Arquímedes observó un día, mientras tomaba un baño en una tina, que cuando él se sumergía en el agua, ésta se derramaba hacia el suelo. Esta observación le dio la solución del problema. Saltó fuera de la tina y, emocionado, corrió desnudo a su casa, gritando: “Eureka! Eureka!” (que, en griego, significa: "¡Lo encontré, lo encontré!").

Arquímedes fue el fundador de la hidrostática, y también el precursor del cálculo diferencial: recuérdese su célebre demostración del volumen de la esfera, y en conjunto con los científicos de Alejandría no desdeñó las aplicaciones a la ingeniería de los descubrimientos científicos, tentando disminuir la brecha entre ciencia y tecnología, típica de la sociedad de la antigüedad clásica, sociedad que, como es bien sabido, estaba basada en la esclavitud.

En el campo de la hidráulica él fue el inventor de la espiral sin fin, la que, al hacerla girar al interior de un cilindro, es usada aun hoy para elevar líquidos.

Véase también el capítulo referente al tornillo de Arquímedes

[editar]Los romanos

Los antiguos romanos, que difundieron en todo el Mediterráneo la vida urbana, basaron el bienestar y el buen vivir especialmente en la disponibilidad de abundante cantidad de agua. Se considera que los acueductos suministraban más de un millón de m³ de agua al día a la Roma Imperial, la mayor parte distribuida a viviendas privadas por medio de tubos de plomo. Llegaban a Roma por lo menos una docena de acueductos unidos a una vasta red subterránea.

Pont du Gard a Nîmes.

Para construir el acueducto Claudio, se requirieron, por 14 años consecutivos más de 40 mil carros de tufo por año.

En las provincias romanas los acueductos atravesaron con frecuencia profundos valles, como en Nîmes, donde el “Pont du Gard” de 175 m de longitud tiene una altura máxima de 49 m, y en Segovia, en España, donde el puente-acueducto de 805 m de longitud todavía funciona.

Los romanos excavaron también canales para mejorar el drenaje de los ríos en toda Europa y, menos frecuentemente para la navegación, como es el caso del canal Rin-Mosa de 37 km de longitud. Pero sin duda en este campo la obra prima de la ingeniería del Imperio romano es el drenaje del lago Fucino, a través de una galería de 5,5 km por debajo de la montaña. Esta galería solo fue superada en el 1870 con la galería ferroviaria del Moncenisio. El “Portus Romanus, completamente artificial, se construyó después del de Ostia, en el tiempo de los primeros emperadores romanos. Su bahía interna, hexagonal, tenía una profundidad de 4 a 5 m, un ancho de 800 m, muelle de ladrillo y mortero, y un fondo de bloques de piedra para facilitar su dragado.

[editar]La generación de energía

Rueda hidráulica.

La principal fuente no viviente de energía de la antigüedad fue el llamado “molino” griego, constituido por un eje de madera vertical, en cuya parte inferior había una serie de paletas sumergidas en el agua. Este tipo de molino fue usado principalmente para moler los granos, el eje pasaba a través de la máquina inferior y hacía girar la máquina superior, a la cual estaba unido. Molinos de este tipo requerían una corriente veloz, y seguramente se originaron en las regiones colinares del Medio Oriente, a pesar de que Plinio el Viejo atribuye la creación de los molinos de agua para moler granos al norte de Italia. Estos molinos generalmente eran pequeños y más bien lentos, la piedra de moler giraba a la misma velocidad que la rueda, tenían por lo tanto una pequeña capacidad de molienda, y su uso era puramente local. Sin embargo pueden ser considerados los precursores de la turbina hidráulica, y su uso se extendió por más de tres mil años.

El tipo de molino hidráulico con eje horizontal y rueda vertical se comenzó a construir en el siglo I a. C. por el ingeniero militar Marco Vitruvio Polione. Su inspiración puede haber sido la rueda persa o “saqíya”, un dispositivo para elevar el agua, que estaba formado por una serie de recipientes dispuestos en la circunferencia de la rueda que se hace girar con fuerza humana o animal. Esta rueda fue usada en Egipto (Siglo IV a. C.). La rueda hidráulica vitruviana, o rueda de tazas, es básicamente una rueda que funciona en el sentido contrario. Diseñada para moler grano, las ruedas estaban conectadas a la máquina móvil por medio de engranajes de madera que daban una reducción de aproximadamente 5:1. Los primeros molinos de este tipo eran del tipo en los que el agua pasa por debajo.

Más tarde se observó que una rueda alimentada desde arriba era más eficiente, al aprovechar también la diferencia de peso entre las tazas llenas y las vacías. Este tipo de rueda, significativamente más eficiente requieren una instalación adicional considerable para asegurar el suministro de agua: generalmente se represaba un curso de agua, de manera a formar un embalse, desde el cual un canal llevaba un flujo regularizado de agua a la rueda.

Serrería romana de Hierápolis. Del siglo III de la Era Cristiana, es la muestra más antigua del mecanismo biela-manivela.1 2 3

Este tipo de molino fue una fuente de energía mayor a la que se disponía anteriormente, y no solo revolucionó la molienda de granos, sino que abrió el camino a la mecanización de muchas otras operaciones industriales. Un molino de la época romana del tipo alimentado por debajo, en Venafro, con una rueda de 2 m de diámetro podía moler aproximadamente 180 kg de granos en una hora, lo que corresponde aproximadamente a 3 caballos vapor, en comparación, un molino movido por un asno, o por dos hombres podía apenas moler 4,5 kg de grano por hora.

Desde el siglo IV d. C. en el Imperio romano se instalaron molinos de notables dimensiones. En Barbegal, en las proximidades de Arlés, en el 310, se usaron para moler granos 16 ruedas alimentadas desde arriba, que tenían un diámetro de hasta 2,7 m cada una. Cada una de ellas accionaba, mediante engranajes de madera dos máquinas: La capacidad llegaba a 3 toneladas por hora, suficientes para abastecer la demanda de una población de 80 mil habitantes, la población d Arles en aquella época no sobrepasaba las 10 mil personas, es por lo tanto claro que abastecía a una vasta zona.

Es sorprendente que el molino de Vitruvio no se popularizara, en el Imperio romano hasta el tercero o cuarto siglo. Siendo disponible en la época los esclavos y otra mano de obra a bajo precio, no había un gran incentivo para promover una actividad que requería la utilización de capital, se dice además que el emperador Vespasiano (69 – 79 d. C.) se habría opuesto al uso de la energía hidráulica porque esta habría provocado la desocupación.

[editar]La rueda hidráulica

Ruedas de agua en Hama - Siria.

En la Edad Media, la rueda hidráulica fue ampliamente utilizada en Europa para una gran variedad de usos industriales El Domesday Book, el catastro inglés elaborado en el 1086, por ejemplo reporta 5.624 molinos de agua, todos del tipo vitruviano. Estos molinos fueron usados para accionar aserraderos, molinos de cereales y para minerales, molinos con martillos para trabajar el metal o para batanes, para accionar fuelles de fundiciones y para una variedad de otras aplicaciones. De este modo tuvieron también un papel importante en la redistribución territorial de la actividad industrial.

Otra forma de energía desarrollada en la Edad Media fue el molino de viento. Desarrollado originalmente en Persia en el siglo VII, parece que tuvo su origen en las antiguas ruedas de oraciones accionadas por el viento utilizadas en Asia central. Otra hipótesis plausible pero no demostrada, es la de que el molino de viento se derivaría de las velas de los navíos. Durante el siglo X estos molinos eólicos fueron ampliamente utilizados en Persia, para bombear agua. Los molinos persas estaban constituidos por edificios de dos pisos, en el piso inferior se encontraba una rueda horizontal accionada por 10 a 12 alas adaptadas para captar el viento, conectadas a un eje vertical que transmitía el movimiento a la máquina situada en el piso superior, con una disposición que recuerda los molinos de agua griegos. Los molinos de viento de ejes horizontales se desarrollaron en Europa del norte entorno al siglo XIII.

[editar]La hidráulica en los países árabes

En la Edad Media el islam contribuyó en forma importante al desarrollo de la hidráulica. En el área geográfica donde se ubica el primer desarrollo de la civilización islámica se realizaron importantes obras hidráulicas, como por ejemplo canales para la distribución de agua, con un uso frecuente de sifones, casi desconocidos anteriormente, pero lo que tiene más significado, el Islam aseguró la continuidad del conocimiento con las civilizaciones antiguas, particularmente con la alejandrina. Cuando en el Renacimiento se redescubrió la civilización clásica y su ciencia, en realidad se disponía de técnicas mucho más evolucionadas que en la antigüedad y de instrumentos matemáticos mucho más versátiles, como la numeración árabe y el álgebra, también de origen árabe.

Entre los numerosos “arquitectos” que actuaban en el Renacimiento, el más significativo fue Leonardo Da Vinci (1452 – 1519). A Leonardo se debe la primera versión de la conservación de la masa en un curso de agua, en el cual el producto entre la velocidad media del agua en una sección y el área de la misma sección es constante, mientras que, siempre Leonardo observa, la velocidad del agua es máxima en el centro del río y mínima sobre los bordes. En tiempos recientes se ha reconducido el estudio de la turbulencia al de los sistemas dinámicos que conducen al caos. Actualmente la verdadera naturaleza del movimiento turbulento no está del todo clara, y el enfoque probabilístico parecería no ser el simple reflejo de nuestra ignorancia, sino que reflejaría la esencia misma del fenómeno, como en otras ramas de la física.

Se puede concluir que “es más fácil estudiar el movimiento de cuerpos celestes infinitamente lejanos que el de un arroyito que corre a nuestros pies” (Galileo Galilei): “Discurso sobre dos ciencias nuevas”

[editar]Ciencias de la tierra relacionadas con la hidráulica

Se relacionan íntimamente con la hidráulica las siguientes ramas de la ciencias de la tierra:

Mecánica de fluidos.mecánica de medios continuos que describe el movimiento de fluidos (gases y líquidos), sin tener en cuenta las causas que lo provocan (cinemática) o teniéndolas en cuenta (dinámica);

Hidrología, que analiza el comportamiento del agua en la naturaleza, en las diversas fases del ciclo hidrológico;

Hidrogeología, que se ocupa de las aguas subterráneas;

Hidrografía, que se ocupa de la descripción y estudio sistemático de los diferentes cuerpos de agua planetarios;

Oceanografía, que estudia todos los procesos físicos, químicos y biológicos que se dan en el mar y en los océanos.

[editar]Producción de energía

El funcionamiento básico consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo que accione las turbinas hidráulicas.

Para aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para aumentar el salto y así mejorar su aprovechamiento.

[editar]Ventajas sobre otras fuentes de energía

Disponibilidad: El ciclo del agua lo convierte en un recurso inagotable.

Energía limpia: No emite gases "invernadero", ni provoca lluvia ácida, ni produce emisiones tóxicas.

Energía barata: Sus costes de explotación son bajos, y su mejora tecnológica hace que se aproveche de manera eficiente los recursos hidráulicos disponibles.

Trabaja a temperatura ambiente: No son necesarios sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan.

El almacenamiento de agua permite el suministro para regadíos o la realización de actividades de recreo.

La regulación del caudal controla el riesgo de inundaciones y desates de agua.

[editar]Inconvenientes

Su construcción y puesta en marcha requiere inversiones importantes. Además, los emplazamientos en donde se pueden construir centrales hidroeléctricas en buenas condiciones económicas son limitados.

Las presas se convierten en obstáculos insalvables para especies como los salmones, que tienen que remontar los ríos para desovar. Por su parte, los embalses afectan a los cauces, provocan erosión, e inciden en general sobre el ecosistema del lugar.

Empobrecimiento del agua: El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río. Los sedimentos se acumulan en el embalse, por lo que el resto del río hasta la desembocadura acaba empobreciéndose de nutrientes. Asimismo, puede dejar sin caudal mínimo el tramo final de los ríos, especialmente en épocas de sequía.

Los emplazamientos hidráulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar la energía eléctrica producida a través de costosas redes.

[editar]Véase también

Oleohidráulica

Neumática

Hidrodinamica

Hidroestatica

[editar]Notas y referencias

↑ Grewe, Klaus (2010), «La máquina romana de serrar piedras. La representación en bajorrelieve de una sierra de piedras de la antigüedad, en Hierápolis de Frigia y su relevancia para la historia técnica (traducción al castellano: Miguel Ordóñez)», Las técnicas y las construcciones de la Ingeniería Romana, V Congreso de las Obras, pp. 381–401 (para descargar el artículo se necesita registrarse en el sitio web por gratuito)

↑ Grewe, Klaus (2009), «Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte. Internationale Konferenz 13.−16. Juni 2007 in Istanbul», en Bachmann, Martin (en alemán), Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien, Byzas, 9, Istanbul: Ege Yayınları/Zero Prod. Ltd., pp. 429–454 (429), ISBN 978-975-807-223-1

↑ Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), «A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications» (en inglés), Journal of Roman Archaeology 20: 138–163 (161)

[editar]Enlaces externos

Rueda hidráulica

Categorías: HidráulicaIngeniería hidráulicaIngeniería civilIngeniería mecánica

قس انگلیسی

A water wheel is a machine for converting the energy of free-flowing or falling water into useful forms of power. A water wheel consists of a large wooden or metal wheel, with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving surface. Most commonly, the wheel is mounted vertically on a horizontal axle, but the tub or Norse wheel is mounted horizontally on a vertical shaft. Vertical wheels can transmit power either through the axle or via a ring gear and typically drive belts or gears; horizontal wheels usually directly drive their load.

Water wheels were still in commercial use well into the 20th century, but they are no longer in common use. Prior uses of water wheels include milling flour in gristmills and grinding wood into pulp for papermaking, but other uses include hammering wrought iron, machining, ore crushing and pounding fiber for use in the manufacture of cloth.

Some water wheels are fed by water from a mill pond, which is formed when a flowing stream is dammed. A channel for the water flowing to or from a water wheel is called a mill race (also spelled millrace) or simply a "race", and is customarily divided into sections. The race bringing water from the mill pond to the water wheel is a headrace; the one carrying water after it has left the wheel is commonly referred to as a tailrace.[1]

John Smeaton's scientific investigation of the water wheel led to significant increases in efficiency in the mid to late 18th century and supplying much needed power for the Industrial Revolution.[2][3]

Water wheels began being displaced by the smaller, less expensive and more efficient turbine developed by Benoît Fourneyron, beginning with his first model in 1827.[3] Turbines are capable of handling high heads, or elevations, that exceed the capability of practical sized waterwheels.

The main difficulty of water wheels is their dependence on flowing water, which limits where they can be located. Modern hydroelectric dams can be viewed as the descendants of the water wheel as they too take advantage of the movement of water downhill.

Contents  [show]

[edit]History

Further information: Watermill

In water-raising devices rotary motion is typically more efficient than machines based on oscillating motion.[4] In terms of power source, water wheels can be turned either by human or animal force or by the water current itself. Water wheels come in two basic designs, either equipped with a vertical or a horizontal axle. The latter type can be subdivided, depending on where the water hits the wheel paddles, into overshot, breastshot and undershot wheels. The two main functions of water wheels were historically water-lifting for irrigation purposes and milling, particularly of grain.

[edit]Greco-Roman world

See also: List of ancient watermills

The ancient Greeks invented the water wheel and were, along with the Romans, the first to use it in nearly all of the forms and functions described above, including its epochal application for watermilling.[5] The technological breakthrough occurred in the technically advanced and scientifically minded Hellenistic period between the 3rd and 1st century BC.[6]

[edit]Water-lifting

Sequence of wheels found in Rio Tinto mines

The compartmented water wheel comes in two basic forms, the wheel with compartmented body (Latin tympanum) and the wheel with compartmented rim or a rim with separate, attached containers.[4] The wheels could be either turned by men treading on its outside or by animals by means of a sakia gear.[7] While the tympanum had a large discharge capacity, it could lift the water only to less than the height of its own radius and required a large torque for rotating.[7] These constructional deficiencies were overcome by the wheel with a compartmented rim which was a less heavy design with a higher lift.[8]

[edit]Greece

The earliest literary reference to a water-driven, compartmented wheel appears in the technical treatise Pneumatica (chap. 61) of the Greek engineer Philo of Byzantium (ca. 280−220 BC).[9] In his Parasceuastica (91.43−44), Philo advises the use of such wheels for submerging siege mines as a defensive measure against enemy sapping.[10] Compartmented wheels appear to have been the means of choice for draining dry docks in Alexandria under the reign of Ptolemy IV (221−205 BC).[10] Several Greek papyri of the 3rd to 2nd century BC mention the use of these wheels, but don't give further details.[10] The non-existence of the device in the Ancient Near East before Alexander's conquest can be deduced from its pronounced absence from the otherwise rich oriental iconography on irrigation practices.[11][12][13][14] Unlike other water-lifting devices and pumps of the period though, the invention of the compartmented wheel cannot be traced to any particular Hellenistic engineer and may have been made in the late 4th century BC in a rural context away from the metropolis of Alexandria.[15]

Drainage wheel from Rio Tinto mines

The earliest depiction of a compartmented wheel is from a tomb painting in Ptolemaic Egypt which dates to the 2nd century BC. It shows a pair of yoked oxen driving the wheel via a sakia gear, which is here for the first time attested, too.[16] The Greek sakia gear system is already shown fully developed to the point that "modern Egyptian devices are virtually identical".[16] It is assumed that the scientists of the Museum of Alexandria, at the time the most active Greek research center, may have been involved in its invention.[17] An episode from the Alexandrian War in 48 BC tells of how Caesar's enemies employed geared water wheels to pour sea water from elevated places on the position of the trapped Romans.[18]

Around 300 AD, the noria was finally introduced when the wooden compartments were replaced with inexpensive ceramic pots that were tied to the outside of an open-framed wheel.[15]

[edit]Rome

The Romans used water wheels extensively in mining projects, with enormous Roman-era water wheels found in places like modern-day Spain. They were reverse overshot water-wheels designed for dewatering deep underground mines.[citation needed] Several such devices are described by Vitruvius, including the reverse overshot water-wheel and the Archimedean screw. Many were found during modern mining at the copper mines at Rio Tinto in Spain, one system involving 16 such wheels stacked above one another so as to lift water about 80 feet (24 m) from the mine sump. Part of such a wheel was found at Dolaucothi, a Roman gold mine in south Wales in the 1930s when the mine was briefly re-opened. It was found about 160 feet (49 m) below the surface, so must have been part of a similar sequence as that discovered at Rio Tinto. It has recently been carbon dated to about 90 AD, and since the wood from which it was made is much older than the deep mine, it is likely that the deep workings were in operation perhaps 30–50 years after. These examples of drainage wheels found in sealed underground galleries in widely separated locations illustrate that the building of water wheels was well within Roman capabilities, and that such vertical water wheels were commonly used for industrial purposes.

[edit]Watermilling

Reconstruction of Vitruvius' undershot-wheeled watermill

Taking indirect evidence into account from the work of the Greek technician Apollonius of Perge, the British historian of technology M.J.T. Lewis dates the appearance of the vertical-axle watermill to the early 3rd century BC, and the horizontal-axle watermill to around 240 BC, with Byzantium and Alexandria as the assigned places of invention.[19] A watermill is reported by the Greek geographer Strabon (ca. 64 BC–AD 24) to have existed sometime before 71 BC in the palace of the Pontian king Mithradates VI Eupator, but its exact construction cannot be gleaned from the text (XII, 3, 30 C 556).[20]

The first clear description of a geared watermill offers the late 1st century BC Roman architect Vitruvius who tells of the sakia gearing system as being applied to a watermill.[21] Vitruvius's account is particularly valuable in that it shows how the watermill came about, namely by the combination of the separate Greek inventions of the toothed gear and the water wheel into one effective mechanical system for harnessing water power.[22] Vitruvius' water wheel is described as being immersed with its lower end in the watercourse so that its paddles could be driven by the velocity of the running water (X, 5.2).[23]

Schematic of the Roman Hierapolis sawmill, Asia Minor, powered by a breastshot wheel

About the same time, the overshot wheel appears for the first time in a poem by Antipater of Thessalonica, which praises it as a labour-saving device (IX, 418.4–6).[24] The motif is also taken up by Lucretius (ca. 99-55 BC) who likens the rotation of the water wheel to the motion of the stars on the firmament (V 516).[25] The third horizontal-axled type, the breastshot water wheel, comes into archaeological evidence by the late 2nd century AD context in central Gaul.[26] Most excavated Roman watermills were equipped with one of these wheels which, although more complex to construct, were much more efficient than the vertical-axle water wheel.[27] In the 2nd century AD Barbegal watermill complex a series of sixteen overshot wheels was fed by an artificial aqueduct, a proto-industrial grain factory which has been referred to as "the greatest known concentration of mechanical power in the ancient world".[28]

In Roman North Africa, several installations from around 300 AD were found where vertical-axle water wheels fitted with angled blades were installed at the bottom of a water-filled, circular shaft. The water from the mill-race which entered tangentially the pit created a swirling water column that made the fully submerged wheel act like true water turbines, the earliest known to date.[29]

Navigation

Ox-powered Roman paddle wheel boat from a 15th-century copy of De Rebus Bellicis

Apart from its use in milling and water-raising, ancient engineers applied the paddled water wheel for automaton and in navigation. Vitruvius (X 9.5-7) describes multi-geared paddle wheels working as a ship odometer, the earliest of its kind. The first mention of paddle wheels as a means of propulsion comes from the 4th–5th century military treatise De Rebus Bellicis (chapter XVII), where the anonymous Roman author describes an ox-driven paddle-wheel warship.[30]

[edit]Early Medieval Europe

See also: List of early medieval watermills

Ancient water-wheel technology continued unabated in the early medieval period where the appearance of new documentary genres such as legal codes, monastic charters, but also hagiography was accompanied with a sharp increase in references to watermills and wheels.[31]

The earliest vertical-wheel in a tide mill is from 6th century Killoteran near Waterford, Ireland,[32] while the first known horizontal-wheel in such a type of mill is from the Irish Little Island (c. 630).[33] As for the use in a common Norse or Greek mill, the oldest known horizontal-wheel were excavated in the Irish Ballykilleen, dating to c. 636.[33]

The earliest excavated water wheel driven by tidal power was the Nendrum Monastery mill in Northern Ireland which has been dated at 787 although a possible earlier mill dates to 619. Tide mills became common in estuaries with a good tidal range in both Europe and America generally using undershot wheels.

Water wheel powering a small village mill at the Museum of Folk Architecture and Life, Uzhhorod, Ukraine

Cistercian monasteries, in particular, made extensive use of water wheels to power watermills of many kinds. An early example of a very large water wheel is the still extant wheel at the early 13th century Real Monasterio de Nuestra Senora de Rueda, a Cistercian monastery in the Aragon region of Spain. Grist mills (for corn) were undoubtedly the most common, but there were also sawmills, fulling mills and mills to fulfill many other labor-intensive tasks. The water wheel remained competitive with the steam engine well into the Industrial Revolution. At around the eighth to 10th century, a number of Irrigation technologies was brought into Spain and thus introduced to Europe. One of those technologies is the Noria, which is basically a wheel fitted with bucket on the peripherals for lifting water. It is similar to the undershot water wheel mentioned later in this article. It allowed peasants to power watermills more efficiently. According to Thomas Glick's book, Irrigation and Society in Medieval Valencia, the Noria probably originated from somewhere in Persia. It has been used for centuries before the technology was brought into Spain by Arabs who had adopted it from the Romans. Thus the distribution of the Noria in the Iberian peninsula "conforms to the area of stabilized Islamic settlement".[34] This technology has a profound effect on the life of peasants. The Noria is relatively cheap to build. Thus it allowed peasants to cultivate land more efficiently in Europe. Together with the Spaniards, the technology then spread to North Africa and later to the New World in Mexico and South America following Spanish expansion.

[edit]Domesday inventory of English mills ca. 1086

The assembly convened by William of Normandy, commonly referred to as the “Domesday” or Doomsday survey, took an inventory of all potentially taxable property in England, which included over six thousand mills spread across three thousand different locations.[35][36]

[edit]Locations

The type of water wheel selected was dependent upon the location. Generally if only small volumes of water and high waterfalls were available a millwright would choose to use an overshot wheel. The decision was influenced by the fact that the buckets could catch and use even a small volume of water.[37] For large volumes of water with small waterfalls the undershot wheel would have been used, since it was more adapted to such conditions and cheaper to construct. So long as these water supplies were abundant the question of efficiency remained irrelevant. By the 18th century with increased demand for power coupled with limited water locales, an emphasis was made on efficiency scheme.[37]

[edit]Economic influence

By the eleventh century there were parts of Europe where the exploitation of water was common place.[35] The water wheel is understood to have actively shaped and forever changed the outlook of Westerners. Europe began to transition from muscle labor, human and animal labor, towards mechanical labor with the advent of the Water Wheel. Medievalist Lynn White Jr. contended that the spread of inanimate power sources was eloquent testimony to the emergence of the West of a new attitude toward, power, work, nature, and above all else technology.[35] Even the most conservative commentators regarding the extent to which the water wheel influenced Medieval western technology and science recognize the basic elements of a power-based economy responsible for distinguishing the Europeans above all others, had begun with the framework instilled by the water wheel. Furthermore Europeans, for the first time had begun to show their own capabilities for mechanized innovations, by not limited themselves to merely water, but by beginning to experiment with wind and tidal mills.[38] Waterwheels influenced the construction of cities, more specifically canals. The techniques that developed during this early period such as stream jamming and the building of canals, put Europe on a hydraulically focused path, for instance water supply and irrigation technology was combined to modify supply power of the wheel.[39] Illustrating the extent to which there was a great degree of technological innovation that met the growing needs of the feudal state.

[edit]Importance to 17th- and 18th-century Europe (scientific influence)

Millwrights distinguished between the two forces, impulse and weight, at work in water wheels long before 18th century Europe. Fithezerbert, a 16th-century agricultural writer, wrote “druieth the whele as well as with the weight of the water as with strengthe [impulse]”.[40] Leonardo da Vinci also discussed waterpower, noting “the blow [of the water] is not weight, but excites a power of weight, almost equal to its own power”.[41] However, even realization of the two forces, weight and impulse, confusion remained over the advantages and disadvantages of the two, and there was no clear understanding of the superior efficiency of weight.[42] Prior to 1750 it was unsure as to which force was dominant and was widely understood that both forces were operating with equal inspiration amongst one another.[43] The waterwheel, sparked questions of the laws of nature, specifically the laws of force. Torricellos work on waterwheels, used an analysis of Galileo’s work on falling bodies, that the velocity of a water sprouting from an orifice under its head was exactly equivalent to the velocity a drop of water acquired in falling freely from the same height.[43]

[edit]Applications of the water wheel in medieval Europe

Ore stamp mill (behind worker raking ore form chute). From: Georg Agricola's De re metallica (1556)

The water mill was used for grinding grain, producing flour for bread, malt for beer, or coarse meal for porridge.[44] Hammermills used the wheel to operate hammers. One type was fulling mill, which was used for cloth making. The trip hammer was also used for making wrought iron and for working iron into useful shapes, an activity that was otherwise labor intensive. One application attributed from hammer milling was “rod ironing“. The water wheel was also used in papermaking, beating material to a pulp.

[edit]Ancient China

Two types of hydraulic-powered chain pumps from the Tiangong Kaiwu of 1637, written by the Ming Dynasty encyclopedist, Song Yingxing (1587-1666).

Chinese water wheels almost certainly have a separate origin, as early ones there were invariably horizontal water wheels. By at least the 1st century AD, the Chinese of the Eastern Han Dynasty were using water wheels to crush grain in mills and to power the piston-bellows in forging iron ore into cast iron.

In the text known as the Xin Lun written by Huan Tan about 20 AD (during the usurpation of Wang Mang), it states that the legendary mythological king known as Fu Xi was the one responsible for the pestle and mortar, which evolved into the tilt-hammer and then trip hammer device (see trip hammer). Although the author speaks of the mythological Fu Xi, a passage of his writing gives hint that the water wheel was in widespread use by the 1st century AD in China (Wade-Giles spelling):

Fu Hsi invented the pestle and mortar, which is so useful, and later on it was cleverly improved in such a way that the whole weight of the body could be used for treading on the tilt-hammer (tui), thus increasing the efficiency ten times. Afterwards the power of animals—donkeys, mules, oxen, and horses—was applied by means of machinery, and water-power too used for pounding, so that the benefit was increased a hundredfold.[45]

In the year 31 AD, the engineer and Prefect of Nanyang, Du Shi (d. 38), applied a complex use of the water wheel and machinery to power the bellows of the blast furnace to create cast iron. Du Shi is mentioned briefly in the Book of Later Han (Hou Han Shu) as follows (in Wade-Giles spelling):

In the seventh year of the Chien-Wu reign period (31 AD) Tu Shih was posted to be Prefect of Nanyang. He was a generous man and his policies were peaceful; he destroyed evil-doers and established the dignity (of his office). Good at planning, he loved the common people and wished to save their labor. He invented a water-power reciprocator (shui phai) for the casting of (iron) agricultural implements. Those who smelted and cast already had the push-bellows to blow up their charcoal fires, and now they were instructed to use the rushing of the water (chi shui) to operate it ... Thus the people got great benefit for little labor. They found the 'water(-powered) bellows' convenient and adopted it widely.[46]

Water wheels in China found practical uses such as this, as well as extraordinary use. The Chinese inventor Zhang Heng (78–139) was the first in history to apply motive power in rotating the astronomical instrument of an armillary sphere, by use of a water wheel.[47] The mechanical engineer Ma Jun (c. 200–265) from Cao Wei once used a water wheel to power and operate a large mechanical puppet theater for the Emperor Ming of Wei (r. 226-239).[48]

[edit]Ancient India

The early history of the watermill in India is obscure. Ancient Indian texts dating back to the 4th century BC refer to the term cakkavattaka (turning wheel), which commentaries explain as arahatta-ghati-yanta (machine with wheel-pots attached). On this basis, Joseph Needham suggested that the machine was a noria. Terry S. Reynolds, however, argues that the "term used in Indian texts is ambiguous and does not clearly indicate a water-powered device." Thorkild Schiøler argued that it is "more likely that these passages refer to some type of tread- or hand-operated water-lifting device, instead of a water-powered water-lifting wheel."[49]

According to Greek historical tradition, India received water-mills from the Roman Empire in the early 4th century AD when a certain Metrodoros introduced "water-mills and baths, unknown among them [the Brahmans] till then".[50] Irrigation water for crops was provided by using water raising wheels, some driven by the force of the current in the river from which the water was being raised. This kind of water raising device was used in ancient India, predating, according to Pacey, its use in the later Roman Empire or China,[51] even though the first literary, archaeological and pictorial evidence of the water wheel appeared in the Hellenistic world.[5]

Around 1150, the astronomer Bhaskara Achārya observed water-raising wheels and imagined such a wheel lifting enough water to replenish the stream driving it, effectively, a perpetual motion machine.[52] The construction of water works and aspects of water technology in India is described in Arabic and Persian works. During medieval times, the diffusion of Indian and Persian irrigation technologies gave rise to an advanced irrigation system which bought about economic growth and also helped in the growth of material culture.[53]

[edit]Islamic world

See also: Muslim Agricultural Revolution

The norias of Hama on the Orontes River

Arab engineers took over the water technology of the hydraulic societies of the ancient Near East; they adopted the Greek water wheel as early as the 7th century, excavation of a canal in the Basra region discovered remains of a water wheel dating from this period. Hama in Syria still preserves one of its large wheels, on the river Orontes, although they are no longer in use.[54] One of the largest had a diameter of about 20 metres and its rim was divided into 120 compartments. Another wheel that is still in operation is found at Murcia in Spain, La Nora, and although the original wheel has been replaced by a steel one, the Moorish system during al-Andalus is otherwise virtually unchanged. Some medieval Islamic compartmented water wheels could lift water as high as 30 meters.[55] Muhammad ibn Zakariya al-Razi's Kitab al-Hawi in the 10th century described a noria in Iraq that could lift as much as 153,000 litres per hour, or 2550 litres per minute. This is comparable to the output of modern Norias in East Asia which can lift up to 288,000 litres per hour, or 4800 litres per minute.[56]

Water wheel in Djambi, Sumatra, c. 1918

The industrial uses of watermills in the Islamic world date back to the 7th century, while horizontal-wheeled and vertical-wheeled water mills were both in widespread use by the 9th century. A variety of industrial watermills were used in the Islamic world, including gristmills, hullers, sawmills, shipmills, stamp mills, steel mills, sugar mills, and tide mills. By the 11th century, every province throughout the Islamic world had these industrial watermills in operation, from al-Andalus and North Africa to the Middle East and Central Asia.[57] Muslim and Christian engineers also used crankshafts and water turbines, gears in watermills and water-raising machines, and dams as a source of water, used to provide additional power to watermills and water-raising machines.[58] Fulling millsand steel mills may have spread from Islamic Spain to Christian Spain in the 12th century. Industrial water mills were also employed in large factory complexes built in al-Andalus between the 11th and 13th centuries.[59]

The engineers of the Islamic world developed several solutions to achieve the maximum output from a water wheel. One solution was to mount them to piers of bridges to take advantage of the increased flow. Another solution was the shipmill, a type of water mill powered by water wheels mounted on the sides of ships moored in midstream. This technique was employed along the Tigris and Euphrates rivers in 10th century Iraq, where large shipmills made of teak and iron could produce 10 tons of flour from corn every day for the granary in Baghdad.[60] The flywheel mechanism, which is used to smooth out the delivery of power from a driving device to a driven machine, was invented by Ibn Bassal (fl. 1038-1075) of Al-Andalus; he pioneered the use of the flywheel in the saqiya (chain pump) and noria.[61] The engineers Al-Jazari in the 13th century and Taqi al-Din in the 16th century described many inventive water-raising machines in their technological treatises. They also employed water wheels to power a variety of devices, including various water clocks and automata.

[edit]Modern usage

The great water wheel in the Welsh National Slate Museum

The most powerful water wheel built in the United Kingdom was the 100 hp Quarry Bank Mill Water wheel near Manchester. A high breastshot design, it was retired in 1904 and replaced with several turbines. It has now been restored and is a museum open to the public.

The biggest working water wheel in mainland Britain has a diameter of 15.4 m and was built by the De Winton company of Caernarfon. It is located within the Dinorwic workshops of the National Slate Museum in Llanberis, North Wales.

The largest working water wheel in the world is the Laxey Wheel (also known as Lady Isabella) in the village of Laxey, Isle of Man. It is 72 feet 6 inches (22.10 m) in diameter and 6 feet (1.83 m) wide and is maintained by Manx National Heritage.

Development of water turbines during the Industrial revolution led to decreased popularity of water wheels. The main advantage of turbines is that ability to harness head much greater than the diameter of the turbine, whereas a water wheel cannot effectively harness head greater than its diameter. The migration from water wheels to modern turbines took about one hundred years.

[edit]Types

Most water wheels in the United Kingdom and the United States are (or were) vertical wheels rotating about a horizontal axle, but in the Scottish highlands and parts of southern Europe mills often had a horizontal wheel (with a vertical axle). Water wheels are classified by the way in which water is applied to the wheel, relative to the wheel's axle. Overshot & pitchback water wheels are suitable where there is a small stream with a height difference of more than 2 meters, often in association with a small reservoir. Breastshot and undershot wheels can be used on rivers or high volume flows with large reservoirs.

[edit]Horizontal wheel

Commonly called a tub wheel or Norse mill, the horizontal wheel is essentially a very primitive and inefficient form of the modern turbine. It is usually mounted inside a mill building below the working floor. A jet of water is directed on to the paddles of the water wheel, causing them to turn; water exits beneath the wheel, generally through the center. This is a simple system, usually used without gearing so that the vertical axle of the water wheel becomes the drive spindle of the mill.

[edit]Undershot wheel

Undershot water wheel

Breastshot water wheel

Overshot water wheel

An undershot wheel (also called a stream wheel[62]) is a vertically mounted water wheel that is rotated by water striking paddles or blades at the bottom of the wheel. The name undershot comes from this striking at the bottom of the wheel. This type of water wheel is the oldest type of wheel.

Sabegien, Poncelet and Zuppinger water wheel

It is also regarded as the least efficient type, although subtypes of this water wheel (e.g. the Poncelet wheel, Sagebien wheel and Zuppinger wheel) allow somewhat greater efficiencies than the traditional undershot wheels. The advantages of undershot wheels are that they are somewhat cheaper and simpler to build, and have less of an environmental impact—as they do not constitute a major change of the river. Their disadvantages are—as mentioned before—less efficiency, which means that they generate less power and can only be used where the flow rate is sufficient to provide torque.

Undershot wheels gain no advantage from head. They are most suited to shallow streams in flat country.

Undershot wheels are also well suited to installation on floating platforms. The earliest were probably constructed by the Byzantine general Belisarius during the siege of Rome in 537. Later they were sometimes mounted immediately downstream from bridges where the flow restriction of arched bridge piers increased the speed of the current.

[edit]Breastshot wheel

A vertically mounted water wheel that is rotated by falling water striking buckets near the center of the wheel's edge, or just above it, is said to be breastshot. Breastshot wheels are the most common type in the United States of America[citation needed] and are said to have powered the American industrial revolution.

Breastshot wheels are less efficient than overshot wheels (see below), more efficient than undershot wheels, and are not backshot (see below). The individual blades of a breastshot wheel are actually buckets, as are those of most overshot wheels, and not simple paddles like those of most undershot wheels. A breastshot wheel requires a good trash rack and typically has a masonry "apron" closely conforming to the wheel face, which helps contain the water in the buckets as they progress downwards. Breastshot wheels are preferred for steady, high-volume flows such as are found on the fall line of the North American East Coast.

The Anderson Mill of Texas is undershot, backshot, and overshot using two sources of water. This allows the speed of the wheel to be controlled.

[edit]Overshot wheel

A vertically mounted water wheel that is rotated by falling water striking paddles, blades or buckets near the top of the wheel is said to be overshot. In true overshot wheels the water passes over the top of the wheel, but the term is sometimes applied to backshot or pitchback wheels where the water goes down behind the water wheel.

A typical overshot wheel has the water channeled to the wheel at the top and slightly beyond the axle. The water collects in the buckets on that side of the wheel, making it heavier than the other "empty" side. The weight turns the wheel, and the water flows out into the tail-water when the wheel rotates enough to invert the buckets. The overshot design can use all of the water flow for power (unless there is a leak) and does not require rapid flow.

Unlike undershot wheels, overshot wheels gain a double advantage from gravity. Not only is the momentum of the flowing water partially transferred to the wheel, the weight of the water descending in the wheel's buckets also imparts additional energy. The mechanical power derived from an overshot wheel is determined by the wheel's physical size and the available head, so they are ideally suited to hilly or mountainous country. On average, the undershot wheel uses 22 percent of the energy in the flow of water, while an overshot wheel uses 63 percent, as calculated by English civil engineer John Smeaton in the 18th century.[63]

Overshot wheels demand exact engineering and significant head, which usually means significant investment in constructing a dam, millpond and waterways. Sometimes the final approach of the water to the wheel is along a lengthy flume or penstock.

Replica of a reversible wheel with a 9.5 m diameter in Clausthal-Zellerfeld

[edit]Reversible wheel

A special type of overshot wheel is the reversible water wheel. This has two sets of blades or buckets running in opposite directions, so that it can turn in either direction depending on which side the water is directed. Reversible wheels were used in mining industry in order to power various means of ore conveyance. By changing the direction of the wheel, barrels or baskets of ore could be lifted up or lowered down a shaft. As a rule there was also a cable drum or a chain basket (German: Kettenkorb) on the axle of the wheel. It was also essential that the wheel had braking equipment in order to be able to stop the wheel (known as a braking wheel). The oldest known drawing of a reversible water wheel was by Georgius Agricola and dates to 1556.

[edit]Backshot wheel

Pitchback or "backshot" water wheel

Backshot wheel at New Lanark World Heritage Site, Scotland

A backshot wheel (also called pitchback) is a variety of overshot wheel where the water is introduced just behind the summit of the wheel. It combines the advantages from breastshot and overshot systems, since the full amount of the potential energy released by the falling water is harnessed as the water descends the back of the wheel.

A backshot wheel continues to function until the water in the wheel pit rises well above the height of the axle, when any other overshot wheel will be stopped or even destroyed. This makes the technique particularly suitable for streams that experience extreme seasonal variations in flow, and reduces the need for complex sluice and tail race configurations. A backshot wheel may also gain power from the water's current past the bottom of the wheel, and not just the weight of the water falling in the wheel's buckets.

[edit]Hydraulic wheel

A recent development of the breastshot wheel is a hydraulic wheel which effectively incorporates automatic regulation systems. This is known as the Aqualienne, designed by

[edit]Hydraulic wheel part reaction turbine

A parallel development is the hydraulic wheel/part reaction turbine that also incorporates a weir into the centre of the wheel but uses blades angled to the water flow. The WICON-Stem Pressure Machine (SPM) exploits this flow.[64] Estimated efficiency 67%.

The University of Southampton School of Civil Engineering and the Environment in the UK has investigated both types of Hydraulic wheel machines and has estimated their hydraulic efficiency and suggested improvements, i.e. The Rotary Hydraulic Pressure Machine. (Estimated maximum efficiency 85%).[65]

These type of water wheels have high efficiency at part loads / variable flows and can operate at very low heads, " 1 metre. Combined with direct drive Axial Flux Permanent Magnet Alternators and power electronics they offer a viable alternative for low head hydroelectric power generation.

[edit]Efficiency

Overshot (and particularly backshot) wheels are the most efficient type; a backshot steel wheel can be more efficient (about 60%) than all but the most advanced and well-constructed turbines. Nevertheless, in some situations an overshot wheel is preferable to a turbine.[66]

The development of the hydraulic turbine wheels with their improved efficiency ("67%) opened up an alternative path for the installation of water wheels in existing mills, or redevelopment of abandoned mills.

[edit]Uses

Water Wheels have traditionally been used to power mills. More recently, water wheels have been adapted for the production of electricity. Small scale Hydro power plants are being used to power generators, creating clean electricity.

[edit]Construction

Iced water wheel

A water wheel consists of a large wooden or metal wheel, with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving surface. Most commonly, the wheel is mounted vertically on a horizontal axle, but the tub or Norse wheel is mounted horizontally on a vertical shaft. Vertical wheels can transmit power either through the axle or via a ring gear and typically drive belts or gears; horizontal wheels usually directly drive their load.

[edit]Headrace, tailrace

A mill pond is formed when a flowing stream is dammed to feed a water wheel. A channel for the water flowing to or from a water wheel is called a mill race (also spelled millrace) or simply a "race" (in Scotland it is normally referred to as a lade), and is customarily divided into sections. The race bringing water from the mill pond to the water wheel is a headrace; the one carrying water after it has left the wheel is commonly referred to as a tailrace.[1]

[edit]Materials

Traditionally water wheels have been made mostly from wood. Steel in overshot (and pitchback) wheels allows higher speeds. A wooden wheel with a wooden axle cannot necessarily sustain high speed needed for hydroelectric power generation.

Until around 1820 water wheels in North America were generally built with a wooden axle (usually from seasoned white oak) with three or more spokes extending through the wood axle and interlocked inside. Additional spokes attached to pocket holes in the axle and were wedged inside the wood axle. These wheels generally had metal gudgeons held in place on the ends of the shafts using wedges and steel hoops, which allowed the wood axle to have a small metal tip on the end. These metal tips or "journals" would then ride on wood or stone bearings. A water wheel made this way was called a Compass Wheel. Sometimes a wood axle would need to be replaced after only a year or two prompting the development of "hybrid wheels". After 1820, water wheels began to have steel hubs and later steel axles with wood spokes, rims, and paddles. These hybrid wheels eliminated the often problematic wood axle and allowed the addition of more spokes. Later cast-iron and all-steel wheels were used.

[edit]See also

A mid-nineteenth century water wheel at Cromford in England used for grinding locally mined barytes.

Cable railway

European water wheel

Ian Gilmartin

Small Hydro

Micro Hydro

Example applications

The following installations use a water wheel as the prime mover:

Watermills in the United Kingdom

Claverton Pumping Station – canal water pumping station

Derby Industrial Museum – former silk mill

Laxey Wheel – pumping water from a mine

Snaefell Wheel – pumping water from a mine

Water turbines

Water turbine

Pelton wheel

Banki turbine

Francis turbine

Kaplan turbine

Turgo turbine

Tyson turbine

For devices to lift water for irrigation

Noria

Sakia

Hydraulic ram

Devices to lift water for land drainage

Scoop wheel

[edit]Notes

^ a b Dictionary definition of "tailrace"

^ Musson; Robinson (1969). Science and Technology in the Industrial Revolution. University of Toronto Press. p. 69.

^ a b Thomson, Ross (2009). Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United States 1790-1865. Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press. p. 34. ISBN 978-0-8018-9141-0.

^ a b Oleson 2000, p. 229

^ a b Oleson 1984, pp. 325ff.; Oleson 2000, pp. 217–302; Donners, Waelkens & Deckers 2002, pp. 10−15; Wikander 2000, pp. 371−400

^ Wikander 2000, pp. 395; Oleson 2000, p. 229

It is no surprise that all the water-lifting devices that depend on subdivided wheels or cylinders originate in the sophisticated, scientifically advanced Hellenistic period, ...

^ a b Oleson 2000, p. 230

^ Oleson 2000, pp. 231f.

^ Oleson 2000, p. 233

^ a b c Oleson 2000, pp. 234

^ Oleson 2000, pp. 235:

The sudden appearance of literary and archaological evidence for the compartmented wheel in the third century B.C. stand in marked contrast to the complete absence of earlier testimony, suggesting that the device was invented not long before.

^ An isolated passage in the Hebrew Deuteronomy (11.10−11) about Egypt as a country where you sowed your seed and watered it with your feet is interpreted as a metaphor referring to the digging of irrigation channels rather than treading a water wheel (Oleson 2000, pp. 234).

^ As for a Mesopotamian connection: Schioler 1973, p. 165−167:

References to water-wheels in ancient Mesopotamia, found in handbooks and popular accounts, are for the most part based on the false assumption that the Akkadian equivalent of the logogram GIS.APIN was nartabu and denotes an instrument for watering ("instrument for making moist").

As a result of his investigations, Laessoe writes as follows on the question of the saqiya: "I consider it unlikely that any reference to the saqiya will appear in ancient Mesopotamian sources." In his opinion, we should turn our attention to Alexandria, "where it seems plausible to assume that the saqiya was invented."

^ Adriana de Miranda (2007), Water architecture in the lands of Syria: the water-wheels, L'Erma di Bretschneider, pp. 48f., ISBN 88-8265-433-8 concludes that the Akkadian passages "are couched in terms too general too allow any conclusion as to the exact structure" of the irrigation apparatus, and states that "the latest official Chicago Assyrian Dictionary reports meanings not related to types of irrigation system".

^ a b Oleson 2000, pp. 235

^ a b Oleson 2000, pp. 234, 270

^ Oleson 2000, pp. 271f.

^ Oleson 2000, p. 271

^ Wikander 2000, pp. 396f.; Donners, Waelkens & Deckers 2002, p. 11; Wilson 2002, pp. 7f.

^ Wikander 1985, p. 160; Wikander 2000, p. 396

^ Oleson 2000, pp. 234, 269

^ Oleson 2000, pp. 269−271

^ Wikander 2000, pp. 373f.; Donners, Waelkens & Deckers 2002, p. 12

^ Wikander 2000, p. 375; Donners, Waelkens & Deckers 2002, p. 13

^ Donners, Waelkens & Deckers 2002, p. 11; Oleson 2000, p. 236

^ Wikander 2000, p. 375

^ Donners, Waelkens & Deckers 2002, pp. 12f.

^ Greene 2000, p. 39

^ Wilson 1995, pp. 507f.; Wikander 2000, p. 377; Donners, Waelkens & Deckers 2002, p. 13

^ De Rebus Bellicis (anon.), chapter XVII, text edited by Robert Ireland, in: BAR International Series 63, part 2, p. 34

^ Wikander 2000, pp. 372f.; Wilson 2002, p. 3

^ Murphy 2005

^ a b Wikander 1985, pp. 155–157

^ Glick, p. 178

^ a b c Robert, Friedel, A Culture of Improvement. MIT Press. Cambridge, Massachusetts. London, England. (2007). p. 31.

^ Robert, Friedel, A Culture of Improvement. MIT Press. Cambridge, Massachusetts. London, England. (2007). p. 32.

^ a b Robert, A. Howard, Primer on Water Wheels, Vol 15, No. 3 (1983) pp26-33. Published by: Association for Preservation Technology International. p26.

^ Terry S, Reynolds, Stronger than a Hundred Men; A History of the Vertical Water Wheel. Baltimore; Johns Hopkins University Press, 1983. Robert, Friedel, A Culture of Improvement. MIT Press. Cambridge, Massachusetts. London, England. (2007). p. 33.

^ Robert, Friedel, A Culture of Improvement. MIT Press. Cambridge, Massachusetts. London, England. (2007). p. 34

^ Anthony Fizherbert, Surveying (London, 1539, reprinted in [Robert Vansitarrt, ed] Certain Ancient Tracts Concerning the Management of Landed Property Reprinted [London, 1767.] pg. 92.

^ Leonardo da Vinci, MS F, 44r, in Les manuscrits de Leonardo da Vinci, ed Charles Ravaisson-Moilien (Paris, 1889), vol.4; cf, Codex Madrid, vol. 1, 69r [The Madrid Codices], trans. And transcribed by Ladislao Reti (New York, 1974), vol. 4.

^ Smeaton, “An Experiemental Inquiry Concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills, and Other Machines, depending on Circular Motion,” Royal Society, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 51 (1759); 124-125

^ a b Torricella, Evangelica, Opere, ed. Gino Loria and Guiseppe Vassura (Rome, 1919.)

^ Robert, Friedel, A Culture of Improvement. MIT Press. Cambridge, Massachusetts. London, England. (2007)

^ Needham, p. 392

^ Needham, p. 370

^ Morton, p. 70

^ Needham, p. 158

^ Reynolds, p. 14

^ Wikander 2000, p. 400:

This is also the period when water-mills started to spread outside the former Empire. According to Cedrenus (Historiarum compendium), a certain Metrodoros who went to India in c. A.D. 325 "constructed water-mills and baths, unknown among them [the Brahmans] till then".

^ Pacey, p. 10

^ Pacey, p. 36

^ Siddiqui

^ al-Hassani et al., p.115

^ Lucas, Adam (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology, Brill Publishers, p. 26, ISBN 90-04-14649-0

^ Donald Routledge Hill (1996), A history of engineering in classical and medieval times, Routledge, pp. 145–6, ISBN 0-415-15291-7

^ Lucas, p. 10

^ Ahmad Y Hassan, Transfer Of Islamic Technology To The West, Part II: Transmission Of Islamic Engineering

^ Lucas, p.11

^ Hill; see also Mechanical Engineering)

^ Ahmad Y Hassan, Flywheel Effect for a Saqiya.

^ Stream wheel term and specifics

^ The History of Science and Technology by Bryan Bunch with Alexander Hellmans pp.114

^ Oewatec

^ Low Head Hydro

^ For a discussion of the different types of water wheels, see Syson, p. 76-91

[edit]References

al-Hassani, S.T.S., Woodcock, E. and Saoud, R. (2006) 1001 inventions : Muslim heritage in our world, Manchester : Foundation for Science Technology and Civilisation, ISBN 0-9552426-0-6

Allan. April 18, 2008. Undershot Water Wheel. Retrieved from http://www.builditsolar.com/Projects/Hydro/UnderShot/WaterWheel.htm

Donners, K.; Waelkens, M.; Deckers, J. (2002), "Water Mills in the Area of Sagalassos: A Disappearing Ancient Technology", Anatolian Studies (Anatolian Studies, Vol. 52) 52: 1–17, doi:10.2307/3643076, JSTOR 3643076

Glick, T.F. (1970) Irrigation and society in medieval Valencia, Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press, ISBN 0-674-46675-6

Greene, Kevin (2000), "Technological Innovation and Economic Progress in the Ancient World: M.I. Finley Re-Considered", The Economic History Review 53 (1): 29–59, doi:10.1111/1468-0289.00151

Hill, D.R. (1991) "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, 264 (5:May), p. 100-105

Lucas, A.R. (2005), "Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe", Technology and Culture, 46 (1), p. 1-30, doi:10.1353/tech.2005.0026

Lewis, M.J.T. (1997) Millstone and Hammer: the origins of water power, University of Hull Press, ISBN 0-85958-657-X

Morton, W.S. and Lewis, C.M. (2005) China: Its History and Culture, 4th Ed., New York : McGraw-Hill, ISBN 0-07-141279-4

Murphy, Donald (2005), Excavations of a Mill at Killoteran, Co. Waterford as Part of the N-25 Waterford By-Pass Project, Estuarine/ Alluvial Archaeology in Ireland. Towards Best Practice, University College Dublin and National Roads Authority

Needham, J. (1965) Science and Civilization in China - Vol. 4: Physics and physical technology - Part 2: Mechanical engineering, Cambridge University Press, ISBN 0-521-05803-1

Nuernbergk, D.M. (2005) Wasserräder mit Kropfgerinne: Berechnungsgrundlagen und neue Erkenntnisse, Detmold : Schäfer, ISBN 3-87696-121-1

Nuernbergk, D.M. (2007) Wasserräder mit Freihang: Entwurfs- und Berechnungsgrundlagen, Detmold : Schäfer, ISBN 3-87696-122-X

Pacey, A. (1991) Technology in World Civilization: A Thousand-year History, 1st MIT Press ed., Cambridge, Massachusetts : MIT, ISBN 0-262-66072-5

Oleson, John Peter (1984), Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, University of Toronto Press, ISBN 90-277-1693-5

Oleson, John Peter (2000), "Water-Lifting", in Wikander, Örjan, Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden: Brill, pp. 217–302, ISBN 90-04-11123-9

Reynolds, T.S. (1983) Stronger Than a Hundred Men: A History of the Vertical Water Wheel, Johns Hopkins studies in the history of technology: New Series 7, Baltimore: Johns Hopkins University Press, ISBN 0-8018-2554-7

Schioler, Thorkild (1973), Roman and Islamic Water-Lifting Wheels, Odense University Press, ISBN 87-7492-090-1

Shannon, R. 1997. Water Wheel Engineering. Retrieved from http://permaculturewest.org.au/ipc6/ch08/shannon/index.html.

Siddiqui, Iqtidar Husain (1986) "Water Works and Irrigation System in India during Pre-Mughal Times", Journal of the Economic and Social History of the Orient, 29 (1), p. 52–77, doi:10.1163/156852086X00036

Syson, l. (1965) British Water-mills, London : Batsford, 176 p.

Wikander, Örjan (1985), "Archaeological Evidence for Early Water-Mills. An Interim Report", History of Technology 10: 151–179

Wikander, Örjan (2000), "The Water-Mill", in Wikander, Örjan, Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden: Brill, pp. 371–400, ISBN 90-04-11123-9

Wilson, Andrew (1995), "Water-Power in North Africa and the Development of the Horizontal Water-Wheel", Journal of Roman Archaeology 8: 499–510

Wilson, Andrew (2002), "Machines, Power and the Ancient Economy", The Journal of Roman Studies 92: 1–32, doi:10.2307/3184857, JSTOR 3184857

[edit]External links

            Look up water wheel in Wiktionary, the free dictionary.

            Wikimedia Commons has media related to: Water wheels

Essay/audio clip

Glossary of water wheel terms

Persian Wheel in India, 1814-1815 painting with explanatory text, at British Library website.

WaterHistory.org - Several articles concerning water wheels

- Aintreewoodcraft.com Garden water wheel

Computer simulation of an undershot water wheel

Computer simulation of an overshot water wheel

[edit]Bibliography

Soto Gary, Water Wheel. vol. 163. No. 4. (Jan., 1994), p. 197

View page ratings

Rate this page

What's this?

Trustworthy

Objective

Complete

Well-written

I am highly knowledgeable about this topic (optional)

Submit ratings

Categories: Water turbinesWatermills

همچنین

A Scoop wheel or Scoopwheel pump is similar in construction to a water wheel, but works in the opposite manner: a waterwheel is water-powered and used to drive machinery, a scoop wheel is engine-driven and is used to lift water from one level to another. Principally used for land drainage, early scoop wheels were wind-driven[1] but later steam-powered beam engines were used.[2] It can be regarded as a form of pump.

A scoop wheel produces a lot of spray. They were frequently encased in a brick building. To maintain efficiency when the river into which the water was discharged was of variable level, or tidal, a 'rising breast' was used, a sort of inclined sluice. The basic construction is, of necessity, similar to an undershot water wheel.

The individual blades were frequently called ladles.

Scoop wheels have been used in land drainage in Northern Germany, in the Netherlands, and in the UK, and occasionally elsewhere in the world. They began to be replaced in the mid 19th century by centrifugal pumps. The East and West Fens to the north of Boston, Lincolnshire were drained by such pumps in 1867, but although they were smaller and more economical to install, a Mr. Lunn was still arguing that scoop wheels were a better solution if the initial cost did not rule them out, they were employed in situations where the water did not need to be raised by more than 8 feet (2.4 m), and where the water levels of the input and output did not vary much.[3]

An interesting comparison between the two types of pumps is available, because a 60-horsepower (45 kW) vertical spindle centrifugal pump was installed at Prickwillow on the River Lark in Cambridgeshire, alongside an existing 60-horsepower (45 kW) scoop wheel. A series of tests were carried out in 1880, to check their efficiency. The scoop wheel lifted 71.45 tons per minute through 9.78 feet (2.98 m), with the engine indicating that it was developing 103.33 horsepower (77.05 kW), while the newer installation was developing 106 horsepower (79 kW), and raised 75.93 tons per minute through 10.84 feet (3.30 m). Efficiency was calculated as 46 per cent for the scoop wheel and 52.79 per cent for the centrifugal pump. The most significant difference was the coal consumption, which was reduced from 11.64 pounds (5.28 kg) per hour to 6.66 pounds (3.02 kg) per hour for the newer system.[4]

[edit]Excavator

There is also a class of excavator or dredger used for extracting sand and gravel fitted with a scoop wheel. This has curved buckets on the outside of a driven wheel, which is raised and lowered into the material being extracted. It is a variant of the bucket-chain excavator.

[edit]References

^ "National monument record for typical but surviving wind driven scoop wheel at Turf Fen".

^ Most of this section taken from 'Machines, Mills & uncountable costly necessities', R L Hills, Goose & Co (Norwich), 1967

^ Mills (2008), p.168

^ Hills (2008), pp.170-172

[edit]Bibliography

Richard L. Hills (2008). The Drainage of the Fens. Landmark Publishers Ltd. ISBN 978-1-84306-323-0.

K. van der Pols and J. A. Verbruggen (1984). Stoombemaling in Nederland 1770-1870. Delftse Universitaire Pers. ISBN 90-407-1353-7.

[edit]See also

Noria

Dredger

[edit]Pumping stations employing a scoop wheel

Dogdyke Engine, Lincolnshire

Pinchbeck Engine, Lincolnshire

Pode Hole, Lincolnshire (scoop wheel no longer present)

Stretham Old Engine, Cambridgeshire

Westonzoyland Pumping Station Museum, Somerset (scoop wheel no longer present)

[edit]External links

Berney Arms windmill, preserved by English Heritage

Summary of scoopwheel history

An american example, sadly without pictures of the wheel

            This engineering-related article is a stub. You can help Wikipedia by expanding it.

View page ratings

Rate this page

What's this?

Trustworthy

Objective

Complete

Well-written

I am highly knowledgeable about this topic (optional)

Submit ratings

Categories: DrainageIndustrial archaeologyPumpsEngineering stubs