История инженерной деятельности

Создав подобие моста и определив нагрузки, которые способна выдержать модель, Кулибин мог совершенно точно установить и наибольшую нагрузку, которую сможет вынести его мост-гигант. Таким образом, знаменитый российский механик внес важное решение: как в модели воспроизвести точное механическое, а не только геометрическое, внешнее подобие крупного сооружения.

Следует заметить, что Эйлер тщательно проверил расчеты Кулибина и, убедившись в их абсолютной правильности, дал о них восторженный отзыв. Эйлер облек теоретическое открытие Кулибина в математическую форму. Метод подобия вошел в технику как одно из мощнейших ее средств. В практике ни одно ответственное сооружение не строится, прежде чем его маленькое подобие – модель – не пройдет всесторонних испытаний.

Неустанно работала отечественная мысль над развитием теории механики. Так, продолжая дело Ломоносова и Эйлера, академик С. Котельников в 1774 г. выпустил книгу, содержащую учение о равновесии и движении тел. Особенно активизировались поиски решения технических проблем после открытия в 1755 г. Московского университета. В начале ХІХ века академик С. Е. Гурьев опубликовал несколько работ по теории машин и механизмов, в том числе «Основы механики» и «Главные основания динамики». С особенно пристальным вниманием ученый разбирал «общее правило равновесия с приложением оного к «махинам».

Вопросы механики занимают большое место в «Начальных основаниях общей физики», выпущенных в 1801 г. профессором Московского университета П. И. Страховым.

Трудно перечислить все имена выдающихся деятелей российской науки и техники. Имена многих из них стали гордостью всего передового человечества. Одним из таких людей был гениальный математик и механик Михаил Васильевич Остроградский (1801–1862), который был учеником известного математика Огюстена Коши (преподавал в Политехнической школе и Сорбонне). Принцип Остроградского–Гамильтона – жемчужина теоретической механики. Все механические системы подчиняются этому принципу. Руководствуясь им, можно в математических уравнениях отобразить механические процессы. Уравнения, основанные на принципе Остроградского-Гамильтона подсказывают инженерам пути наилучшего разрешения стоящих перед ними задач.

Остроградский занимался теорией волн, теорией теплоты, изучал упругие колебания тел, вопросы равновесия и движения твердых тел, вековые неравенства в движении планет. Большое внимание он уделял педагогической работе. Кстати, прикладная механика была высоко поставлена в петербургских высших школах. В определенной мере это было заслугой А.Бетанкура (1758–1824), который приехал в Россию в 1808 г. Он принимал участие в организации службы путей сообщения, построил ряд заводов и зданий (в частности, по его проектам был построен Манеж в Москве и заложен фундамент Исакиевского собора), руководил застройкой Петербурга, в Нижнем Новгороде построил ансамбль ярмарочных зданий, с 1818 г. был генеральным директором путей сообщения. А.Бетанкур являлся одним из учредителей и руководителей первого в России высшего учебного заведения нового типа – Петербургского института путей сообщения, открытого в 1809 г. Именно он привлек к преподаванию несколько выдающихся механиков, выпускников Политехнической школы, воспитал в Институте путей сообщения русских ученых – прикладников. Из профессоров этого института важный вклад в механику внесли Габриэль Ламе (1795–1870) и Бенуа Поль Эмиль Клапейрон (1799–1864).

В связи с задачами строительства железных дорог в 30-х годах ХІХ в. активизируется работа над созданием строительной механики и теории сооружений. Важную работу в этом направлении выполнили воспитанники института путей сообщения. Станислав Кербедз (1810–1893), профессор прикладной механики, который спроектировал и построил первый в России металлический мост через Неву. Мост имел семь прочных чугунных пролетов по 32–48 м. длиной каждый, восьмой пролет был разводным. Его строительство было окончено в 1850 г. При расчете моста впервые был применен кинематический метод. Герман Егорович Паукер (1822–1889) исследовал устойчивость сводов и пришел к соответствующим теоретическим выводам. При этом пользовался статистическими и кинематическими методами и получил идентичные результаты.

Многим обогатил механику замечательный мостостроитель Дмитрий Иванович Журавский (1821–1891). Достаточно сказать, что именно он спроектировал и построил большинство мостов железной дороги между Петербургом и Москвой, прокладка которой началась в 1843 г. Следует заметить, что опыт предшественников – создателей мостов обычного назначения – мало годился для проектирования железнодорожных мостов, которые должны были выносить значительно большие динамические нагрузки. Известные в ту пору мосты, составленные из форм системы инженера Ф. Х. Гау, не обладали надежной прочностью. Ф. Х. Гау строил мостовые фермы, элементы которых были совершенно одинаковы по всей длине, как близ «опор, так и в средней части. Журавский подверг тщательному исследованию ферму Ф. Х. Гау. Построив модель ее, русский инженер заменил в ней болтовые соединения проволоками. Нагрузив модель и заставлял скрепляющие ферму проволоки колебаться, как струны, он обнаружил, что они в разных частях фермы издают звуки разных типов. Предвидения Журавского оправдались: нагрузка в разных частях фермы оказалась неодинаковой. Так изящным опытом Журавский установил серьезный недостаток мостов конструкции инженера Ф. Х. Гау. Исследование его ошибки послужило Журавскому отправной точкой для создания научно обоснованых методов мостостроения. Применив свой метод раскосных ферм, Журавский в 1855 г. построил Веребьинский мост длиной более чем в полкилометра. Имя русского инженера получило известность во всем мире. Ни одной катастрофы не случилось с мостами, построенными Журавским, хотя часть их приходилось строить из дерева. Способности Журавского к научному осмысливанию задач строительной практики ярко проявилось и тогда, когда ему пришлось заняться проектированием и постройкой металлического штиля для собора Петропавловской крепости. Опыты над моделями и методические расчеты, которые Журавский производил во время конструирования шпиля, позволили открыть очень важные для техники методы расчета двутавровых балок.

Такие балки – необходимый элемент мостов, перекрытий зданий, железных каркасов заводских цехов – словом, всякого крупного сооружения. Тогда же Журавским была разработана и общая теория проектирования сквозных пирамидальных сооружений, заложены основы теории сопротивления материалов и конструкций.

Последователь Журавского Николай Аполлонович Белелюбский (1845–1922) вошел в историю техники как создатель большого числа замечательных мостов, пришедших на смену деревянным. Более пятидесяти сооружений спроектировал Белелюбский. Так, Сызранский мост через Волгу, построенный им в 1875–1881 гг, долгое время не имел равных в Европе по величине и оригинальности конструкций (13 пролетов по 111 метров каждый). Огромен и мост через Днепр из 15 пролетов по 71,3 метра, созданный им в 1881 году. Белелюбский был инициатором широкого применения в железнодорожном строительстве научных методов испытания материалов, для чего он создал специальную лабораторию, равной которой не было за границей.

Богатейшее наследство оставил в механике Пафнутий Львович Чебышев. Великий теоретик, прославивший себя блестящими открытиями в математике, с увлечением решал насущные задачи промышленной практики, как математик нередко предлагал оригинальные решения инженерных задач. Интересен факт решения им проблемы выпрямляющего механизма (или параллелограмма Уатта). Выпрамляющий механизм Уатта, названный по имени изобретателя, был предназначен для превращения кругового движения в прямолинейное, выполнял свою задачу не совсем удовлетворительно. Движение только в грубом приближении можно было считать прямолинейным. А из-за такого несовершенства параллелограмма Уатта в машинах возникали вредные сопротивления. Чебышев разрабатывает метод теоретического расчета выпрямляющих механизмов, то есть механизмов, способных «выпрямлять» вращательное движение, превращать его в прямолинейное. Подобные механизмы стали основой многих совершенных конструкций. Следует заметить, что работа над выпрямляющим механизмом была для Чебышева отправной точкой в его деятельности по созданию теории механизмов и машин. Проявляя незаурядные инженерные способности, Чебышев создает и разнообразнейшие механизмы, способные точно воспроизводить движения, работать с остановками, превращать непрерывное движение в движение прерывное. Он строит свою знаменитую переступающую машину, точно воспроизводящую движение идущего животного, создает гребной механизм, повторяющий движение весел, самокатное кресло, модель новой сортировальной машины.