7.2　16世纪的水车

在16世纪初叶，水车显然是当时欧洲最重要的动力来源。它是采矿和冶金的基础，用水车驱动的锻锤和风箱成为锻铁和铸铁制造业中不可或缺的设备。矿石的提升、粉碎和冲压，枪管的镗孔和金属丝的拉丝，都必须借助于水车来实现。水力也被应用于铜矿和银矿的开采之中。

在英格兰的大多数乡村和市镇都拥有一个或几个谷物磨坊，这些磨坊是磨坊主从庄园主那里租来的，而这些村镇自然都建在便于取水的有利位置。市镇是在布满了水车的河谷地带发展起来的，那里工业兴旺，其中制铁业和纺织业尤为发达。工业领域水车的广泛应用，明显促进了机械能传递方法的共同发展。特别是早期齿轮的应用，可以通过各种方法驱动不同类型的机器，并提高了它们的速度和输出。

在封建时代，庄园磨坊是庄园主经济收入的重要来源，可以从相对很小的一块土地上获得稳定的租金收入。磨坊的租用方式也有很大的变化，磨坊主——根据契约必须使用自己的石磨——通常以现金支付部分租金，部分则以实物支付。磨坊的蓄水池里产出的鳗鲡有时也包括在租金内。封建法律中的磨坊司法权，赋予庄园主在其地产上建造和经营磨坊的独有的权利。按照水力磨坊报酬的规定，理论上农民必须把他们的谷物在庄园主的磨坊里碾磨。磨坊主从所碾磨的谷物中抽取一定量的谷物作为碾磨费用，通常从每袋谷物中抽取1/16或1/20。由于抽取谷物的数量不一，在有些情况下肆无忌惮的磨坊主会过量抽取，从而引起许多不满。一些农民因为私自在家里用手推磨碾磨谷物，或者因运输困难——有时是由于缺水——而把谷物拿到更为方便的磨坊去磨，从而受到庄园主的处罚。那些惹祸的手推磨经常被捣毁或没收。

许多水车是属于大小修道院所有的，这些机构的规模决定了必须大量碾磨谷物。也有些磨坊属于国王，还有一些则为私人所有。在财产让与证书、遗嘱以及其他法律文书中，经常可以看到涉及水车的内容。风车对于风的使用很少会有争议，而许多利益冲突往往牵涉到水流和河流的所有权和使用权。举例来说，依靠捕鱼谋生的人们抱怨水车会产生不利的影响，大小船只的业主们抗议水车、围堰、水闸等诸如此类的障碍物会造成新的危险，由此引起的致命事故事实上也多有记录。再者，新磨坊的建造可能会影响位于河流下游的老磨坊的运行，尤其是在枯水季节。

菲茨赫伯特（John Fitzherbert）于1539年出版的遗著《土地勘测与改良簿册》（Boke of Surveyinge and Improvements）是一个很有价值的资料来源。他指出，谷物磨坊通常并不是建在大的河流边上，而是建造在比较方便的地方，可以把水通过人造水渠从河里引到用木材或石头或两者混用建造起来的围堰里，水可以借此方法储存在刚好比磨坊高一点的地方。威尔逊（P.N.Wilson）认为这些磨坊可能装备了简单的在水流推动下旋转的下射水轮，这种水轮装有无侧挡板的平板轮翼，使用方便但效率很低。(https://www.daowen.com)

菲茨赫伯特在这本书中提到了在泄水道中保持适当落差的重要性，能使回流的不利因素降到最低，这种回流会由于下面的水位升高而使水轮转速减慢。他写道：

还有两种形式的谷物磨坊，即中射水轮磨坊和上射水轮磨坊，这两种磨坊最常见的是建在溪流或较大的湖泊和池塘边上。它们一般都装有1英尺多宽的弓状宽板，翼板的两侧一般由复合板封住，这样就可以用来盛水，这种盛器被称为铲斗。这些铲斗相互间的排列要比翼板紧密得多，而且更向下倾斜，以便能够盛更多的水，同时水也不会倾倒出来，这样就可以像用人力推动一样，靠水的重量来驱动水轮。因为这种磨坊必须靠铲斗来提水，所以这些铲斗经常会盛满水。这样其持水的时间越长，运转情况就越好。

至于中射水轮，水流刚好从水平轴高度的上面或下面流入水轮的铲斗形轮叶，因此这是介于老式的下射水轮和上射水轮之间的一种形式。菲茨赫伯特聪明地证明了这一原理，即如果铲形轮叶能充满水的话，则中射水轮和上射水轮可产生出比下射水轮更大的动力。用砖石制成的与水轮紧密配合的侧挡板，形状为约1/4水轮大小，距水轮仅1英寸左右的距离，这样的构造可使铲形轮叶到达底部位置之前最大限度地防止水流离开轮叶。16世纪时的磨坊经营者可能是从经验中认识到，铲形轮叶中水的重量产生的动力要比相同水流作用在下射水轮的轮翼上产生的动力大。虽然当时人们对于此种观念似乎还有所怀疑，然而该原理在200年以后由斯米顿（Smeaton）所证明，关于他的实验可参见本章后面的章节。