Niewątpliwie jednym z najpowszechniejszych w technice kształtów jest geometryczna krzywa zwana helisą (gr. helix – zwój). Pozwala ona w świecie materialnym uzyskiwać różne efekty przetwarzania ruchu i energii. Te praktyczne cechy zostały odkryte już w starożytności. Pierwsza znana wzmianka pochodzi od Archytasa z Tarentu z IV w. p.n.e., twórcy mechaniki, przyjaciela Platona. Niezupełnie wiadomo, co było pierwsze – czy rodzaj śruby drewnianej z nacięciami co ułatwiało i wzmacniało łączenie elementów (oplatano też rdzeń drewniany drutem w kształt helisy), czy też przenośnik wody opisany przez Archimedesa w III w. p.n.e, zwany „śrubą Archimedesa”. Tu helisa jest krawędzią zakrzywionej powierzchni ślimacznicy – helikoidy, której opis matematyczny podał Leonard Euler dopiero w 1774 r. Badacze twierdzą, że ślimak przenośnika drążono z drewna i osadzano w drewnianym korycie. Jego wydajność zależała od szczelności przylegania ślimaka, co rzekomo osiągano za pomocą… smoły. Dziś do wody mamy pompy, ale ślimak nadal jest stosowany w podajnikach wszelkich substancji sypkich w budownictwie oraz przemyśle spożywczym, chemicznym i recyklingowym.
Wiercenie dziur w drewnie za pomocą wiertnicy łukowej opanowali już stolarze starożytnego Egiptu, więc nietrudno było połączyć to z wiertłem ślimakowym, żmudnie formowanym z żelaznego pręta przez skręcanie ręczne (pomógł tu kunszt kowalski). Śruba jako taka pojawiła się w XVI w. poprzedzona wynalezieniem mechanicznej gwoździarki. Ponieważ już zdawano sobie sprawę z praktycznych zalet gwintu, pojawiły się też gwoździe z gwintem helikalnym (do dziś są w użytku). Dalsze kroki zawdzięczamy angielskiej rewolucji przemysłowej: w II połowie XVIII w. pojawiła się plejada pionierów przemysłu stalowego jak Isambard Brunelowie (Marc i Kingdom, ojciec i syn), Henry Maudslay czy Joseph Bramah. Ich precyzyjne obrabiarki podniosły jakość gwintowania i tłoczenia. Pozwoliły dopasować nakrętki. Zamiast wbijać śruby można je już było wkręcać wykorzystując zjawisko zamiany przez ślimak części ruchu okrężnego na postępowy. Natomiast Bramah opracował metodę wyrobu sprężyn – czystych modeli helisy. Sprężyna jest najprostszą ilustracją odkształceń sprężystych. Matematykom już nawet nie chce się tłumaczyć (może w szkole by się przydało), dlaczego sprężyna stalowa rozciąga się łatwo, zaś taki sam pręt prosty – bardzo trudno. Przy okazji: w przyszłym roku minie 170. rocznica urodzin jednego z największych polskich inżynierów XIX w., Feliksa Jasińskiego, pioniera teorii sprężystości. On to umiał nawet lewą ręką. Natomiast helikoidą zajął się inny wielki -– Stefan Drzewiecki, m.in. twórca teorii napędów śmigłowych, a więc helikoidalnych, lotniczych i okrętowych. Obaj panowie niestety zasłużyli się głównie Rosji.
Być może odwieczna fascynacja helisą wynika z obserwacji natury: ludzie patrząc np. na muszle czy niektóre kłącza jak winorośli, musieli zadawać sobie pytanie, dlaczego tak się skręcają. A badacze DNA w XX już wieku odkryli ze zdumieniem, że cząsteczka ta ma kształt helisy i to podwójnej. Powierzchnię wytyczają tu łańcuchy nukleotydów łączące obie linie helikalne, a więc nie jest to po prostu jedna helikoida. I tak zapewnia sprężystość, co nie pozwala, by nasza cząsteczka życia łatwo się łamała. Niech nas to nie prowadzi do zbyt ogólnego wniosku, że krętactwo zapewnia sukces.
Zygmunt Jazukiewicz
