История инженерной деятельности - В. Морозов

Творчество великих александрийских механиков было в основном направлено на постройку военных машин, водоподъемную технику, на сооружение малых автоматов, где они достигли большого совершенства. Они применяли и знали механизмы, изобретенные и распространившиеся значительно позже. В частности, Филон применял в своих приборах так называемый «карданов шарнир». Занимались они также механикой - геометрией и другими отделами математики: для них характерной была связь теории и практики.

Последним известным механиком александрийской школы был Папп Александрийский (ІІІ в. н.э.). В «Математическом собрании» Паппа механике посвящена восьмая книга. Папп называет механику наукой о материи и о природе элементов мира и указывает, что она изучает положение и тяжесть тел, движение их в пространстве, причины естественных и насильственных движений. Он различает теоретическую и практическую механику. К первой он относит результаты, связанные с арифметикой, геометрией, физикой и астрономией; практическая же механика изучает обработку меди, железа, дерева, строительное дело, живопись и прочие ремесла. Затем он описывает различные механические искусства: военные машины, строительные машины, автоматы и иные механические приспособления.

Учение о центре тяжести Папп излагает по Архимеду и Герону, а также описывает собственные исследования. Особое внимание он уделяет подъему тел по наклонной плоскости и передаче движения зубчатыми колесами. В частности, доказывает, что скорости вращения двух колес, находящихся в зацеплении, обратно пропорциональны числам зубьев и что числа зубьев соотносятся как диаметры колес. Он решает также задачу об определении диаметра колеса по числу его зубьев и по диаметру и числу зубьев другого колеса, находящегося в зацеплении с ним.

Можно сказать, что механика в Древней Греции достигла высокого уровня развития. Так, в частности, гидравлика развивалась так успешно, что уже в ХІV в. до н.э. на территории Греции строились публичные бани с водопроводом, сложной системой канализации. К 600 г. до н.э. относится первая попытка прорыть канал на коринфском перешейке, в конце VI в. до н.э. был построен водопровод в Афинах, в V в. до н.э. был сооружен канал, соединивший Нил с Красным морем, во ІІ в. до н.э. построен водопровод в Антиохии, Пергаме.

К механике эпохи эллинизма примыкает механика Рима и Карфагена. Достаточно подробные сведения об уровне римской механики можно получить из сочинения «Об архитектуре» Марка Витрувия, архитектора эпохи Августа (І в. до н.э.).

Так, книга Х этого трактата посвящена описанию машин и механических приспособлений и их действию. Почти половина Х книги трактата (главы 10-16) посвящены описанию военных машин и прочей военной техники. К этому времени военные машины достигли большого совершенства и разнообразия. Как правило, они работали за счет энергии, накапливаемой при закручивании упругого элемента, в качестве которого применялись сухожилия животных или волос (большей частью женский).

Баллисты, катапульты, палинтоны применялись для метания камней, бревен, стрел. Создавались эти машины в большом количестве, и конструкции их были разработаны весьма тщательно. В качестве основания для расчета брались толщина пучка жил, называемая модулем катапульты или вес снаряда. Например, катапульта «в один талант» (талант – около 26 кг) метала снаряд весом 1 талант; длина его равнялась 7,6 м., высота – около 7 м. При обороне Сиракуз Архимед строил катапульты «в три таланта», которые метали камни «на одну стадию» – около 185 м.

Строили и иной конструкции машины – онагры, скорпионы (метали стрелы). Так, Дионисий Александрийский построил полибол, в котором к скорпиону было добавлено приспособление для быстрой подачи стрел – античный пулемет. Ктесибию принадлежало изобретение аэротона - военной машины, в которой роль упругого элемента играл сжатый воздух.

Количество машин, которым располагали воинские части, иногда бывало весьма значительным. Так, при взятии Карфагена в руки римлян попало 476 тяжелых орудий и 2500 скорпионов.

Значительные познания в механике, а именно в практической, имели также античные архитекторы. На основании длительного опыта, совершенствовавшегося на протяжении многих поколений, они выработали ряд эмпирических правил, которыми и пользовались в своей практической деятельности. Интересно, что индусские храмы, египетские пирамиды, вавилонский Сикуррат и греческие колонны всегда суживаются кверху, как это положено для сооружений, материал которых работает на сжатие.

Многие из сооружений того времени (особенно египетские обелиски) опрокинуты и разрушены человеческою злобою, но ни один не опрокинут бурею и до сих пор стоят – так отмечают ученые. Примечательно, что египетские и греческие колонны строились высотой не более девяти диаметров. Современные специалисты знают, что за этим пределом начинается опасность продольного изгиба. Древние архитекторы соблюдали эти условия (видимо, знали). Хорошо была освоена и механика постройки античных кораблей, которые иногда достигали солидных размеров (греческий корабль «Александрия» (264 г. до н.э.) длиной 125 м., приводился в движение двумя тысячами гребцов, скорость около 7,4 км/час), причем греческие и египетские корабли отличались по конструкции.

Многие сочинения по механике не дошли до нас. Часто встречаются сочинения, не имеющие имени автора. Иногда они переписывались без указания автора. Ясно одно, что знания в области механики имеют древнее происхождение. Развитие познаний в области механики обусловливалось необходимостью решать задачи строительства зданий, устройства военных машин, объяснять различные виды движений и многим другим.

В ІV в. Римская империя разделилась на Восточную со столицей в Византии и Западную - со столицей в Риме. В 476 г. Западная была уничтожена под ударами внешних и внутренних противоречий. Византия же просуществовала долго. Уровень познаний в области математики и механики в Византии был относительно высоким: сохранялось накопленное и достаточно комментировались сочинения эпохи эллинизма, а также был написан ряд интересных сочинений по фортификации и военной технике. Одним из авторов таких работ был Герон Младший (VII в.). Работал здесь выдающийся математик, оптик, механик Иоанн Филопон (ок. 660 г.). Именно он выступил против мнения Аристотеля, развитого его последователями – парипатетиками, что воздух воспринимает импульс, сообщенный брошенному телу, и играет по отношению к нему роль двигателя. Филопон утверждал, что полет в безвоздушном пространстве осуществляется легче, чем в среде воздуха, и следовательно, импульс сообщается от двигателя исключительно брошенному телу.

Византия богата интересными храмовыми и другими постройками. Так, в 532-537 гг. два византийских архитектора и механика Исидор Милетский и Анфимий Тралльский построили в Константинополе храм Святой Софии с куполом, диаметр которого в основании имел 31,4 м. При этом вес купола равномерно распределялся на поддерживающую его конструкцию.

Крупным ученым в области математики и механики был византийский ученый Лев Математик (ок.815 – ок. 870), армянин по происхождению. Ему принадлежат автоматическая система механизмов для тронного зала византийского императора: около трона он поставил золотых львов и птиц, которые во время торжественных аудиенций приводились в движение; птицы, кроме того, пели. Как видим, Византия сохранила искусство построения автоматов, развитое александрийскими механиками.

Было бы ошибкой думать, что только непосредственно в Византии развивалась механика. В сфере влияния Византийской империи находились Абхазия, Грузия и Армения, которым часто приходилось вести с ней борьбу, но влияние греческой культуры здесь было достаточно сильным. Вместе с тем это влияние было и обратным. Среди деятелей науки и техники Византии встречаются армянские и грузинские имена.

Техника Закавказья эпохи І тысячелетия была весьма высокой. Здесь были развиты обработка металлов, керамическое и ткацкое производства, обработка кож. По-видимому, первое железо было добыто в армянских горах, на горных речках Закавказья были построены водяные мельницы – первые машины в истории человечества. В Армении был разработан интересный вариант соединения купольных устоев со стенами, учитывавший сейсмические условия страны.

В Грузии особое развитие получило строительство крепостей и оборонных сооружений. Крепости строили с учетом рельефа местности. Сохранившийся от V-VI веков грузинские храмы и иные сооружения доказывают не только полную самостоятельность строителей и присущее им чувство красоты, но и большие познания в механике. Ими были созданы интересные строительные конструкции, учитывающие распределение сил, ряд решений соединений купола с поддерживающими его стенами.