Использование энергии ветра - Ветрянные мельницы.

Первые ветряные мельницы появились в Персии (ныне Иран) ок. 60S г. Эти древние сооружения -панемоны - напоминали водяные колеса с большими крыльями из связок тростника, которые мельники прикрепляли к вертикальной оси. Ветряки накачивали воду в оросительные каналы и мололи зерно.

Ветряные мельницы появились в Западной Европе в XII в. Вероятно, крестоносцы видели их в Святой земле и позаимствовали идею у восточных народов, впрочем, доказательств этому нет. Первые европейские мельницы отличались от персидских - крылья стали устанавливать не на вертикальной, а на горизонтальной оси, которую одним концом прикрепляли к каменной башне или деревянному срубу, стоявшему на козлах. Такая конструкция намного эффективнее использует постоянные воздушные потоки. В панемоне ветер одновременно обдувает только половину крыльев, расположенных на вертикальной оси. Это означает, что по крайней мере половина энергии теряется. Европейские мельницы с креплением крыльев к горизонтальной оси были производительнее примерно на 100 %.

 Кажется странным, что персы, обладавшие развитой технологией, сами до этого не додумались, но дело в том, что ветряная мельница с горизонтальной осью - сооружение куда более сложное, чем панемон. Во-первых, она может вращать жернова только при наличии зубчатых передач, способных менять направление вращающего момента на 90°. Для европейских механиков это не было проблемой, потому что такие устройства уже применялись в водяных колесах. Во-вторых, мельница с горизонтальной осью эффективна только в том случае, если  крылья направлены к ветру. Поэтому ранние европейские мельницы либо строили так, чтобы на крылья дул господствующий ветер, либо снабжали их поворотным механизмом. Первые хорошо работали на южных побережьях Франции, Испании и некоторых островах Средиземноморья, где ветер почти всегда дует с моря, но на севере роза ветров не так постоянна. Поэтому в материковой Европе зерно мололи на маленьких «козловых» мельницах, которые стояли на одном крепком столбе, позволявшем поворачивать их к ветру. 

В XV в. крылья ветряных мельниц уже крепились к поворачивающейся крыше («шапке»). Когда мельнику требовалось сменить направление крыльев, он поворачивал не башню, а только «шапку», толкая длинный шест, прикрепленный к задней части крыши и под углом спускавшийся к земле. Это означало отмену ограничений на размеры мельниц. Позже в Европе появились мельничные башни в несколько ярусов, которые строили из камня или кирпича. С тех пор мельницы превратились из простых деревянных срубов в стационарные здания. Чем выше была башня, тем длиннее становились крылья - мощность таких мельниц возрастала. В башнях устраивали жилые помещения для мельника и его семьи; разные этажи использовались для разных задач - хранения, помола, удаления отходов, взвешивания и упаковки муки.

Следует напомнить, что крылья ветряных мельниц делались из мешковины, укрепленной на деревянной раме. Когда ветер становился слишком сильным или стихал полностью, крылья свертывались. Так продолжалось до тех пор, пока в 1772 г. шотландский механик Эндрю Мейкл не изобрел пружинные крылья. Лопасти, составленные из деревянных реек, запирались пружинами, а при сильном ветре пружины раскрывались и скорость вращения увеличивалась. Изобретение Мейкла обеспечивало безопасность работы при сильном или порывистом ветре. В 1807 г. английский инженер Уильям Кьюбитт придумал, как менять угол реек, что повышало скорость вращения крыльев во время движения. Так мельник получил возможность управлять скоростью помола и повышать качество муки.

Ранние ветродвигатели использовались с двумя целями - для откачки воды и помола муки. Первое было важно для Голландии, где большие низменные площади осушались только благодаря постоянной работе тысяч ветродвигателей. С изобретением в конце XVI в. коленчатого вала энергию ветра стали использовать на лесопилках. В 1888 г. американский инженер Чарлз Браш применил в Огайо ветродвигатель для производства электричества.

В XVI в. европейские колонисты начали строить ветряные мельницы в Северной Америке. Ветродвигатель, запатентованный в 1854 г. американским механиком Даниелем Холадеем, долгое время играл важную роль в жизни небольших городков на Диком Западе. Он автоматически поворачивался за меняющимся направлением ветра. До сих пор тысячи таких ветряков действуют в сельских районах США и в австралийской глубинке.

Деревянный сруб ветряной мельницы на козлах можно было поворачивать навстречу ветру. Встроенные зубчатые передачи преобразовывали силу, вращавшую горизонтальный вал, в силу вращения вертикальной оси, к которой прикреплялись тяжелые жернова.

С середины XIX в. ветродвигатели Холадея использовались в удаленных населенных пунктах для подъема воды из подземных скважин. Это изобретение произвело переворот в животноводстве США.