Леонардо Да Винчи , изобретатель. Леонардо Да Винчи - ученый и изобретатель.. А. С. Пушкин Леонардо да Винчи самая загадочная личность в истории человечества. Нашим сверстникам он в первую очередь известен как художник. Однако, изобразительное искусство, было не основным его увлечением, и п
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
Паровая пушка «ARCHITRONITO». Как и большинство своих инновационных идей, Леонардо применял силу пара и к военным машинам. Именно благодаря записям Леонардо мы знаем о том, что Архимед изобрел архитронито. Эта «машина из тонкой меди бросает ядра из железа с большим шумом и большою силой» [10]. Чертежи времен Архимеда не сохранились. Подробные чертежи и описание машины оставил нам Леонардо. Принцип действия пушки следующий. Задняя часть ствола примерно на одну треть помещается в печь, постоянно находясь, таким образом, под действием высокой температуры. Над жаровней расположен котел с водой. В раскаленный ствол подается вода. Она мгновенно испаряется, срабатывая как порох, и ядро вылетает из дула. Ядра могут вылетать каждую минуту.  В наше время было проведено несколько испытаний паровых пушек, созданных по эскизам Леонардо. В 1988 году греческий инженер Иоанис Саккас испытал пушку, сделав 33-сантиметровый ствол из клена, а ядра размером с теннисный мяч – из цемента. В ходе экспериментов удалось достичь дальности полета ядра более 40 м. Снаряды могли вылетать по одному в минуту. Как и для всех других устройств Леонардо, прямое следование инструкциям не привело к успеху. Однако если внести в конструкцию небольшие изменения, то паровая пушка превращается в грозное оружие с начальной скоростью пули более 300 м/с, а кинетическая энергия патрона от 1,3 до 1,8 раза превышает кинетическую энергию патрона 12,7*99 мм крупнокалиберного пулемета M2 системы браунинг. Только в паровой пушке патрон начинен землей в консистенции густого бетона, а не металлической картечью или дробью. Заключение современных экспертов таково: мощная паровая пушка могла применяться во времена не только Леонардо да Винчи, но даже Архимеда. (О некоторых изобретениях ученого и их современных аналогах см. приложение 2).  Земснаряд – это плавучая машина, которая применяется для подводной разработки и выемки грунта при дноуглубительных работах в гидротехническом строительстве. Свои грандиозные планы Леонардо не мог осуществить без такого механизма. Он разработал проект машины для очистки каналов и углубления дна. Земснаряд Леонардо имеет 4 лопасти и закрепляется между двумя лодками. Лопасти прикреплены к вращающемуся барабану. Поднимая и опуская ось барабана, можно регулировать глубину выкапывания грунта. Грунт, который вычерпывается лопастями, падает на плот, расположенный между лодками. Перемещение драги осуществляется с берега наматыванием троса на барабан. Землеройная машина (экскаватор) была одним из первых землеройных механизмов, которые Леонардо использовал при строительстве каналов. Это довольно сложное устройство стояло на понтоне и работало на системе противовесов. Основные его части – ворот, тросы, стрелы и ковши. Заостренный ковш с отверстиями для стекающей воды прикрепляется к стреле. Стрелы, которые могут поворачиваться на 180°, соединены с воротом через систему противовесов. Для того чтобы стрелы поднимались и опускались, в центре конструкции предусмотрен большой крутящийся барабан. Барабан вращают вручную. Существует мнение, что именно Леонардо мир обязан появлением разработок в этом направлении. Действительно, современные землеройные машины удивительно похожи на устройства, которые проектировал, рисовал и, вероятно, строил Леонардо да Винчи. Их отличает только одно – привод. Леонардо использовал мускульную силу человека и лошадей, тогда как современные землеройные машины имеют двигатели внутреннего сгорания.  Ласты. Кроме сложных механизмов, предназначенных для реализации широкомасштабных гидротехнических проектов, среди рисунков Леонардо есть и простые, которые стали привычными для современного человека, но в те времена были инновационными. Вряд ли великий ученый изобретал их с целью развлечения, они, скорее всего, должны были служить военным целям. Леонардо первым изобразил приспособления для плавания, напоминающие перепончатые лапы водоплавающих птиц. Ласты могли дать солдатам выигрыш в скорости. Коммерческое производство этого приспособления было налажено только через 400 лет.   Водные лыжи. Приспособление для хождения по воде, придуманное Леонардо, - это пара плавательных ботинок и шестов для отталкивания и сохранения равновесия. Этот комплект выглядит как прототип современных водных лыж, но Леонардо планировал использовать его во время морских военных операций. В современном мире водные лыжи впервые появились в 1922 году в США, когда американец Ральф Самуэльсон решил прокатиться по воде на зимних лыжах. Получив удовольствие от такой водной прогулки, он запатентовал свою идею. Через 50 лет, в 1972 году, водные лыжи были показательным видом спорта на летних Олимпийских играх в Мюнхене. Спасательный круг. Леонардо, не умевший плавать, не мог не придумать приспособление, которое удерживало бы человека на поверхности воды. С тех пор внешний вид спасательного круга, обязательного средства для оказания помощи утопающим на судах практически любого водоизмещения, не изменился.  Водолазный костюм. В Венеции, куда Леонардо приехал в 1499 году, он представил дожам1 свое изобретение для потопления вражеского флота. Его идея выглядела, конечно, экстравагантной для того времени, ведь нападать на корабли должна была подводная армия – люди, которые будут ходить по дну Венецианского залива и делать пробоины в корпусах судов. Его конструкция – это прототип современного мягкого водолазного костюма. Водолазный костюм Леонардо мог быть изготовлен из традиционного материала – свиной кожи. Чтобы придать ей водонепроницаемые свойства, ее обрабатывали рыбьим жиром. Шлем имеет усиленную конструкцию, чтобы лицо ныряльщика не повредилось из-за давления водного столба, которое увеличивается при погружении. Так как Венеция уже с XIII века славилась своими изделиями из стекла, то очевидно, что проблем с материалом для линз в конце XIV века не было. Спереди, на груди водолаза, располагается кожух с воздухом. Он помогает всплывать на поверхность. Дыхание осуществляется через трубку, сделанную из тростника или бамбука. Отрезки трубки соединяются свиной кожей, внутрь которой вставляют пружины, чтобы кожа под давлением не сжималась. На поверхности воды дыхательные трубки удерживаются с помощью пробкового поплавка. В верхней части поплавка расположены два отверстия для подачи воздуха в трубки. Пробковый поплавок Леонардо – достаточно интересная и сложная конструкция. Очевидно, что он выполняет более сложную функцию, чем просто удерживание на поверхности воды дыхательных трубок. Скорее всего, как и во все свои изобретения, Леонардо внес какой – то дефект, чтобы никто, кроме него, не смог воспользоваться чертежом. Если отверстия в поплавке перенести ниже, то, когда водолаз потянет пробку вниз, под воду, ему будет поступать воздух под давлением, то есть глубина погружения существенно увеличится с одного до нескольких метров, достаточных для прогулки по дну Венецианского залива. Конструкцию мехов с гибким наконечником, разработанную Леонардо, можно использовать для подачи ныряльщику сжатого воздуха, что позволяет еще увеличить глубину погружения. Современные исследователи наследия Леонардо да Винчи проводили эксперименты по погружению в его водолазном костюме и доказали, что это устройство выполняет свою функцию. Если бы венецианские дожи прислушались к Леонардо, то у них бы появилась подводная армия или, по крайней мере, подводные исследователи.   Леонардо да Винчи стал первым европейским ученым, проводившим лабораторные опыты по гидравлике. Его уровень постановки экспериментов и сделанные выводы намного опередили развитие науки и предвосхитили многие открытия, которые были сделаны столетиями позже. Несмотря на большие планы по созданию объемного «Трактата о воде», Леонардо не был кабинетным ученым. Его видение мира и того, каким образом природу можно поставить на службу человеку, поражают. Не имея в своем распоряжении современной техники (ни парового двигателя, ни двигателя внутреннего сгорания), Леонардо да Винчи разрабатывал грандиозные гидротехнические проекты. Не все свои задумки ученый претворил в жизнь, но глубина его знаний и масштабность мышления оказали влияние на его современников. Обдумывая глобальные проекты, Леонардо да Винчи находил время и на разработку небольших устройств, отмечал мелкие детали. Такое сочетание стратегического способа мышления с тактическим – редкое явление. В трудах Леонардо грандиозный план осушения Понтийских болот соседствует с элементарно простым устройством спасательного круга; постройка Серравалльского канала – с ластами… Поистине его ум вмещал все увиденное. Нет явных доказательств, что работы Леонардо да Винчи оказали прямое влияние на развитие гидравлики: ученики не продолжали его труды, рукописи были утеряны. Но, несмотря на это, ученого считают основателем гидравлики – науки о законах движения и равновесии жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. Новизна его взглядов на воду, способы исследования ее свойств и явлений, а также прикладные работы были инновационными и поистине гениальными. 2.2. Военное дело «… Применительно к разным обстоятельствам, буду проектировать различные и бесчисленные средства нападения» Из письма Леонардо да Винчи миланскому герцогу Людовико Сфорца Проектируя военные машины, Леонардо проявил большую изобретательность. И это неудивительно. В Европе конца XV – начала XVI века было очень неспокойно: если правитель не участвовал в войне, то он ожидал нападения или вынашивал планы атаки. По традиции тех лет учеников в художественных мастерских наряду с искусством рисовать, гражданской инженерией и другими науками обучали и военной инженерии. Вероятно, у Верроккьо Леонардо тоже проходил такое обучение, но он мыслил глубже, чем его коллеги. Рисунки Леонардо и подписи к ним подтверждают, что он разрабатывал арбалеты, катапульты и огнестрельное оружие, передвижные легкие лестницы и системы защиты крепости. Леонардо да Винчи в своем труде «Codex Atlanticus» привёл схему устройства колесцового замка для пистолета (заводившегося ключом) – это единственное его изобретение, получившее массовое производство при жизни. Устройство нового замка было таково: на смену старым фитилям, требовавшим доступа стрелка к открытому огню и создававшим в процессе горения нежелательный демаскирующий эффект, пришёл курок с зажатым кусочком кремня, под курком располагалось колёсико (колесцо) с насечкой. Устройство работало посредством заводимой ключом пружины, которая после нажатия на спусковой крючок приводила в движение колёсико и опускала на него курок с кремнем (изначально с пиритом), в результате возникшего трения высекались искры, зажигавшие пороховой заряд. Колесцовый замок превосходил по надёжности существовавшие в то время фитильные замки. Он был более устойчив к влаге, и даже с кремневым замком продолжал соперничать в надёжности (кремневый мог дать осечку без видимых на то причин). Существовали также варианты ружей, совмещавших вышеназванные типы замков. Недостатком колесцового замка была его крайняя дороговизна, сложность устройства, недостаточно высокое качество используемой стали и боязнь грязи. Если использовался твёрдый кремень, насечка колёсика быстро изнашивалась; мягкий пирит не портил колёсико, но крошился сам и загрязнял замок. Если стрелок терял ключ для завода механизма, то оружие становилось бесполезным. Тем не менее, это был качественный шаг вперёд по сравнению с фитильным оружием, и первый тип механизма, пригодный для пистолета (необходимость постоянно поддерживать фитиль горящим сводило на нет все преимущества пистолета как личного оружия).  В XVII – начале XVIII веков колесцовый замок был повсеместно вытеснен более дешёвым и удобным кремневым ударным замком. В настоящее время похожий принцип получения искры за счет контакта пирофорного сплава с насечённой поверхностью колесца применяется в некоторых зажигалках. Классический арбалет. Во времена Леонардо да Винчи арбалеты находились на вооружении европейских армий. Лучники и арбалетчики занимали центральные позиции в сражениях. Из – за несовершенства конструкции арбалет было сложно заряжать, и Леонардо уделял этому особое внимание. Его также интересовало увеличение дальности полета стрелы. Размышляя над дальностью полета стрел, Леонардо рисовал комбинированные дуги. На одном из рисунков ученый изобразил в одной системе четыре дуги: первая приводит в движение вторую, вторая – третью, третья – четвертую, которая и осуществляет выстрел. Очевидно, ученый исследовал сложение скоростей. Он, вероятно, предполагал, что накопленная в этой системе энергия больше, чем в системе, состоящей из одной дуги, а значит, выпущенная стрела будет иметь большую скорость и большую дальность полета. Однако потери энергии в этой системе были бы велики, поэтому на практике создание системы из четырех дуг не привело бы к желаемым результатам. Леонардо изучал также взаимосвязь между силой, приложенной к тетиве, и смещением концов дуги. Вероятно, он считал, что отрыв стрелы от тетивы происходит до того, как тетива отдаст всю свою энергию стреле, и ставил перед собой задачу максимально увеличить эту энергию. Кроме того, способность передавать энергию зависит от угла, образованного в месте натягивания тетивы, что и показывает ученый на рисунке.   Гигантский арбалет. Гигантский арбалет Леонардо да Винчи предназначен для метания камней: «… этот лук имеет между своими ветвями, то есть где укрепляется тетива, 42 локтя, и в самом толстом месте без арматуры 12∕3 локтя, а в самом тонком месте – 2∕3 локтя. Он имеет высоту в 14 локтей, его стержень имеет 2 локтя в ширину и 40 в длину, и он бросает камни в 100 фунтов» [1].  Если перевести названные величины в привычные для нас единицы измерения, то окажется, что размах плеч арбалета составляет около 26 м, длина – 24 м, высота – около 8 м. Масса камней, которые бросает этот лук, больше 45 кг. Для приведения арбалета в боевую готовность требуется усилие 10 т. Это орудие представляет большую опасность не только для противника, но и для тех, у кого оно находится на вооружении, потому что на дугу приходится огромное напряжение. Ее сгибание происходит с усилием 6,5 т. При любой досадной ошибке или дефекте в конструкции арбалет может разлететься на куски, которые нанесут непоправимый ущерб всему, что находится на достаточно большом расстоянии от орудия. Этот лук не только огромен, он имеет также сложную конструкцию. Спусковой блок движется вперед, чтобы захватить тетиву, затем тетива наматывается на длинный винт, который проходит сквозь спусковой блок. Этот винт, в свою очередь, вращением большого зубчатого колеса оттягивается в самый конец базовой части арбалета. Эскиз лука – великана Леонардо сопровождает детальными чертежами приспособления, которое захватывает и освобождает тетиву, причем он предлагает для этого два принципиально разных варианта, располагая рисунки слева от изображения арбалета. В одном варианте спусковой рычаг отпускает тетиву ударом большого молотка. В другом – внутри спускового блока находится стержень, в центре которого расположен шарнир. К концу стержня прикреплена веревка, проходящая через точку опоры рычага. При нажатии на рычаг веревка поднимает стержень. На основном рисунке, вероятно, изображена именно вторая конструкция спускового блока, так как человек на картинке держится за рычаг, для того чтобы запустить арбалет. Интересна еще одна конструктивная особенность, которая касается плеч арбалета. Во времена Леонардо внешняя и внутренняя стороны плеч делались из разных материалов: внешняя – из сухожилий, так как она работала на растяжение, внутренняя – из рога, так как она работала на сжатие. Внутренний слой между ними изготавливался из дерева, он придавал плечам жесткость. Таким образом, плечи сгибались более чем на 180°. Леонардо, безусловно, знал о строении плеч. Фронтальная (передняя) и тыльная (задняя) части плеч его гигантского арбалета различны по конструкции. Тыльные части изготовлены из отдельных блоков, которые соприкасаются друг с другом только при максимальном изгибе ветвей. Скорострельный арбалет. Для увеличения скорости стрельбы Леонардо придумал скорострельный арбалет. Внутри огромного колеса крепятся 4 арбалета. Перезаряжаются они автоматически в результате движения колеса. Колесо вращается людьми, которые, чтобы не стать мишенью для противника, прикрыты наклонным деревянным щитом. Стрелок сидит внутри колеса. Когда к нему попадает заряженный арбалет, он должен прицелиться и нажать на спуск.  Колесо для перезарядки арбалета. В отличие от предыдущего устройства в арсенале этой машины 16 арбалетов. Все они перезаряжаются автоматически. Механизмом управляет один человек, который крутит ручку, вращающую барабан.  |