螺丝和杠杆、滑轮一样,是一种效率很高、非常省力的简单机械,在生产生活中应用广泛。螺丝钉就是常见的一例。构成螺丝的螺线看起来简单,爬藤和某些海螺的形状就是天然的螺线,但弄懂螺线仍是需要一定天分的。

螺线很容易和螺旋相混淆。螺线是以固定倾角围绕圆柱表面旋转构成的立体曲线。螺旋是围绕一个固定点以连续增加的半径旋转构成的。盘状蚊香、钟表里的发条,都是螺旋,它们和螺丝钉的曲线不一样。用一个纸做的三角形围着铅笔绕上几圈得出来的才是螺线。要想描述螺线的几何特征,需要相当的数学技巧。而要给这种非同一般的形状设想出某种用途,则需要理论数学和应用数学的融会贯通。更重要的是还要解决如何实际制造出一个螺丝的问题。这么复杂的东西,单凭经验丰富的工匠一时的灵感冲动是绝对难以做到的。然而,令人惊奇的是,螺丝有着非常悠久的历史。庞贝古城的壁画中画的榨油机上面就有两个大螺丝。古罗马建筑师维特鲁维乌斯在大约公元前一世纪撰写的《建筑十书》中提到的榨油机也使用了螺丝。传说古希腊有一种帮助断骨复位的医疗器械,就运用了螺丝。这种器械可以缓缓拉动吊带拉伸断肢,因外形有点像龟背被称作“乌龟”。

那么是谁发明了螺丝呢?有人说是柏拉图时代的阿基塔斯,也有人认为是阿基米德同时代的阿波罗尼乌斯,更有一些人认为是阿基米德本人发明了螺丝,并把阿基米德称作螺丝之父。阿基米德生于公元前287年,是西西里岛上希腊城邦国家叙拉古的公民。作为古代著名数学家,他研究了螺线的几何描述问题。古代的一种螺旋提水机被认为是阿基米德发明的。这种螺旋提水机是由一个直径约1英尺、长约10~15英尺的巨大螺丝外面覆以不透水的木板形成的长筒形结构。这只长筒两头都没有底,一头略微倾斜深入水中。外壁上安装有脚踏板,人踩动脚踏板转动长筒,水就从筒下端顺着筒内螺旋被提升到高处,从筒的上端流出。螺旋提水机是人类历史上第一个运用螺线的装置,代表着探索螺丝的道路上的突破性成就。

在公元66年成书的《自然史》中,作者老普利尼记述了发明螺丝的过程。老普利尼认为,这项发明应归功于亚历山大城的希罗。希罗是位数学家,他发现了计算三角形面积的公式。希罗发明了直接用螺丝杆头往下拧的榨油机。两根立柱,上面架着一根横梁,螺丝孔应在横梁的正中间,螺丝穿过这个孔,下面连着一个压板,用手柄转动螺丝,给压板加力,橄榄油就流出来了。用螺丝杆头往下拧的榨油机是个伟大的发明,它结构简单却能够产生巨大的压力,这在2000多年前不能不说是一个奇迹。

古罗马榨油机上的螺丝由木质的圆柱加工而成。其制作方法是先用一个直角三角形做模板,让三角形模板的一条直角边与待加工的圆柱轴心平行,之后把这个三角形绕在圆柱上,三角形的斜边就会在圆柱上形成螺线。沿着这条螺线用刻刀或手锉加工,就制成了螺丝。希罗的榨油机上必须要有一种与螺栓匹配的螺母,螺母的螺纹在圆孔内壁上,很难像螺栓那样直接加工。为此,希罗又发明了世界上第一个螺丝攻。这是一个装有推动螺栓的盒子。螺栓头上按着铁切削头。这个盒子被紧紧地固定到一个木头上钻好的孔中。当推动螺栓转动时,切削头就伸到木孔中。通过把螺栓反反复复地转出来再转进去,同时插入木楔,经过数次锤打,就可以制作出螺母了。 

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