Конструкции, или почему не ломаются вещи

Хотя такая книга, как эта, - не совсем подходящее место для обсуждениясложных и, возможно, противоречивых теорий прикладного искусства, мы неможем полностью обойти этот вопрос. Как мы уже говорили, почти каждый предметявляется того или иного рода конструкцией, и хотя большинство из этих конструкцийи не предназначалось специально для оказания эмоционального или эстетическоговоздействия, очень важно осознать, что все, в чем выражает себя человек,не может быть эмоционально нейтральным. Это справедливо независимо от того,является ли средством выражения устное или письменное слово, живопись илитехническое изделие. Сознаем мы это или нет, но каждый отдельный предмет,изготовление которого мы продумываем и осуществляем, оказывает на нас некотороесубъективное воздействие, положительное или отрицательное, не только очевиднойрациональностью своего назначения.

Здесь, как мне кажется, мы подошли к еще одному аспекту инженерии. Убольшинства инженеров отсутствует какая-либо эстетическая подготовка, ав учебных заведениях зачастую имеется тенденция презирать подобные вещикак пустые и незначительные. Во всяком случае в перенасыщенных учебныхпрограммах им уделяется крайне мало времени. Наряду с этим совершенно ясно,что современные зодчие не желают отрывать время от своих крайне важныхдля общества дел для того, чтобы задумываться о столь незначительных моментах,как прочность возводимых ими зданий. Не желают они также тратить многовремени и на эстетику, которой их клиенты, возможно, не очень интересуются.А будущих проектировщиков мебели, как ни странно, не учат тому, как вычислить,насколько прогнется под грузом книг обычная книжная полка. Так что неудивительно,что большинство из них, по-видимому, даже не сознают, что объекты их творчестваотносятся к конструкциям.

Теория упругости, или почему вещи все же ломаются

Очень многие, особенно это относится к англичанам, не любят теории и,как правило, не очень-то жалуют теоретиков. Тем более если речь идет опрочности и упругости. Находится удивительно много людей, которые без специальныхзнаний не рискнули бы подступиться, например, к химии или медицине, носовершенно спокойно берутся за изготовление конструкций, от которых можетзависеть человеческая жизнь. Да, мосты или самолеты нам, пожалуй, не позубам, говорят они, но что может быть тривиальнее конструирования обиходныхвещей.

Мы отнюдь не хотим сказать, что конструирование обычного навеса - дело,требующее нескольких лет учебы, но в то же время было бы несправедливоутверждать, что здесь нет ловушек для неосторожных и все так просто, какможет показаться с первого взгляда. Только уж слишком часто приглашаютинженеров "поработать" вместе с адвокатами над конструктивными "достижениями"практиков.

Тем не менее в некоторых областях конструирования люди практики векамидействовали по своему собственному разумению. Глядя на кафедральный собор,спрашиваешь себя, что впечатляет в большей степени - мастерство тех, ктоего строил, или их вера в успех. Эти сооружения не только имеют гигантскуювысоту и размеры, но зачастую им удается преодолеть тяжесть и уныние материала,из которого они построены, и устремиться к высотам искусства и поэзии.

Может показаться, что средневековые каменщики знали, как строить церкви исоборы, а потому это им так блестяще удавалось. Но если бы можно было спроситьтакого Мастера, как все это делалось и почему вообще сооружение не рухнуло, он,я думаю, ответил бы нечто вроде: "На все воля божья, не иначе как господьвложил в нас секреты нашего ремесла". Естественно, мы любуемся сохранившимисяпостройками средневековых каменщиков, но успех сопутствовал им отнюдь невсегда. Многим дерзким замыслам не суждено было осуществиться: постройкирушились и в процессе строительства, и вскоре после его окончания. Однако этикатастрофы обычно считались наказанием свыше, а отнюдь не следствиемтехнического невежества. Именно такой смысл имеет и библейское упоминание оСилоамской башне [1].

Строители, плотники и корабелы старых времен работали на совесть и,по-видимому, даже не задумывались над тем, почему конструкция способнавыдерживать нагрузку. Во всяком случае, средневековые зодчие, как убедительнопоказал профессор Жан Хейман, не обдумывали и не проектировали свои сооруженияв нынешнем смысле этих слов. Хотя некоторые достижения средневекового мастерствавесьма впечатляющи, его "правила" и "таинства" в своей интелектуальнойоснове близки к поваренной книге. Тогдашние строители считали своей задачейсоздание чего-то, похожего на сделанное ранее.

Как мы увидим в гл. 8, каменная кладка находится в более или менее исключительномположении, и не случайно иногда только опыт и традиционные пропорции позволяютбезопасно и целесообразно воздвигать каменные сооружения любых размеров- от небольших церквушек до громадных соборов. Для иного рода конструкцийэто совершенно неприемлемо и далеко не безопасно. Именно этим определяетсятот факт, что здания строят все больших размеров, а, например, размер кораблей,по сути дела, уже долгое время не меняется. Пока не существовало научногометода оценки безопасности конструкций, вероятность беды при создании новыхили существенно видоизмененных сооружений была весьма велика.

Итак, поколение за поколением люди проходили мимо рационального решениявопросов прочности. Однако, если вы привыкаете устраняться от каких-топроблем, сознавая в душе их важность, печальные психологические последствияэтого не замедлят сказаться. Произошло то, чего и следовало ожидать. Весьпредмет целиком стал благодатной почвой для дикости и предрассудков. Когдазнатная матрона разбивает бутылку шампанского о борт спускаемого на водусудна или тучный мэр закладывает первый камень в фундамент какой-то постройки- все это следы языческих обрядов жертвоприношения.

Средневековая церковь старалась искоренить жертвоприношения, но отнюдьне поощряла наук. Чтобы изменить отношение к науке или допустить, что всевышнийможет проявлять себя через посредство ее законов, нужно было целиком изменитьобраз мыслей того времени. Сегодня трудно оценить масштабы необходимыхдля этого умственных усилий. Это требовало совершенно невероятного сочетаниявоображения и умственной дисциплины в условиях, когда едва ли существовалсам язык науки.

Случилось так, что старые мастера не приняли этого вызова, но любопытно, чтосерьезное изучение конструкций обязано своим началом гонениям и мракобесиюинквизиции. В 1633 г. Галилей (1564-1642) был проклят церковью за своиреволюционные астрономические открытия, в них усмотрели угрозу самим основам нетолько религии, но и светской власти. Галилей был самым непреклонным образомотлучен от астрономии и после своего знаменитого отречения [2] был, вероятно, весьма рад удалиться навиллу Арцетри возле Флоренции. Живя там, по существу, под домашним арестом, онстал изучать сопротивление материалов, полагая, как я думаю, что это наиболеебезопасный и наименее крамольный предмет, который только можно было тогда себепредставить.

Вклад Галилея в наши знания о сопротивлении материалов оказался не оченьзаметным, но нельзя забывать, что великому ученому было почти семьдесят,когда он начал заниматься этими вопросами, что он многое испытал и, посуществу, находился в положении узника. Однако Галилею позволили переписыватьсяс европейскими учеными, а его высокая репутация повышала престиж и привлекалавнимание к любому предмету, за который он брался.

В эпистолярном наследии Галилея сохранилось несколько писем, где речьидет о конструкциях; особенно плодотворной, по-видимому, была его перепискас Мерсенном, работавшим во Франции. Марэн Мерсенн (1588-1648) был иезуитскимсвященником, но, надо думать, его исследования прочности металлическойпроволоки не могли вызывать ничьих возражений. Вторым ученым корреспондентомГалилея был Эдме Мариотт (1620-1684), значительно моложе Мерсенна, он тожепринадлежал к служителям церкви - был настоятелем собора св. Мартина близДижона в Бургундии. Большую часть своей жизни он изучал законы земной механикии прочность стержней при растяжении и изгибе. При Людовике XIV он принялучастие в основании Французской академии наук и пользовался благосклонностьюн церкви, и государства. Заметьте, ни один из троих не был профессиональнымстроителем или корабелом.