Ktésibios: Az alexandriai borbély – a pneumatika atyja

A Kr. e. 3. század elején élt és „működött” az a tudós, aki főleg a levegő tulajdonságait vizsgálta, és akit az utókor a pneumatika (a pneuma = levegő szóból) atyjaként ismer. Valószínűleg Alexandriában lakott és talán az akkori idők tudományos központjában, a Museionban dolgozott és tanított. Az ókori hagyományok szerint kutatásairól legalább két könyvet írt, az egyikben elméleti gondolatait fejtette ki, a másikban azokról a találmányokról számolt be, amikkel a gyakorlatban kutatta az elméleti kérdéseket. Ezek a művek nem maradtak fenn az utókor számára, viszont későbbi szerzők kivonatoltak belőle, így Ktésibios tanításai nemcsak rekonstruálhatók, de találmányai később, a reneszánsz idején és az újkorban is használatban maradtak. Sőt legnagyobb karriert befutott újítása a mai napig megtalálható templomainkban és hangversenytermeinkben. Ez a találmány pedig nem más, mint az orgona.

Ktésibios életéről két ókori szerzőnél maradtak fenn adatok. Athénaios szerint borbély volt, Vitruvius szerint apja borbélyműhelyében találta fel az orgonát. A kísérletező elme ugyanis, aki „örömét lelte a mesterséges dolgokban”, egy tükröt rejtett módon akart felfüggeszteni úgy, hogy azt fel és le lehessen mozgatni. A tükröt tartó zsinórt egy csőbe zárva vezette el a borbélyműhely mennyezete alatt, majd a sarokban szintén egy csőben leeresztette. A végére ellensúlyként ólomgolyót akasztott. A tükör állításakor észrevette, hogy a cső szűk nyílásánál az ólomgolyó által összeszorított levegő sípoló hanggal távozott. Állítólag ez adta az ötletet az orgona feltalálásához.

Ktésibios apja borbélyműhelyében feltalálja az orgonát (rajz: Murakeözy Éva)

Ktésibios másik fontos ötlete a dugattyús szivattyú volt, amivel vizet lehetett felemelni.

A Ktésibios által feltalált szivattyú működési elve (rajz: Lajtos Tamás)

A gyakorlati életben is elterjedt találmányának leírása Vitruvius és Hérón könyveiben maradt ránk, ezért az utókor Hérón szivattyújaként ismeri. A találmány zsenialitását mutatja, hogy nemcsak az ókorban és a középkorban használták, de a tűzoltó szivattyúk a 19. századig is azonos elven működtek, sőt dugattyús szivattyúk és kompresszorok a mai napig az ipar számos területén használatban vannak. Vincenzo Scamozzi velencei építész 1615-ban megjelent könyve szerint a budai várba is ilyen szivattyúval emelték fel a vizet. 

Hérón azaz Ktésibios szivattyúja, amellyel a középkori budai várba emelték fel a vizet (animáció: Fodor Zsolt)

Ktésibios az orgona esetében is szivattyút használt a sípok megszólaltatásához szükséges levegő biztosítására. Az orgona alá víztartályt készített, amibe levegőt pumpáltak. Az egyenletes légnyomást a tartályban lévő víz szabályozta, ezért a hangszert vízorgonának nevezték.

Justus Willberg vízorgona rekonstrukciója az Aquincumi Múzeum 2019-es Floralia programján

Ktésibios még azzal is kísérletezett, hogy a katapultot is „légrugóval”, azaz dugattyús szivattyúval működtesse. Ezeken kívül ő szerkesztett először összesűrített levegő segítségével automatikusan működő kis szerkezeteket, például csicsergő műmadárkát. Ő alkotta meg az első, pontos óraszerkezetet is, ami víz segítségével mutatta az időt, sőt fogaskerekek és fogaslécek alkalmazásával szobrocskákat és oszlopokat forgathatott vagy síppal hangjelzést is adhatott. 

Ktésibios vízórája, elméleti rekonstrukció Vitruvius leírása alapján (Lucio Russo nyomán rajzolta Lajtos Tamás)

Hogyan működik? 

A vízorgona

Ktésibios vízorgonájának működése azon alapult, hogy légszivattyúval (dugattyús légsűrítővel) levegőt pumpáltak egy tartályban vízben álló, alul nyitott edénybe, az ún. szélüstbe. A szélüstben a vízoszlop magassága lecsökkent, körülötte a tartályban a vízszint megemelkedett. A szélüstből csövet vezettek a tartály fölé helyezett sípokhoz. Ha a sípok felé nyitottá vált az út, azaz lenyomták a billentyűt, a szélüstből az összesűrített levegő a sípokba áramlott és megszólaltatta azokat. A sípok addig szóltak, amíg a víztartályban és a szélüstben újra ki nem egyenlítődött a vízszint, pontosabban, amíg az ennek hatására kiáramló sűrített levegő még meg tudta szólaltatni a sípokat. Tehát a közhiedelemmel ellentétben nem a víz hajtotta az orgonát, hanem a vízoszlop magasság különbsége biztosította az egyenletes légnyomást, azaz a víz a légnyomást szabályozta.

A vízorgona működésének elvi ábrája (rajz: Németh István)

Legyél te az ókor mérnöke! 

Készítsünk vízorgonát!

Persze igazi hangszert nem tudunk építeni, de egy egyszerű kísérlettel modellezhetjük, hogyan működtek a vízorgonák. Szükségünk lesz egy nagy, 5 literes befőttes üvegre, egy másfél literes műanyag palackra, egy kicsi műanyag sípra (pl. szilveszteri trombitáról), ollóra vagy éles késre, valamilyen szigetelőanyagra (én dekorgumit használtam) és természetesen vízre. Gyerekek, a munkához kérjétek egy felnőtt segítségét!

A műanyag palack alját vágjuk le! A kupakba fúrjunk akkora lyukat, hogy beleférjen a síp! A sípot illesszük bele a dekorgumi segítségével, így megakadályozzuk, hogy a levegő a síp mellett távozzon. A befőttes üvegbe öntsünk vizet, több mint a feléig. (A vizet ételfestékkel meg is színezhetjük.) A műanyag flakonra tekerjük rá a kupakot és tegyük bele az üvegbe. Most jön az attrakció. Egyik kezünkkel fogjuk meg a műanyag palackot. A hüvelykujjunkkal fogjuk be szorosan a síp tetejét. Majd egy erőteljes mozdulattal nyomjuk le a palackot. Ekkor a hüvelykujjunkat emeljük fel. Ha mindent jól csináltunk, a síp megszólal. Közben pedig azt is látjuk, hogy a műanyag palackban a kiszorított víz szintje ismét felemelkedik.

Ha mégse szólalt meg a síp? Akkor valamit rosszul csináltunk. Vagy a hüvelykujjunkkal nem szorítottuk elég erősen le a síp tetejét vagy a tömőanyag túl laza és elszökik a levegő. Korrigáljuk ezeket, és a síp meg fog szólalni.

A vízorgona működési elvét bemutató kísérlet

Hogyan szólt az ókori vízorgona?

Meghallgatható az Aquincumi Múzeum 2019-ben tartott orgonaünnepén készült filmen:

Írta: Dr. Fényes Gabriella

Virtuális kiállításunk további részei itt találhatók.