Исследовательская работа учащихся на тему "Леонардо да Винчи: изобретатель, опередивший время"

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].

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.

Бомбарды. Бомбарды – крупнокалиберные артиллерийские орудия, стрелявшие каменными и железными ядрами. Леонардо сделал чертеж расположения бомбард для осады или захвата крепости. Орудия стоят таким образом, что под обстрелом оказывается широкая полоса за крепостной стеной противника. Ученый изучал область обстрела бомбардами, в которых использовались разрывные пушечные ядра. При ударе ядра разрывались на множество кусков. Леонардо писал про это оружие: «Это самая смертоносная машина из существующих. При падении ядра его центр поджигает другие ядра, и центральное ядро взрывается и разрывает остальные, которые вспыхивают так быстро, что не успеешь произнести “Святая Мария!”» [9].

Несмотря на небольшую точность попадания, разрывающиеся ядра были грозным оружием. По крайней мере, они пугали противника. Разрывные ядра Леонардо называл cotombrot.

Еще одно новшество, предложенное Леонардо, – это килевидные пушечные ядра. Мастер понимал, что взаимодействие тел со средами и в воде, и воздухе имеет сходство. Ученый не занимался математическими выкладками для определения стабильности траектории и точности попадания, но, изучая сопротивление воды и воздуха, он предложил улучшенные аэродинамические очертания для снарядов, снабдив их направляющими крыльями. Его снаряды схожи с современными. Может быть, эти ядра Леонардо имел в виду в своем знаменитом письме Лодовико Сфорца: «метательные снаряды прекраснейшей и удобнейшей формы». Леонардо да Винчи, который умел собирать разные устройства, вполне мог захотеть соединить в одном снаряде два свойства: разрывную способность и обтекаемую форму с хвостовым стабилизатором. Если бы в каком-то из артиллерийских орудий, придуманных Леонардо или находящихся на вооружении в те времена, были применены килевидные разрывные снаряды с хвостовым стабилизатором, то дальность их полета и убойная сила существенно увеличились бы. Эта идея была реализована веками позже. Офицер британской армии Генри Шрэпнел в самом начале XIX века создал взрывчатый артиллерийский снаряд, известный во всем мире как шрапнель.

Пулемёт – это одно из изобретений Леонардо да Винчи. Первый «пулемёт», который способен был осуществлять несколько выстрелов без перезарядки. Точное время создания «пулемёта» не известно. Но существует информация о том, что это оружие было изобретено под покровительством одного из патронов да Винчи, преследовавших свои военно – политические цели.

По видению Леонардо, одной из проблем при стрельбе из огнестрельного оружия было то, что перезаряжение стволов занимало очень много времени. Чтобы разрешить эту проблему, Леонардо придумал многоствольное орудие, которое бы стреляло и перезаряжалось почти одновременно.

Эта идея стала основой создания «33-ствольного органа» – орудия, состоявшего из трех рядов по 11 малокалиберных пушек, ряды соединялись в виде треугольной вращающейся платформы, к которой в свою очередь прикреплялись большие колёса. Один ряд пушек заряжался и из него производился выстрел. Затем можно было перевернуть платформу и поставить следующий ряд. Идея да Винчи состояла в том, что во время прицеливания и выстрела из одного ряда пушек, другой бы охлаждался, а третий – перезаряжался. В результате такая машина давала возможность вести непрерывную стрельбу.

Травмирующие орудия и машины убийства. Среди чертежей Леонардо много вызывающих ужас машин, назначение которых – наносить увечья и убивать. Впереди и позади всадника, мчащегося на коне, установлены специальные устройства с косами, способные смертельно ранить противника.

Лестницы. Для штурма зданий и крепостей Леонардо придумывал лестницы и устройства для их отталкивания. Конструкции эти были просты в изготовлении и применении.

Портативная лестница. Важнейшая часть этой лестницы Леонардо да Винчи – зубчатый винтовой механизм, с помощью которого можно удлинять, укорачивать, поднимать и опускать лестницу в любом месте. Подобное устройство сейчас используется пожарными расчетами по всему миру. Веревочные лестницы появились у человека с тех пор, как он начал строить многоэтажные сооружения. Именно с помощью веревочных конструкций можно было с первого этажа подняться на второй. Канаты для веревочных лестниц делали из конопли или льна, в узлы вплетали деревянные брусья. Конечно, это был не очень удобный способ перемещения, поэтому через какое-то время на смену веревочным лестницам пришли деревянные. Однако веревочные лестницы продолжали использовать моряки, спасатели. Их применяли также при штурме крепостей и вылазках из них. Веревочные лестницы часто упоминаются в средневековых любовных романах.

В своей записной книжке Леонардо да Винчи, проявив большую фантазию, нарисовал разные виды веревочных лестниц: канат с узлами, двойную лестницу, лестницу с деревянными ступеньками.

Крытая тележка – лестница. Для штурма и атаки противника, укрывшегося за крепостными стенами, Леонардо предлагал приспособление, использовавшееся со времен Античности, — лестницу на колесной платформе, полностью закрытую треугольной крышей. Часть лестницы опускается с помощью веревок в то место стены, через которую атакующие могут проникнуть внутрь.

Устройство для отталкивания лестниц атакующего противника. Леонардо предусмотрел не только способы проникновения в крепость, но и средства защиты. Например, устройство для отталкивания лестниц. В том случае, когда штурмующий крепость противник использует приставные лестницы, для их отталкивания достаточно просто потянуть за рычаг. Тогда из стены с наружной стороны выдвигается спрятанный в ней стержень.

Бронированная машина. Примерно за 400 лет до изобретения танка Леонардо нарисовал его прототип в своих тетрадях. Он написал про свою задумку: «Я буду делать закрытые колесницы, которые безопасны и на них нельзя нападать; машину, которая не боится нападения большой численности врага при нарушении его строя и его артиллерии. Позади колесницы должны следовать пехотинцы без опасности ущерба или других препятствий» [9].

Великий ученый черпал вдохновение и идеи, наблюдая за живой природой. Так, его танк формой напоминает черепаху. Да и двигаться эта конструкция могла бы только со скоростью, чуть превышающей черепашью, – со скоростью пешехода. Леонардо предполагал, что приводить в действие машину будут 6 – 8 человек.

Они поворачивают рукоятки, благодаря чему начинают вращаться зубчатые колеса (здесь изобретатель применил свои уникальные исследования зубчатых передач). Эта система напоминает коленный вал в двигателе. Низкая скорость обусловлена тем, что для одного поворота колеса рукоятки надо повернуть много раз. Для увеличения скорости перемещения Леонардо даже хотел использовать вместо людей лошадей, но затем отказался от этой идеи, резонно предположив, что лошади могут стать неуправляемыми в тесном и шумном пространстве. В чертеже Леонардо есть серьезная ошибка: неправильно расположены шестерни на колесах. Если создавать машину, придерживаясь рисунка, то переднее колесо будет крутиться назад, а заднее – вперед, и машина не сдвинется с места. Предполагают, что Леонардо внес ошибки в чертеж и для этого устройства, чтобы никто другой не мог воплотить идею в жизнь. Проблема же решается просто: шестерня переставляется – и танк начинает движение.

Бронированная машина Леонардо, сделанная из дерева и металла, обладала серьезной огневой мощью: по окружности располагалось 20 пушек, которые стреляли на уровне колен и могли производить сильные разрушения с близкого расстояния. Стрелки могли видеть поле боя через прорези – иллюминаторы в верхней части аппарата. Какое воздействие на врага оказала бы эта стреляющая машина? В те времена дальность ведения боя не превышала 50 м, то есть машина, едущая со скоростью пешехода 5 км/ч, оказывалась у линии противника меньше чем за минуту. Определенно, враг, увидев двигающуюся и стреляющую огромную черепаху, ужаснулся бы. К счастью для современников Леонардо, да и для него самого, танк не был построен. История не оставила свидетельств серьезных разработок в этой области в период с XVI по начало XХ века. Сама идея нашла воплощение в начале XX века, когда в Европе шла Первая мировая война.

Леонардо да Винчи был противником войн. Он высоко ценил жизнь, еще в детстве став вегетарианцем, и считал убийство человека «мерзостным» занятием. Несмотря на это, он придумывал устрашающие машины для уничтожения. Леонардо исследовал мир во всех его проявлениях. Вычерчивая и описывая очередное страшное оружие, ученый не думал о тех последствиях, которые может вызвать его применение. Он был увлечен идеей и просто изобретал, давая волю своему воображению и прислушиваясь к интуиции. А для того чтобы его страшные изобретения не могли быть изготовлены и использоваться по назначению, Леонардо зачастую намеренно вносил в чертежи ошибки, с которыми устройства не могли функционировать. Несмотря на то, что ученый не разрабатывал военные механизмы и оружие только ради военных целей, он создал прототипы нескольких современных орудий массового уничтожения и заглянул в будущее как минимум на пару веков. Например, 33-ствольное орудие можно считать предшественником реактивной системы залпового огня «Град», бронированная машина стала прототипом танка, разрывные ядра – шрапнели.

Но самое, пожалуй, важное – это стратегический подход Леонардо к созданию военных машин. Да Винчи первым написал о важности прицельной стрельбы. В те времена только один из пятнадцати выпущенных снарядов достигал цели. Для увеличения этого показателя изобретатель снабжал свои военные машины механизмом, меняющим угол выстрела. Другая новая идея заключалась в том, чтобы уменьшить участие человека в приведении оружия в боевую готовность: чем больше функций выполняет машина, тем меньше вероятность ошибки. Кроме того, использование механизмов увеличивает скорострельность орудий, что дает огромное преимущество в бою. Если бы кто-нибудь из правителей прислушался к да Винчи и дал ученому возможность провести испытания и доработать свои военные машины, то его армия получила бы грандиозные преимущества. Однако история не терпит сослагательного наклонения. К счастью для ученого, его машины остались на бумаге и напрямую не повлияли на эволюцию военной техники, позволив нам считать его гениальным изобретателем, но не создателем ужасающих машин для убийств.

2.3. Волшебство полета

«Крылья будут! Если их сделаю не я, вместо меня

это сделает кто-нибудь другой»
Леонардо да Винчи

В 1505 году в возрасте 53 лет Леонардо записал: «Для меня это почти как сон – первое воспоминание детства. Я был в колыбели и огромный ястреб спустился ко мне. Он открыл мне рот своим хвостом. Его перья несколько раз коснулись моих губ» [9]. Неудивительно, что всю свою жизнь Леонардо испытывал сильную привязанность к птицам: он покупал их на городском рынке и отпускал в свободный полет, наблюдая за взмахами их крыльев. Леонардо оставил много рисунков птиц в полете, и одними из его первых чертежей были конструкции летательных машин. С доисторических времен люди мечтали о полетах, рассказывая о них в мифах и легендах, а также совершая попытки взлететь. Первые исследователи основывались на одной идее – создать имитацию полета птицы, поэтому они прикрепляли крылья к плечам или рукам человека. Леонардо также опирался в своих исследованиях на наблюдения за птицами, однако он пошел дальше своих предшественников. Развивая гениальную теорию полета, ученый создавал чертежи летательных аппаратов. В ходе своих исследований Леонардо изучал законы физики, свойства воздуха и ветра.

Парашют. Устройство, с которого Леонардо начал создание летательных аппаратов, – прототип парашюта. Во времена Леонардо идея создания приспособлений для спуска с высоты уже была высказана. Именно к эпохе Возрождения относятся первые известные нам европейские рисунки парашютов. На самом старинном из них, который датируется 1470 годом, человек висит под куполом конической формы, держась руками за перекладину. Леонардо изобразил свой парашют в 1485 году. Это жесткая конструкция в форме пирамиды с квадратом в основании, покрытая тканью. В приспособлении Леонардо не предусмотрено раскрытие купола, как в современных парашютах. Леонардо описал свой парашют таким образом: «Если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет 12 длин руки и высота – 12, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты» [8]. Современные исследователи, проверяя работоспособность устройств Леонардо, построили по его чертежам и парашют. В ходе одного из испытаний его изготовили из традиционных материалов, используя сосновые шесты и хлопковую материю. Размеры, которые Леонардо указал для парашюта, огромны – 12 локтей, что в современных мерах длины означает 6 –7 м. Масса конструкции – около 90 кг. Конечно, по сравнению с современными парашютами конструкция имеет недостатки, в частности масса парашюта примерно равна массе парашютиста, а в вершине купола отсутствует отверстие для стабилизации. Несмотря на это, испытания прошли успешно: материал вибрировал и пропускал воздух.

Неизвестно, был ли построен парашют при жизни ученого и проводились ли его испытания. Известно, что в 1617 году венецианский изобретатель хорватского происхождения Фауст Вранчич (1551–1617) изучал чертеж да Винчи и выдал его за свое изобретение. Позже он построил парашют, сохранив квадратную форму конструкции, но вместо купола, предложенного Леонардо, использовал что – то вроде паруса, размер которого зависел от массы парашютиста, считая, что это приведет к более эффективному снижению скорости. Изобретатель в возрасте 65 лет провел испытание самостоятельно, совершив прыжок с одной из башен в Венеции. Современная история парашютизма ведет отсчет с 1797 года. Французский воздухоплаватель Андре-Жак Гарнерен поднялся на воздушном шаре на высоту около 1 км и совершил первый прыжок с парашютом, успешно приземлившись.

Воздушный винт. Примерно в одно время с созданием чертежа парашюта Леонардо начал развивать другую идею – винтовое вращение, также основанное на принципе сопротивления. Нарисованный в период между 1483 и 1486 годом спиралевидный винт положил начало серии летательных аппаратов, создавая которые Леонардо исследовал механику полета. Первоначальное назначение винта – изучение его работы в воздухе. Конструкция не задумывалась как летательный аппарат. Вертолет Леонардо был снабжен не лопастями, а спиралевидным винтом с металлической окантовкой и полотняным покрытием. Его радиус составлял 4,8 м. Леонардо записал: «Остов винта должно сделать из железной проволоки толщиной в веревку; расстояние же от окружности до центра – 25 локтей. Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан, то есть, сделан из накрахмаленного полотна (во избежание разрывов) и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх» [9]. Сделанная из полых стеблей тростника, ткани и железной проволоки конструкция управляется четырьмя мужчинами. Вероятно, люди должны стоять на платформе и вручную вращать винты с помощью рукояток. Такому аппарату, конечно, было бы затруднительно оторваться от земли. Несмотря на то, что первый найденный рисунок модели вертолета датируется 1320 годом, причем конструкция винта удивительно напоминает лопасти современных устройств, идея Леонардо играет ключевую роль в развитии современного вертолетостроения. Леонардо да Винчи даже считают изобретателем вертолета. Его чертежи изучали многие инженеры.

Орнитоптеры. Живя в Милане с 1482 по 1499 год, Леонардо посвятил себя изучению различных летательных аппаратов, которые имели сложные механизмы и поднимались в воздух только за счет мускульной силы человека. Ученый рисовал различные виды крыльев, например похожие на крыло стрекозы или летучей мыши, создавал модели из древесины хвойных пород и молескина, покрытого перьями и накрахмаленной тафтой. Леонардо сделал несколько чертежей махолетов (орнитоптеров) – машин, летающих за счет взмахов крыльев. Согласно чертежам 1485–1487 годов, человек должен управлять летательным аппаратом, лежа лицом вниз на раме и используя силу рук и ног. Благодаря конструкции оси крыло одновременно перемещается вниз и назад, обеспечивая подъемную силу и поступательное движение вперед. Таким образом, аппарат Леонардо может лететь горизонтально. Ученый в своих заметках писал: «Этот прибор ты испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонуть. Надобно также, чтобы опускание крыльев производилось силою обеих ног одновременно, дабы ты мог задерживаться и балансировать, опуская одно крыло быстрее другого, смотря по надобности, так, как ты видишь, это делают коршуны и другие птицы. И притом опускание посредством двух ног всегда бывает более мощным, чем посредством одной… А поднимание крыльев должно совершаться силою пружины или, если хочешь, рукою, а еще лучше поднятием ноги, это – лучше, потому что руки у тебя тогда свободнее» [9].

На другом рисунке пилот контролирует движение за счет силы ног, а руки только помогают. Леонардо да Винчи детально продумал и изобразил орнитоптер с лежачим положением пилота, орнитоптер – лодку с вертикальным положением пилота (на рис.), орнитоптер с натянутым луком в качестве источника энергии и другие конструкции.

Планер. После неудачных экспериментов с орнитоптерами Леонардо решает воспроизвести самый простой способ полета – планирование. В своих заметках он пишет: «Прежде чем приступить к писанию о том, что летает, составь книгу о неодушевленных предметах, опускающихся в воздух без ветра, и другую о тех, что опускаются при ветре» [8]. Леонардо скрупулезно изучает падение листьев с деревьев, исследует планирование птиц, а также изобретает анемометр (измеритель силы ветра) и барометр. Для того чтобы заставить свои аппараты летать, Леонардо да Винчи тщательно изучает равновесие и балансировку. Первый планер Леонардо крепится к спине человека, который балансирует в полете, перемещая свой центр тяжести и центр тяжести аппарата. Крылья неподвижны, только их окончания могут менять свое положение. Пилот управляет крыльями с помощью тросов. За 10 лет до смерти Леонардо изобразил настоящий планер. Этот рисунок – начало развития идеи контролируемого планирующего полета. Под чертежом Леонардо написал: «… человек повернет направо, если он согнет правую руку и вытянет левую. Он повернет справа налево изменив положение рук» [9]. Эта фраза свидетельствует о том, какого прогресса в своих исследованиях достиг ученый: начав с нерабочих конструкций аппаратов, он пришел к четкому пониманию того, что потенциально человек может летать.

Как и во все самые важные рисунки, Леонардо внес дефект в конструкцию планера: он нарисовал его задом наперед. Уже в наше время несколько испытателей сконструировали планер по рисунку Леонардо. Они были удивлены, когда при тестировании модели в аэродинамической трубе оказалось, что над аппаратом создаются стойкий вихрь и область низкого давления, а под ним – высокое давление, то есть потенциально планер может лететь. Однако при испытании модели, построенной в натуральную величину из бамбуковых палок и полотняной ткани, она не взлетала, а заваливалась на бок. Просмотрев другие чертежи Леонардо, испытатели приделали к планеру хвост, и это принесло успех: механизм взлетел! В своих записях Леонардо отмечает такую мысль: «Великая птица совершит свой первый полет с горы Чечери и вызовет у всех изумление» [5].

Дом Леонардо располагался недалеко от горы Чечери, и существует легенда, что один из его учеников совершил неудачную попытку взлететь, сломав при падении ногу. Шел всего лишь XV век. В то время еще не открыли основы аэродинамики и полета. Только через три столетия, в 1783 году, первый воздушный шар – знаменитый монгольфьер, наполненный горячим воздухом, совершил полет и успешно приземлился во Франции. Спустя еще 70 лет, в 1853 году, сэр Джордж Кэйли смог пролететь только несколько метров на махолете собственной конструкции. И лишь в 1890 году немецкие инженеры братья Лилиенталь предприняли первые попытки полета на планере (на фото).

Широкая публика знает Леонардо да Винчи, прежде всего как автора знаменитой картины «Мона Лиза» и создателя чертежей летательных аппаратов. И это неудивительно: испытать радость полета и почувствовать свободу, паря в вышине, хочет каждый человек, поэтому так естественен интерес Леонардо к полету. Начав изучать теорию полета, Леонардо от создания чертежей летательных аппаратов пришел к попытке взлететь.

«Если вам довелось летать, то впредь вы будете ходить по земле, обратив глаза к небу. Ибо там вы были, и туда вы будете стремиться всегда» [5].

Заключение

В истории науки, являющейся историей человеческого познания, важны люди, совершающие революционные открытия. Без этого фактора история науки превращается в каталог или инвентарную книгу открытий. Самым ярким примером этого и является Леонардо да Винчи.

Леонардо да Винчи – итальянский художник, скульптор, архитектор, ученый, инженер, естествоиспытатель. Его необычайная и разносторонняя одаренность вызывала изумление и восхищение современников.

Среди размышлений и исследований Леонардо да Винчи особое место занимали 2 стихии: вода и воздух. Вода у него, прежде всего, как объект наблюдений и как полнота существования мира, существования в движении. В воздушной среде Леонардо привлекало другое: им владела мечта свободного полета. Это одна из немногих сфер его проектных размышлений, где он пытался возвести свою идею до конструкторской разработки. В Европе конца XV – начала XVI века было очень неспокойно: правители либо ожидали нападения, либо вынашивали планы атаки. И Леонардо да Винчи придумывал разнообразные механизмы для нападения и защиты. Поэтому в работе мы рассмотрели изобретения именно в этих трех сферах.

Исключительный интеллект Леонардо и запредельное воображение порождали нескончаемый поток сооружений. Их уникальная природа намного превосходила технические возможности того времени. Мы не знаем, сколько его идей было реализовано, потому, что до нас не дошло ничего из того, что он создал. Но ученый не остался бы при дворе, если бы его изобретения не работали. Некоторые разработки Леонардо да Винчи так и остались на чертежах. Какие – то были созданы позже, но их вытеснили другие более совершенные механизмы и они стали историей. Но все же многие идеи изобретателя спустя столетия были воплощены в жизнь и в том или ином виде существуют до сих пор.

Детальное изучение изобретений Леонардо позволили ученым XX века оценить их потенциал. По всему миру проходят выставки изобретений ученого, где представлены действующие модели, созданные по его чертежам (приложение 3). В 2009 году на канале Discovery Channel вышел цикл научно – популярных телепередач «Аппараты да Винчи», в которых группа из шести экспериментаторов воплотила гениальные идеи Леонардо в жизнь. Все эти испытания доказали жизнеспособность его идей.

Мы тоже сделали модель по чертежам изобретателя и убедились в том, что идеи ученого могли быть реализованы.

Искусство Леонардо да Винчи, его научные и теоретические исследования, уникальность его личности прошли через всю историю мировой культуры и науки, оказали на нее огромное влияние. Если считать гением того, кто внедряет новшества, кто видит мир намного шире своих современников, кто позволяет расширить границы познания, тогда да, он Гений.

Список литературы

1. Анцелиович Е. С. Леонардо да Винчи: Элементы физики. – М. : Учпедгиз, 1955. – 88 с.

2. Гастев А.А. Леонардо да Винчи. Жизнь замечательных людей. – М. : Молодая Гвардия, 1982. – 400 с.

3. Дживелегов А.К. Леонардо да Винчи. – М. : Искусство, 1974. – 208 стр.

4. Зубов В.П. Леонардо да Винчи. – М. : Наука, 2008. – 350 с.

5. Мамфорд Л. Миф машины. Техника и развитие человечества. – Монография. (Серия "Сигма"). – М. : Логос, 2001. – 408 с.

6. Медянкина М. Код да Винчи:10 мифов о Леонардо // Вокруг света. – 2016. – №12. стр. 124-125

7. Нардини Б. Жизнь Леонардо (в четырех частях). – М. : Планета, 1978.

8. Непомнящий Н.Н. Леонардо да Винчи. Опередивший время. – М. : Вече, 2014. – 363 с.

9. Рымаренко О.С. Леонардо да Винчи. Жизнь и открытия. – М. : Эксмо,2013. – 240 с.

10. Фоли В., Содэл В. Вклад Леонардо да Винчи в теоретическую механику. // В мире науки. – 1986. – №11. стр. 76-82

Интернет – ресурсы:

https://commons.wikimedia.org/wiki/User:OWK/gallery

http://skybox.org.ua/boevye-mekhanizmy-leonardo-da-vinchi

http://leonardodavinchi.ru

http://class-fizika.narod.ru/leo1.htm

http://orfelius.livejournal.com/48618.html

1^ Дож — титул выборного главы Венецианской республики.

6