История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Дарлинг Артур

Возможно, высшее достижение греческой науки заключается в открытии самой науки – открытии того, что есть общие законы природы, которые человек должен изучить. Грека, которому обычно приписывают это открытие, звали Фалес Милетский. Он жил около 600 года до н. э. и считается родоначальником современной науки. Фалес поставил важный вопрос: «Из чего все состоит?» Его вывод, что все сущее произошло из воды, разумеется, является неудовлетворительным в свете современных знаний. Тем не менее именно Фалес стоял у истоков исследования проблем материи – это исследование продолжается до сих пор. Ведь проблема материи – одна из самых важных в современной физике.

Считается, что Фалес изобрел или определил абстрактную геометрию. Месопотамцы и египтяне знали, как измерять участки земли неправильной формы; они также умели вычислять объемы цилиндрических предметов. Между тем они всегда считали эти многообразные

формы «треугольными участками» или «цилиндрическими камнями» и никогда не представляли их абстрактно – треугольниками и цилиндрами. Хотя они были знакомы с некоторыми связями между сторонами треугольного участка земли, они не знали общих свойств треугольников. Именно Фалес и несколько других ученых его времени заложили общие знания об отношениях и свойствах линий, углов, поверхностей и твердых тел в абстракции, без привязки к конкретному предмету. Греческие геометры развивали свой предмет так быстро, что уже около 300 года до н. э. Евклид смог написать свой классический труд «Элементы».

Греческие ученые накапливали важные знания и в других областях. Их труды в физике стали фундаментальными для будущего развития науки. Аристотель (384–322 гг. до н. э.) был величайшим ученым своего времени в области физики, и его труды заложили основы предмета на ближайшие две тысячи лет. Однако греческие естественные науки в древности внесли разве что весьма небольшой вклад в инженерию. На самом деле инженерия давала намного больше науке, чем наука инженерии, и такое положение сохранялось до второй половины XIX века. Иными словами, потребовалось двадцать пять веков, прежде чем научные знания выросли достаточно, чтобы стать полезными инженерам. Это неудивительно, если принять во внимание, что эмпирические знания инженерии накапливались по меньшей мере двадцать пять веков, когда греки в VI веке до н. э. начали проводить научные исследования природных явлений. Хотя применение естественных наук в инженерии началось относительно недавно, греческие и римские инженеры стали использовать новую геометрию, как только она начала развиваться. Главным образом геометрия применялась в архитектуре.

Греки с презрением относились к окружающему миру, считая его менее культурным, варварским. Они гордились собой и своими достижениями, однако не были лишены реализма и осознавали, что получали от других и где научились многому из того, что вполне успешно применяли. В области архитектуры они были скорее умелыми пользователями, чем творцами. Их инновации, часто очень важные для усовершенствования микенских, минойских или египетских моделей, тщательно сохраняли фундаментальные черты, доказавшие свою надежность и стабильность. Их вклад – это вклад художников, обладающих безупречным чувством пропорции, пониманием прекрасного. Практически не было никакого экспериментирования с идеями или формами, которые были бы неестественными или беспорядочными. Самые прекрасные греческие храмы являлись, по сути, воспроизведением в камне деревянных или каменных построек их микенских предшественников, но разница в архитектурном впечатлении поражает.

Люди, создававшие эти шедевры красоты, не являлись инженерами в нашем понимании этого слова. Греческий архитектон, в первую очередь являвшийся техническим служащим, отвечавшим за постройку общественного здания, нередко был также его проектировщиком. Если о нем можно судить по тому, что он строил, то нельзя не отдать должное его изобретательности. Архитектон трудился по контракту, как и многие сегодняшние инженеры. Когда городу-государству V века до н. э. требовалось новое здание, нанимались частные ремесленники, каменщики и скульпторы, которые приводили с собой помощников и учеников. Эти контрактники работали под надзором архитектона, который нес ответственность перед государством. Плата разных групп отличалась. Но не очень сильно. Архитектон получал примерно на треть больше, чем обычный каменщик.

Контракт обычно наносился на камень и помещался на место строительства. Он включал подробные спецификации, чтобы руководить рабочими и информировать общественность. Подобные камни находили в разных местах, но лучше всего сохранились надписи на строительстве арсенала в Пирее, порту Афин. Этот арсенал являлся постройкой длиной 44 фута, шириной 55 футов и высотой почти 40 футов. Он был построен в IV веке до н. э. под руководством Филона. Спецификации – технические условия – изложенные современным языком, заняли бы четыре печатные страницы. Они включали общие габариты и некоторые важные фиксированные размеры, такие как толщина стен, объемы определенных камней, ширина и высота окон. Более мелкие детали, которые мы видим на сегодняшних чертежах, не фиксировались. Архитектон и бригадиры рабочих держали такую информацию в памяти.

Греческий

инженер не был выпускником специализированной технологической школы. В его время не было ничего похожего на техническое обучение в классе или лаборатории. Он обучался в процессе работы, проходя нелегкий период ученичества, получая знания от людей, которые аналогичным образом приобрели их до него. И если он уделял большее внимание художественной стороне своей работы, чем сегодняшний инженер, то, возможно, лишь потому, что ему не приходилось постоянно сверяться с бесконечными чертежами и спецификациями. Помимо того, он был греком, а значит, по натуре художником. Почти все его коллеги в той или иной степени разделяли его чувство пропорции и по достоинству ценили красоту, которую он всячески старался выразить. Как бы то ни было, факт остается фактом: греческий архитектон являлся художником, занимал высокое положение и пользовался уважением в обществе. Иктин и Калликрат, архитекторы Парфенона, были включены в группу философов, художников и государственных деятелей, которых Перикл, лидер афинян, собрал вокруг себя и с которыми любил вести нескончаемые беседы.

Греческая инженерия

Размеры Парфенона не рассчитывались с особой тщательностью, как размеры пирамид. Его инженеры использовали простые математические принципы, чтобы получить желаемую форму, но затем за дело брались художники. Инженеры так умело избегали жесткого применения этих принципов, что невозможно вывести точных математических пропорций. Колонны Парфенона сужаются слегка, но достаточно, чтобы фронтон не давил на них и они не казались приземистыми, как колонны минойского дворца. Широкие ступени, ведущие к Парфенону, не являются горизонтальными. Они имеют подъем от концов к центру. Выпуклость ослабляет оптическую иллюзию того, что горизонтальные линии на расстоянии кажутся несколько прогнувшимися под весом здания. Некоторые авторы утверждают, что строители специально этого не планировали; им просто повезло и так вышло случайно. Даже если так, удача вдохновляла художников. Подобные тонкости постоянно встречаются в греческой архитектуре, хотя нет никаких свидетельств того, что греческие инженеры обладали точными инструментами, необходимыми для достижения таких результатов.

Судя по многим постройкам, греческий архитектор выбирал в качестве основы всех пропорций единицу измерения, которой он мог легко манипулировать. Часто это был греческий фут, 11,6 нашего дюйма. Он делал основание колонны диаметром 2 или 3 единицы, высоту колонны до капители – 10 или 12 единиц, расстояние между колоннами – 5 или 6 и т. д. Таким образом, он обеспечивал пропорциональность всех размеров и мог продолжать работы без ежеминутной сверки со спецификациями или планами. Его каменщики, имевшие рейки, градуированные в единицах длины, легко воплощали пропорции в камне. Эти пропорции имели тенденцию быстро становиться жесткими и формальными, в соответствии со вкусами большинства известных мастеров. Применяя теорию к практике, греческие строители держались в пределах принятых размеренностей. При этом почти не было никакого экспериментирования с экстремальными архитектурными формами или умозрительных построений в части необычных инженерных принципов. Следующие четыре столетия греческие постройки развивались в направлении более тонких колонн и высоких зданий в границах всего трех архитектурных ордеров, да и те были тесно связаны между собой. Ко времени римлянина Витрувия, первого из инженеров-практиков, труды которого дошли до наших дней, в архитектуре и строительстве греко-римского, а значит, и всего цивилизованного мира господствовали дорический, ионический и коринфский ордер.

Механические операции греческих инженеров нагляднее всего представлены в работе с камнем. Они добывали известняк и мрамор, делая насечки вокруг камня и откалывая его с использованием деревянных клиньев, которые расширялись при намокании. На концах и по сторонам делались выступы для рычагов, чтобы облегчить спуск камня по мраморному склону к телегам, следы колес которых можно видеть до сих пор. Иногда колонну или блок упаковывали в деревянный барабан и катили его. Говорят, что этот метод изобрел Херсифрон, один из немногих зодчих первого храма Артемиды в Эфесе. Блок не подвергался чистовой обработке, пока не прибывал на место строительства, где в нем делали выемки для захвата и отверстия для металлических скоб, которыми связывали вместе смежные камни. Также готовились каналы для расплавленного свинца, который запечатывал крепление. В своих лучших постройках греки не использовали строительный раствор. Шкив или другой простой механизм, установленный на подмости из древесины, поднимал каменный блок на место. Для подъема использовалась мускульная сила рабочих. Окончательная обработка и шлифовка камня не делалась, пока не была возведена вся стена или колонна.