Η αρχή του κοχλία του Αρχιμήδη και εφαρμογή του στα πρώτα τρυπάνια στην οδοντιατρική.

 

Η αρχή του κοχλία του Αρχιμήδη, τον 4^ο πΧ αιώνα, η οποία χρησιμοποιήθηκε αρχικά για την άντληση νερού, επηρέασε έμμεσα την εξέλιξη των πρώιμων περιστροφικών οδοντιατρικών τρυπανιών με την αξιοποίηση της περιστροφικής κίνησης μέσω της  μετατροπής της γραμμικής δύναμης σε περιστροφή . Ο κοχλίας του Αρχιμήδη αποτελούσε έναν ελικοειδή άξονα μέσα σε κυλινδρικό σωλήνα. Όταν ο ελικοειδής άξονας περιστρεφόταν, το νερό παγιδευόταν ανάμεσα στις σπείρες και μεταφερόταν προς τα επάνω. Η βασική μηχανική αρχή ήταν η μετατροπή της κυκλικής κίνησης σε συνεχή μεταφορά υλικού ή ενέργειας κατά γραμμική φορά.

Αριτερά σχεδιαγραμματική παράσταση της "βίδας" του Αρχιμήδη στη άντληση νερού.Δεξιά η εφαρμογή της σε ένα παραδοσιακό παιχνίδι,την μηχανική σβούρα πίεσης.

Η ίδια λογική αντεστραμμένη, όπου η γραμμική κίνηση μετατρέπονταν σε περιστροφή, εφαρμόστηκε αργότερα σε διάφορα πρώιμα  μηχανικά τρυπάνια, χρησιμοποιούμενα στην κατασκευή κοσμημάτων και ρολογιών, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων οδοντιατρικών. Και οι δύο μηχανισμοί βασίζονται στην αξιοποίηση της συνεχούς περιστροφής ενός άξονα για την παραγωγή έργου. Στον κοχλία η περιστροφή ανυψώνει νερό, ενώ στο οδοντιατρικό τρυπάνι , η γραμμική εφαρμογή δύναμης, μετατρέπεται σε  περιστροφή και  σε δύναμη κοπής και λείανσης από το κοπτικό άκρο.  Η αρχή του κοχλία του Αρχιμήδη, είναι άλλο ένα παράδειγμα του πώς οι αρχές της αρχαίας ελληνικής μηχανικής συνέβαλαν στη διαμόρφωση πρώιμων τεχνολογιών στην ιατρική και στην οδοντιατρική.

Τρία διαφορέτικά τρύπανα βασιζόμενα στη Αρχή του Αρχιμήδη, από τον εμπορικό κατάλογο του Οίκου ASH & SONS του 1871. Χαρακτηριστικό του μεσαίου, είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί με το ένα χέρι.

Ο κοχλίας του Αρχιμήδη (ή Αρχιμήδεια βίδα) αποτελεί έναν από τους παλαιότερους και πιο θεμελιώδεις μηχανισμούς μεταφοράς υλικών στην ιστορία της μηχανικής. Η βασική του δομή αποτελείται από μια ελικοειδή επιφάνεια (έλικα) προσαρμοσμένη γύρω από έναν κεντρικό περιστρεφόμενο άξονα, ο οποίος περικλείεται από έναν κοίλο κύλινδρο. Από πλευράς κλασικής μηχανικής, ο κοχλίας λειτουργεί ως ένα πτυσσόμενο κεκλιμένο επίπεδο. Όταν ο άξονας τοποθετείται υπό γωνία (συνήθως περίπου 45 μοιρών) και περιστρέφεται, το κάτω άκρο του παγιδεύει μια συγκεκριμένη ποσότητα ρευστού ή στερεού υλικού. Λόγω της γεωμετρίας της έλικας και της βαρύτητας, το απομονωμένο αυτό φορτίο μετατοπίζεται γραμμικά προς τα επάνω μέσα σε διαδοχικές «τσέπες» (chambers), μετατρέποντας αποτελεσματικά την περιστροφική κίνηση σε γραμμική μεταφόρτωση.

Δύο μουσειακά οδοντιατρικά τρυπάνια βασισμένα στην Αρχή του Αρχιμήδη, του μέσου του 19ου αιώνα.(Smithsonian,Museum of American History

Κατά τα μέσα του 19^ου  αιώνα, η αρχή του κεκλιμένου επιπέδου και της ελικοειδούς μετατροπής κίνησης του κοχλίας αξιοποιήθηκε  για τη δημιουργία των πρώτων μηχανικών οδοντιατρικών τρυπανιών (Archimedean dental drills). Ο κύριος άξονας του εργαλείου έφερε ελικοειδείς αυλακώσεις μεγάλης κλίσης (σαν βίδα).Ένας δακτύλιος ή μια λαβή ολίσθησης (plunger) κινούταν χειροκίνητα πάνω-κάτω κατά μήκος του άξονα. Η πίεση της λαβής ανάγκαζε τον άξονα, και κατ' επέκταση την κοπτική κεφαλή (φρέζα-bur), να περιστρέφεται γρήγορα εναλλάξ δεξιόστροφα και αριστερόστροφα. Αν και αυτά τα εργαλεία δεν χρησιμοποιούνταν αρχικά για την αφαίρεση τερηδόνας (λόγω των κραδασμών), ήταν εξαιρετικά σημαντικά για τη διάνοιξη οπών σε οστά, παρασκευή ριζικών σωλήνων για προσθήκη τεχνητών δοντιών με άξονα και σε προσθετικές κατασκευές από ελεφαντόδοντο.

Αξίζει να επισημάνουμε ότι σε  ιστορικό επίπεδο, ο ίδιος ακριβώς παλινδρομικός μηχανισμός που χρησιμοποιήθηκε στο οδοντιατρικό τρυπάνι εφαρμόστηκε εκτενώς σε παραδοσιακά μηχανικά παιχνίδια, όπως οι μηχανικές σβούρες πίεσης. Η κατακόρυφη πίεση ενός ελικοειδούς άξονα μετατρέπονταν σε  περιστροφική ορμή, επιτρέποντας στη σβούρα ι να περιστρέφεται αυτόνομα στο έδαφος.

ΓΒ