طواحين الهواء في هولندا: تاريخ فكرة
تيون كوتسير
تطور الحياة على الأرض يتم وفقًا لمبدأ التنوع والانتقاء. ويحدث شيء مشابه في التكنولوجيا. تُعدّل الاختراعات، وتبقى النسخ الناجحة، ثم تُعدّل بدورها حتى تصل إلى درجة معينة من الكمال. وهذا ما حدث أيضًا في تطوير طواحين الهواء التقليدية حتى تولّت آلات أخرى مهامها.
بدأ كل شيء باختراع طاحونة الأعمدة. طاحونة الأعمدة هي ما يسمى بآلة لف الأرض. كانت تستخدم كمطحنة حبوب. تمثل طاحونة الأعمدة بداية خطين من التطوير، خط من آلات لف الغطاء وخط من آلات لف الأرض. في خط آلات لف الغطاء، فإن أول سليل لطاحونة الأعمدة هو طاحونة البرج. أحفاد طاحونة البرج في هذا الخط هم طاحونة الحجر المستديرة وطواحين الدخان. حقيقة أنها آلات لف غطاء تفرض قيودًا على شكل الطاحونة: يجب أن يكون لها تناسق دوراني. في هذا الخط من آلات لف الغطاء، يوجد كل من اللفائف الداخلية والخارجية. في هذا الخط، تكون المطاحن في البداية مطاحن حبوب، ولكن في النهاية تظهر العديد من المطاحن الصناعية المختلفة. في خط آلات لف الأرض، فإن أول سليل لطاحونة الأعمدة هو طاحونة الأعمدة المجوفة، وهي طاحونة بولدر. أحد السلالات المهمة لطاحونة الأعمدة المجوفة هو طاحونة بالتروك، وهي منشرة.
استخدم الهولنديون طواحين الهواء على نطاق واسع لتجفيف البحيرات، وبالتالي الحصول على أراضٍ جديدة. علاوة على ذلك، في القرنين السادس عشر والسابع عشر، كانت طواحين الهواء الصناعية من أهم محركات الاقتصاد الهولندي. كان عدد الطواحين لكل فرد كبيرًا. في أوج ازدهارها، ربما كان هناك 9000 طاحونة هواء عاملة في هولندا، وهو ما يعادل تقريبًا عدد الطواحين في إنجلترا، وهي دولة يبلغ عدد سكانها ضعفي ونصف عدد سكان هولندا ( ويلز، 1948: ص 1 ).
- المطاحن التي تعمل بالطاقة المائية
2.1. مطحنة حبوب فيتروفيوس
في العصور القديمة، سبقت الطاحونة الهوائية المائية لطحن الحبوب الطاحونة التي تدار بالحيوانات. لم تعد الطواحين التي تدار بالحيوانات مستخدمة في أوروبا، ولكنها كانت مستخدمة بكامل طاقتها هناك من العصور الوسطى حتى القرن التاسع عشر .
نقطة انطلاقنا هي طاحونة دقيق تعمل بالطاقة المائية، وصفها المهندس العسكري الروماني فيتروفيوس (حوالي 80-70 قبل الميلاد – بعد حوالي 15 ميلاديًا) في كتابه “الهندسة المعمارية” . تُسبب عجلة مجداف دوران محور أفقي. ينقل ترسان هذا الدوران إلى عمود رأسي يُثبَّت عليه حجر الرحى العلوي لزوج الطحن.
في الكتاب العاشر، الفصل الخامس، القسمان 1 و2 من كتاب De Architectura كتب فيتروفيوس: “تُستخدم العجلات في الأنهار بنفس الطريقة الموضحة أعلاه. تُثبت المجاديف حول الجزء الخارجي، وعندما يتحرك تيار النهر عليها، تتحرك وتتسبب في دوران العجلة. […] في أحد طرفي المحور، تُثبت أسطوانة مسننة. توضع هذه الأسطوانة عموديًا على حافتها وتدور مع العجلة. بجوار هذه العجلة الأكبر، توجد عجلة مسننة ثانية موضوعة أفقيًا تُمسك بها. وبالتالي، فإن أسنان الأسطوانة الموجودة على المحور، عن طريق تحريك أسنان الأسطوانة الأفقية، تتسبب في دوران أحجار الطحن. في الآلة، يتم تعليق قادوس يزود الحبوب، وبنفس الدورة يتم إنتاج الدقيق” ( فيتروفيوس، 1931-1934: ص 304-307 ). يوضح الشكل 1 صورة من ترجمة باربارو لكتاب فيتروفيوس في الهندسة المعمارية ( Vitruvius, 2019 ) في القرن 1567.
٢.٢. منشرة راميلي
في أواخر العصور الوسطى (1000-1300م) في أوروبا، أصبحت المطاحن من النوع الذي وصفه فيتروفيوس القوة الإنتاجية السائدة. ومع مرور الوقت، بدأ الناس يبحثون عن تطبيقات أخرى للطاقة المائية غير طحن الحبوب. على سبيل المثال، ظهرت فكرة استخدام الطاقة المائية لقطع الخشب لدى فيلارد دي هونيكورت. ثم عادت هذه الفكرة مع فرانشيسكو دي جورجيو، ثم لاحقًا مع راميلي ( راميلي، 1976: ص 340-341 ). انظر الشكل 2 .
في منشرة راميلي، تُحرّك العجلة المجدافية عمودًا مزودًا بمرفق متصل بإطار يحمل منشارًا واحدًا. يُسحب الخشب المراد نشره للأمام بواسطة حبل يلتف حول عمود عليه عجلة مسننة كالمنشار.
تُثبّت العجلة المسننة بواسطة حديد متشعب. وتُدفع العجلة للأمام بواسطة حديد متشعب آخر متصل بعمود هزاز. ونتيجةً لذلك، تتحرك العجلة المسننة خطوةً للأمام بعد كل حركة هبوطية لشفرة المنشار، وكذلك الخشب المراد نشره.
- طواحين الهواء الأولى
منذ آلاف السنين قبل الميلاد، استخدم المصريون والسومريون الأشرعة لتحريك القوارب. أما فكرة استخدام الرياح لتشغيل الآلات، فهي أقدم. فقد وصف هيرون الإسكندري آلة تعمل بطاقة الرياح. ويبدو أن أولى طواحين الهواء لرفع المياه أو طحن الحبوب ظهرت في بلاد فارس حوالي عام 800 ميلادي. فوق مبنى من الطوب اللبن، تُثبّت أشرعة خشبية عمودية بإحكام على عمود عمودي. انظر الشكل 3. وتقع أحجار الرحى داخل المبنى.
في مرحلة ما، ظهرت طواحين هوائية مشابهة ذات عمود رأسي في الصين. انظر الشكل 4. الأشرعة غير مثبتة بشكل صارم. طريقة تثبيتها تُذكرنا بالطريقة التي كانت تُستخدم بها الأشرعة في الشحن. كانت الطواحين تُستخدم لتشغيل مضخات السلسلة.
يبدو أن هذه المطاحن استُخدمت على نطاق واسع في الصين. .
طواحين الهواء الأولى في أوروبا
4.1. مطحنة البريد
كانت طاحونة الهواء ذات المحور الأفقي تطورًا في القرن الثاني عشر، واستُخدمت لأول مرة في شمال فرنسا وشرق إنجلترا وفلاندرز. كانت أول طاحونة هواء من هذا النوع هي طاحونة العمود. جادل كيلي بأنها اختراع إنجليزي. وكتب: “كان الفنيون الإنجليز، وليس الفنيون الأوروبيون […] أول من روّضوا الهواء الحرّ الصافر” ( كيلي، ١٩٨٧: ص ٧ ).
ماذا حدث؟ ربما فكّر أحدهم في طاحونة مائية تعمل بعجلة مائية عمودية كما وصفها فيتروفيوس، مستبدلًا العجلة المائية بعجلة ذات شفرات تدفعها الرياح. كانت هذه فكرة مذهلة بحد ذاتها. أقدم شكل من أشكال بطانة الشراع على الأجنحة هو بطانة الشراع ذات الصواري المربعة. وكما هو الحال في السفن الشراعية القديمة ذات الصواري المربعة، تُحمل كمية متساوية من الشراع على جانبي الجناح.
التأثير هنا مستوحى من خبرة السفن الشراعية. لكي تلتقط الأشرعة الرياح وتمنحها قوة دفع، يجب أن تكون زاوية الطقس مناسبة، تُشبه زاوية المروحة، لالتقاط الرياح وتوفير قوة دفع. في الأجنحة الحديثة ذات الشراع على أحد جانبيها، تكون هذه الزاوية عادةً 5 درجات عند الطرف وحوالي 25 درجة عند الكعب، مُقاسة من مستوى الدوران.
علاوة على ذلك، يختلف اتجاه الرياح في أوروبا الغربية اختلافًا كبيرًا. والجديد الثاني في طاحونة الأعمدة هو أنها تحل هذه المشكلة. ولضبط طاحونة الهواء على اتجاه الرياح، صُممت الطاحونة بأكملها لتكون قابلة للدوران. ت
وصلت طاحونة الأعمدة إلى هولندا في القرن الثالث عشر . يُثبَّت هيكل الطاحونة، الذي يضم الآلات، على عمود رأسي كبير يُمكن تدويره حوله. يُثبَّت العمود الرأسي بعوارض داعمة. تحتوي طواحين الأعمدة على ذراع بارز منها على الجانب المقابل للأشرعة. يعمل هذا الذراع، مع سلم، على تدوير الطاحونة يدويًا باتجاه الريح.
كتب إدوارد كيلي: “كان بناء الطاحونة اللاحقة جريئًا. وكان تنسيق أجزائها المختلفة اختبارًا حقيقيًا لعبقرية النجارين وعمال الطواحين” ( كيلي، ١٩٨٧: ص ١٨ ). تُسمى العجلة الكبيرة على عمود الريح داخل الطاحونة بالإنجليزية “عجلة المكابح”، لأنها تُستخدم أيضًا لكبح الطاحونة. وكما هو الحال في الطواحين اللاحقة، ربما كانت المكابح في الطواحين القياسية المبكرة تتكون من شريط مكابح خشبي يمكن إحكامه بطريقة ما.
4.2. طاحونة البرج
في لحظة معينة، في القرن الرابع عشر أو قبله، يجب أن يكون عقل لامع آخر قد أدرك أن النقل من عمود الرياح الأفقي أو المائل قليلاً إلى العمود الرئيسي المستقيم يجعل من الممكن فصل الغطاء، مع عمود الرياح المثبت فيه، عن بقية الطاحونة. يمكننا بعد ذلك تدوير الغطاء دون فقدان اتصال التروس. يتطلب هذا أن يكون الجزء السفلي من الغطاء والجزء العلوي من بقية الطاحونة عبارة عن دوائر متطابقة مع العمود المركزي في مركزهما. يكون الغطاء مع عمود الرياح الأفقي والأجنحة ثقيلًا جدًا وإذا منعنا الحركة الأفقية، فقد يصبح الغطاء مفكوكًا. لتدوير الغطاء نحتاج إلى نوع من البكرات. أدى ذلك إلى أول ذرية لطاحونة العمود: طاحونة البرج .
يؤثر هذا على شكل الطاحونة. فبما أن الجزء السفلي من الغطاء أصبح دائريًا، ومن المفترض أن يكون صليب الشراع قادرًا على الحركة حول المبنى، فمن الطبيعي جدًا جعل المبنى دائريًا أو منحه شكلًا سداسيًا أو مثمنًا منتظمًا. ولأن عمود الرياح مائل قليلاً، يمكن أن يكون الطاحونة أوسع من الأسفل، مما يوفر مساحة إضافية. ومن مزايا عمود الرياح المائل أيضًا سهولة تسلق الطاحونة للأجنحة.
لأن جسم الطاحونة قابل للدوران بالكامل، تُسمى الطاحونة العمودية بآلة لفّ أرضية . أما الطاحونة البرجية، فهي آلة لفّ غطاء . يُزعم أن آلية اللف في جميع طواحين الأبراج المبكرة كانت داخل الغطاء ( Stokhuyzen et al., 2017: p. 72 ).
يُطلق على هذا النوع من لفافات الغطاء، المزود بآلية لف داخلية، اسم لفافة داخلية . عادةً ما يكون هناك لفافة داخلية مزودة بأسلاك.
عيبُ اللفائف الداخلية هو أن على الطحّان الصعود إلى البرج لضبط الطاحونة على اتجاه الريح. إذا ابتعد اتجاه الريح، فلن يلاحظ ذلك إلا لاحقًا، وسيضطر إلى الصعود إلى قمة البرج مجددًا.
يُزعم أن مطاحن الأبراج كانت لفترة طويلة تُثبّت داخل لفافات. في القرن السادس عشر، ظهرت مطاحن أبراج خارجية . يُربط عمود ذيل خارجي بالغطاء، وباستخدام سلسلة من الأعمدة الصغيرة أو البراغي ذات العروة حول الطاحونة ورافعة، يُمكن لفّ العمود الذيلي، وباستخدامه الغطاء. ومع ذلك، فإن فكرة عمود الذيل بسيطة للغاية، لدرجة أننا لا نستطيع استبعاد أن مطاحن الأبراج الخارجية كانت موجودة بالفعل في القرن الخامس عشر .
كانت مطاحن الأبراج مطاحن حبوب أيضًا. انظر الشكل 8 لطاحونة برجية من القرن السادس عشر . وهي عبارة عن لفافة خارجية.
التطورات في هولندا في القرن الخامس عشر : مطاحن بولدر
مطحنة البريد المجوفة
في نهاية القرن الرابع عشر، كان هناك نوعان من المطاحن في هولندا: طاحونة الأعمدة، وهي طاحونة أرضية، وطاحونة البرج، وهي طاحونة ذات غطاء. في القرن الخامس عشر، ظهرت طاحونة أرضية جديدة، وهي طاحونة الأعمدة المجوفة، وطاحونة جديدة ذات غطاء، وهي طاحونة حجرية مخروطية مستديرة وطاحونة سفلية.
في لحظة معينة، خطر ببال أحدهم أنه يمكن جعل عمود طاحونة العمود مجوفًا ويمكن نقل دوران الأجنحة إلى عمود مركزي رئيسي مستقيم يدور داخل العمود. وعن طريق التروس، يمكن بعد ذلك نقل دوران هذا العمود إلى محور أفقي ثابت في قاعدة الطاحونة. وبنفس الطريقة تمامًا، ولكن الآن بشكل معكوس، حيث يمكن أن يتحرك الغطاء في طاحونة البرج بالنسبة لجسم الطاحونة، يمكن أن يدور جسم الطاحونة بالنسبة لهذا المحور الأفقي الثابت. أدت هذه الفكرة حوالي عام 1450 ( بونكي وآخرون، 2004: ص 87 ) في هولندا إلى ما يسمى طاحونة العمود المجوفة. وبهذه الطريقة يمكننا ضبط الأشرعة للريح والسماح للطاحونة بقيادة عجلة مجداف من أجل المساعدة في تصريف الأراضي المستصلحة.
في هولندا، تُسمى طواحين الأعمدة المجوفة “ويبمولين”، وكانت تُستخدم غالبًا لتصريف المياه.
تم تجفيف العديد من البحيرات في هولندا من القرن الخامس عشر إلى القرن السابع عشر . على سبيل المثال، بين عامي 1564 و1632، تم تجفيف ثماني بحيرات، تغطي مجتمعة 27000 هكتار، بمئات المطاحن ( بونكي وآخرون، 2004: ص 92 ). نادرًا ما حدث هذا في القرن الثامن عشر . من ناحية أخرى، في القرن التاسع عشر ، تم تجفيف بعض البحيرات الكبيرة المتبقية، مثل بحيرة هارليميرمير الضخمة. في القرن التاسع عشر، تم استخدام المحركات البخارية، ولكن في وقت سابق، تم استخدام طاحونة العمود المجوفة وخليفة طاحونة البرج، طاحونة البولدر الهولندية الخشبية. سنناقش طاحونة البولدر الهولندية أدناه. تسمى هذه المطاحن بالإنجليزية مطاحن السمور. يبدو أن الطاحونة حصلت على اسمها الإنجليزي من تشابهها مع السمور التي كان يرتديها المزارعون في الماضي.
كان عيب طاحونة البرج الحجرية ثقلها. في هولندا، طُوّرت طواحين أحواض الأراضي المستصلحة (المستصلحة) ذات الغطاء الخشبي المضلع، المعروفة باسم “طواحين الدُخان”، من طاحونة البرج في القرن الخامس عشر . بُنيت المئات منها. كانت تُستخدم في الأصل لتصريف الأراضي المستصلحة. قبل القرن السابع عشر، كانت جميعها تستخدم عجلة مجداف. انظر الشكل 10 .
- التطورات في القرن السادس عشر وأوائل القرن السابع عشر
6.1. الاختراعات
رأينا سابقًا أنه في القرن السادس عشر، ظهرت مطاحن خارجية: طواحين أبراج، بالإضافة إلى مطاحن هولندية في الأراضي المنخفضة. في نهاية القرن السادس عشر ، ازدهر اقتصاد هولندا، وشهدت هذه الفترة تطورًا ملحوظًا في تكنولوجيا المطاحن.
هناك نوعان من التروس في الطاحونة: عجلات مسننة وتروس صغيرة. تحتوي العجلات المسننة على أسنان خشبية وتتكون التروس الصغيرة من قرصين دائريين توضع بينهما قضبان. تُعد العجلات روائع من الحرف اليدوية. غالبًا ما تكون مصنوعة من خشب البلوط. تُصنع التروس والقضبان من نوع أكثر صلابة من الخشب. يجب أن تكون تروس العجلتين المتشابكتين مصنوعة من أنواع مختلفة من الخشب، وإلا سيحدث تآكل سريع. تُظهر الممارسة ذلك، كما يُزعم. مع وجود عجلتين متشابكتين، قد لا يكون عدد التروس أو القضبان المتشابكة للعجلة الأصغر مقسومًا على عدد تروس العجلة الأخرى. يمنع هذا نفس التروس أو القضبان من التداخل دائمًا مع بعضها البعض مما قد يتسبب في تآكل موضعي ( Stokhuyzen et al.، 2017: ص 97-98 ). يُستخدم شمع العسل كمواد تشحيم.
كان من بين الابتكارات التقنية المهمة للغاية الأجنحة غير المتماثلة ذات لوحة الرياح والسطح المنحني للجناح والشراع الملتوي ( بونكي وآخرون، 2004: ص 93 ).
في ذلك الوقت، كانت هناك أسرار تجارية كثيرة في صناعة النجارة تُنقل شفهيًا فقط. بعضها كان مبنيًا على خبرة مُكتسبة على مر القرون، والبعض الآخر كان جديدًا.
في هولندا، لا يُعرف سوى عدد قليل من الأسماء للرجال الذين قدموا اختراعات مبتكرة في بناء المطاحن. كان أحدهم سيمون هولسبوش. في ذلك الوقت، كانت مضخة أرخميدس اللولبية معروفة. كانت تتكون من سطح حلزوني مثبت داخل أنبوب. عن طريق إمالة الأنبوب وتدويره يمكن رفع الماء. ومع ذلك، عند استخدام المضخة، يجب دعم وزن السطح الحلزوني والأنبوب والماء. إذا تم تكبير هذه المضخة كثيرًا، فسوف تزن كثيرًا وتنحني وتنكسر. في عام 1634، أدرك سيمون هولسبوش أنه لا يجب تثبيت السطح الحلزوني في الأنبوب. يكفي وضع هذا السطح بزاوية في ميزاب نصف دائري. يبدو أن هذا اختراع هولندي أصيل. في هذا الشكل، بدت مضخة اللولب تعمل بشكل أفضل من عجلة المجداف. في العديد من المطاحن تم استبدال عجلة المجداف بمضخة لولبية، ولكن ليس في جميعها ( Stokhuyzen et al.، 2017: ص 111-113 ).
6.2. المزيد من الاختراعات
قبل الثورة الصناعية، كان الخشب يهيمن على الاقتصاد. استُخدم كمادة بناء للمباني والسفن والمركبات والأثاث، وغيرها. بعد الثورة الصناعية فقط، استُبدل بالحديد، ثم بالبلاستيك.
مع ازدهار الاقتصاد الهولندي في نهاية القرن السادس عشر، ازدادت الحاجة إلى الخشب بشكل كبير. تطلب بناء السفن كميات كبيرة من الخشب. كان الكثير منه يأتي من ألمانيا على شكل طوافات كبيرة تُبحر عبر نهر الراين. كان الخشب يُنشر يدويًا في البداية، بأقصى طول لجذعه يبلغ 4 أمتار. لم يكن التوريد مشكلة، بل كانت المعالجة كذلك. لذلك، من المفهوم إجراء تجارب على مناشر الخشب. لم تكن الصعوبة تكمن في فكرة منشرة الخشب، بل في بناء منشرة تعمل بكفاءة.
في هذا السياق، لعب كورنيليس كورنيليزون فان أوتجيست (حوالي ١٥٥٠ – حوالي ١٦٠٧) دورًا حاسمًا. ربما كان كورنيليسزون بالكاد يجيد القراءة والكتابة. على أي حال، كان أسلوبه في الرسم غريبًا بعض الشيء. انظر الشكل ١-١ للاطلاع على رسم مرفق ببراءة اختراع منشرة تعمل بطاقة الرياح (يسار) بتاريخ ١٥ ديسمبر ١٥٩٣، والتي منحتها له حكومة هولندا، أعلى هيئة إدارية في البلاد.
طاحونة عمودية مجوفة تُحرك عمودًا مرفقيًا أفقيًا طويلًا. في نهايته، يُحرك الكرنك شفرة المنشار لأعلى ولأسفل. يوجد أيضًا ترس صغير على العمود يُحرك عجلة كبيرة، والتي بدورها مزودة بترس صغير على محورها يُحرك رفًا بحيث يُسحب جذع الشجرة المراد نشرها نحو المنشار. كان استخدام رف حديدي بدلًا من الحبل، كما هو الحال في منشرة راميلي، لتحريك الخشب المراد نشره للأمام فكرة جيدة.
من المؤكد أن كورنيليس كورنيليسزون كان يفكر بالفعل في عدة شفرات منشار. انظر الشكل 1-2 مع الرسم التوضيحي من براءة اختراعه الصادرة في 6 ديسمبر 1597. على اليسار، يُظهر الرسم أعمدةً ذات انحناءات متعددة يمكن من خلالها تشغيل عدة شفرات منشار. الرسم على اليمين مثير للاهتمام أيضًا. إنه ليس مطحنة أعمدة مجوفة، بل يشبه إلى حد كبير آلة لفّ الغطاء.
بعد عدد من التحسينات الإضافية التي أجراها آخرون، أدت براءات اختراع كورنيليسزون إلى نوعين ناجحين للغاية من مناشر الخشب: منشرة اللف الأرضي، المعروفة باسم منشرة بالتروك، ومنشرة اللف الغطاءي. بشكل عام، يكون صليب الشراع في منشرات اللف الغطاءي أكبر، مما يسمح بنشر أخشاب أثقل. سنلقي نظرة فاحصة أدناه على منشرة بالتروك. كانت هناك المئات من هذه المناشر في هولندا، ولم يتبق منها سوى خمسة.
6.3. مطحنة بالتروك
تم اختيار الاسم لأن شكل المطحنة يشبه شكل الثوب المسمى “بالتروك” . صُممت مطحنة “بالتروك” خصيصًا لنشر الخشب. تُشغل عجلة فرامل المطحنة عمودًا مرفقيًا بثلاثة انحناءات بزوايا 120 درجة. بشكل عام ، تُشغل الانحناءتان اليسرى واليمنى هياكل المنشار، بينما تُشغل الانحناءة الوسطى هيكل مضخة فارغًا لتحقيق الثبات.
يُدعّم بيت الطاحونة بعمود خشبي مركزي قصير يدور حوله البيت بأكمله. لمزيد من الدعم، يُثبّت محمل حافة على قاعدة من الطوب، يدور عليها هيكل الطاحونة باستخدام بكرات متعددة. ومثل الطاحونة ذات العمود المجوف، تُعدّ طاحونة بالتروك أيضًا آلة لفّ أرضية.
حققت مطحنة بالتروك نجاحًا باهرًا. وصفها جون رينولدز بأنها “أقدم نوع من مناشير الخشب التي تعمل بطاقة الرياح، والتي طُرحت في هولندا” ( رينولدز، ١٩٧٠: ص ١٨٧ ).
6.4. مطحنة بالتروك “دي أوتر” في أمستردام
من بين مطاحن البالتروك الخمسة المتبقية في هولندا ، طاحونة “دي أوتر” في أمستردام. بُنيت عام ١٦٣١. انظر الشكل ١٥ ، والشكل ١٦ ( أ ) ، والشكل ١٦ (ب) .
تُسحب جذوع الأشجار التي تبقى في الماء لفترة كافية إلى الطاحونة وتُنشر بإطارات المنشار. انظر الشكل 1-8 . ونظرًا لبروز الجذوع إلى يسار الطاحونة ويمينها نظرًا لطولها، فقد وُضعت أسقف على جانبي الهيكل. كما أن المساحة أسفل الأسقف محمية من الرياح على جانب الأجنحة بجدران خشبية. وهذا يُعطي الطاحونة شكلها المميز، ومن هنا جاء اسمها. كلمة “rok” الهولندية تعني “تنورة”.
لتشغيل الأشرعة، ينتقل المرء من منصة النشر إلى منصة قصيرة لتجهيز الشراع تقع في المقدمة. لتدوير غطاء طاحونة البرج ولفّات الغطاء الأخرى.
استُخدمت بكرات عند التقاء غطاء الطاحونة وجسمها. ويُستخدم هذا النظام أيضًا في مطحنة بالتروك. ولأن مطحنة بالتروك تعمل بنظام لفّ أرضي، فإن البكرات تقع الآن أسفل جسم الطاحونة وقاعدة الطوب.
في مقاطعة جنوب هولندا الهولندية، تمكنت عجلة التجديف من الحفاظ على نفسها في مطاحن الأعمدة المجوفة ومطاحن البولدر المدخنة. في الأصل، كانت جميع مطاحن الدخان مزوّدة بلفائف داخلية، ولكن بعد القرن السادس عشر في هذا الجزء من البلاد، سيطرت اللفائف الخارجية. في مقاطعة شمال هولندا، تحوّل المرء إلى المضخات اللولبية. في هذا الجزء من البلاد، استمرت اللفائف الداخلية في الهيمنة. في القرن السابع عشر، كان هناك انفجار حقيقي في المطاحن الصناعية: مطاحن التقشير (لتقشير الشعير أو الأرز)، ومطاحن الزيت، ومطاحن الخشب، ومطاحن الورق، ومطاحن الحفر (لبنادق الحفر وبراميل المدافع)، ومطاحن الكاكاو، ومطاحن الخردل، ومطاحن اللحاء (التي كانت تطحن لحاء البلوط للدباغة)، ومطاحن اللباد (لتلبيد الأقمشة الصوفية)، ومطاحن السعوط (التي كانت تصنع السعوط).
كانت منطقة زان شمال أمستردام، وهي واحدة من أقدم المناطق الصناعية في أوروبا، تضم العديد من المطاحن الصناعية.
تعتمد معصرة الزيت على عصر الزيت من البذور. وقد استُخدمت لهذا الغرض عجلاتٌ حجريةٌ ثقيلةٌ تدور على جانبها فوق حجرٍ مُستلقي. وهنا أيضًا، ساهم كورنيليس كورنيليسزون في تطويرها .
- سيمون ستيفين
كان بناة المطاحن الذين شاركوا في بناء مطاحن البولدر والمطاحن الصناعية في القرنين السادس عشر والسابع عشر والثامن عشر من الحرفيين الذين انتقلت معارفهم ومهاراتهم من جيل إلى جيل دون أي
سجل مكتوب. في هذا السياق، يُعد سيمون ستيفين (1548-1620) شخصية بارزة ( كوتسير، 2010 ). وُلد ستيفين في بروج، فلاندرز، على الأرجح عام 1548. قبل مغادرته فلاندرز عام 1581 واستقراره في هولندا، عمل كاتبًا ومحاسبًا في بروج وأنتويرب. من ناحية، كان ستيفين عالمًا قدّم، من بين أمور أخرى، مساهمات أساسية في علم الاستاتيكا وعلم الهيدروستاتيكا. من ناحية أخرى، شارك بنشاط في تصميم وبناء المطاحن.
انظر إلى التروس في طاحونة هولندية. انظر الشكل 2 ( أ ) . تتكون سلسلة التروس من عجلة الفرامل C، والتروس S وN، والعجلة O. ليكن N C وN S وN N وN O عدد أسنان هذه العجلات. ربط ستيفن القوة F S التي تؤثر بها الرياح على الأجنحة بالقوة المعاكسة F P التي يؤثر بها الماء على عجلة المجداف.
أُسمّي هذه العلاقة “العلاقة الأساسية”. وهي صحيحة بافتراض أن القوتين F S وF P تؤثران على التوالي في مستويات الأشرعة وعجلة التجديف، على التوالي، على مسافات متساوية من المحاور. ولأنه يعرف القوة التي يؤثر بها الماء على جدار رأسي، يمكنه تقدير F P لطاحونة معينة، وباستخدام الصيغة، يمكنه أيضًا تقدير F S. قام ستيفن أولاً بقياس وحساب المعاملات الهندسية الأساسية لعدة طواحين هواء موجودة وعاملة. ثم استخدم نتائجه الهيدروستاتيكية الأصلية لتحديد F P لتلك الطواحين. وأخيرًا، طبّق العلاقة الأساسية لحساب F S لتلك الطواحين.
العنصر الأساسي الجديد في تصميم ستيفين الجديد هو عجلة مجداف أكبر بكثير. ونتيجة لذلك، فإن مقاومة الماء التي يجب التغلب عليها تكون أعلى بكثير. وباستخدام هيدروستاتيكاه، حسب ستيفين F P لتصميمه الجديد واستخدم نموذجه لحساب أبعاد عجلات التروس بحيث تكون القوة التي يمكن أن تنتجها الرياح ظاهريًا بناءً على حساباته السابقة كافية لمقاومة ضغط الماء على عجلة المجداف. إحدى نتائج التصميم الجديد هي أنه بينما في الطاحونة التقليدية، فإن نقل الحركة من المحور العلوي إلى المحور المركزي يسرّع سرعة الدوران ويبطئها مرة أخرى من المحور المركزي إلى المحور السفلي، فإن القوة الكبيرة اللازمة لتحريك الماء في الطاحونة الجديدة تجعل من الضروري استخدام كلا ناقلي الحركة لإبطاء معدل الدوران. في التصميم التقليدي، تكون عجلات التروس على المحور المركزي تروسًا مسننة، بينما تكون عجلتا التروس الأخريان، على العمود العلوي وعمود عجلة المجداف، عجلات تاجية. استلزمت الحاجة إلى إبطاء سرعة الدوران وضع الترس العلوي على المحور العلوي، وعجلة التاج العلوية على المحور المركزي، مع تبديل أماكن العجلتين S وC. في التصميم الجديد، تكون القوى التي تؤثر بها أسنان التروس على بعضها البعض أكبر مما هي عليه في المطاحن التقليدية.
بنى ستيفن عدة طواحين. بعضها كان يعمل بكفاءة، لكن يبدو أنه لم يُوفق في تصميمه الجديد. مع ذلك، كان نهجه النظري في طاحونة الهواء فريدًا من نوعه.
- الملاحظات الختامية
تُعرف الطواحين التي يُمكن تشغيل أشرعتها وفراملها من الأرض باسم طواحين الأشرعة الأرضية. يُمكن رفع جميع أنواع طواحين الهواء تقريبًا لزيادة قوة الرياح أو توفير مساحة أكبر داخلها. وقد أدى ذلك، على سبيل المثال، إلى ظهور ما يُسمى طواحين المرحلة، حيث تُركّب منصة على الطاحونة يُمكن تشغيل الأشرعة منها.
تُعدّ مطاحن شيدام الحجرية المستديرة المخروطية في هولندا الأعلى ارتفاعًا في العالم، ولا يزال ستة منها قائمًا.
في القرن الثامن عشر ، تراجع نفوذ الجمهورية الهولندية ونفوذها. استُنزفت البلاد بسبب حروبها مع الفرنسيين والبريطانيين، وتفوقت عليها الإمبراطورية البريطانية.
