Леонардо да Вінчі, художник і винахідник

Леонардо да Вінчі

Леонардо да Вінчі постійно викликає суперечки істориків. Вони не можуть вирішити, ким же він був: художником, який тільки захоплювався технікою, або винахідником і вченим, який писав картини, щоб заробити собі на життя? В рівній мірі можна доводити і те, і інше. За життя Леонардо був визнаний і як художник, і як винахідник. Про це говорять всі збережені до нас документи, в тому числі і офіційне свідоцтво про його смерть, написане французькою мовою: «Леонардо да Вінчі, шляхетний міланець, перший королівський живописець, винахідник і архітектор, механік держави, придворний живописець герцога Міланського».

Після смерті Леонардо да Вінчі став більше відомий як художник. Його картини були доступні широкій публіці, а наукові трактати і замітки зникли в бібліотеках і приватних колекціях. У позаминулому столітті рукописи і книги були виявлені вченими, і ці знахідки докорінно змінили уявлення про те, чому віддавав перевагу сам Леонардо. Якщо судити за обсягом роботи, то Леонардо да Вінчі, перш за все займався наукою. У галереях світу можна знайти не більше десяти полотен, які безперечно належать кисті Леонардо, і кілька сот малюнків, в той час, як монографій, креслень, начерків, наукових заміток налічується тисячі і тисячі.

Його розум проникав в усі області знання. Він займався геометрією і механікою, гідравлікою і геологією, ботанікою і астрономією, анатомією людини і тварин. Але в першу чергу його зусилля були спрямовані на винахід і удосконалення машин і механізмів. У своїх роботах Леонардо да Вінчі розробив принципи пристрою… танка, літального апарату, гідравлічної турбіни, парового двигуна, телескопа, арифмометра! З-за занадто захопленої оцінки Леонардо да Вінчі як винахідника деякі недовірливі дослідники вдарилися в іншу крайність. Вони стверджують, що механізми Леонардо — не більш, як плід його фантазії, що він ніби створював їх тільки на папері, хоча і в найдрібніших деталях, а не на практиці, і тим більше ніколи їх не відчував. Словом, вони вважають Леонардо просто кабінетним вченим.

креслення Леонардо да Вінчі

Така думка дослідників, що не розбираються в питаннях техніки. Однак інженери думають інакше.

Перший рукопис, відомий під назвою “Codex Madrid I”, майже цілком присвячений теоретичній і прикладній механіці. Леонардо завжди цікавила не тільки теорія, але і можливість її застосування. Але він ніколи не пристосовував практику до теорії, ніколи не був емпіриком. В «Codex Madrid I» він пише: «Називайте це практикою, але не забувайте, що на першому місці все ж стоїть теорія». Систематичне вивчення ролі тертя і тяги в роботі машин призвело Леонардо до висновку про безглуздість пошуків вічного двигуна, які були улюбленим заняттям його сучасників винахідників.

На першій сторінці рукопису він каже: «Прагнення створити вічне колесо — джерело вічного руху — можна назвати одною з непотрібних помилок людини. Протягом багатьох сторіч всі, хто займався питаннями гідравліки, військовими машинами та іншим, витрачали багато часу і грошей на пошуки вічного двигуна. Але з ними відбувалося те ж, що і з алхіміками, завжди знаходилась якась дрібниця, яка нібито заважала успіху досліду. Моя невеличка робота принесе їм користь; їм більше не доведеться рятуватися втечею, не виконавши обіцянки, даної королям і правителям. Я знав багато людей, які приїздили до Венеції з різних країн в надії побудувати млини на стоячій воді. Витративши на цю затію багато зусиль і коштів і не досягнувши успіху, вони змушені були втікати з країни».

В іншому рукописі Леонардо вигукує: «Ви, винахідники вічного двигуна, скільки порожніх химер породили ваші пошуки!»

З повною підставою можна сказати, що Леонардо був першим механіком, який володів сучасним розумінням основних принципів дії машин. І він же виявив, що кожна машина являє собою набір найпростіших механізмів, подібно органам у живих істот, що в різних комбінаціях входять до складу всіх машин…

креслення Леонардо да Вінчі

Як завжди, віддаючи перевагу «теорії», Леонардо почав винаходити нові машини з того, що глибоко досліджував природу і властивості тертя твердих тел. Його експерименти передбачають винаходи століть. Наприклад, для вимірювання сили тяжіння та сили тертя колісного механізму на похилій площині і визначення потужності водяного колеса Леонардо використовував динамометр — за триста років до Джона Смітона, англійського вченого, що вважається винахідником цього приладу.

З цих дослідів Леонардо зробив кілька загальних висновків: «…сила тертя залежить від матеріалу дотичних поверхонь, від ступеня їх обробки і не залежить від площі дотичних поверхонь; вона прямо пропорційна вазі вантажу і може бути зменшена шляхом введення «роликів або мастильних речовин між тертьовими поверхнями». Сьогодні ці висновки здаються нам очевидними, але треба пам’ятати, що Леонардо математично підтвердив свої положення за двісті років до того, як вчені взагалі не приступили до вивчення проблем тертя, і за триста років до того, як Кулон створив остаточну теорію тертя.

Визначивши загальні положення теорії тертя, Леонардо перейшов до вивчення приватних проблем тертя в машинах. Підшипники! Роботи і креслення Леонардо доводять, що вже в той час він передбачив майбутнє широке їх використання і кулькових і роликових! — хоча застосовуватися в машинах, вони стали лише з 1900 року.

В епоху Леонардо і пізніше підшипники з обертовими валами і осями представляли собою отвір, зроблений в дерев’яному або металевому корпусі машини. З-за великого тертя обертового вала в отворі машина швидко зношувалася, і щоб зменшити знос, пробували змащувати тертьові поверхні жиром або маслом.

Розуміючи, що одне тільки масло не допоможе, Леонардо став шукати інші способи збільшити термін роботи машини: такі, як використання матеріалів з мінімальним коефіцієнтом тертя і винахід таких пристроїв, де швидкий знос чим-небудь компенсується. Його підхід до цих проблем був напрочуд сучасним. Леонардо винайшов подвійний підшипник, який не давав осі виходити з підшипника «навіть при великій напрузі». Він описував цю систему так: «…сторони блоку, на якому обертається вісь, повинні бути зроблені з гладкого «дзеркального металу», що представляє собою сплав трьох частин міді і семи частин олова. Ця система повинна мати зверху клин для більш повного принта або кришку, що прикріплюється гвинтом, сторони блоку або втулки можуть не насаживатися на вісь у міру того, як механізм зношується…»

Таким чином, тут ми маємо перший детальний опис роз’ємної підшипникової стійки і регульованих втулок з антифрикційної матерії. Леонардо зробив цей механізм за двісті років до того, як Роберт Хукер запропонував використання такого металу Лондонському Королівському товариству, і більш ніж за два століття до того, як ідея створення роз’ємних втулок втілилася в метал.

креслення Леонардо да Вінчі

Леонардо продовжував вивчати можливості зменшення тертя за допомогою обертових деталей, так як його досліди показали, що при коченні тертя ковзання завжди менше. Використання обертових деталей для полегшення руху механізму не було відкриттям Леонардо. Подібні пристосування зустрічалися ще в Стародавній Греції. Ідея використання обертального руху в підшипниках також не належить Леонардо. Як він пише, його учень, німецький механік Гуліо, бачив у Німеччині підшипники у формі дисків (винахід яких раніше приписували Леонардо). Але, тим не менш, кулькові і роликові підшипники в сучасному їх вигляді винайшов саме Леонардо да Вінчі.

У коментарях до креслень Леонардо пише про використання підшипників взагалі: «Я вважаю, що для полегшення руху вантажу по рівній поверхні необхідно ввести між ними кульки або ролики… Я не бачу великої різниці між ними, виключаючи ту, що кульки можуть обертатися у всіх напрямках, а ролики тільки в одному. Але якщо під час руху кульки або ролики стикаються, рух буде більш повільним, оскільки при їх зіткненні сила тертя починає діяти в протилежному напрямку. Але якщо кульки або ролики знаходяться на відстані один від одного, вони будуть мати тільки дві точки дотику з вантажем і з поверхнею, по відношенню до якої він рухається. Отже, це полегшує рух».

Як Леонардо уявляв собі майбутнє використання роликового підшипника? Відповідь – запропонована їм конструкція вертикальної осі або стрижня. Кінець стрижня має конусоподібну форму і спирається на гніздо з кульок або трьох конічних роликів однакового розміру і форми. Леонардо пише: «Таким чином, ми будемо мати три конуса, аналогічні конусу на кінці стрижня, і з кожним обертом стрижня кожен з підтримуючих конусів робить повний оборот навколо своєї осі».

Побачивши його малюнки, Престон Бассет, колишній президент «Сперрі Гіроскоп Компані», написав 8 березня 1967 року своєму другові: «Мушу тобі сказати, що з усіх креслень і начерків Леонардо да Вінчі мене найбільше вразив малюнок кулькового підшипника, в якому кульки розташовані навколо конічного стрижня. Коли в 1920 р. ми розробили гіроскопічний прилад для сліпого польоту, ми зіткнулися з проблемою створення кулькового підшипника, в якому не було б осьового зазору. Створивши конічний стержень в кульковому підшипнику, ми думали, що відкрили щось нове, але це відкриття було вже зроблено Леонардо да Вінчі».

Роботи Леонардо з вивчення зубчастих передач і шестерень говорять про його надзвичайне вміння проникати в саму суть проблем механіки. Його креслення зубчастих коліс (шестерень) і їх опис вражають досконалістю. Подібно винахідникам більш пізніх часів, Леонардо знайшов найкращу форму зубців, вивчаючи знос шестерень, що використовувалися на млинах.

Леонардо напружено працював над спрощенням конструкції зубчастого колеса з тим, щоб зменшити знос, викликаний тертям. Він писав: «Чим більше коліс у вашому механізмі, тим більше зубчастих зачеплень вам потрібно, а чим більше зубців — тим більше буде тертя між колесами і зубчастим валиком і, отже, тим більше енергії буде втрачено двигуном».

Леонардо винайшов нові типи шестерень “деформовані”, або частково зубчасті, трапецеїдальні, спіральні, конічні. Особливо чудовим відкриттям можна вважати винахід “глобоїдальної” шестерні, яку зазвичай приписують англійському винахіднику XVIII століття Генрі Хіндлі, проте креслення такої шестерінки ми побачили в рукописі Леонардо, знайденої в Мадриді.

Стрічковий привід, клиноремінна передача амортизатори… – важко перерахувати всі винаходи Леонардо да Вінчі.

На цьому я закінчую і надаю читачам можливість самим вирішити, чи був Леонардо кабінетним вченим або дослідником, який ставив досліди і створював машини, щоб на практиці перевірити свої теорії.

Автор: Ладіслао Рем, переклад з англійської.

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *