О движении (Из истории механики)

Например, на полях рукописи, принадлежавшей одному монастырю, помечено, что Земля имеет фигуру шара. Скипетр Генриха II, по словам хроникера того времени, был «изображением земного тела, которое вообще признается шарообразным».

Один французский писатель XIII века писал, что «Земля кругла, так что человек мог бы обойти вокруг нее, как муха вокруг яблока», но в то же время утверждал, будто «как сердце находится в середине тела, так и ад в середине Земли».

Наука средневековых университетов получила название схоластики. Она была оторвана от опыта. Важнейшую роль в образовании играла софистика — искусство вести «ученые» споры.

Темами для диспутов нередко служили не имеющие смысла вопросы. Например, сколько ангелов может уместиться на острие иглы и тому подобные нелепости.

Но уже в XIII веке нашлись люди, понявшие бесплодность университетской науки того времени. Они призывали к опытному изучению природы и наблюдениям над ее явлениями.

Призыв к наблюдению и опыту

Развивавшееся горное дело и промышленность ставили задачи, требовавшие для их разрешения знания механики. Рудничные выработки встречали подземную воду. Нужно было найти способ бороться с ее притоком.

В XIII–XV веках уже возводились большие здания и сооружения. Во Флоренции был построен огромный собор. Проектирование его купола представляло серьезную задачу статики: чтобы соорудить этот купол, понадобилась сложная система рычагов и наклонных плоскостей.

Возводились многочисленные крепости, окруженные стенами, плотины и пристани, подверженные прибою волн. Возникла проблема прочности, разрешение которой требовало широко поставленных опытов. Для строительства всех этих сооружений нужны были машины, изобретавшиеся самими строителями.

Водоотливное устройство, приводимое в движение водяным колесом.

Задачи, возникавшие перед техниками, мастерами и ремесленниками, должны были разрешаться простыми людьми, не имевшими школьного образования.

Университетские ученые пренебрегали практикой. Схоластическая наука все более уходила в умозрительные тонкости. Деканы, доктора и магистры проводили время в бесплодных спорах. Черпая свои знания в богословских и философских книгах, они с презрением отвергали наблюдение и опыт.

Почувствовалась настоятельная необходимость прибегнуть к экспериментированию, к чему еще в XIII веке призывал англичанин Роджер Бэкон (1214–1294).

Бэкон занимался астрономическими наблюдениями, различными опытами и изобретением механизмов. В своих сочинениях он смело предсказывал, чего может достигнуть наука, познав законы природы.

«Могут быть построены корабли, гребущие без людей, — писал он, — так что, направляемые одним человеком, они будут двигаться с большей быстротой, чем если бы они были полны гребцами. Можно также устроить экипажи, которые будут двигаться без животных».

Механика того времени, конечно, не могла осуществить эти идеи. Но Бэкон правильно указывал на путь для покорения природы: опыт и математическая обработка его результатов.

«Без собственного опыта (эксперимента) невозможно достаточное познание», — говорил он. Математику Бэкон считал ключом к наукам о природе. Только путем приложения математики можно прийти к истине.

Со страхом и ненавистью встретили схоласты призывы Бэкона к экспериментированию. В исследованиях природы они видели угрозу схоластике. Церковники опасались подрыва религии и гибели их собственного благополучия.

Бэкон за свои опыты с простой камерой-обскурой [4]был обвинен в колдовстве и заточен в тюрьму, откуда вышел глубоким стариком.

Хотя сам Бэкон не оставил потомству открытий в физике, но его призыв к эспериментированию нашел последователей. Всё чаще стали раздаваться голоса о необходимости отказаться от умозрений и стать на путь опытного исследования природы.

Не получая помощи, от схоластов, практики сами занялись экспериментально-теоретическими исследованиями.

В мастерских ремесленников и художников производились опыты. Изучалось движение брошенных тел, прочность материалов и другие возникавшие вопросы.

Средневековая часовая мастерская.

Техники того времени — художники, архитекторы, инженеры — редко имели университетское образование. Свои теоретические познания они черпали из разного рода руководств и научно-популярных книг. На вопросы, не разрешенные в этих книгах, они искали ответа в наблюдениях и опытах.

Развитие техники скоро поставило новые проблемы перед механикой.

В 30-х годах XIV века появилось огнестрельное оружие. Оно получило широкое применение, произведя переворот в военном искусстве. С усовершенствованием пушек возникла задача дать правила наводки их для меткой стрельбы.

Полевые орудия XVI века, окованные для прочности обручами.

Статика Архимеда не могла служить для решения этого вопроса, а динамика Аристотеля только вводила в заблуждение артиллеристов: рассчитанные по ней таблицы давали грубо неверные указания.

Одним из самых выдающихся экспериментаторов-самоучек того времени был знаменитый итальянский художник Леонардо да Винчи (1452–1519).

Отданный в ученье к художнику Вероккио, Леонардо скоро превзошел в искусстве живописи своего учителя. Ему едва исполнилось двадцать два года, как его имя уже было внесено в «Красную книгу» цеха живописцев Флоренции.

Герцог Флоренции устроил в собственном саду мастерскую художнику, которого ожидала блестящая будущность.

Но Леонардо часто забывал о живописи, предаваясь наблюдениям над явлениями природы. Его интересовали и течение рек, и плавное движение облаков, и причина ветров, и механизм полета птиц.

Отдалившись от общества флорентийских художников, он был вынужден поступить на службу к герцогу Милана в качестве «главного инженера, бомбардира и строителя крепостей».

На службе у миланского герцога Леонардо сооружал крепости, осушал болота долины реки Арно, снабжал столицу водой и руководил постройкой зданий в Милане.

При строительных работах он пользовался различными машинами, которые нередко сам изобретал или давал им новую конструкцию. Эти занятия наталкивали Леонардо на проблемы механики, выходившие за пределы статики Архимеда.

Свои расчеты и заметки он делал на страницах записной книжки, которую всегда носил привешенной к поясу. Эти книжки грудами скоплялись на столах и по углам его рабочей комнаты. На их страницах был хаос. Зарисовки характерных голов чередовались с чертежами машин, механическими расчетами, описанием произведенных им опытов и разного рода заметками.

Рисунки Леонардо да Винчи, изучавшего возникновение подъемной силы при полете птицы.

Иногда Леонардо делал выборки из этих беглых записей на больших листах, излагая исследование какого-либо вопроса. Эти рукописи в копиях распространялись среди инженеров и ученых его времени. Они, как доказали позднейшие исследования, имели значительное влияние на современников Леонардо.

Изучая механические явления, Леонардо производил многочисленные опыты. На основе их результатов он делал математические расчеты. Как утверждал Леонардо, «никакой достоверности нет в науках там, где нельзя приложить ни одной из математических наук, и в том, что не имеет связи с числом».

Станок для насечки напильников, изобретенный Леонардо да Винчи.

На страницах его записных книжек не раз повторяется чертеж двусторонней наклонной плоскости с двумя грузами, связанными веревкой, переброшенной через блок. Наклон плоскостей и грузы различны: на более крутой — груз меньше, на пологой — больше.