Марианна Алферова - Леонардо да Винчи. Настоящая история гения
Часть пятая
Удивительная жизнь изобретателя Леонардо
Кое-что о теории и о Мастере
В этой последней части нашей книги мы не только расскажем об открытиях Леонардо, но и попробуем проследить, как воплотились в конце концов те идеи, которые так интересовали Мастера на протяжении всей жизни. К сожалению, лишь немногие изобретения Леонардо нашли воплощение в его время.
Уникальность да Винчи состоит в том, что он был одновременно художником и скульптором, ученым и инженером. Нет второго такого человека, одаренного столь разносторонне. Он зарисовывал явления природы, как будто их описывал. Зачастую он не формулирует законы – он их изображает. Кто еще кроме Леонардо смог бы так художественно изобразить зубчатые колеса и сборочный чертеж!
И если его заслуг как художника никто не пытается оспорить (ну или почти никто) и оценки искусствоведов относительно его вклада в развитие живописи в большинстве своем сходятся, то совсем иначе обстоит с оценкой роли Леонардо-ученого и Леонардо-изобретателя. Тут порой слышны мнения совершенно противоположные.
Реконструкция механического льва, созданного Леонардо да Винчи по заказу папы Льва X для французского короля Франциска I
Одни заявляют, что он изобрел все на свете, другие – будто он вообще ничего не изобретал, а, будучи человеком чрезвычайно любопытным, просто ходил и зарисовывал чужие механизмы, и теперь все считают, что это механизмы Леонардо. Да, в его записных книжках немало зарисовок уже известных машин – причем зачастую известных очень давно. Например – измеритель пути. Или катапульта. Или осадная башня для крепостных стен. Но Леонардо не просто зарисовывает подобные машины, он пытается их усовершенствовать, добавить что-то новое. И, раздумывая над усовершенствованием уже работающих машин, постоянно ищет новое. Он изобрел и сконструировал множество машин и механизмов, которые порой на столетия опережали его эпоху – подсмотреть их было просто не у кого.
Он первым от делил механизмы от машин – показав, что механизмы лишь составная часть последних. В основу усовершенствования машин он положил законы механики, предвосхитив тем самым появление такой дисциплины, как «теория машин и механизмов»[46].
Но эта наука появилась только к середине XVIII века, а реальное развитие получила с началом промышленной революции в XIX веке. Леонардо же в своих записях изучает отдельные базовые механизмы – колесо, червяк, пружину… Он написал «Трактат об элементах машин». К сожалению, эта часть его рукописей потеряна.
В тех бумагах, что сохранились до нашего времени, содержится порядка пятнадцати тысяч зарисовок различных машин и механизмов. Разумеется, в этой книге будут представлены далеко не все гениальные идеи Мастера. Леонардо оставил нам множество загадок на страницах своих записных книжек. Во-первых, нет никаких указаний, что именно Мастер заимствовал, а что придумал сам. Поэтому каждый раз ученым при анализе его записей приходится решать, какой же элемент новизны он внес в ту или иную машину или в тот или иной механизм. Во-вторых, многие его проекты дошли в виде быстрых на бросков, и реконструкторы вынуждены домысливать, как же должна была действовать та или иная модель. К тому же зачастую схемы не содержат никаких подсказок. Так, например, понадобилась работа целого коллектива, чтобы «разгадать» и построить модель «автомобиля» Леонардо, который на самом-то деле не является автомобилем. Есть десятки, сотни людей, буквально «заболевших» механизмами Леонардо. Они строят машины по его чертежам, раз за разом пытаются отправить в полет очередной орнитоптер. В Винчи, Риме и Милане есть музеи изобретений Леонардо, выставки с его работами путешествуют по миру … И, когда кажется, что все загадки вроде бы решены, Леонардо, улыбнувшись загадочной улыбкой, непременно подкинет какую-нибудь новую…
Иногда представляется, что Мастер изобрел практически все значимые машины нашего времени. Все, кроме велосипеда. Посему какой-то неизвестный хранитель рукописей, быть может раздосадованный подобным упущением, нарисовал на обратной стороне одного из листов Атлантического кодекса Леонардо велосипед. Рисунок этот обнаружили во время реставрационных работ в 1974 году.
Это явная подделка: рисунок сделан графитным карандашом, который был изобретен уже после смерти Мастера. К тому же изображена почти точная копия современного велосипеда, что, сами понимаете, несколько странно. Да и выполнен он не в манере Леонардо – не его рука.
Но кто знает – быть может, настоящий велосипед Мастера остался где-то в уничтоженных рукописях: ведь до нас дошло меньше половины его архива.
Во всяком случае, цепную передачу Леонардо изобрел…
Почему нам так интересен Леонардо-изобретатель? Да потому, что все его инженерные изобретения в принципе несложно понять (если, конечно, у вас есть хороший качественный рисунок с реконструкцией). К примеру, как работает система блоков, знает каждый школьник. С одной стороны, мы поражаемся сложности устройств, с другой – конструкторские решения Леонардо базируются на знаниях современной средней школы. Мы знаем, что Леонардо гений, но легко разгадываем тайны его машин (после небольших подсказок, но что с того?). Та к что получается, мы беседуем с гением на равных, на одном языке.
Леонардо да Винчи. Страница из рукописи Леонардо с изображением различных машин
Кое-что о механизмах, которые использовал Мастер
В зарисовках Леонардо часто встречаются зубчатые передачи – но большинство из них не похожи на современные. Обычно это колесо с торчащими по окружности колками (пальцами), оно соединяется с колесом в виде двух дисков, между которыми закреплены по окружности цилиндрические стержни. Эти стержни называются цевками, а такая передача – цевочной. Эти передачи передают небольшие усилия. Применяются они и сейчас. Такое колесо с цевками похоже на круглую решетчатую клетку. Цевочная передача может передавать движение как между параллельными валами, так и между расположенными перпендикулярно. В машинах Леонардо цевочная передача зачастую заменяла современную коническую. Сохранился рисунок Леонардо, где он изобразил зацепление зубьев двух зубчатых колес. В чем сложность создания зубчатого колеса? В работе должна быть всегда только одна пара зубьев, при входе и выходе колес из зацепления их не должно клинить, необходимо точно выдерживать шаг между зубьями. Первые зубчатые передачи делались треугольными со скругленными краями. Зубья на передаче нарезались вручную по шаблонам, каждый мастер эмпирическим методом находил оптимальную форму зубьев колеса (как это делал Леонардо на своем рисунке). И только Леонард Эйлер в XVIII веке разработал эвольвентный профиль передач[47].
Леонардо использовал также червячную передачу – например, для изменения угла поворота бомбарды. Опять же его колесо в червячной передаче деревянное с колками-пальцами.
Леонардо да Винчи. Рисунок зубчатой передачи. Обратите внимание на форму зубьев в зацеплении. По форме они отличаются от современных
Леонардо да Винчи. Установка для проведения испытаний махового крыла
Лист рукописи Леонардо. Рисунки машин и механизмов
Цепная передача. Manuscript-de-madrid
Современный вид червячной передачи
Валы червячной передачи перекрещиваются. Червяк – винт со специальной резьбой. У червячной передачи большое передаточное число, и к тому же передача обладает свойством самоторможения (то есть не работает в обратную сторону от колеса к червяку).
Леонардо использует ручной привод, поэтому в его механизмах нужны большие передаточные числа для получения большого усилия. Однако, выигрывая в силе, такие механизмы тут же проигрывают в расстоянии, а значит, и в скорости перемещения.
Также да Винчи использовал винтовую передачу для перемещения каретки (в машине по насечке напильников, например), анкерный механизм – также в машине по насечке напильников и в других машинах. В его рисунках встречается чертеж цепной передачи (не применявшейся прежде).
Одной из проблем для механиков эпохи Ренессанса было осуществление передачи движения с одного уровня на другой. Сейчас для этого разработаны стандартные схемы при конструировании машин. А тогда подобная проблема могла озадачить инженера. Однако Леонардо легко справлялся с этим. В его конструкциях зачастую движение передается валами, на которых сидят зубчатые колеса или колеса цевочных передач, по нескольку раз.
