Две лошадиные задницы
Тут по интернету гуляет история про зависимость между ускорителями на космических шаттлах и древнеримской шириной двух лошадиных задниц. История забавная, пусть даже правдивая очень относительно. Впервые появилась где-то в 70-х годах, просто ее перевели нам сравнительно недавно, вот вам одна из американских версий, которая лежит на сайте с 2000-го года.
Но сначала посмотрим ту историю, что бродит по нашим интернетам...
По бокам космического корабля Space Shuttle размещаются два двигателя по 5 футов шириной. Конструкторы корабля хотели бы сделать эти двигатели еще шире, но не смогли. Почему?
Дело в том, что двигатели эти доставлялись по железной дороге, которая проходит по узкому туннелю. Расстояние между рельсами стандартное: 4 фута 8.5 дюйма, поэтому конструкторы могли сделать двигатели только шириной 5 футов.
Возникает вопрос: почему расстояние между рельсами 4 фута 8.5 дюйма? Откуда взялась эта цифра?
Оказывается, что железную дорогу в Штатах делали такую же, как и в Англии, а в Англии делали железнодорожные вагоны по тому же принципу, что и трамвайные, а первые трамваи производились в Англии по образу и подобию конки. А длина оси конки составляла как раз 4 фута 8.5 дюйма! Но почему?
Потому что конки делали с тем расчетом, чтобы их оси попадали в колеи на английских дорогах, чтобы колеса меньше изнашивались, а расстояние между колеями в Англии как раз 4 фута 8.5 дюйма! Отчего так?
Да просто дороги в Великобритании стали делать римляне, подводя их под размер своих боевых колесниц, и длина оси стандартной римской колесницы равнялась... правильно, 4 футам 8.5 дюймам! Ну вот теперь мы докопались, откуда взялся этот размер, но все же почему римлянам вздумалось делать свои колесницы с осями именно такой длины?
А вот почему: в такую колесницу запрягали обычно двух лошадей. А 4 фута 8.5 дюйма - это был как раз размер двух лошадиных задниц!
Делать ось колесницы длиннее было неудобно, так как это нарушало бы равновесие колесницы.
Следовательно, вот и ответ на самый первый вопрос: даже теперь, когда человек вышел в космос, его наивысшие технические достижения напрямую зависят от РАЗМЕРА ЛОШАДИНОЙ ЗАДНИЦЫ ДВЕ ТЫСЯЧИ ЛЕТ НАЗАД.
Тут мы для начала поднимем вопрос - а почему именно две лошади?
Если посмотреть любую из версий "Бен Гура", то там чудесно показаны гонки на квадригах - колесницах, в которые запряжено по четыре лошади. И факт этот реальный. И эти четыре лошади в ряд ну никак не помещаются на этой самой римской колее.
Ну ладно, ладно, квадриги это не на каждый день. Несмотря на кучу изображений, до сих пор неясно, использовались ли квадриги в бою или хоть где-то еще, кроме гонок и триумфальных шествий. Не будем трогать устройство, процент которого в общей массе минимален. Возьмем тип повозки, которых наверняка было больше, чем всех остальных вместе взятых - с одной лошадью. И тут вопрос - а отличалась ли колея повозки с одной лошадью от колеи с двумя лошадьми?.
Если взять книгу "Колхозный кузнец" Медведюка, то да, отличалась - у одноконной повозки колея примерно один метр.
А у боевых римских колесниц колея легко могла доходить до 1.5 метра. Но это боевые колесницы, их можно сравнить с современными истребителями, у которых тяговооруженность превосходит собственную массу. И, как в случае с истребителями, процент боевых колесниц среди всех повозок невелик.
Рассказы про "стандартную римскую колею" - это сказки. Разные потребности - разные повозки, тут больше зависит от упряжки, тех же двоих лошадей можно "упаковать" как плотнее, так и шире, чем 1.43 метра.
Ведь ширина лошадиного крупа порядка 40-50 см, если она 60 см - это уже тяжеловоз, запас по ширине заметен.
Ну так а чего вы ожидали? Даже сейчас ширина колеи микролитражки и маршрутки почему-то не совпадают.
Но этого мало - по римским стандартам ширина дороги должна быть 2.45 метра (8 футов). Вот только вопрос в том, что на римской дороге по идее обязательно должны разминуться ДВЕ такие телеги (одностороннее движение - это вообще новомодное изобретение). И с колеей 4 фута 8.5 дюйма это было никак не сделать. Если где в древних дорогах и осталась колея, то она заметно уже этих 1.43 метра. Как правило она - "узкоколейка"
P.S. На самом деле римские дороги строились с расчетом, чтобы на них могли разминуться два пеших подразделения колонной по два человека.
Итак, история про римскую колею и лошадиные задницы - это миф.
Посмотрим что было с железнодорожной колеей.
Тут много лучше, хотя в той же Англии в свое время и применялась Брунелевская колея 2.14 метра, она вымерла.
И действительно, на железной дороге есть стандарт ширины груза, причем по всем параметрам - по длине, ширине, высоте и весу.
P.S. Части шаттла и вообще космических ракет в Америке никогда не перевозились по железной дороге. Их везли либо морем, либо по воздуху. Тоннели дали ограничение на перевозку немецкой ракеты "Фау-2", но это сооовсем другая история (гуглить тоннель "Ида").
Однако, давайте глянем на эту историю чуть под другим углом.
Мы не будем привязываться к миллиметрам. Железнодорожная колея отличается во многих местах на этой планете. Но отличается она незначительно, порядка 20%. Проекты с суперширокой колеей вымерли на корню, а узкоколейка прижилась разве что у трамваев, да и то - в очень малом количестве городов.
И что магического в этих полтора-два метра?
Ну давайте грубо посчитаем. Допустим, у нас есть колея шириной полтора метра и мы увеличиваем ее до трех. В два раза. В связи с тем, что текущая вселенная трехмерна, то при увеличении линейного размера площать поверхности растет в квадрате, а объем растет в кубе. То есть при увеличении линейных размеров параллелепипеда (грубо принимаем вагон за него) в два раза, его площадь поверхности растет в четыре раза, а объем вырастет в восемь.
Современный грузовой вагон, под завязку загруженный - это примерно 90 тонн (точнее, тара 23-26 тонн, а груз - 66-69 тонн). В случае с трехметровой колеей он будет весить больше 700 тонн. Соответственно, рельсы текущего профиля эту прелесть не выдержат. Рельсы придется делать в разы толще. И просто увеличить размер рельс в два раза (как ширину колеи) не получится. В этом случае площадь сечения рельсы увеличится всего в четыре раза (в квадрате), а нам нужно в восемь раз. Поэтому, кстати, кости мамонта пропорционально много толще куриных (чертово соотношение размер-площадь-объем).
Но это все касается не только рельс. Есть еще шпалы, которые нужно сделать в два раза длиннее и в восемь раз толще, тут дерево, вымоченное креозотом, уже не годится. А шпалы нужно уложить на насыпь, которая будет в два раза шире и должна быть в восемь раз массивнее. А ведь существуют еще и мосты и тоннели...
Если все посчитать, то стоимость километра железной дороги будет даже не на порядок больше, я подозреваю тут к двум порядкам приблизится. Ведь придется решать более сложные технические проблемы, использовать более дорогие и прочные стали (представим паровоз для такого состава). Ну и обслуживание такой дороги тоже будет стоить безрадостно. Вот недаром же когда в Лондоне пытались внедрить широкую Брунелевскую колею, то на ней пускали только пассажирские поезда - они внутри пустые и вагоны весят не на порядок больше, как было бы с грузовыми.
С другой стороны, узкоколейка с шириной колеи 80 см. Тут в вагон получалось загрузить 20-30 тонн, но при этом вес самого вагона - 16-20 тонн. Ну, от мелкой картошки больше очисток, все те же длина-площадь-объем.
Поэтому ширина железнодорожной колеи от 1435 до 1676 мм - это эмпирически найденный оптимум, компромисс между ценой-производительностью. И основан он на двух исходных параметрах - трехмерности нашего мира и силе тяжести на планете Земля.
Ну и тут можно вернуться к лошадям с их задницами.
Тут ведь те же самые ограничения, но добавляется еще одно - мощность солнечного света, которое падает на квадратный метр поверхности, это в среднем будет где-то около 1.5 кВт. Это тот параметр, которые используют растения, а травоядные этими растениям питаются. Размер лошади - это оптимальный размер для тех условий. Разница в размере между оленем, лосем и лошадью не является критичной. И напоминаю - слоны водятся в местах, где Солнце дает больше 2 кВт на квадратный метр...
Соответственно, животное размера с лошадь будет выдавать мощность порядка лошадиной силы, то есть 735 ватт.
И повозка будет конструироваться именно из этого мощностного параметра. Ширина колеи одноконной повозки - 1 метр.
Привязывать же ж/д колею к колее боевой колесницы - это привязывать параметры взлетной полосы гражданских аэродромов к параметрам истребителей.
Вопрос с двумя лошадиными задницами интересен тем, что в нем есть невидимые зависимости и просто совпадения, которые зависимостями не являются.