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.

---

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.

Росло и число механизмов, известных техникам. Привод ворота породил рукоятку, изогнутую дважды под прямым углом, отсюда недалеко и до коленчатого вала, который появился в XIII в. в качестве удобного привода для ручной мельницы. Постепенно распространяются шарнирные механизмы.

Самое существенное в конструировании машин заключалось в том, что оно сопровождалось постоянным обменом идеями. Изобретения, рожденные на Востоке, вскоре обнаруживаются в западных странах, и наоборот. Конечно, каждый лучше знал своего ближайшего соседа, а то, что делали в отдаленных странах, знали лишь понаслышке, если вообще знали. Поэтому китайское или индийское изобретение доходило до Европы через одно-два столетия, не короче по времени был и обратный путь. Так, в III—V вв. в Китае был «изобретен» прибор для измерения расстояний — копия изобретения Герона Александрийского. В Китай он попал, по-видимому, через Индию. Водяная мельница появилась в Китае во II или III вв., а технологические мельницы — в XIII столетии, одновременно с западноевропейскими.

Особенно ясно этот «обмен идеями» проявился в развитии военных машин. Средневековые метательные машины строились по тем же принципам, что и античные, но менялись их типы, габариты, метаемые объекты, скорострельность. В частности, фрондибола была той же метательной машиной, только снабженной противовесом: к короткому плечу рычага, вращавшегося около оси, закрепленной в раме, подсоединялся противовес, а к длинному плечу подвешивалась праща. Аркбаллиста была комбинацией мощного лука с лебедкой для натягивания тетивы. Более тяжелой машиной для метания стрел была бриколь — в ней использовалась упругость дерева.

В Китае к VII—Х вв. также были выработаны основные типы военных машин, наибольшего расцвета они достигли в Х—XII вв. В VII в. китайские метательные машины попали в Корею и Японию, а также в Среднюю Азию. Но, по-видимому, среднеазиатские страны уже имели метательные машины греческого происхождения. Позже проявляется обратное влияние: некоторые типы камнеметов, построенные в Китае, назывались мусульманскими.

В самом начале XIII в. с китайской военной техникой ознакомились монголы. В середине XIII в. монгольский богдыхан Хубилай начал войну за захват всего Китая. Его войска осаждали китайские крепости, при этом монголы впервые применили так называемые мусульманские метательные машины. В западных походах монголы пользовались и китайскими, и мусульманскими военными машинами. Известно, что с их помощью в XIII в. хан Батый овладел Киевом.

Конструкция китайских камнеметов была иной, чем западных метательных машин. Основным упругим элементом в них был деревянный шест, лафеты были стационарными и- передвижными, на колесах. Аркбаллисты имели иногда поворотное устройство, с помощью которого можно было вести круговой обстрел. Для натягивания тетивы применялся ворот.

Интересен вопрос о взаимовлиянии мирной техники непрерывного действия и военных машин дискретного действия. И в том, и в другом случае приводным механизмом служит ворот, с помощью которого можно получить необходимую степень натяжения упругого элемента. Упругость тетивы лука использовалась в ранних моделях токарного станка для приведения во вращение деревянной заготовки. В течение длительного времени, на протяжении полутора тысячелетий, подъемная, водоподъемная, мельничная техника мало в чем изменялась, тогда как военная техника развивалась быстрее, причем создавались новые типы вооружения. Отсюда несколько скептическое отношение средневековых ученых к механике, выразившееся, в частности, в своеобразном пояснении самого термина «механика»: его выводили от сходного по звучанию греческого слова, означающего разврат.

Переход к огнестрельному оружию поставил перед механиками новые задачи: улучшение техники изготовления стволов, обеспечение их прочности и точности стрельбы. Само открытие пороха — нового источника энергии дискретного действия явилось, по-видимому, результатом деятельности техников разных стран. Так, в последней четверти VII в. византийцы впервые применили «греческий огонь». Почти одновременно в китайском алхимическом сочинении был описан горючий состав из серы, селитры и древесного угля. К началу Х в. порох в Китае начали применять в военных целях — ранее пороховые смеси имели не метательное, а зажигательное назначение. Порох совершенствовался, и к началу XV в. было изобретено огнестрельное оружие.

Параллельно шло совершенствование пороховых смесей в Западной Европе. Изобретателями пороха считали естествоиспытателя Роджера Бэкона, монаха Бертольда Шварца, а также некоторых алхимиков. Так же, как и на Востоке, здесь в начале XIV в. появляется огнестрельное оружие. Уже в середине XIV в. англичане под предводительством короля Эдуарда III обстреляли город Кале. Одновременно огнестрельное оружие попадает и на Русь, сперва с Запада, а затем и с Востока. Соответственно образуются и военные термины «гарматы» и «тюфяки». Спустя столетие строились пушки весом до 300 кг из железных полос, сваренных в полый цилиндр и скрепленных обручами.

Однако результативность нового оружия была небольшой. Так, известно, что во время обороны Галича осаждавшие применили артиллерию. «Но ни во что же бысть се им, — писал летописец, — божиею благодатию не убиша бо никого же...» Так было не только на Руси: первые пушки если и убивали коголибо, то в первую очередь пушкарей. Все это привело к необходимости создания новой технологии: от сварки полос перешли к отливке и к сверлению заготовок. Таким образом, можно считать, что рядом с поршневым насосом именно пушка стоит у колыбели паровой машины.

Так в жизнь человека вошли машины непрерывного и дискретного действия. Казалось бы, между ними нет точек соприкосновения, однако это не так. Обработка орудийных и ружейных стволов стимулировала развитие металлообработки и подъемной техники. Повысилась роль металла: части машин начинают делать не только из дерева, но и из металла.

В целом производство машин зависело от качества материалов и от их наличия. Но дело не только в этом. Видимыми и невидимыми нитями само конструирование машин уже во времена их затянувшейся юности связано с естествознанием, математикой, искусством — со всеми направлениями развития человеческой культуры.

На протяжении нескольких столетий, которые в истории Западной Европы обычно называются средними веками, или эпохой феодализма, происходили рост ремесленного производства и расширение рынка. В конце XIV в. в Италии появляется новая форма производственного объединения, основанного на ремесленном труде, — мануфактура. На протяжении следующего века мануфактуры распространяются в других странах Европы. Энергетической базой мануфактур продолжают оставаться труд человека, сила животных, вода и ветер, а основной машинной структурой—мельница. Таким образом, главным назначением машин оставалась замена физической силы человека, и лишь на самых элементарных операциях начали применяться прообразы технологических машин.

В середине XV в. турки, сломив сопротивление защитников Константинополя, овладели этим последним оплотом Византийской империи, и бежавшие от завоевателей ученые принесли с собой в Италию рукописи творений греческих писателей и ученых. В конце XV в. Христофор Колумб после длительного путешествия через Атлантический океан увидел землю, позже ее назвали Америкой.

Таковы были те события, которые определили начало эпохи, получившей название Ренессанса, или Возрождения. Интерес к научному наследию древних повысил интерес к науке вообще. Начинается постепенный отход от всеобщего языка науки — латинского к новым языкам. Появляются сочинения по технике, среди них видное место занимают разного рода собрания или «Театры машин», составленные техникамипрактиками. «Театры машин» представляют собой описание известных автору машин, иногда собственных его изобретений.

Одним из самых выдающихся изобретателей эпохи Возрождения был Леонардо да Винчи — художник, архитектор, инженер, механик-практик и экспериментатор, хотя многие из его экспериментов были выполнены лишь на бумаге. Правда, его рукописи долгие годы лежали под спудом, и лишь в конце прошлого века началась их публикация, но все же они не остались в стороне от главного пути технического прогресса. У Леонардо было много учеников, знакомых с его идеями и сотрудничавших с ним. А если обратиться к публикациям XVI в. по технике, то сразу станет видно, что многие авторы были знакомы с проектами и идеями Леонардо.