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.
|
|
Министерство образования и науки Республики Татарстан Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение “Казанский Строительный Колледж” Учебно-исследовательская работа “Леонардо Да Винчи – ученый и изобретатель” Выполнил работу: Студент группы СТ9-11 Гатауллин Амир Руководитель: Сергейчива Т.А План проекта. 1.Введение 2.Предмет исследования 3.Объект 4.Цель исследования 5.Задачи 6.Заключение Введение О сколько нам открытий чудных Готовят просвещенья дух И опыт, сын ошибок трудных, И гений, парадоксов друг, И случай, бог 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 поэтому да Винчи оставил небольшое художественное наследие. Он работал очень медленно, так как старался максимально достоверно передать образы на полотне, и каждая его картина стала шедевром мирового искусства. Посетив выставку изобретений Леонардо да Винчи в Нижнем Новгороде, мы узнали, что он был не только талантливый живописец, но и биолог, литератор, анатом, инженер, механик, математик и физик. Мы хотим свою будущую профессию связать с физикой, поэтому нас привлекли именно технические изобретения Леонардо да Винчи. Актуальность обусловлена неутихающим интересом к личности Леонардо да Винчи, поскольку многие страницы его жизни еще не известны. Предмет исследования: научная деятельность Леонардо да Винчи. Объект: механизмы, придуманные ученым. Цель исследования: выяснить, какие изобретения Леонардо да Винчи остались на бумаге, а какие используются в современном мире. Задачи: 1.Изучить биографию Леонардо да Винчи; 2.Выяснить, почему о его изобретениях так мало известно; 3.Понять принцип работы механизмов, придуманных да Винчи и найти их аналоги в современном мире; 4.Сделать по чертежам ученого действующую модель механизма. Изучая литературу по данной теме, мы выяснили, что существует много книг о жизни Леонардо да Винчи, его таланте художника. Но немногие авторы изучают технические изобретения ученого. Есть отдельные книги и статьи, посвященные этому виду деятельности мастера. Поэтому данная тема требует дальнейшего изучения. 1. Жизнь Леонардо да Винчи 1.1. Биография Леонардо ди сер Пьеро да Винчи родился 15 апреля 1452 года в небольшом селении неподалеку от Флоренции. Точная дата появления художника на свет (что было редкостью для того времени) дошла до нас благодаря записи, сделанной дедом Леонардо. В этом можно увидеть знак судьбы, которая с рождения вела будущего гения к славе на долгие века. Отцом Леонардо был молодой нотариус Пьеро Винчи, представитель обеспеченной и влиятельной флорентийской семьи, матерью – простая крестьянка Катерина. До трех лет ребенок жил с ней, потом Пьеро, состоявший на тот момент в официальном бездетном браке, забрал мальчика в свой дом. Матери Леонардо подыскали подходящую партию, и в дальнейшем никаких упоминаний о ней в исторических хрониках нет.  О детских годах Леонардо известно мало, так как все его биографии начинаются с описания юности или более поздних периодов жизни. До настоящего времени дошло всего несколько жизнеописаний да Винчи – авторства Джорджо Вазари, Паоло Джовио, Джованни Ломаццо и анонимного биографа. Способности Леонардо к рисованию и математике, по свидетельству Вазари, начали проявляться еще в детстве. Пьеро Винчи понял, что задумчивый, меланхоличный и тихий мальчик вряд ли сможет продолжить семейное дело, став нотариусом. Он собрал рисунки сына и показал их своему давнему приятелю – флорентийскому художнику Андреа Верроккьо. Последний пришел в восторг от увиденного и взял 14-летнего Леонардо на обучение. В школе – мастерской да Винчи быстро зарекомендовал себя как один из самых талантливых учеников, ему легко давалась не только живопись, но и графика, искусство скульптуры, а также музыка. В результате ученик превзошел учителя в художественном ремесле. По окончании школы Верроккьо Леонардо открыл собственную мастерскую и еще несколько лет жил во Флоренции. В 1482 году да Винчи переехал в Милан ко двору местного правителя – герцога Сфорца. Этот период стал одним из самых плодотворных в творчестве Леонардо: он не только создал великолепные картины и фреску «Тайная вечеря», но и разработал ряд блестящих изобретений, на несколько веков опередивших свое время. В 1499 году Леонардо вынужден покинуть Милан. Он несколько лет переезжал с места на место, пока не возвртился туда, откуда начал свой творческий путь, - во Флоренцию. Второй флорентийский период ознаменован созданием одной из самых знаменитых работ да Винчи – «Моны Лизы». Прожив несколько лет на одном месте, Леонардо отправился ко двору французского правителя Людовика XII, захватившего Милан в ходе Итальянских войн. Гений да Винчи продолжал поражать современников своими многочисленными и разнообразными работами. Он писал картины, проводил анатомические исследования, брался за создание огромной конной статуи маршала Тривульцио и трудился над новыми техническими изобретениями. В 1512 году Леонардо отправился в Рим, но всего через четыре года переехал во Францию, приняв приглашение Людовика XII. В последние годы жизни Леонардо болел и уже не мог работать так много, как ранее. Большую часть времени он уделял общению с учениками, а также пытался систематизировать и подготовить к печати свои дневниковые записи. Однако его планам не суждено сбыться – в 1519 году жизненный путь да Винчи обрывается. Он умер 2 мая 1519 года, в возрасте 67 лет. Тело Леонардо было погребено на местном церковном кладбище. Впоследствии кладбище разрушили, и могила художника оказалась утерянной. 1.2. Дневники ученого Более пяти веков отделяют нас от того времени, когда Флоренцию буквально взорвала новость о молодом художнике Леонардо. В тот момент ему было всего двадцать лет. О нем заговорили во всех уголках Италии и за ее пределами. И больше эти разговоры никогда не умолкали. Он был известен при жизни, и еще больше – после смерти. Причем имя Леонардо, в отличие от имен многих других великих художников и писателей, никогда не забывалось. И это притом, что его дневники, в которых великий ученый описал свои удивительные изобретения, не публиковались до конца XIX века. О том, что Леонардо не только прекрасный живописец, но еще и великий ученый, было хорошо известно его современникам. Он постоянно вел научные работы, занимался анатомией, создавал новые краски и лаки для живописи, придумывал хитроумнейшие механизмы. К тому же Леонардо умело занимался «саморекламой». Так, в своем письме к миланскому герцогу Лодовико Сфорца он рекомендует себя как механика, гидравлика и военного инженера, обещает построить переносные мосты; предлагает новые способы осушения рвов и разрушения вражеских крепостей; также он готов изготовлять бомбарды, мортиры и снаряды оригинальной конструкции. И еще – подземные ходы и смертоносные повозки, способные прорвать любую оборону. В мирное время да Винчи готов выступить как архитектор и гидростроитель. И под конец скромно сообщается, что изобретатель берется также писать картины. К сожалению, труды Леонардо так и остались неизданными, хотя лежали они у всех на виду – в библиотеках и частных архивах. Так в чем причина того, что его изобретения не сумели использовать потомки? Почему никто не вернул миру его изобретения и блестящие научные гипотезы прежде, чем все они были открыты повторно? Ответ на этот вопрос невозможно дать одной фразой. Наверное, прежде всего, потому, что дневники были фактически зашифрованы. Леонардо был левшой (по другой версии – амбидекстером, то есть одинаково владел обеими руками) и писал так называемым зеркальным почерком – справа налево. Чтобы прочесть его записи, надо было поставить перед рукописью зеркало. При этом все записи шли вперемежку – рядом с рисунками по анатомии могли оказаться строки об искусстве или заметки об архитектуре. Схемы станков могли соседствовать с наблюдениями за природой. Рисунок порой никак не соответствовал заметкам, что оказались рядом с ним на одной странице. Леонардо делал эти записи для себя, фиксируя лишь то, что хотел запомнить или на что планировал в будущем обратить внимание, – здесь не было описаний того, что было понятно ему самому. Так что его идеи зачастую не понимал тот, кто брал рукопись в руки. При этом слова писались без промежутков – так, как Леонардо их слышал, то есть без правил орфографии, а сам почерк оставлял желать лучшего – некоторые фразы напоминали каракули, их просто невозможно разобрать. Также в тексте встречается множество сокращений и условных обозначений, которые были понятны только самому автору. Все это еще больше затрудняло работу с архивом. А чтобы его открытий не украли, Леонардо еще и нарочно делал ошибки в чертежах и описаниях! К тому же, в то время, когда из его рукописей составлялись книги (кодексы) (см. приложение 1), все листы перемешались. Мало того что сам Леонардо писал обо всем сразу, так потомки еще и разобрали альбомы ученого на отдельные листы, а потом собрали по своему разумению, то есть максимально усилили хаос, царивший в рукописях. Вдобавок схематические наброски Леонардо зачастую могли понять только специалисты. Учитывая разнообразие интересов Леонардо, над его архивом должен был годами трудиться целый научный институт! Разобрать, что означает схема, можно было только тогда, когда из работ других ученых или инженеров становилось понятно, что же изобразил изобретатель. Как пример, такой факт: совсем недавно удалось установить, что на схеме «автомобиля» Леонардо среди всего прочего изобразил тормоз. Поняли это лишь после того, как рисунок был оцифрован и увеличен.   Согласно завещанию Леонардо да Винчи все бумаги, книги и инструменты достались его ученику Франческо Мельци. Почти сорок лет Леонардо заносил в свои записные книжки схемы и рисунки изобретений, расчеты, научные гипотезы. Рисунки сопровождали все его записи. После его смерти архив составлял около тринадцати тысяч страниц (из них сохранилась примерно половина). Мельци перевез архив из Амбуаза, где скончался Леонардо, в небольшой городок близ Милана под названием Ваприо, в свое поместье. Здесь Мельци прожил долгие годы до самой смерти. Когда Франческо не стало, его наследники стащили архив Леонардо на чердак. Долгие годы бумаги ученого кочевали из рук в руки, их продавали, дарили, похищали. Так записи Леонардо попали во Францию, Испанию, Англию и даже в Америку. Но изучать их начали лишь в начале XIX века, а опубликовали и вообще почти сто лет спустя. Сейчас все труды Леонардо расшифрованы, переведены на современный итальянский язык и датированы. Но все равно ученые вновь и вновь обнаруживают нечто новое в его поразительно сложных рисунках и коротких пояснениях. Не исключено, что еще где-то в архивах ждут своего открытия другие кодексы или отдельные листы из наследия Леонардо. 2. Изобретатель, опередивший время 2.1. Гидравлика «Вода — движущая сила природы» Леонардо да Винчи Гидравлика попала в сферу интересов Леонардо да Винчи, когда он работал в мастерской Андреа дель Верроккьо во Флоренции. В те времена было принято обучать людей искусства инженерии. Видимо, Леонардо прошел такое обучение, потому что уже во Флоренции он занимался проектированием фонтанов. Леонардо планировал написать книги о воде: «В первых – о природе воды самой по себе, проявляющейся при ее движениях, в дальнейших – о том, что производят ее течения, меняющие центр и очертания мира» [9]. Ученый также собирался писать об использовании воды. Он дал названия будущим книгам: «Книга, показывающая, каким образом реки приносят невредимым лес, срубленный в горах», «Книга о подъеме больших мостов путем одного лишь повышения уровня вод», «Книга о превращении натиска рек, чтобы он не направлялся на город». Леонардо планировал написать и об убийственной силе воды: «Книга о сокрушении войск силой разливов, произведенных выходом вод из берегов», «Книга о затоплении войск посредством закрытия устья долин». Леонардо да Винчи был одновременно и зорким наблюдателем, и прекрасным экспериментатором. Используя в работе свои знания корабельщика, пловца и гидротехника, он создавал гидротехнические сооружения и экспериментировал, строя в своей мастерской модели каналов, окрашивая потоки воды в разные цвета и наблюдая за ними. Итальянский живописец, архитектор и писатель Джорджо Вазари, первый биограф Леонардо да Винчи, писал в своей книге: «Он делал рисунки мельниц, сукновальных машин и приборов, которые можно было пускать в движение силой воды…».[9] Одной из первых практических задач, поставленных перед да Винчи, явилась проблема подъема и подачи воды. Об этом должна была рассказать его 14-я книга из серии о воде «О том, как поднимать воду». С древних времен на территории Италии существовала система подачи воды – ее подъем из низколежащих водоемов в оросительные каналы – так называемые архимедовы винты. Архимедов винт представляет собой полую трубу, внутри которой вращается винт. Его нижний конец зачерпывает воду, и за счет поворота вала винта она поднимается наверх. Изобретение этого устройства приписывают Архимеду, жившему в III веке до н. э., но возможно, что такими винтами пользовались уже древние египтяне.  Леонардо использовал архимедовы винты при создании фонтанов и систем ирригации, а также для обустройства ванных комнат в домах богатых синьоров. Для подъема воды Леонардо использовал и другой механизм – водяные колеса с чашами.  Следующим приспособлением для поднятия воды стало водяное колесо, то есть устройство, которое преобразует энергию падающей воды в энергию вращательного движения. Леонардо разрабатывал такие колеса для использования, в частности, в сельском хозяйстве. В своих стремлениях получить наибольшую силу и энергию мастер рисовал разные колеса, в том числе расположенные горизонтально (на рис.). Стремясь найти практическое применение силе воды, Леонардо рисует различные гидравлические устройства. Среди этих механизмов – гидравлическая пила для распиливания бревен вдоль, а также установка, которая делает отверстия в бревнах. Получаемые с ее помощью полые трубы были пригодны для устройства водопровода. Принцип работы гидравлической пилы Леонардо предельно прост. На тележке лежит ствол дерева. За счет силы падающей воды колесо вращается и двигает тележку со стволом. Это же колесо приводит в движение и вертикальную пилу, которая распиливает древесину.  В случаях с простыми механизмами (блок и рычаг) Леонардо не придумал принципиально новых устройств. Он изучал существующие, внимательно рассматривал, как функционируют отдельные части, чтобы на их основе создать новые. Что касается теоретических идей, то в области гидростатики Леонардо верно определил условие равновесия в сообщающихся сосудах, а также был близок к тому, чтобы вывести основной закон гидростатики (закон Паскаля). Наблюдая за водой, ученый уделял много внимания движению волн, поняв, что свет и звук тоже имеют волновую природу. В 1643 году монах – доминиканец Арконати для кардинала Карло Барберини собрал отрывки рукописей Леонардо, посвященных воде, в сборник, назвав его «Трактатом о движении и измерении воды». И если бы труды да Винчи стали известны современникам или следующим поколениям ученых раньше, то, безусловно, его работы повлияли бы на развитие науки, а Леонардо можно было бы назвать основоположником гидравлики. В основе всех гидротехнических проектов Леонардо лежат его исследования в области гидравлики. Именно с опытов Леонардо да Винчи историки науки ведут отсчет гидравлики как науки. Экспериментируя, он строил каналы из картона и стекла, окрашивая воду в разные цвета, чтобы наблюдать за взаимодействием потоков. Он проводил различные эксперименты, изучал систему сообщающихся сосудов и турбулентные потоки жидкостей, ламинарное течение и взаимодействие волн, свободное падение капель и отражение волн от поверхностей. Во многих своих заключениях ученый был на верном пути, но он не вывел уравнений, которые описывали бы поведение жидкостей, поскольку в те времена не знали о дифференциальном и интегральном исчислении. Познаний Леонардо в области математики было недостаточно, чтобы заниматься исследованиями во всей полноте – ученый в своей работе мог описывать наблюдаемые явления только качественно. Леонардо не сформулировал основной закон гидростатики, описанный более чем через 150 лет Блезом Паскалем, хотя, судя по его чертежам и записям, он знал, что давление, оказываемое на жидкость (или газ) в какой-либо точке на ее границе, передается без изменения во все точки жидкости (или газа). В «Трактате о воде» он описал утверждение, которое позже назовут теоремой о неразрывности струи и опишут соответствующим уравнением: «В реке постоянной глубины течение будет в менее широком месте во столько раз большее, во сколько раз большая ширина превосходит меньшую. Положение это ясно доказывается путем рассуждения, подкрепляемого опытом» [8]. Для исследования течений Леонардо первым применил метод трассера: через трубочки малого диаметра он вводил жидкости разного цвета в течение построенного им модельного канала, делая выводы о течениях, наблюдая за трассерами – семенами проса или кусочками бумаги. Проводя эти эксперименты, Леонардо описал идею вихревого течения жидкостей и структуру течений, а также определил зависимость скорости истечения жидкости и дальнобойности струи от высоты столба. В 1641 году ученик Галилео Галилея, итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли (1608–1647), рассматривая рисунки Леонардо да Винчи, вывел формулу для определения скорости вытекания жидкости из отверстий в стенке открытого сосуда. Формулу назвали в честь ее создателя – формулой Торричелли. Только в середине XVIII века исследования Леонардо да Винчи и Торричелли продолжил швейцарский математик и физик Даниил Бернулли. Почти через 250 лет после исследований Леонардо он составил знаменитое уравнение Бернулли – основное уравнение гидродинамики, связывающее скорость текущей жидкости, давление в ней и высоту расположения малого объема жидкости над плоскостью отсчета. Леонардо можно назвать и создателем теории движения волн на море: «Волна есть следствие удара, отраженного водой. Волны движутся весьма подобно тому движению, которое производит ветер, когда он колеблет колосья: в этом случае мы также видим движение волн, хотя стебли вовсе не движутся вперед на такое расстояние и с такой скоростью…Часто волны движутся быстрее ветра. Это происходит оттого, что импульс был получен, когда ветер был сильнее, чем в данное время. Скорость волны не может меняться мгновенно»[9]. Предвосхищая то, что будет открыто в далеком будущем, Леонардо писал, что распространение света, звука, цвета, запаха, магнетизма и мысли имеет волновую природу: «Волны воздуха удаляются кругообразно от места своего происхождения, один круг встречает другой и проходит далее, но центр постоянно остается на прежнем месте» [9]. |