Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)

• Название: Творения рук человеческих (Естественная история машин)
• Автор: Алексей Боголюбов
• Издательство: Знание
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-07-000028-4

История создания машин началась очень давно, и за две с половиной тысячи лет своего существования они прошли путь от элементарной водяной мельницы до машины автономного действия — робота, наделенного некоторыми способностями, присущими только человеку. Пользуясь биологической терминологией, можно сказать, что машины в процессе своего исторического развития непрерывно эволюционировали, и так как они созданы человеком и в определенном смысле моделируют движения его органов, то поиск общего между машинами и биологическими объектами оказывается совершенно правомерным, особенно при популярном изложении теории машин и механизмов.

---

Развитие техники в арабоязычных странах определялось многими условиями: необходимостью создания системы орошения, ростом городов и связанных с ним строительством зданий, увеличением горной выработки, развитием торгового и военного судоходства, в частности ростом пиратского флота (ибо пиратство было тогда одним из важных занятий прибрежного населения Средиземноморья). Возникает много разных типов водоподъемных машин, приводимых в движение силой воды или силой животных.

В Х—XI вв. производство муки на ручных мельницах было повсеместно прекращено. Водяные мельницы ставились не только на реках: в Басре в устьях каналов, питавшихся водой за счет прилива, были выстроены мельницы, которые приводила в движение вода, отступавшая во время отлива. В Месопотамии на Тигре действовало много плавучих мельниц. Мельницы Мосула висели на железных цепях посредине реки; каждая мельница Багдада имела по сто жернопоставов.

Ветряные мельницы впервые появились в Афганистане в IX в.: лопасти ветряного колеса располагались в вертикальной плоскости и были прикреплены к валу, который и приводил в движение верхний жернов. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства. Необходимость в таких устройствах диктовалась тем, что крылья мельницы были связаны с жерновом практически напрямую, и, следовательно, скорость его вращения сильно зависела от «капризов» ветра. В Афганистане все мельницы и водочерпальные колеса приводились в движение господствующим северным ветром, и поэтому ориентированы только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы сила ветра была то больше, то меньше, поскольку при сильном ветре «мука горит и выходит черной, порой даже жернов раскаляется и разваливается на куски».

В странах арабского халифата большое распространение получило ткацкое искусство. Так, в Египте производились льняные и шерстяные ткани. Это мастерство перешло затем в Персию. Хлопок начали ткать в Индии, откуда он перешел в страны Средней Азии. В Х в. хлопчатобумажные ткани из Кабула вывозили в Китай и в Персию. Центром шелкопрядения была Византия, шерстяные ковры ткали в Армении, Персии и Бухаре. Причем армянские ковры считались лучшими.

Такое массовое производство тканей для рынка явилось результатом совершенствования техники прядения и ткачества. Преобразование поступательного движения во вращательное с помощью педального механизма, освоенное в конструкции гончарного круга, вошло затем в конструкцию прядильного механизма, что улучшило качество пряжи и ускорило ее производство. Была усовершенствована конструкция ткацкого стана, который в античные времена представлял собой примитивную деревянную раму с простейшими механическими приспособлениями. Техники арабского Востока внесли в него ряд усовершенствований. По-видимому, около II в. до н. э. в Китае был изобретен станок с подвижными шнурами для поднятия и опускания нитей после каждого пролета челнока. Этот станок был затем освоен ткачами Средней Азии и Ближнего Востока.

Так было в средние века. Машины уже прожили полторы тысячи лет, но мало в чем изменились. Кроме силы животных и воды, начали осваивать еще и силу ветра. Возникали новые машины, но они по принципу своего действия не отличались от старых: они, как и раньше, создавались ради экономии человеческого труда и вовлечения в работу мощных сил природы, превосходящих силу человека и животных. Как в годы Витрувия, так и тысячу, лет после него машины делаются в основном из дерева, металлические детали крайне редки. Число механизмов, используемых при построении машин, остается одним и тем же, несмотря на то что еще Герону были известны многие остроумные машины.

Западная Европа могла черпать технические знания из трех источников. Первым было римское наследство, зачастую переработанное на местах. Второй источник—исламские сочинения XI—XIII вв. Третий — труды древних греков, которые сохранялись в Византии, а затем попали в Западную Европу несколькими путями: в XIII в. в результате грабежа крестоносцами византийских ценностей, в том числе и культурных, или в XV в. после падения Константинополя, когда многие византийские ученые, бежавшие на Запад, принесли с собой свое наиболее ценное достояние — греческие рукописи.

Страны Западной Европы получили в наследство от Римской империи отличные дороги и акведуки, водяные мельницы, военную технику и самые элементарные строительные приспособления. Ветряные мельницы, очевидно, распространялись через Испанию.

О конструкциях первых европейских ветряных мельниц ничего не известно, но, по-видимому, ветряное колесо сразу же начали располагать в вертикальной плоскости. Скорее всего, по своей конструкции ветряки отличались от водяных мельниц лишь положением движителя и главного вала. К концу XII в. они получили распространение во Франции и Англии, в основном в тех районах, где рек было недостаточно. В XI в. в Англии насчитывалось более пяти тысяч водяных мельниц. В то же время ветряные мельницы появились в Голландии, в XIII в.— в Германии, в XIV в.— в Польше и на Украине.

Основное назначение мельниц — помол зерна. Однако уже в XII в. кому-то пришла в голову мысль заменить рабочие органы мельницы — жернова — другими органами, предназначенными для выполнения другой работы. В простейшем случае на главном валу мельницы вместо цевочного колеса был жестко закреплен кулак, он уже «управлял» рабочим органом. Так, в XII—XIII вв. появились сукноваляльные, железо- и бумагоделательные мельницы. Были и иные попытки использования силы водяного колеса. Зодчий Виллар де Оннекур из Пикардии, о котором известно, что он занимался строительством соборов, оставил после себя записную тетрадь, заполненную эскизами. Один из эскизов изображал мельницу, которая вместо жерновов имела... пилу, приводимую в движение с помощью шарнирного четырехзвенника.

Именно в это время жил великий английский естествоиспытатель и философ Роджер Бэкон, считавший, что истинное знание должно основываться на изучении природы и что основой каждой науки должна быть математика. Его мысли о будущем похожи на предвидения: он писал о том, что возможны такие орудия, при помощи которых «большие корабли, управляемые только одним человеком, будут двигаться по морю с большей быстротой, чем на всех парусах, что можно будет построить экипажи, которые помчатся с невероятной скоростью без помощи животных», что будут созданы такие машины, при помощи которых «человек, сидя спокойно и наблюдая различные окружающие предметы, рассекал бы воздух искусственными крыльями, наподобие птицы», что с помощью небольшого орудия можно будет поднимать величайшие тяжести, что можно построить и такие машины, которые дадут людям возможность ходить по дну морей и рек, не подвергаясь опасности.

Так говорил человек, который переплывал через Ла-Манш в утлом суденышке, ехал в Париж верхом на муле или в скрипучей повозке, а за вольнодумство долгие годы сидел в одиночной камере. Одним из первых Роджер Бэкон пришел к утверждению, что «опытные» науки имеют преимущество перед «умозрительными», так как они проверяют свои заключения опытом, открывают истины, к которым нельзя было бы прийти иным способом, выясняют тайны природы и знакомят нас с прошедшим и будущим.

Еще один интересный мыслитель XIII в. жил в Каталонии. Это был Раймунд Луллий. Желая ввести в метафизические спекуляции точные методы расчета, он полагал, что все знания являются лишь частными случаями всеобщей науки, названной им великим искусством. Существует мнение, что именно он первым высказал идею создания вычислительной машины.

В Х—XI вв. были изобретены механические часы. Их изобретение приписывается разным лицам. В частности, изобретателем часов называют математика Герберта Орийякского, который ввел в Европе «арабские» цифры и слыл «чернокнижником». Избранный римским папой и принявший имя Сильвестра II, он вскоре умер. Предполагают, что он был отравлен. В качестве изобретателей механических часов называют и других лиц. Во всяком случае схемы первых башенных часов были различными. С течением времени часы стали сложнее. Можно считать, что изобретение и изготовление часов определенным образом способствовали становлению механики. Очевидно, например, что зубчатые колеса столь широко распространились в технике во многом благодаря изобретению часов.

Итак, мы не знаем точно, когда и как были изобретены часы. Согласно некоторым документам около 1286 г. они были в Англии, около 1300 г. — во Франции, около 1335 г. — в Италии. До нашего времени дожил часовой механизм собора в Солсбери, построенный в 1386 г. Он состоит из двух серий колес, приводимых в движение гирями: одной — для указания времени, другой—для боя.

Техника построения машин постоянно развивалась. В конце XIII в. в Западную Европу попало прядильное колесо с бесконечным ремнем. Под влиянием «арабских» образцов ткацкий станок получил отдельный привод, тем самым энергетическая функция была отделена от функции технологической: последняя осталась за руками.