Дайте рукам отдохнуть, мукомолки; спокойно дремлите,
Хоть бы про близкий рассвет громко петух голосил:
Нимфам пучины речной ваш труд поручила Деметра;
Как зарезвились они, обод крутя колеса! Видите?
Ось завертелась, а оси кручёные спицы
С рокотом движут глухим тяжесть двух пар жерновов.
Снова нам век наступил золотой: без труда и усилий
Начали снова вкушать дар мы Деметры святой.
Антипатр Фессалоникский. Водяная мельница. I в.

Формирование структуры современного промышленного производства, как правило, относят к периоду середины XVIII – середины XIX в.

Воду можно использовать как источник энергии с помощью различных приспособлений, но наиболее распространённым является устройство, представляющее собой колесо с лопастями или черпаками. Такое колесо можно устанавливать горизонтально или вертикально.

Широко применялись водяные колёса в Китае, что подробно описывается, например, в книге Сунн Инсина «Тян гун кай у» (Вещи, рождённые трудами неба). Эта техническая энциклопедия вышла в свет в 1637 г. и представляет собой описания самых различных производств, снабжённые рисунками станков, приспособлений и технических приёмов.

Социальные и экономические условия, сложившиеся в Европе в раннем средневековье, определяли потребность в поиске источников энергии и создании механизмов, способных заменить ручной труд.

В средние века получила развитие идея использования водяного колеса с зубчатым сцеплением для передачи вращения из вертикальной плоскости в горизонтальную.

В труде Георгия Агриколы «12 книг о металлах» подробно описывается несколько мельниц для дробления руды различных конструкций.

Кулачковый механизм, получивший свое название от входящего в его состав кулачка – небольшого выступа на оси, был изобретён в античную эпоху и поначалу использовался в простейших устройствах.

Рычажные молоты, приводимые в движение водяным колесом, уже в IX в. часто использовались вместо жерновов в солододробилках, но самое широкое распространение они получили в Х–XI вв. для выделывания сукна и пеньки.

Кривошипный механизм представляет собой подвижное соединение кривошипа, шатуна и ходового вала. В Европе кривошипный механизм появился несколько позже, чем в Китае, где он был известен со II в.

На основе комбинации подливных и черпаковых водяных колес, кривошипного и кулачкового механизмов были широко механизированы средневековые металлургия и горное дело. В XIV–XV вв. кривошипными механизмами снабжали мехи кузнечных горнов, ручные захваты и волоки волочильных станов, шахтные насосы.

Важнейшей областью применения энергии воды в металлургии стала воздуходувная техника. В средневековье был сделан решающий шаг от использования при плавке руд естественного движения воздуха (ветра) к применению механизированных воздуходувных агрегатов, прежде всего мехов с водяным приводом.

Самым эффективным и технологичным устройством в этом ряду стала водотрубная воздуходувка, которая также называлась водяным барабаном, или тромпой (trompe, Wassertromelgeblase).

Каталонская фабрика оборудовалась самым мощным вододействующим молотом. Вода подавалась на лопасти колес с высоты более 5 м.

К XVII в. в Европе энергия воды широко использовалась, по меньшей мере, в 40 различных производствах. Примером может служить прядение шелка. В шелкопрядильных станках приводимое в движение энергией воды веретено скручивало отдельные шелковые волокна в нитку.

Групповое использование водяных колёс характерно для средневековой Франции. Например, уже в IX в. монастырь Корбье близ Амьена имел водяные мельницы с шестью колёсами.

Говоря об использовании энергии воды в металлургии и горном деле, нельзя не упомянуть замечательного шведского промышленника и изобретателя, «Архимеда севера», как прозвали его современники, – Кристофера Полхема (Польхема).

Основной силой, применяемой издревле для откачки воды из шахт, была либо человеческая, либо лошадиная (включая рудник Рио Тинто, схема дренажа которого приведена в начале этого очерка).

Полхем предложил траковую систему для подъёма руды взамен канатной, разумеется также с приводом от водяного колеса. Ручной труд требовался только на этапе загрузки вагонеток.

Начало Промышленной революции обычно связывают с появлением в Англии первых хлопкопрядильных фабрик. Известно, что до 70-х гг. XVIII в. никакие процессы, связанные с производством хлопчатобумажных тканей, не были механизированы на основе водяных установок.