Творения рук человеческих (Естественная история машин)
Шрифт:
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.—
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,
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.