Текст книги "История и философия техники"

Молниеотвод

Известный египтолог Бругш Паша установил, что громоотводы существовали еще в египетских храмах. Они представляли собой высокие деревянные мачты с металлической обшивкой, прикрепленные к пилонам (воротам) на фасаде храмов. «Мачты, – гласит старинная запись, – были установлены парами, чтобы рассеять грозу в небесах». Такие мачты, только сделанные из железа, были известны древним индусам. Высокие медные статуи времен римских деятелей Нумы Помпилия и Туллия Гастилия тоже служили для того, чтобы отводить удары молнии.

Предполагают, однако, что молниеотводы были известны раньше на 1000 лет минойцам Крита. Греческий археолог Хриссула Кардара доказывала, что многие маленькие храмы находились на вершинах горных цепей потому, что это связано с культом поклонения грому с целью вызвать дождь путем индуктирования молний. Кардара представила научным кругам несколько минойских рисунков остроконечных святилищ, у которых на фасаде были копьевидные мачты. Они не были похожи на египетские. К тому же становится понятным, что если эти мачты металлические, то они должны были притягивать молнию плывущих мимо грозовых туч и вызывать дождь. Кстати, древним критским божествам кузнечного дела – тельхинам ничего не стоило вызвать с небес молнии и дождь.

Попав вместе с крестоносцами в Константинополь, французский писатель Роберо де Клери среди прочих чудес города обратил внимание, что на воротах был шар из золота, который был сделан с таким волшебством, что, по словам греков, с тех пор как там был этот шар, никогда ни один удар грома не попал в город.

Альберти писал: «Существуют в природе вещи, которым присуща сила немаловажная; в дерево лавр, в птицу орла и в рыбу морскую корову, говорят, не попадают молнии. Если их заделать в сооружение, то, по мнению некоторых, оно остается недосягаемым для молний и невредимым». Однако сам Альберти в это не верил.

Между тем люди предчувствовали, что от молний, приносящих столько бед, можно защищаться. Чтобы защитить дом от ударов молний, в Богемии сжигали на стволе и ветвях деревьев наросты, которые, по народному преданию, возникают от ударов молнии. Эти наросты были чем-то вроде громоотвода, защищали от молнии. Английский исследователь Джеймс Джордж Фрейзер описал, как в одном южноафриканском племени шаман прикреплял на крыше великолепные бычьи рога, чтобы они предохраняли дом и его обитателей от ударов молнии.

Молнию боялись повсюду. В Финляндии с грозой связывается день Святого Иакова – 25 июля. В этот день дома производилась уборка, пол застилали листвой, запрещалось стирать, колоть дрова и вообще шуметь во избежание попадания грома и молнии в дом. В одном из домов в испанском городе Ахтерхуке еще в середине XX в. над входной дверью можно было увидеть доску с изображением святого Христофеля. Хозяин дома пояснил, что святой защищает дом и двор от молнии.

Но о громоотводе, как и о многом другом, было надолго забыто, и лишь в XVIII в. американский физик Франклин изобрел (а может быть, повторил древнее изобретение) громоотвод, спасший тысячи жителей и большое число сооружений. Франклин определил электрические свойства остроконечных проводников и предложил пользоваться ими для уничтожения электричества в грозовых тучах.

Изобретение встретили по-разному. Парижские модницы пошили шляпки с громоотводами, в то же время парижский домовладелец де Визери, поставивший на своем доме в Сен-Опера громоотвод, был предан суду. Сосед возбудил против него уголовное дело. И не удивительно: громоотвод не признала даже Парижская академия. Процесс длился четыре года. Защитником громоотвода на процессе выступил никому еще не известный адвокат Максимилиан Робеспьер, на стороне противников громоотвода экспертом выступал Жан-Поль Марат. В конце концов де Визери был оправдан. Но французы еще долго противились громоотводу. Возможно, это продолжалось бы и дольше, но, как говорится, несчастье помогло. В 1782 г. в Филадельфии (США) было установлено 400 громоотводов (всего в городе было в то время 1300 домов). Крыши всех общественных зданий, за исключением, разумеется, гостиницы французского посольства, были увенчаны металлическими штырями громоотводов. Во время грозы 27 марта 1782 г. именно в эту гостиницу ударила молния. Здание гостиницы было частично разрушено, а живший в ней французский офицер был убит. После этого случая даже Франция официально признала громоотвод.

В «Описании столичного города Санкт-Петербурга», изданном в 1794 г., О. Безак отмечает, что в 1784 г. в городе построен театр и что «ради громовых ударов сделан при сем театре громовой отвод, где копие Минервы управляет молниею».

Высказывалось немало противоречивых и ошибочных суждений о том, как действует и как должен быть устроен молниеотвод (ну, конечно, не громо-, а молниеотвод). Первое время после его создания убедительно доказывалось, то на конце стержня следует прикреплять металлический или даже стеклянный шарик. Высказывались опасения, что если молниеотвод уйдет далеко во влажную землю, то возможен взрыв.

А в наши дни одна из американских компаний, производящих молниеотводы, начала устанавливать на их верхушках радиоактивные источники. Предполагается, что такой источник радиации будет способствовать ионизации воздуха, вызывая тем самым разряд молнии на молниеотвод и оберегая здания.

В Новгородской первой летописи записано: «Зажжье гром церковь». Но Новгородская третья летопись уже писала о молнии как о причине пожара.

В русском словаре XVIII в. описана «громовая стрела»: «Громовая стрела, каменья большие, кремневые, подобно стрельному копию находятся, на оба концы остро. Простой народ верят оным из облак быть, и якобы они в третьей год по ударе являются, а обманщики оныя во многую пользу, особливо для окачивания младенцев за великое лекарство употребляют и от несмысленных за то деньги берут. Но из философов ныне уже все то за истину приняли, что гром происходит токмо в воздухе и ударение его единственно духом, ибо никогда на животном убитом такой раны не бывает, и деревья или каменья колет духом, что порохом доказуется, чего никаким камнем, ни пулею учинить неможно».

Директор физико-математической обсерватории в Гаване Адрес Пози опубликовал в 1861 г. свой собственный обзор происшествий с участием молний. Среди них, например, такое: в Сан-Винсенте (Куба) 24 июля 1852 г. на некоторых сухих листьях были обнаружены отпечатки пальмовых хижин и их окружения.

Маяки

В 332–331 гг. до н. э. Александр Македонский основал столицу эллинического Египта Александрию. Здесь находился знаменитый Александрийский муссейон – один из главных научных и культурных центров античного мира, а при нем не менее знаменитая Александрийская библиотека, в которой насчитывалось чуть ли не 700 тысяч томов греческих и восточных книг. Александрия была самым богатым городом своего времени. Много замечательных сооружений было возведено в Александрии. К ним принадлежит и Александрийский маяк на скалистом острове Форос вблизи дельты Нила.

Использование маяков началось в глубокой древности и связано с развитием мореплавания. Вначале это были костры, расположенные на высоких берегах, а затем искусственные сооружения. Одно из семи чудес Древнего мира Александрийский, или Форосский светящийся маяк был сооружен в 283 г. до н. э., строительство этого гигантского сооружения заняло всего пять лет, что само по себе примечательно.

Основным строительным материалом для него послужили известняк, мрамор, гранит. Строительством маяка руководил известный греческий архитектор Сострат Книдский. Писатель II в. до н. э. Лукиан рассказывает, что по окончании работы Сострат высек на камне сооружения слова: «Сын Дексифрана Сострат – богам-хранителям, на благо плавающим». Эту надпись Сострат покрыл слоем цемента и сверху написал имя Птолемея Сотера, правившего в то время. Вскоре цемент осыпался, и все увидели первую надпись. Однако Посидипп, современник Сострата, воспел его в стихах, которые пережили маяк и донесли до нас не только имя его создателя, но описание самого форосского дива:

 
И высоко, рассекая эфир, поднимается башня,
Всюду за множество верст видная путнику днем;
Ночью же издали видят плывущие морем все время
Свет от большого огня в самом верху маяка…
 

Маяк состоял из трех поставленных одна на другую постепенно уменьшающихся башен. Высота маяка огромна: по одним данным, 120 м, по описаниям Ибн-аль-Сайха (XI в.) – 130–140 м, по некоторым современным публикациям – даже 180 м.

Основание нижней башни квадратное – размер стороны 30,5 м. Нижняя башня высотой в 60 м была сложена из каменных плит, украшенных изящной скульптурой. Средняя, восьмигранная, башня высотой в 40 м, облицована беломраморными плитами. Верхняя башня – фонарь – круглая, с куполом, установленном на гранитных колоннах, была увенчана огромной бронзовой статуей покровителя морей Посейдона высотой в 8 м.

На верхушке третьей башни в объемистой бронзовой чаше тлел древесный уголь, отблеск которого при помощи сложной системы зеркал на 100 миль указывал местонахождение гавани, через весь маяк проходила шахта, вокруг которой по спирали поднимались пандус (отлогий путь без ступенек) и лестница. По широкому и отлогому пандусу на вершину маяка въезжали повозки, запряженные ослами. По шахте доставляли горючее для огня маяка.

Высокий маяк служил великолепным наблюдательным пунктом. Система металлических зеркал использовалась и для обзора морского пространства, позволяя обнаруживать вражеские суда задолго до того, как они появлялись у берега. Здесь были устроены флюгер, часы и астрономические приборы.

Маяк, воздвигнутый на острове Форос, по своим огромным размерам и сложной системе отражателей света был единственным в своем роде сооружением. Вот как охарактеризовал его Ахилл Татий в своем романе «Левкиппа и Клитофонт»: «…строение причудливое и удивительное. Гора, посреди моря лежавшая, доходила до самых облаков, и вода протекала под этим сооружением. А оно высилось, вися над морем».

Александрийский маяк простоял около 1500 лет, неся службу светоча, помогая ориентироваться средиземноморским «кибернетос», как называли кормчих древние греки. Маяк дважды страдал от землетрясений, но его восстанавливали, пока, наконец, он не разрушился из-за выветривания камня. Затем на развалинах маяка воздвигли средневековую крепость.

От одного из семи чудес Древнего мира, казалось, ничего не осталось, кроме руин, встроенных в Кайт-Бей, где они существуют и поныне, да имени. Название острова превратилось в символ: «форос» стало означать маяк (по-гречески pharos, по-итальянски faro, по-французски phare). Отсюда и современное «фара».

Маяк в Булони во Франции был первоначально построен в 46 г. н. э. императором Калигулой как памятник в его честь, но в 191 г. н. э. стал использоваться по назначению. Он был примерно 200 футов высотой и имел 12 или 13 этажей, сужаясь кверху. На другой стороне канала были построены два маяка в форме восьмиугольника (около 1000 г. н. э.).

В наши дни самый яркий маяк в мире стоит на острове Уэссан у берегов Бретани (Франция). Этот 50-метровый маяк посылает в Атлантику сигналы мощностью 500 млн свечей.

В 1974 г. на берегу Балтийского моря, на территории Советского Союза, был построен маяк, который получает энергию от атомного реактора. Им управляют с суши.

Катапульты

Катапульта – метательная машина, приводимая в действие силами упругости скрученных волокон – сухожилий, волос и др. Катапульты известны еще со времен Древнего Египта. Причем египтяне при конструировании катапульт применяли методы стандартизации. По двум важнейшим параметрам – диаметру снаряда и дальности его полета – были составлены таблицы, позволявшие вычислять габариты элементов конструкции катапульт необходимой мощности.

Применялась катапульта в Древней Греции и Риме до конца V в., главным образом при осаде крепостей, а облегченные образцы (с IV в. до н. э.) – ив полевом бою.

Катапульты метали на расстояние нескольких сотен метров каменные ядра, бревна, бочки с горящей смолой, а также стрелы длиной 185 см и массой до 1,5 кг на расстояние до 150 м.

В древности катапульта состояла из горизонтальной и вертикальной рам. В горизонтальной раме располагался пучок скрученных жил, в него вставлялся рычаг с углублением (в виде ложки) вверху для снаряда (камни, бревна, бочки и др.), бросавшегося по цели навесно.

Во времена македонского царя Филиппа II (359–336 гг. до н. э.) были созданы большие катапульты с тетивой из жил животных. Они стреляли стрелами в 13 футов длиной, что вдвое превышало длину стрел существующих до того орудий, например, механизмов Дионисия.

Сын Филиппа Александр Македонский использовал катапульты весьма эффективно: сокрушал хорошо укрупненные города Персидской империи, в частности, Тир в Ливане.

На супергрузовом корабле «Сиракузия», построенном в III в. до н. э. для Пирона из Сиракуз, были установлены гигантские катапульты. Они способны были метать камни весом 173 фунта (1 фунт = 0,453 кг) на расстояние 220 ярдов (1 ярд = 0,91 м).

Филон Византийский в учебнике по артиллерийскому делу в 200 г. до н. э. писал, что стена должна быть по меньшей мере 15 футов толщиной, чтобы выдержать удары камней весом до 350 фунтов, кроме этого, следовало выкопать глубокие рвы в 500 футах от городских стен.

В то же время на вооружении были и небольшие катапульты, в создании которых особых успехов добились римляне. Такие катапульты устанавливались на железных станинах с колесами. Их можно было сравнительно легко доставлять на поле брани. В них применялись обычно стрелы стандартного типа – 27 дюймов длиной, дальность их полета – примерно 700 ярдов.

Примерно в 100 г. до н. э. Дионисий Александрийский изобрел небольшую автоматическую катапульту, которые современные историки не без основания называют древней разновидностью автомата. В этой катапульте магазин со стрелами устанавливался над пазом катапульты, в который опускалась новая стрела после, того как предыдущая была выпущена в цель. Такая катапульта отличалась меткостью и дальнобойностью – стрела летела на 600 футов. Однако у нее был недостаток. Установив прицел, его нельзя было изменить, т. е. катапульта могла стрелять только прямо перед собой, против атакующих войск, пересекавших определенный участок местности.

Решить эту задачу удалось не скоро – в Китае в XI–XII вв. н. э., тогда и стрелы стали окунать в яд, любая царапина становилась смертельной.

Архимед

Великий ученый Архимед (287–212 гг. до н. э.) был и гениальным механиком. Он родился в Сиракузах в Сицилии, посещал занятия в Александрийском музее, затем вернулся в Сиракузы, был, как пишут историки, чем-то вроде военного инженера (на самом деле достижения Архимеда в области инженерного дела не сводились к одним лишь военным машинам) при дворе сиракузского тирана Гиерона, который, кстати сказать, приходился ему родственником. Подобно Платону, он считал недостойным философа использование науки в практических целях и тем не менее изобрел несколько исключительно полезных машин. Из них наиболее известен «архимедов винт», который широко применялся для удаления воды из корабельных трюмов и для дренажа полей в Египте после ежегодных паводков. Архимед изобрел несколько катапульт, благодаря которым в 212 г. до н. э. длительное время удавалось отражать осаду Сиракуз римским флотом.

В математике Архимед дошел до изобретения интегрального исчисления, намного опередив свое время. Он проверил и создал теорию пяти механизмов, известных в его время и именуемых «простые механизмы»: рычаг, клин, блок, бесконечный винт и лебедка. Впрочем, бесконечный винт, возможно, он не изобрел, а усовершенствовал гидравлический винт, который служил египтянам для осушения болот. Сегодня «архимедов винт» используется, например, в обыкновенной мясорубке.

Изобретение бесконечного винта привело Архимеда к другому важному изобретению, пережившему тысячелетия, а именно – к изобретению болта, сконструированного из винта и гайки.

В своей «Механике» Архимед дал математическое определение центров тяжести простых тел и равновесия системы рычагов.

В «Сравнительных жизнеописаниях» Плутарх писал: «Марцелл… приступил к осаде Сиракуз одновременно и с суши и с моря: сухопутное войско повел Аппий, под командою же Марцелла были шестьдесят пентер, нагруженных всевозможным оружием и метательными снарядами. На огромный поплавок из восьми связанных друг с другом судов он поставил осадную машину и стал подходить к стене, твердо полагаясь на количество и превосходство своего снаряжения, равно как и на славу собственного имени. Но все было совершенно бессильно перед Архимедом и его машинами».

Марк Клавдий Марцелл негодовал, рассматривая с высоты утеса свои горящие корабли. Поистине загадочная была история. Стоило его судну приблизиться к стене осажденного года, как оно вспыхивало, словно свеча.

Есть легенда, что Архимед, фокусируя слабые солнечные лучи с помощью зеркал, сжег римский флот, осаждавший Сиракузы. Во всяком случае, он оставил книгу «О зажигательных стеклах».

Сам Архимед считал сооружение машин занятием, не заслуживающим ни трудов, ни внимания; большинство их, как утверждает Плутарх, появилось на свет как бы попутно, в виде забав геометрии, и то лишь потому, что царь Гиерон из честолюбия убедил Архимеда хоть не надолго отвлечь свое искусство от умозрений и, обратив его на вещи осязаемые, в какой-то мере воплотить свою мысль, соединить ее с повседневными нуждами и таким образом сделать более ясной и зримой для большинства людей.

Как-то раз Архимед написал царю Гиерону, с которым был в дружбе и родстве, что «будь в его распоряжении другая Земля, на которую можно было бы встать, он сдвинул бы с места нашу». Гиерон изумился и попросил претворить эту мысль в действие и показать какую-либо тяжесть, перемещаемую малым усилием, и тогда Архимед велел наполнить обычной кладью царское трехмачтовое грузовое судно, недавно с огромным трудом вытащенное на берег целою толпой людей, посадил на него большую команду матросов, а сам сел поодаль и, без всякого напряжения вытягивая конец каната, пропущенного через составной блок, придвинул к себе корабль – так медленно и ровно, точно тот плыл по морю. Царь был поражен и, осознав все могущество этого искусства, убедил Архимеда построить ему несколько машин для защиты и для нападения, которые могли бы пригодиться во всякой осаде; самому Гиерону, проведшему большую часть жизни в мире и празднествах, не пришлось воспользоваться ими, но теперь и машины, и их изобретатель сослужили сиракузянам верную службу.

«Итак, – продолжает повествование Плутарх, – римляне напали с двух сторон, и сиракузяне растерялись и притихли от страха, полагая, что им нечем сдержать столь грозную силу. Но тут Архимед пустил в ход свои машины, и в неприятеля, наступающего с суши, понеслись всевозможных размеров стрелы и огромные каменные глыбы, летевшие с невероятным шумом и чудовищной скоростью, – они сокрушали все и всех на своем пути и приводили в расстройство боевые ряды, – а на вражеские суда вдруг стали опускаться укрепленные на стенах брусья и либо топили их силою толчка, либо, схватив железными руками или клювами вроде журавлиных, вытаскивали носом вверх из воды, а потом, кормою вперед, пускали ко дну, либо, наконец, приведенные в круговое движение скрытыми внутри оттяжными канатами, увлекали за собою корабль и, раскрутив его, швыряли на скалы и утесы у подножия стены, а моряки погибали мучительной смертью. Нередко взору открывалось ужасное зрелище: поднятый высоко над морем корабль раскачивался в разные стороны до тех пор, пока все до последнего человека не оказывались сброшенными за борт или разнесенными в клочья, а опустевшее судно разбивалось о стену или снова падало на воду, когда железные челюсти разжимались».

Машина, которую Марцелл поставил на поплавок из восьми судов, называлась «самбука», потому что очертаниями несколько напоминала струнный музыкальный инструмент восточного происхождения – самбуку. Не успела она приблизиться к стене, как в нее полетел камень весом в десять талантов, затем другой и третий. С огромной силой и оглушительным лязгом они обрушились на машину, разили ее основание, расшатали стены.

Мацелл, не видя иного выхода, и сам поспешно отплыл, и сухопутным войскам приказал отступить. На совете было решено ночью, если удастся, подойти вплотную к стене: сила натяжения канатов, которыми пользуется Архимед, рассуждали римляне, такова, что придает стрелам большую дальность полета, и, стало быть, некоторое пространство вблизи полностью защищено от ударов.

Но Архимед, по-видимому, заранее все предусмотрел, приготовил машины, разящие на любое расстояние, и короткие стрелы. Рядом с небольшими, но часто пробитыми отверстиями в стенах были расставлены невидимые врагу скорпионы (машина для метания стрел и камней, работавшая как исполинская рогатка) с малым натяжением, бьющие совсем близко.

И вот когда римляне подошли к стене, как они полагали, совершенно незаметно, их снова встретил град стрел, на головы им почти отвесно посыпались камни, а сверху отовсюду полетели дротики; и они отступили. Когда же они оказались в некотором отдалении, сиракузяне опять засыпали их стрелами, поражая бегущих; многие погибли, многие корабли столкнулись, меж тем как отплатить врагу римляне были не в силах: ведь большая часть архимедовых машин была скрыта за стенами, и римлянам казалось, что они борются с богами – столько бед обрушилось на них неведомо откуда.

Сам римский консул Марцелл сказал, что Архимед «…превзошел сказочных великанов – столько снарядов он в нас мечет!». Плутарх же добавляет, что «…прочие сиракузяне были как бы телом архимедовых устройств, душою же, приводящею все в движение, был он один: лишь его машины обороняли город и отражали натиск неприятеля, тогда как все остальное оружие лежало без движения».

Для Архимеда мысль указывать в теоретическом труде на его практическую применимость, видимо, казалась абсурдной – труд должен быть построен по канонам «чистой» доказательной науки типа евклидовой геометрии. Много веков спустя другой великий ученый Галилей писал: «Сам Архимед научил меня удовлетворять свой разум только тем, в чем убеждают меня рассуждения, а не только авторитет учителя…»

Архимед был убит, когда римляне овладели городом, несмотря на указание Марцелла сохранить в неприкосновенности его жизнь и дом.

Кроме знаменитого «Эврика!», будто бы связанного с открытием Архимедом закона о теле, погруженном в жидкость, и великих изобретений, в историю вошло еще одно изречение на все времена «Не трогай моих чертежей!», обращенное к солдату.

От несохранившихся трактатов Архимеда дошел ряд фрагментов, цитируемых Героном (в «Механике»), Паппом (в «Механической библиотеке») и другими авторами. Герон приводит длинный отрывок из раннего сочинения Архимеда – «Книги опор». Исследователи отмечают, что в нем еще нет строгости, присущей зрелым трудам великого сиракузца, и содержится ряд ошибок, относящихся к распределению опорных реакций и показывающих, что в период написания этой книги Архимед еще не знал, что вес тела можно считать сосредоточенным в его центре тяжести.

Последним, возможно, предсмертным трудом Архимеда был трактат «О плавающих телах», заложивший математические основы новой науки – гидростатики. Не исключено, что его написание было стимулировано популярной историей с короной царя Гиерона.