Ашот Григорьян - Механика от античности до наших дней

• Название: Механика от античности до наших дней
• Автор: Ашот Григорьян
• Издательство: Наука
• Жанр: Физика
• Год: 1974

Книга состоит из очерков, популярно излагающих историю эволюции теоретической механики от античности до наших дней. Она включает очерки античной механики, механики средневекового Востока и Европы эпохи Возрождения, механики XVII — XX вв. Отдельные главы посвящены достижениям механики в России и СССР. В книге рассматриваются классические понятия массы, силы, импульса, скорости, ускорения и т. д.

---

Ибн-Сина, развивая теорию Филопона, определяет «силу, которая передается брошенному телу», как некое «качество», с помощью которого тело отталкивает все, что мешает ему двигаться в некотором направлении. Он называет ее также «заимствованной» силой. Это качество, которое бросающий передает брошенному телу так же, например, как огонь при нагревании воды передает ей тепло[6].

Ибн-Сина вносит два существенных добавления в теорию Филопона. В то время как Филопон утверждал, что при движении тела в пустоте его «движущая сила» постепенно иссякает, Ибн-Сина считал, что при отсутствии всяких помех этой силе «насильственное» движение, источником которого она является, может продолжаться бесконечно. Ибн-Сина сделал попытку количественно выразить величину «движущей силы», говоря, что тела, движимые данной «силой», перемещаются со скоростями, обратно пропорциональными их весам, а тела, перемещающиеся с заданной скоростью, проходят (несмотря на сопротивление воздуха) расстояния, прямо пропорциональные их «тяжестям».

Эту точку зрения в XII в. развивал продолжатель Ибн-Сины Абу-л-Барага ал-Багдади, который объяснял ускорение падения тел последовательным накоплением «движущей силы» одновременно с последовательным накоплением скорости. Возникает вопрос: каковы пути распространения филопоновской теории «движущей силы» и связанных с ее дальнейшим развитием представлений ученых средневекового Востока в Западной Европе?

Комментарий Филопона не был переведен на латинский язык и остался неизвестным средневековым западноевропейским авторам. «Книга знания» Ибн-Сины была известна в сокращенном переводе, в котором опущены почти все моменты, касающиеся теории «движущей силы». Однако в Западной Европе было хорошо известно астрономическое сочинение ал-Битруджи (Альпетрагия) «Книга об астрономии», переведенное на латинский язык в 1217 г. Ал-Битруджи считал, что движения планет, связанные с движением небесных сфер, происходят под воздействием сил, которые сообщаются им «верховным телом». Он сравнивал их с движением камня или стрелы, которые после отрыва от источника движения продолжают перемещаться благодаря некоторой сообщенной им в начальный момент силе. Эта сила, по его представлению, ослабевает по мере удаления от источника движения. По-видимому, именно это сочинение, написанное под существенным, хотя и не непосредственным влиянием комментария Филопона, послужило источником развития подобных представлений на Западе.

Из более поздних комментаторов Аристотеля широко известен родившийся в Кордове Абу-л-Валид Мухаммед ибн Рошд (Аверроэс, 1126—1198)—наиболее ортодоксальный приверженец аристотелевской теории. По Ибн-Рошду, материальный мир бесконечен во времени, но ограничен в пространстве. Материя — универсальный и вечный источник движения. Движение вечно и непрерывно, так как каждое новое движение имеет причиной предшествующее. Время существует и доступно измерению только благодаря движению. Философское учение Ибн-Рошда резко противоречило официальной мусульманской догматике. Оно получило распространение в Западной Европе в период феодализма и раннего Возрождения и способствовало развитию материалистической стороны философии Аристотеля.

Рассуждая о механизме передачи движения, Ибн-Рошд объяснял его сравнением с волнами, распространяющимися кругами на воде, в которую брошен камень. Он считал, что частицы воды способны к взаимопроникновению. Аналогичное явление, по его мнению, происходит в воздухе при движении в нем брошенного тела. Таким образом, проникновением частиц среды в движущееся тело и поддерживается движение последнего. Однако это взаимопроникновение частично, ибо если бы оно было полным, т. е. среда не обладала бы упругостью, никакой передачи движения не могло быть.

Существенное влияние на формирование указанных представлений в Западной Европе оказала и продолжительная дискуссия (на почве комментирования «Физики») между Ибн-Рошдом и испано-арабским ученым XII в. Ибн-Баджжей (Авемпаце, ум. в 1138 г.), в которой Ибн-Баджжа защищал и развивал точку зрения Филопона. (Теория Ибн-Баджжи была известна на Западе лишь в изложении критиковавшего ее Ибн-Рошда.) Ибн-Баджжа утверждал, что даже в пустоте тело движется с конечной скоростью, так как, несмотря на отсутствие сопротивления, должно всегда пройти некоторое расстояние. Подобно Филопону, он считал движение небесных сфер примером движения без сопротивления с конечной скоростью.

С переводом и комментированием Архимеда и Герона связано дальнейшее развитие как геометрического, так кинематического направления статики. Кинематические исследования стали интенсивно развиваться в связи с переводом и комментированием «Альмагеста» Птолемея и его античного комментатора Теона Александрийского. Изучение Птолемея (наряду с индийскими астрономическими сочинениями, которые написаны в свою очередь под сильным влиянием александрийской астрономии) послужило основой для составления зиджей — собраний таблиц и расчетных правил для вычисления положений светил на небесной сфере. В основе зиджей лежат греческие кинематико-геометрические методы моделирования движений небесных тел. Вообще для механики арабо-язычной науки, как и для ее математики, характерна разработка количественной стороны проблем и развитие в связи с этим вычислительных методов. Это в особенности относится к исследованиям в области статики и гидростатики, которые получили развитие в связи с практикой взвешивания металлов и минералов, игравшей существенную роль в международной торговле.

Следуя античной традиции, ученые стран ислама называли механику «илм ал-хийал», т. е. учением о хитроумных приспособлениях, что представляет собой дословный перевод греческого термина mechane. Как и у античных авторов, в средневековых восточных сочинениях встречается подразделение механики на учение о военных машинах и собственно учение о хитроумных приспособлениях, под которыми имелись в виду главным образом устройства для поднятия тяжестей и воды для поливки полей.

Раздел о механике входит в состав большинства средневековых восточных энциклопедий. Наиболее полным в этом смысле является древнейшее из подобных сочинений «Ключи наук» Абу Абдаллаха ал-Хорезми (IX в.), состоящее из двух книг. Одна из глав второй книги целиком посвящена механике. Это в основном переработка «Механики» Герона.

В книге дано описание простых машин и их комбинаций и приводится руководство по их практическому применению. В нее входит также раздел, посвященный военным машинам; кроме того, содержатся некоторые сведения из «Пневматики», главным образом о механизмах, приводимых в движение с помощью пневматических устройств.

«Механические проблемы» и «Механика» Герона лежат в основе механических глав «Книги знания» Ибн-Сины, где рассматриваются пять простых машин: рычаг, блок, ворот, клин и винт, а также их комбинации — некоторые из последних отсутствуют у Герона. На конкретных примерах рассматривается применение описанных машин и их комбинаций для поднятия грузов.

Известен трактат аналогичного содержания «Книга о механике», принадлежавший знаменитым астрономам и математикам Багдадской школы — трем братьям Бану Муса (IX—X вв.) (некоторые источники приписывают его одному из братьев — Ахмаду, наиболее сведущему в механике). Среди механических устройств, описанных в «Книге о механике», имеется, в частности, приспособление для поддержания постоянного уровня воды в сосуде.

Трактат братьев Бану Муса породил целый ряд комментариев и трактатов, написанных на его основе. Механическим устройством для поднятия воды посвящен трактат Абу-л-Изза Исмаила ал-Джазари (XII—XIII вв.) «Книга о познании инженерной механики». Такого же рода устройства рассматриваются в трактате Мухаммада ибн-Али ал-Хурасани «О водяных колесах и подъеме воды и служащих для этого механических устройствах».

Многочисленные описания всевозможных механических устройств, применявшихся в разных странах ислама, содержатся в географических сочинениях алкинди Якута и Ибн-Халдуна. Ал-Бируни рассматривает их при описании ирригационных сооружений в Хорезме{46}.

В некоторых средневековых восточных энциклопедиях особо выделяется «наука о подъеме воды», которую авторы рассматривают как раздел геометрии.

Перевод и комментирование трудов Архимеда послужили основой дальнейшего развития геометрической статики и гидростатики в странах ислама. Переводчиком Архимеда был, например, крупнейший математик и астроном IX в. Сабит ибн-Корра. Именно в переводах Сабита ибн-Корры сохранились сочинения Архимеда, которые не дошли до нас в греческом оригинале.

Кроме сочинений Архимеда Ибн-Корра перевел на арабский язык «Конические сечения» Аполлония, «Альмагест» Птолемея, а также был комментатором «Начал» Евклида. Его собственные математические трактаты по содержанию и методам близки к сочинениям Архимеда, но включают и оригинальные открытия автора. Трактат «Книга о корастуне», также написанный под сильным греческим влиянием, получил широкое распространение в средние века; в XII в. был переведен в Западной Европе на латинский язык под названием «Liber Charas-tonis».