Леонардо да Винчи, художник и изобретатель

Леонардо да Винчи

Леонардо да Винчи постоянно вызывает споры историков. Они не могут решить, кем же он был: художником, который только увлекался техникой, или изобретателем и ученым, который писал картины, чтобы заработать себе на жизнь? В равной степени можно доказывать и то, и другое. При жизни Леонардо был признан и как художник, и как изобретатель. Об этом говорят все дошедшие до нас документы, в том числе и официальное свидетельство о его смерти, написанное на французском языке: «Леонардо да Винчи, знатный миланец, первый королевский живописец, изобретатель и архитектор, механик государства, придворный живописец герцога Миланского».

После смерти Леонардо да Винчи стал больше известен как художник. Его картины были доступны широкой публике, а научные трактаты и заметки исчезли в библиотеках и частных коллекциях. В позапрошлом веке рукописи и книги были обнаружены учеными, и эти находки в корне изменили представление о том, чему отдавал предпочтение сам Леонардо. Если судить по объему работы, то Леонардо да Винчи, прежде всего занимался наукой. В галереях мира можно найти не больше десяти полотен, бесспорно принадлежащих кисти Леонардо, и несколько сот рисунков, в то время, как монографий, чертежей, набросков, научных заметок насчитывается тысячи и тысячи.

Его ум проникал во все области знания. Он занимался геометрией и механикой, гидравликой и геологией, ботаникой и астрономией, анатомией человека и животных. Но в первую очередь его усилия были направлены на изобретение и усовершенствование машин и механизмов. В своих работах Леонардо да Винчи разработал принципы устройства… танка, летательного аппарата, гидравлической турбины, парового двигателя, телескопа, арифмометра! Из-за слишком восторженной оценки Леонардо да Винчи как изобретателя некоторые недоверчивые исследователи ударились в другую крайность. Они утверждают, что механизмы Леонардо — не более, как плод его фантазии, что он будто бы создавал их только на бумаге, хотя и в мельчайших деталях, а не на практике, и тем более никогда их не испытывал. Словом, они считают Леонардо просто кабинетным ученым.

чертежы Леонардо да Винчи

Таково мнение исследователей, не разбирающихся в вопросах техники. Однако инженеры думают иначе.

Первая рукопись, известная под названием «Codex Madrid I», почти целиком посвящена теоретической и прикладной механике. Леонардо всегда интересовала не только теория, но и возможность ее применения. Но он никогда не приспосабливал практику к теории, никогда не был эмпириком. В «Codex Madrid I» он пишет: «Называйте это практикой, но не забывайте, что на первом месте все же стоит теория». Систематическое изучение роли трения и тяги в работе машин привело Леонардо к выводу о бессмысленности поисков вечного двигателя, которые были любимым занятием его современников изобретателей.

На первой странице рукописи он говорит: «Стремление создать вечное колесо — источник вечного движения — можно назвать одним из бесполезных заблуждений человека. На протяжении многих столетий все, кто занимался вопросами гидравлики, военными машинами и прочим, тратили много времени и денег на поиски вечного двигателя. Но с ними происходило то же, что и с алхимиками, всегда находилась какая-нибудь мелочь, которая якобы мешала успеху опыта. Моя небольшая работа принесет им пользу; им больше не придется спасаться бегством, не выполнив обещания, данного королям и правителям. Я знал много людей, приезжавших в Венецию из разных стран в надежде построить мельницы на стоячей воде. Потратив на эту затею много усилий и средств и не достигнув успеха, они вынуждены были бежать из страны».

В другой рукописи Леонардо восклицает: «Вы, изобретатели вечного двигателя, сколько пустых химер породили ваши поиски!»

С полным основанием можно сказать, что Леонардо был первым механиком, который обладал современным пониманием основных принципов действия машин. И он же обнаружил, что каждая машина представляет собой набор простейших механизмов, подобно органам у живых существ, в разных комбинациях входящих в состав всех машин…

чертежы Леонардо да Винчи

Как всегда, отдавая предпочтение «теории», Леонардо начал изобретать новые машины с того, что глубоко исследовал природу и свойства трения твердых тел. Его эксперименты предвосхищают изобретения веков. Например, для измерения силы тяжести и силы трения колесного механизма на наклонной плоскости и определения мощности водяного колеса Леонардо использовал динамометр — за триста лет до Джона Смитона, английского ученого, считающегося изобретателем этого прибора.

Из этих опытов Леонардо сделал несколько общих выводов: «…сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, от степени их обработки и не зависит от площади соприкасающихся поверхностей; она прямо пропорциональна весу груза и может быть уменьшена путем введения «роликов или смазочных веществ между трущимися поверхностями». Сегодня эти выводы кажутся нам очевидными, но нужно помнить, что Леонардо математически подтвердил свои положения за двести лет до того, как ученые вообще приступили к изучению проблем трения, и за триста лет до того, как Кулон создал окончательную теорию трения.

Определив общие положения теории трения, Леонардо перешел к изучению частных проблем трения в машинах. Подшипники! Работы и чертежи Леонардо доказывают, что уже в то время он предугадал будущее широкое их использование — и шариковых, и роликовых! — хотя применяться в машинах они стали лишь с 1900 года.

В эпоху Леонардо и позже подшипники с вращающимися валами и осями представляли собой отверстие, сделанное в деревянном или металлическом корпусе машины. Из-за большого трения вращающегося вала в отвёрстии машина быстро изнашивалась, и чтобы уменьшить износ, пробовали смазывать трущиеся поверхности жиром или маслом.

Понимая, что одна только смазка не поможет, Леонардо стал искать другие способы увеличить срок работы машины: такие, как использование материалов с минимальным коэффициентом трения и изобретение таких устройств, где быстрый износ чем-либо компенсируется. Его подход к этим проблемам был удивительно современным. Леонардо изобрел двойной подшипник, который не давал оси выходить из подшипника «даже при большом напряжении». Он описывал эту систему так: «…стороны блока, на котором вращается ось, должны быть сделаны из гладкого «зеркального металла», представляющего собой сплав трех частей меди и семи частей олова. Эта система должна иметь сверху клин для более полного принта или крышку, прикрепляемую винтом, стороны блока или втулки могут не насаживаться на ось по мере того, как механизм изнашивается…»

Таким образом, здесь мы имеем первое детальное описание разъемной подшипниковой стойки и регулируемых втулок из антифрикционной материи. Леонардо сделал этот механизм за двести лет до того, как Роберт Хукер предложил использование такого металла Лондонскому Королевскому обществу, и более чем за два столетия до того, как идея создания разъемных втулок воплотилась в металл.

чертежы Леонардо да Винчи

Леонардо продолжал изучать возможности уменьшения трения с помощью вращающихся деталей, так как его опыты показали, что при качении трение скольжения всегда меньше. Использование вращающихся деталей для облегчения движения механизма не было открытием Леонардо. Подобные приспособления встречались еще в Древней Греции. Идея использования вращательного движения в подшипниках также не принадлежит Леонардо. Как он пишет, его ученик, немецкий механик Гулио, видел в Германии подшипники в форме дисков (изобретение которых раньше приписывали Леонардо). Но, тем не менее, шариковые и роликовые подшипники в современном их виде изобрел именно Леонардо да Винчи.

В комментариях к чертежам Леонардо пишет об использовании подшипников вообще: «Я полагаю, что для облегчения движения груза по ровной поверхности необходимо ввести между ними шарики или ролики… Я не вижу большой разницы между ними, исключая ту, что шарики могут вращаться во всех направлениях, а ролики только в одном. Но если во время движения шарики или ролики соприкасаются, движение будет более медленным, так при их соприкосновении сила трения начинает действовать в противоположном направлении. Но если шарики или ролики находятся на расстоянии друг от друга, они будут иметь только две точки соприкосновения — с грузом и с поверхностью, по отношению к которой он движется. Следовательно, это облегчает движение».

Как Леонардо представлял себе будущее использование роликового подшипника? Ответ — предложенная им конструкция вертикальной оси или стержня. Конец стержня имеет конусообразную форму и опирается на гнездо из шариков или трех конических роликов одинакового размера и формы. Леонардо пишет: «Таким образом, мы будем иметь три конуса, аналогичные конусу на конце стержня, и с каждым оборотом стержня каждый из поддерживающих конусов совершает полный оборот вокруг своей оси».

Увидев его рисунки, Престон Бассет, бывший президент «Сперри Гироскоп Компани», написал 8 марта 1967 года своему другу: «Должен тебе сказать, что из всех чертежей и набросков Леонардо да Винчи меня больше всего поразил рисунок шарикового подшипника, в котором шарики расположены вокруг конического стержня. Когда в 1920 г. мы разработали гироскопический прибор для слепого полета, мы столкнулись с проблемой создания шарикового подшипника, в котором не было бы осевого зазора. Создав конический стержень в шариковом подшипнике, мы думали, что открыли что-то новое, но это открытие было уже сделано Леонардо да Винчи».

Работы Леонардо по изучению зубчатых передач и шестеренок говорят о его необычайном умении проникать в самую суть проблем механики. Его чертежи зубчатых колес (шестеренок) и их описание поражают совершенством. Подобно изобретателям более поздних времен, Леонардо нашел наилучшую форму зубцов, изучая износ шестеренок, использовавшихся на мельницах.

Леонардо напряженно работал над упрощением конструкции зубчатого колеса с тем, чтобы уменьшить износ, вызываемый трением. Он писал: «Чем больше колес в вашем механизме, тем больше зубчатых зацеплений вам требуется, а чем больше зубцов — тем больше будет трение между колесами и зубчатым валиком и, следовательно, тем больше энергии будет потеряно двигателем».

Леонардо изобрел новые типы шестеренок: «деформированные», или частично зубчатые, трапецеидальные, спиральные, конические. Особенно замечательным открытием можно считать изобретение «глобоидальной» шестерни, которое обычно приписывают английскому изобретателю XVIII века Генри Хиндли, однако чертежи такой шестеренки мы увидели в рукописи Леонардо, найденной в Мадриде.

Ленточный привод, клиноременная передача амортизаторы… — трудно перечислить все изобретения Леонардо да Винчи.

На этом я заканчиваю и предоставляю читателям возможность самим решить, был ли Леонардо кабинетным ученым или исследователем, который ставил опыты и создавал машины, чтобы на практике проверить свои теории.

Автор: Ладислао Рем, перевод с английского.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *