Videnskab og teori
Teoretisk baggrund for Aa-Mølles funktionalitet
Teorien bag
Det Eustatiske rør, Kinetisk energi, Effektivitet af møllehjul, Artesisk brønd, Vægtsstangsprincippet og Gearing
Det eustatiske rør
Det eustatiske rør
Det eustatiske rørs funktion er at udligne trykket.
Som det fremgår af illustrationen kan atmosfærens tryk på havet, flytte niveauet af grundvandet, så man på land kan iagttage, at vandspejlet på en sø inde i land er højere end vandspejlet på havet.
I udgangssituationen vil de to forbunde kar (havet og søen), prøve at finde den samme balance og højde. Skifter trykket på havets store vandflade, vil søens mindre vandflade prøve at finde samme niveau i takt med at havoverfladen stiger og falder. Men kun så højt, at trykket på søens vandflade, svarer til det tryk der er på havet.
Det er grundlæggene det Pascal dokumenterer i de af ham udviklede fysiske love om forbundne kar, og væsker i balance.
Grundvandets kringlede veje, gennem forskellige jordlag, kan yderligere øge trykket på grundvandet i undergrunden. Trykket på det vand der løber ud af en vandslange, kan øges hvis man presser åbningen af vandslangen sammen mellem fingrene. Så jo flere steder grundvandet presses sammen, i smalle åbninger imellem jordlagene, jo større vil trykket i grundvandet blive i forhold til det tryk, der ligger på havoverfladen.
Det er grundlæggende det samme princip som bruges, når udnyttelsen af det højere tryk i grundvandet under Aa-Mølle flytter vandet fra grundvandet op i Aa-Mølledam, gennem et smalt rør 10 meter neden under jorden. Umiddelbart vil vandoverfladen i røret, se om den kan finde samme niveau, som grundvandet har, men fordi vandet fra grundvandet presses ind i et smalt rør, vil det yderligere tryk der er i grundvandet, skubbe vandet højere op i røret. Trykket i røret har jo et mindre tryk i det pres atmosfæren lægger inde i vandrøret, så vandoverfladen i røret vil blive presset højere op, indtil der er det samme tryk på vandoverfladen i rører. Kunsten har været at finde ud af, præcist hvor smalt røret skal være, for at der kunne kommer den ønskede mængde vand op, så mølledammen kan blive fyldt op og uden at vandet i mølledammen løber over.
Vi kender det samme fænomen fra naturligere kilder, hvor vandet kan springe ud af en bakke, eller ved hydraliske bremser, hvor et lille tryk på bremsepedalen, kan bringe en stor og tung bil til bremsning.
Kinetisk energi
Kinetisk energi
Et legemes kinetiske energi E er bestemt som en halv gange legemets (vandets) masse m gange kvadratet på legemets (vandets) hastighed v:
E = (½ m) *( v * v)
Energien bliver skabt, når vandet enten falder eller strømmer gennem vandløb eller åer. For at producere så stor kraft som muligt, via vandkraft, er det afgørende, at der for det første opsamles vand fra vandtilløb (masse) og at der skabes en højdeforskel fra det opdæmmende vand i mølledammen, så det strømmer så hurtigt som muligt, for at få den største kraft ført frem til møllehjulet.
Vandkraften omdannes til energi når vandet bremses op, f.eks. ved at ramme skovlene i et vandhjul. Vandhjulet sættes i omdrejninger og overfører energi til en aksel, som gennem forskeligge konstruktioner og gearinger kan fordele energien ind i og rundt i vandmøllen.
Effektivitet af energiomsætningen i skovlhjul
Effektivitet af energiomsætningen i skovlhjul
Aa-Mølle har igennem tiden skiftet møllehjulsteknik, afstemt efter de omstændigheder, der har været for vandtilførsel (fald, vandmængde og mulighed for opstemning). Bredden af selve møllehjulet bestemmes af vandet. Hvis man har et lille fald, men en stor vandmængde, kan man således konstruere en bred tilløbs-rende og et tilsvarende bredt møllehjul. Alt sammen for at tilføre mest mulig energi til vandmøllen. Aktuelt ved Aa-Mølle med etablering af to Malekarme og to vandhjul.
Horisontalmøllen (også kaldet "skvatmølle"). Ca. 100 e. Kr.: skvatmølle
Der er ét enkelt historisk notat, som nævner Aa-Mølle oprindeligt med et Skvathjul. Det er mest sandsynligt, at skvatmølle efter Nordjyske termer blot betegnede en lille mølle.
Underfaldsmølle (eller strømmølle), anvendt siden 1. århundrede f.Kr.
Aa-Mølle 1483, "hvor priorinden på Gudum Kloster lod bygge en mølle med underfaldshjul".
Brystfaldsmølle, anvendt siden 3. århundrede.
"I 1839 blev Aa-Mølle skyllet bort af stormfloden d. 2.-3. januar 1839, og en overfaldsmølle i bindingsværk blev opført på sin nuværende placering, hvor den blev forsynet med brystfaldshjul."
Overfaldsmølle, anvendt siden 1. århundrede f.Kr.
"1850´erne kanaliseres Resen Kær Å og møllen fik herefter kun vand fra Fald Å. Vandspejlet blev hævet og møllehjulene ændres til overfaldshjul."
Kilde til tegninger betegnelser: da.wikipedia.org
Karakteristika ved skovlhjul/møllehjul og Aa-Mølle gennem tiderne:
Der har været vandmøller i Danmark siden 1000-tallet og historien om vores udnyttelse af vandets kraft er både en fortælling om konger, klostre og magt og om den industrielle udvikling i Danmark. En vigtig kilde til mølleteknikkens udbredelse fra Rom og op igennem Europa var altså munke. Når oprindelsen til Aa-Mølle var Gudum Kloster er det nærliggende at tro, at det så var munke på eller tilknyttet Gudum kloster, som var leverandører af viden om den romerske teknik, som kom til Aa-Mølle. Selvom klosteret er kendt som et nonnekloster, åbner dette citat mulighed for en kontakt til munke/lærde/mænd: "Et gammelt, ironisk ordsprog hos Peder Syv om at være »så hellig som en Gudummunk« menes at referere til de præster, der gjorde tjeneste på nonneklosteret, men som ifølge folkeviddet nok ikke var så fromme endda; nogle reelle sager herom kendes dog ikke." Ellers er det svært at forestille sig, hvorledes denne viden kunne trænge ind i et nonnekloster, som oftest var lukket for mænd? Her åbnes et vindue for grunden til Aa-Mølles konstruktion og at Aa-Mølle på et tidspunkt fik installeret et Romersk drev?
Underfaldshjul - bruges, hvor der er minimal vandhøjde, men tilstrækkelig vandstrøm til at dreje vandhjulet. Maksimal effektivitet er 20% af potentiel energi. De første vandhjul var konstrueret efter romersk forbillede, som opretstående hjul, der hvilede på en vandret aksel. I starten var der tale om såkaldte underfaldshjul, der blot er nedsænket i strømmen. Aa-Mølle antages med høj sandsynlighed, at være startet op med denne hjultype, hvilket også understøttes af at Å Mølle ligger ud mod Nissum Bredning i et fladt kystnært landskab, som veksler mellem flade strandenge og høje bakkedrag med stejle klinter, der falder brat ned mod Limfjorden. Fra de høje Toftum Bjerge skråner terrænet mod vest til det flade landskab omkring Remmerstrand. Bakkernes udløbere vest for Tangsgård stod tidligere som klinter ud mod fjorden. Så der var et godt fald for de åer det leverede vandkaft til møllen, som var placeret på en flad strandeng, hvor der ikke var væsentligt fald ned mod møllen. Op til 1839 nævner Anders Tofting yderligere i sin fortælling, om problemer med vandtilførsel fra Klostermølle Å/Fald Å-systemet., som førte ned til den tidligere placering og om terrænforhold, som ikke kunne tillade andet end Undertræk.
Hvor mange møllehjul var Aa-Mølle så oprindeligt udstyret med?
Vi har et citat: "1801,Notat fra retten eller andet: "To tilstedeværende Mænd, Jens Remmer og Niels Skov forklarede, at Møllen havde haft 2 Par Kværne, som den nu har, i mere end 20 Aar, og ligeledes har haft samme Strøm, som den nu har i længere Tid end 20 Aar." Denne sag blev startet i 1800 og således før Aa-Mølle angiveligt "I 1839 blev Aa-Mølle skyllet bort af stormfloden d. 2.-3. januar 1839, og en overfaldsmølle i bindingsværk blev opført på sin nuværende placering, hvor den blev forsynet med brystfaldshjul."
To kværne gør ingen sommer, og hvordan møllens konstruktion blev født sidst i 1500 tallet, står uklart. 2 par kværne kan være en talemåde, som åbner for 4 kværne, men eftertiden viser, at der sandsynligvis kun var tale om de to kværne, som vi også finder i dag tilknyttet det Romerske drev. Men det åbner muligheden for, at Aa-mølle allerede fra start var født med to møllehjul, ét til hver kværn, fordi tenikken på det tidspunkt, som normal, var ét hjul til hver kværn.
Brystfaldshjul - kræver en minimum vandhøjde på 6' -8 ' (15,62 - 20,96 cm) for at være effektiv. Maksimal effektivitet er 50% af potentiel energi. Udviklet i 1400-tallet. Denne type møllehjul krævede opstemning af vandet, men var til gengæld langt mere effektiv, da man både udnytter strømmens skubben og vandets vægt på skovlene i faldet. Disse krav blev for Aa-Mølles vedkommende tilfredsstillet med flytnigen efter stormfloden i 1839. Fra Toftigs beretning: " ... da Foraaret kom, besluttede Møller Brochdorff sig til at flytte hele Aamølle til en mere sikker men tillige ogsaa til en mere bekvem Plads Ca. 700 Alen længere Vest paa, hvor han saa ogsaa kunde opnaa at faa Overfaldstræk, og det har sikkert betydet en stor Vinding, da det jo var meget mere stabilt som Drivkraft, ..."
Overfaldshjul - kræver en minimumshøjde på 15 ' (39,30 cm) for at være effektiv. Maksimal effektivitet er 70 - 80 % af potentiel energi. Udviklet i anden halvdel af 1600-tallet. Ved overfaldshjulet ledes vandet i en rende (Malekarm) hen mod hjulets højeste punkt og falder ned på hjulets skovle.
Nationalmuseet: "I 1856 købte lodsejerne langs Resenkjær Aa vandretten og gravede en genvej for aaen lige nord for Tangsgaard. Da Klostermølleaa havde en stejlere løb end Resenkjær Aa ... blev det muligt at ændre møllen til overfaldshjul."
Artesisk brønd
Artesisk brønd
Grundprincippet i Aa-Mølles Artesiske brønd bygger på dette fysiske princip i en artesisk brønd.
En artesisk brønd er en vandkilde, hvor grundvandet presses op ad bakke uden behov for at pumpes. Når trykket er stort nok, vil vandet sprøjte op af sig selv.
Vandet siver ind fra omkringliggende højder og samles i en skålformet fordybning af porøse sten som kalksten eller sandsten. Dette lag er igen dækket af et næsten tætsluttende låg af ikke-porøs sten eller aflejring. Når låget er tungt, vil vandet blive presset ud og op, i lighed med når vand klemmes ud af en svamp.
Navnet stammer fra den tidligere franske provins Artois, hvor lignende brønde boredes fra 1126 af munke.[1]
Vægtstangsprincippet
Vægtstangsprincippet
Arkimedes er kendt for engang at have sprunget nøgen ud på gaden og råbt ”Eureka!” (jeg har fundet det!).
Arkimedes, 287 f.Kr. - 212 f.Kr., var en matematiker, fysiker og opfinder i antikens Grækenland. Da Arkimedes sprang op af badet og ud på gaden, havde han lige udtænkt det, som senere skulle kaldes Arkimedes princip. Den går ud på, at når et objekt bliver nedsænket i vand vil det blive skubbet op af en kraft svarende til vægten af den fortrængte væske. Men han udtænkte mange ting, herunder vægtstangsprincippet.
Og her er det ikke vandkraft men muskelkraft og vægtstænger, som det handler om. Det finder vi flere steder i Aa-Mølle, men specielt på Stjernehjulsloftet, hvor det bruges til flere ting. Som det fremgår af illustrationen, påstås han at have sagt: ”Giv mig et fast punkt hvor jeg kan stå og jeg skal bevæge jorden”. Det er bare et spørgsmål om, hvor det faste punkt skulle være.
Vægtstangsprincippet er den gængse betegnelse på forøgelsen af et kraft-moment i et simpelt system, der omfatter et fast punkt (forankring) og en genstand (ex en stang) forbundet hertil. I al sin enkelhed er det også et af de grundlæggende og effektive principper i kraftudveksling - ex kran-løft, eller en vippe med en person som vægt i hver sin ende af vippen.
For en vægtstang, hvis lange arm er L gange længere end den korte arm, er den kraft M, den lange arm skal påvirkes med for at opnå ligevægt, derfor L gange mindre end kraften M på den korte arm.
Statisk ligevægt. Vægtstangsprincippet er matematisk udledt af den specielle situation hvor M1L1 = M2L2. M er vægten (masse) og L er længden af armen.
Når to personer sidder på en vippe og den ene er tungere end den anden, skal den tungere person flytte sig lidt længere ind på vippen, så armen blive kortere, for at opnå ligevægt, så de uden anstrengelse kan løftet hinanden op og ned og vippe.
Gearing
Gearing
Der er mange eksempler på gearing i Aa-Mølle, men grundprincipperne er ens. For selvom det står uklart hvem der opfandt gearet, tror jeg at vi har et godt bud under kapitlet Fra Italien til Aa-Mølle med Vitruvius (ca. 75 f.Kr. - 25 f.Kr.), som ihvertfald en af de, som udtænkte mange kombinationer af og beregninger på gear. Men han samlede og bearbejdede idéer, så mere præcist er tandhjul opfundet før Antikythera-mekanismen (ca. 80 f.Kr.) og nok før den Sydpegende Hestevogn (ca. 2600 f.Kr.).
Fundamentet i gearing er, at hvis et stort tandhjul overfører energi til et mindre tandhjul, vil det mindre tandhjul opnå en højere hastighed/løbe hurtigere, end det store hjul.
Mere videnskabeligt forklaret:
Et tandhjul er et hjul, hvis rand er forsynet med regelmæssigt fordelte fremspring og mellemrum: Fremspringene kaldes tænder, og er udformet så de kan gå i indgreb med tilsvarende tænder på et andet tandhjul. Et tandhjul, der er forarbejdet i træ, betegnes som et kamhjul.
Tandhjul bruges i udvekslinger, eller gear, hvori rotationsenergi med én vinkelfrekvens ("omdrejningstal") og drejningsmoment ("trækkraft") omsættes til rotation ved andre vinkelfrekvenser og drejningsmomenter: Generelt gælder, at hvis et større tandhjul trækker et mindre, får man større vinkelfrekvens og mindre drejningsmoment, og omvendt, når et mindre tandhjul trækker et større; mindre vinkelfrekvens og større drejningsmoment.
Hvor et tandsæt af træ mødte et tandhjul af træ, som på første billede, ville antallet af tænder være et primtal (et tal som kun kan deles med 1 eller tallet selv) så slidet på tandhjulene ville blive fordelt på ligeligt på hjulene.