Наиболее дерзновенной мечтой Леонардо-изобретателя, без сомнения, был полет человека.
Одной из самых первых (и самых известных) зарисовок на эту тему является схема устройства, которое в наше время принято считать прототипом вертолета. Леонардо предлагал сделать из тонкого льна, пропитанного крахмалом, воздушный винт диаметром 5 метров. Он должен был приводиться в движение четырьмя людьми, вращающими рычаги по кругу. Современные специалисты утверждают, что мускульной силы четырех человек не хватило бы для поднятия данного устройства в воздух(тем более что даже в случае подъема эта конструкция стала бы вращаться вокруг своей оси), однако если бы в качестве «двигателя» использовалась, например, мощная пружина, такой «вертолет» был бы способен на полет - пускай и кратковременный.
Вскоре Леонардо охладел к винтовым летательным аппаратам и переключил внимание на механизм полета, который успешно работал уже миллионы лет, - крыло птицы. Леонардо да Винчи был убежден, что «человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух». Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого летательного аппарата придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.
Леонардо исследовал и описал с удивительной точностью полет птиц. Он знал, что давление воздуха на нижнюю поверхность крыльев создает силу, которую теперь называют подъемной; он исследовал анатомию летательных органов, сопротивление воздуха и динамическую роль центра тяжести для движения. Он так определял план исследований: «Если хочешь говорить о таких вещах, ты должен в первой части определить природу сопротивления воздуха; во второй - строение птицы и ее оперения; в третьей - действие этого оперения при различных движениях; в четвертой - роль крыльев и хвоста». Именно этот сознательный метод научного исследования и является главной заслугой Леонардо.
После долгого и внимательного изучения полета птиц, которое он начал еще во время пребывания в Милане, Леонардо спроектировал в 1490 г., а возможно, и построил первую модель летательного аппарата. Эта модель имела крылья, как у летучей мыши, и с ее помощью, используя мускульные усилия рук и ног, человек должен был полететь. Теперь мы знаем, что в такой постановке задача неразрешима, потому что мускульной энергии человека для полета недостаточно.
Понял ли это Леонардо или нет, но когда через пятнадцать лет он, находясь во Фьезоле, снова взялся за изучение полета, он думал уже о полете с помощью ветра, т. е. о парящем полете, справедливо заметив, что в этом случае требуется меньше усилий для удержания и продвижения в воздухе. Он разработал конструкцию планера, прикреплявшегося к спине человека так, чтобы последний мог балансировать в полете. Основная, самая широкая часть крыльев была неподвижна, однако их окончания могли изгибаться при помощи тросов и изменять направление полета.
Пророческим оказался чертеж устройства, которое сам Леонардо описывал так: «Если у вас есть достаточно льняной ткани, сшитой в пирамиду с основанием в 12 ярдов (примерно 7 м 20 см), то вы сможете прыгать с любой высоты без всякого вреда для своего тела».
Мастер сделал эту запись в промежутке между 1483 и 1486 годом. Несколько веков спустя такое устройство получило название «парашют» (от греческого para - «против» и французского «chute» - падение). Первые спуски с парашютом совершили французы - инженер Веранцио (с крыши высокой башни в 1617 году) и воздухоплаватель Гарнеран (с воздушного шара в 1797 году). Эту идею Леонардо довел до логического конца лишь русский изобретатель Котельников, создавший в 1911 году первый ранцевый спасательный парашют, крепившийся к спине пилота.
Летательные аппараты по чертежам Леонардо да Винчи в наше время:
Летательные аппараты Леонардо да Винчи в играх:
Летательные аппараты
Леонардо да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".
Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri", придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.
Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.
С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об "инструменте", основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.
Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как "сухой лист”.
Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить "качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ”которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе".
ИДЕЯ ПОЛЕТА В ТРУДАХ ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ
Дмитрий Алексеевич Соболев, канд.техн. наук, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова, РАН
Одной из самых интересных страниц в многогранном творчестве Леонардо да Винчи являются исследования, посвященные проблеме полета человека. Леонардо был первым из ученых, кто всерьез занялся изучением этой темы. В его рукописях встречаются рисунки и краткие описания различных летательных аппаратов. К этой теме он возвращался на протяжении всей своей творческой деятельности: первые проекты летательных машин относятся к середине 80-х гг. XV века, а последние датируются вторым десятилетием XVI века.
Наиболее многочисленны проекты аппаратов с машущими крыльями - орнитоптеров. Это вполне естественно, так как образцом для подражания на раннем этапе развития авиации всегда была птица.
Первый известный проект летательной машины Леонардо да Винчи - это проект орнитоптера, где человек должен находиться в лежачем положении (1485-1487 гг.) (рис. 1). Для взмахов крыльями нужно использовать и силу рук, и силу ног "пилота". Ось крыла располагалась таким образом, чтобы при движении вниз оно одновременно двигалось назад, создавая наряду с подъемной силой и силу, направленную вперед, необходимую для горизонтального полета.
Леонардо не только привел краткое описание конструкции, но и дал рекомендации об испытаниях аппарата. Он 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" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведени. М.1955. С. 605).
Для управления высотой полета да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове человека. Поднимая и опуская голову, испытатель должен был, по замыслу Леонардо, поднимать и опускать хвостовую поверхность орнитоптера (рис. 2).
Стремясь уменьшить затраты сил на движение крыльями, великий итальянский изобретатель предложил делать на машущих поверхностях специальные матерчатые клапаны, которые при движении крыла вниз плотно прижимались бы к натянутой на арматуру крыла сетке, а при обратном ходе открывались, позволяя свободно проходить воздуху. Похожая идея применялась позднее другими конструкторами орнитоптеров.
Еще одним вариантом орнитоптера, предложенным Леонардо в те же годы, был аппарат, в котором человек должен был осуществлять взмахи крыльями, наподобие велосипедиста вращая ногами колеса, соединенные рычагами с силовой конструкцией крыльев (рис. 3). На наброске этого аппарата обращает на себя внимание нечто напоминающее колокольчик, подвешенный перед лицом "пилота". Исследователи до сих спорят, что бы это могло быть. На мой взгляд, данное устройство - это маятник, предназначенный для индикации положения в пространстве. Известно, что примерно в 1485 г. ученый сделал эскиз такого устройства (рис. 4). Если это так, то мы видим первый рисунок авиационного прибора.
Наиболее известный проект - орнитоптер-лодка (рис. 5). Он датируется примерно 1487 г. Судя по всему, человек должен был сидеть или стоять в лодке, двигая соединенные с крыльями рычаги. Еще один рычаг предназначался для поворотов горизонтального руля, напоминающего по форме хвост птицы.
В конце 1480-х гг. Леонардо да Винчи делает чертеж и описание большой летательной машины с двумя парами машущих крыльев (рис. 6). Стоящий в чем-то наподобие чаши, мужчина приводил крылья в движение с помощью системы блоков. Интересно, что аппарат имел убираемое шасси; опоры могли складываться вверх с помощью ворота и тросов (рис. 7).
Леонардо так объяснял концепцию своего нового орнитоптера: "Я решил, что стоять на ногах лучше, чем лежать плашмя, ибо прибор никогда не может перевернуться вверх ногами... Подъем и опускание при движении [крыльев] будут производиться опусканием и подниманием обеих ног, что дает большую силу, а руки остаются свободными. Если бы тебе пришлось бы лежать плашмя, то ноги, в берцовых суставах, сильно уставали бы..." (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения..С.606).
Данное рассуждение, конечно, верно, но тем не менее этот проект следует отнести к наименее удачному результату творческих изысканий Леонардо да Винчи. Очень большие размеры аппарата: размах крыльев - 40 локтей (около 16 м), высота конструкции - 25 локтей (10 м), сложная и тяжелая трансмиссия - все это делало шансы на подъем в воздух еще менее реальными, чем у прежних орнитоптеров.
Подсказку для выхода из этой тупиковой ситуации дало тщательное изучение механизма полета птиц, которым ученый увлекся на рубеже XV-XVI вв. Наблюдение за пернатыми натолкнуло его на верную мысль о том, что основная тяга в полете создается концевыми частями крыла. В результате в самом конце XV в. Леонардо делает чертеж принципиально нового проекта орнитоптера - с крылом, состоящим из двух шарнирно соединенных частей (рис. 10). Взмахи должны были осуществляться внешними частями, составляющими около половины общей площади крыла. Данная идея, являющаяся первым шагом в зарождении концепции аппарата с неподвижным крылом - самолета, нашла практическое воплощение в последнем десятилетии XIX в. в экспериментах знаменитого немецкого пионера авиации О. Лилиенталя. Известно, что тот пробовал совершать полеты с планером, концы крыла приводились в движение от закрепленного на его теле двигателя (рис. 11).
Следующий шаг в эволюции взглядов Леонардо на конструкцию летательной машины связан с исследованием им механизма парящего и планирующего полета пернатых. Он пришел в выводу: "...Когда птица находится в ветре, она может держаться на нем без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.497).
Основываясь на этом принципе, известным в наши дни как принцип обратимости движения, Леонардо приходит к выводу: не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер должен ударять в крылья и нести их в воздухе, как движет он парусный корабль. Тогда пилоту летательной машины необходимо будет только обеспечивать равновесие с помощью крыльев. "Не нужно много силы, чтобы поддерживать себя и балансировать на своих крыльях и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями", - пишет Леонардо да Винчи в 1505 г. (Giacomelly, R. The aerodynamics of Leonardo da Vinci // Aernautical Journal. 1930. Vol. 34. P. 1021)
Опираясь на разработанную им концепцию, ученый задумал создать новый тип летательного аппарата. Скорее всего он должен был принципиально отличаться от орнитоптеров прежних лет. По мнению итальянского исследователя творчества Леонардо да Винчи Р. Джакомелли, это мог быть моноплан с размахом крыльев приблизительно 18 м, предназначенный для полетов в восходящих потоках воздуха (по современной терминологии - планер-паритель). Крылья были подвижные, но по сравнению с предшествующими проектами подвижность их была весьма ограничена и служила бы только для балансировки (Giacomelly, R. Leonardo da Vinci e il volo meccanico // L"Aerotechnica. 1927. No. 8. P. 518-524.).
Пилотируемая "искусственная птица" должна была стартовать с вершины горы Монте Чечери (гора Лебедя) в окрестностях Флоренции и, подхваченная вертикальными потоками, подняться в воздух. "Большая птица начнет первый полет со спины своего исполинского лебедя, наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания, - вечной славой гнезду, где она родилась", - написал Леонардо да Винчи в своем "Трактате о полете птиц" (1505 г.) (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.494).
Но Италии не суждено было стать родиной планеризма. Загруженный многочисленными заказами, Леонардо так и не смог приступить к осуществлению своей идеи (или не захотел - для него всегда было интереснее генерировать проекты и постулаты, нежели воплощать их в жизнь).
Незадолго до смерти ученый еще раз вернулся к мыслям о движении по воздуху с помощью неподвижного крыла. В его рукописи, хранящейся в Институте Франции в Париже, есть малоизвестный рисунок, датируемый 1510-1515 гг. (рис. 12). На нем изображен человек, который, держась руками за плоскость, спускается по воздуху, и имеется указание о способе управления: "Этот [человек] будет двигаться направо, если он согнет правую руку и распрямит левую; и будет затем двигаться справа налево при перемене положения рук" (Gibbs-Smith, С. Leonardo da Vinci"s aeronautics. London, 1967. P. 21.). По-видимому, данная идея простейшего балансирного планера, или, точнее, управляемого парашюта, возникла у Леонардо в результате наблюдения за падением листа бумаги в воздухе.
Говоря о изысканиях Леонардо да Винчи в области полета, нельзя не упомянуть еще о двух пионерских проектах - проекте парашюта и проекте вертолета. Оба они сделаны в 1480-е гг., одновременно с первыми предложениями по созданию орнитоптеров.
Рисунок спускающегося на пирамидовидном парашюте человека (рис. 13) Леонардо сопроводил надписью: "Если у человека шатер из прокрахмаленного полотна, шириною в 12 локтей и вышиною в 12, он сможет бросаться с любой большой высоты без опасности для себя" (Леонардо да Винчи. Избранные естественно-научные произведения. С.615).
Знакомое многим изображение вертолета Леонардо да Винчи (рис. 14) представляет собой первый проект вертикально взлетающего летательного аппарата. В отличие от современных вертолетов с лопастным винтом, эта машина должна была подниматься в воздух с помощью хорошо известного в XV в. архимедова винта, диаметром около 8 м. Несмотря на то, что винт должен был раскручиваться вручную, Леонардо да Винчи верил в осуществимость своего проекта: "Я говорю, что когда этот прибор, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение [...] названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх".
Как всякие первые предложения, эти проекты были еще несовершенны. Парашют не имел специального отверстия в вершине купола, обеспечивающего устойчивую траекторию снижения, а в проекте вертолета не учитывалось влияние реактивного момента от вращения винта, который раскручивал бы расположенную внизу конструкцию, далека от наилучшей была и форма винта. Но тем не менее оба они представляют собой выдающиеся технические предвидения.
Замечательные идеи Леонардо да Винчи долгое время оставались неизвестными, так как он не опубликовал результаты своих исследований. В конечном итоге то, к чему Леонардо пришел в течение нескольких десятилетий, затянулось на века. Только в XVIII столетии на смену безуспешным попыткам полета с помощью взмахов прикрепленными к рукам и ногам крыльями пришли первые проекты летательных аппаратов с образующим подъемную силу неподвижным крылом и небольшими подвижными крыльями для создания направленной вперед силы - Сведенборга (Швеция, 1716 г.), Бауэра (Германия, 1763 г.), Кейли (Англия, 1799 г.). Полеты на балансирных планерах начались в конце XIX в., а первые вертолеты появились только в XX в.
Анализ развития взглядов на конструкцию крылатого летательного аппарата в трудах Леонардо да Винчи и в работах последующих пионеров авиации позволяет сделать следующий общий вывод: вопреки распространенной среди историков авиации точке зрения, идея самолета зародилась не сама по себе как альтернативная орнитоптеру концепция, а "выросла" из проектов аппаратов с машущим крылом через ряд промежуточных образцов полусамолетов-полуорнитоптеров, автором первых из которых был великий Леонардо.
Вертикальный "ORNITOTTERO"
Необходимость в более мощном источнике энергии привела Леонардо к мысли задействовать все части человеческого тела в процессе полета. На рисунке - человек, управляющий скользящими механизмами не только с помощью рук и ног, но и головы, которая, по словам Леонардо, "имеет силу, равную 200 фунтам" . Человек стоит в центре огромного сосуда, который представляет собой чашу диаметром 12 м, снабженную лестницей (12 м). Крылья аппарата имели ширину 24 м и размах 4,8 м. На этом аппарате Леонардо предполагал использовать две пары крыльев, машущих поочередно.
Измеритель величины наклона
Этот прибор представляет собой маятник, помещенный внутрь стеклянного сосуда (в форме колокола), служащий для того, чтобы "направить аппарат (летательный) прямо или под наклоном, как предпочитаете, т. е. когда захочется лететь прямо, установите шарик в середину круга".
Леонардо да Винчи по праву занимает одно из первых мест среди изобретателей всех веков и народов. Он сумел предсказать и предопределить ход многих изобретений и мыслил так, что это расходилось с общепринятыми тогда нормами и подходами. В этой статье вы узнаете, что изобрёл Леонардо да Винчи. Мы постараемся дать весь список изобретений Леонардо и максимально раскрыть принципы и суть работы его механизмов.
Читайте также:
- Изобретения Леонардо да Винчи — часть 1
Леонардо да Винчи получил известность ещё при жизни, но мировая слава и известность пришли к нему спустя столетия, когда в XIX веке были найдены его заметки и записи. В его бумагах содержались наброски и эскизы удивительных изобретений и механизмов. Многие свои работы он делил на специальные «кодексы», а общий объём его работ составляет порядка 13 тысяч страниц. Основным препятствием для реализации его идей был низкий технологический и научный уровень эпохи Средневековья. В XX веке многие из его изобретений были повторены если не в реальную величину, то в виде макетов и уменьшенных копий, хотя нередко находились смельчаки и энтузиасты, готовы повторять всё в точности так, как описывал великий изобретатель Леонардо да Винчи.
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
Леонардо да Винчи был практически одержим мечтами о летательных аппаратах и возможности полёта, ведь ни одна машина не способна вызвать того трепетного восхищения и удивления, как машина, способная парить в воздухе, как птица.
В его записях можно было встретить такую мысль «наблюдай, как плывёт рыба, и ты познаешь секрет полёта». Леонардо сумел совершить интеллектуальный прорыв. Он понял, что вода ведёт себя как воздух, так он получил прикладные знания о том, как создать подъёмную силу и проявил необыкновенное понимание предмета, которое поражает специалистов по сей день.
Один из интересных концептов, встречающихся в работе гения, является прототип вертолёта или винтового вертикального летательного аппарата.
Вокруг наброска присутствует и описание воздушного винта да Винчи (геликон). Покрытие винта должно было быть железное толщиной с нить. Высота должна быть примерно 5 метров, а радиус винта порядка 2 метров. Аппарат должен был приводиться в движение при помощи мускульной силы четырёх человек.
В приведённом ниже видео четверо инженеров-энтузиастов, историк и специалист по лёгким аэропланам постарались развить идею вертолёта Леонардо и постараться заставить его полететь, правда при этом им было разрешено использовать ряд современных технологий и материалов. В итоге выяснилось, что такая конструкция имеет ряд серьёзных недостатков, главным из которых было отсутствие необходимой для полёта тяги, поэтому энтузиасты пошли на значительные модификации, а вот получилось у них или нет, узнайте из видео.
Самолёт Леонардо да Винчи
Изобретатель недолго просидел с идеей вертолёта и решил пойти дальше, пробуя создать прототип самолёта. Здесь источником для знаний выступили птицы.
Ниже на картинке приведены чертежи крыльев, а также наброски дельтаплана, который после постройки в наше время оказался вполне себе работоспособным.
Хотя в полной мере нельзя назвать его изобретение самолётом, лучше всего ему подходит название махолёт или орнитоптер, то есть воздушный аппарат, поднимаемый в воздух за счёт реакции воздуха с его плоскостями (крыльями), которым путём мускульного усилия передаётся маховое движение, как у птиц
Леонардо тщательно начал делать расчёты и начал он с уток. Он измерил длину утиного крыла, после чего оказалась, что длина крыла равняется квадратному корню из её веса. Исходя из таких предпосылок, Леонардо решил, что для поднятия в воздух его махолёта с человеком на борту (что достигало порядка 136 килограмм), потребуется создать птицеподобные крылья длиною 12 метров.
Интересный факт о дельтаплане. В игре Assasin’s Creed 2 главный герой использует летающую машину (дельтаплан) да Винчи, чтобы долететь с одного края города Венеции до другого.
А если вы являетесь поклонником фильмов Брюса Уиллиса, то можете вспомнить, что в фильме «Гудзонский ястреб» упоминают дельтаплан и парашют да Винчи. А на дельтаплане да Винчи главный герой даже полетал.
Парашют Леонардо да Винчи
Конечно, Леонардо не изобретал свой парашют для того, чтобы спасаться в случае падения летательного аппарата, это был тоже летательный аппарат, который бы позволял плавно спускать с большой высоты. Ниже приведён эскиз парашюта, его расчёты и конструкция.
Парашют изобретателя имеет форму пирамиды, обтянутой плотной тканью. Основание пирамиды было длиною около 7 метров 20 см.
Интересно, что именно в России изобретатель Котельников доведёт до ума парашют да Винчи, сделав первый в истории ранцевый парашют, который можно будет крепить на спине у пилота и использовать при катапультировании.
В 2000-м году парашютист из Англии Андриан Николас решил испытать изобретение Леонардо в том виде, в котором он его придумал, заменив в нём только материал, понимая, что лён не выдержит такой нагрузки. Первая попытка оказалась провальной, поэтому ему пришлось использовать запасной парашют. Правда в 2008 году уже швейцарец Оливье Тепп сумел достигнуть успеха. Он отказался от жёсткой конструкции парашюта и спрыгнул с высоты в 650 метров. Естествоиспытатель утверждает, что сам спуск оказался безопасным, но управлять таким парашютом невозможно.
ИЗОБРЕТЕНИЯ ИЗ ОБЛАСТИ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА
В сфере архитектуры и строительства Леонардо также добился впечатляющих познаний. Он исследовал прочность и сопротивляемость материалов, обнаружил ряд фундаментальных принципов, сумел понять, как оптимальнее всего передвигать различные объекты.
Леонардо исследовал силу, которая необходима для поднятия тел различной массы. Чтобы поднять тяжёлый объект по наклонной плоскости, обдумывалась идея использования системы винтов, лебёдок и кабестанов.
Кран для поднятия длинных предметов
Основание бруса или столба опирается на специальную платформу с парой колёс, которая подтягивается горизонтальным канатом снизу. Сила, которую необходимо прикладывать для подтягивания горизонтального каната всегда остаётся постоянной, а перемещение столба происходит по прямой линии.
Леонардо изобрёл систему из колёс и молотков для поднятия грузов. Работа системы похожа на работу ударов молота при чеканки, только происходит это всё на специальном зубчатом колесе. Три молотка со специальным клином, входящим между штифтов, бьют по колесу, вращая его и барабан, где прикреплён груз.
Передвижной подъемный кран и винтовой подъемник
Высокий подъёмный кран изображён на эскизе справа. Как можно догадаться, он предназначался для строительства высоких построек и сооружений (башни, купола, колокольни и так далее). Размещался кран на специальной тележке, которая двигалась вдоль направляющего каната, который протягивался над краном.
Винтовой подъёмник изображён на эскизе слева и предназначался для установки колонн и поднятия других тяжёлых предметов. Конструкция представляет из себя огромный винт, который приводится в движение силой четырёх человек. Понятно, что в данном случае высота и общая конструкция такого подъёмника ограничивает возможности его применения.
Эскиз подъемного крана на тележке и винтового подъемника
Кран на кольцевой платформе
Данный кран очень похож на современные краны по своей функциональности и использовался строителями в конце XIV века. Данный подъёмник позволяет перемещать тяжёлые объекты вокруг себя. Для его работы необходимо было задействовать двух рабочих. Первый находился на нижней платформе и при помощи барабана поднимал тяжёлые объекты, а на верхней платформе находился второй рабочий и с помощью штурвала вращал подъёмник вокруг своей оси. Также у крана были колёса, которые позволяли его передвигать. Такие краны использовались во времена Леонардо для установки столбов и колонн, строительства высоких стен, куполов церквей, крыш домов и прочего. Так как машины были деревянные, то после использования их обычно сжигали.
Экскаваторы Леонардо да Винчи
Сегодня вряд ли кого-то можно удивить экскаватором, но мало кто задумывается над тем, как они были придуманы. Есть точка зрения, что прототипы экскаваторов использовались ещё в Древнем Египте при постройке каналов и углубления русел рек, но по-настоящему концептуальную модель экскаватора придумал, конечно, великий Леонардо да Винчи.
Экскаваторы эпохи Возрождения, конечно, не отличались особой автоматикой и нуждались в ручном труде рабочих, но они его сильно облегчали, ведь теперь рабочим было проще перемещать изъятый грунт. Эскизы экскаваторов дают нам примерно представления о том, насколько огромные по тем временам это были машины. Экскаватор использовал принцип передвижения монорельса, то есть двигался вдоль одного рельса, перекрывая при этом всю ширину канала, а стрелы его кранов могли при этом поворачиваться на 180°.
Крепостная башня и двойная винтовая лестница
На рисунке вы можете видеть эскиз части крепости. Слева от крепостной башни сделан набросок винтовой лестницы, которая является важной составляющей башни. Конструкция лестницы похожа на всем известный винт Архимеда. Если вы присмотритесь к лестнице, то заметите, что она двойная и её части не пересекаются, то есть вы можете с товарищем подниматься или спускаться по разным спиралям лестницы и не знать друг о друге. Таким образом можно по одной стороне спускаться, а по другой подниматься. не мешая друг другу. Это крайне полезное свойство во время военной суеты. Каждая часть, соответственно, имеет свой вход и выход. На эскизе не добавлены ступеньки, но у реальной лестницы они есть.
Лестницу, изобретённую Леонардо, построили после его смерти в 1519 году во Франции внутри замка Шамбор, который служил королевской резиденцией. В Шамборе 77 лестниц, есть винтовые, но только двойная винтовая лестница, сделанная по эскизам да Винчи, стала интересной достопримечательностью.
Здание-лабиринт с множеством лестниц, входов и выходов
Леонардо также задумывался над более изощрёнными архитектурными концептами из лестниц. В данном случае это самый настоящий лабиринт! В этом сооружении 4 входа и 4 лестницы, которые закручиваются по спирали одна над другой, обвиваясь вокруг центральной колонны в виде квадратного столба.. Леонардо прекрасно умел находить гармонические структуры, сочетая геометрические особенности пространства, линии, формы и материалы, создавая в итоге целостные самодостаточные постройки.
Раздвижной (поворотный) мост
Эскиз поворотного моста Леонардо да Винчи
Ещё один мост, который, к сожалению, так и остался лишь проектом — это мост, способный пропускать корабли, плывущие по реке. Его главным отличием от современных мостов, работающих по принципу разведения, является способность поворачиваться, как дверь. Такой эффект достигается за счёт системы кабестанов, шарниров, лебёдок и противовесов, где один конец моста закреплён на специальном вращающемся механизме, а второй конец немного приподнимается для поворота.
Самоподдерживающийся («мобильный») мост
Этот мост является ответом на вопрос: «как можно из подручных средств быстро соорудить полноценную переправу?». Причём ответ крайне красив и оригинален.
Эскиз самоподдерживающегося мост Леонардо да Винчи
Данный мост образует арку, то есть является арочным, а сама сборка не нуждается ни в гвоздях, ни в верёвках. Распределение нагрузки в конструкции моста происходит за счёт взаимного распирания и давления элементов друг на друга. Собрать такой мост можно в любом месте, где растут деревья, а они растут почти везде.
Назначение моста было военным и было необходимо для мобильной и скрытной переброски войск. Леонардо предполагал, что такой мост может построить небольшая группа солдат, используя растущие рядом деревья. Сам Леонардо назвал свой мост «Надёжность».
Подвесной мост
Данный тип моста являлся ещё одним примером мобильного сборно-разборного моста, который солдаты могли собирать, используя канаты и лебёдки. Такой мост быстро собирался и разбирался после себя во время наступлений и отступлений войск.
Как и во многих других проектах Леонардно да Винчи, здесь использован принципы напряжения, статики и сопротивления материалов. Устройство этого моста похоже на устройство висячих мостов, где точно также основные несущие элементы сделаны из лебёдок и канатов и не нуждаются в дополнительных опорах.
Данный мост, созданный 500 лет назад, мог служить хорошим военным приспособлением и во времена Второй Мировой войны. Позже инженеры последующих веков пришли к мнению, что такая конструкция моста оптимальна, а принципы, использованные в подвесном мосту, применяются и во многих современных мостах.
Мост для турецкого султана
В 1502-1503 гг султан Баязид II начал искать проекты для постройки моста через бухту Золотой рог. Леонардо предложил султану интересный проект моста, который предполагал построить мост длиной 240 метра и шириной 24 метра, что выглядело в то время как нечто грандиозное. Интересно также отметить и то, что другой проект предложил Микеланджело. Правда ни одному из проектов так и не удалось оказаться реализованными на практике.
Прошло 500 лет и концепцией моста заинтересовались в Норвегии. В 2001 году недалеко от Осло в небольшом городе Ас была построена уменьшенная копия моста да Винчи. Архитекторы и строители постарались не отступать от чертежей мастера, но кое-где применили современные материалы и технологии.
Город будущего Леонардо да Винчи
В 1484-1485 гг в Милане разразилась чума, от которой умерло порядка 50 тысяч людей. Леонардо да Винчи предположил, что причиной чумы являлись антисанитария, грязь и перенаселённость, поэтому он предложил герцогу Людовико Сфорца построить новый город, лишённый всех этих проблем. Проект Леонардо сейчас бы нам напомнил различные попытки писателей-фантастов изобразить утопический город, в котором нет проблем, где решением всего являются технологии.
Наброски улиц идеального города будущего Леонардо да Винчи
По плану великого гения город состоял 10 районов, где должны были проживать по 30000 людей, при этом каждый район и дом в нём обеспечивались индивидуальным водопроводом, а ширина улиц должна была быть минимум равной среднестатистической высоте лошади (много позже Государственный совет Лондона сообщил, что данные пропорции являются идеальными и в соответствии с ними надо привести все улицы в Лондоне). При этом город был многоярусным. Ярусы связывались посредством лестниц и переходов. Самый верхний ярус занимали влиятельные и богатые представители общества, а нижний ярус город оставался для торговцев и оказания различного рода услуг.
Город мог стать самым великим достижением архитектурной мысли своего времени и мог бы реализовать многие технические достижения великого изобретателя. не стоит правда думать, что город представлял из себя сплошные механизмы, в первую очередь Леонардо делал акцент на удобстве, практичности и гигиене. Площади и улицы задумывались крайне просторными, что не соответствовало тогдашним средневековым представлениям.
Важным моментом была система водных каналов, связывающих весь город. Посредством сложной системы гидравлики вода приходила в каждую городскую постройку. Да Винчи считал, что это поможет изжить антисанитарный образ жизни и свести появление чумы и прочих заболеваний к минимуму.
Людовико Сфорца посчитал данный проект авантюрным и отказал в его реализации. Под самый конец своей жизни Леонардо пытался презентовать этот проект королю Франции Франциску I, но проект, к сожалению, никого не заинтересовал и остался нереализованным.
ВОДНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Леонардо создал множество эскизов, посвящённых водным устройствам, устройствам манипулирования водой, различным водопроводам и фонтанам, а также ирригационным машинам. Леонардо настолько любил воду, что занимался всем, что как-либо соприкасалось с водой.
Усовершенствованный архимедов винт
Древние греки в лице Архимеда давно изобрели устройство, позволяющее поднимать воду за счёт механики, а не ручного труда. Такой механизм изобрёл примерно в 287-222 годах до н.э. Леонардо да Винчи усовершенствовал механизм Архимеда. Он внимательно рассмотрел различные соотношения между углом наклона оси и необходимым количеством спиралей, чтобы выбрать оптимальные параметры. Благодаря доработкам, механизм винта стал доставлять больший объём воды при меньших потерях.
На эскизе винт изображён слева. Он представляет из себя трубку плотно обёрнутую трубку. Вода поднимается по трубке и попадает из специальную ванной наверх. Вращая рукоятку, вода будет литься непрерывным потоком.
Винт Архимеда до сих пор применяется для орошения сельхозугодий, а принципы винта лежат в основе множества промышленных насосных станций и насосов.
Водяное колесо
Леонардо старался отыскать наиболее оптимальный способ использования силы и энергии воды при помощи различных систем из колёс. Он изучал гидродинамику и изобрёл в конечном итоге водяное колесо, которое изображено ниже на эскизе. В колесе были сделаны специальные чаши, которые черпали воду из нижней ёмкости и переливали её в верхнюю.
Это колесо использовалось для очистки каналов и углубления дна. Располагаясь на плоту и имея четыре лопасти, водяное колесо приводилось в движение ручной силой и собирало ил. Ил укладывался на плот, который был закреплён между двумя лодками. Колесо перемещалось также вдоль вертикальной оси, что позволяло регулировать глубину зачерпывания колеса.
Водяное колесо с вёдрами
Леонардо предложил интересный способ доставки воды в условиях города. Для этого использовалась система из вёдер и цепей, на которых крепились вёдра. Интересно то, что для работы механизма не требовался человек, так как вся работа выполнялась рекой через водяное колесо.
Ворота для шлюза
Изобретателем была улучшена система шлюзовых ворот. Теперь можно было управлять количеством воды таким образом, чтобы выравнивать давление с обеих сторон шлюзовых ворот, что упрощало работу с ними. Для этого в больших воротах Леонардо сделал маленькие ворота с засовом.
Также Леонардо изобрёл канал с системой шлюзов, позволяющей кораблям продолжать судоходство даже по склонам. Система ворот позволяла контролировать уровень воды таким образом, чтобы корабли могли проходить по воде без затруднений.
Дыхательный аппарат под водой
Леонардо настолько любил воду, что придумал инструкции для погружения под воду, разработал и описал водолазный костюм.
Водолазы по логике Леонардо должны были участвовать в постановке судна на якорь. Водолазы в таком костюме могли дышать при помощи воздуха, который находил в подводном колоколе. Также костюмы имели стеклянные маски, позволявшие видеть под водой. Также костюм имел усовершенствованную дыхательную трубку, которой пользовались ещё в более древние времена ныряльщики. Шланг изготовлен из тростника, а места соединения скреплены непромокаемой материей. В самом шланге имеется пружинная вставка, позволяющая шлангу повысить свою прочность (ведь на дне большое давление воды), а также делает его более гибким.
В 2002 году профессиональный водолаз Жак Козенс устроил эксперимент и изготовил костюм водолаза по чертежам Леонардо, сделав его из свиной кожи и с бамбуковыми трубками, а также воздушным куполом. Опыт показал, что конструкция неидеальна и эксперимент имел лишь частичный успех.
Изобретение ласт
Перепончатая перчатка, которую изобрёл Леонардо, сейчас бы называлась ластами. Она позволяла оставаться на плаву и увеличивала дистанцию, на которую человеку мог заплыть в море.
Пять длинных палок из дерева продолжали строение скелета человека вдоль фаланг пальцев и соединялись между собой перепонками, как у водоплавающих. В основе современных ласт положен точно такой же принцип.
Изобретение водных лыж
Изобретатель старался решить задачу преодоления длинного мелководья солдатами и пришёл к выводу, что можно использовать шкуру, предварительно наполненную воздухом (мешки из кожи), прикрепив эту шкуру к ногам людей.
Если объём мешка будет достаточным, то он сумеет выдержать вес человека. Также Леонардо предполагал использовать брус из дерева, который обладал повышенной плавучестью. В руки солдаты должны брать два специальных шества. чтобы контролировать равновесие и двигаться вперёд.
Идея Леонардо оказалась неудачной, но похожий принцип лёг в основу водных лыж.
Спасательный круг
Если перевести надпись, которая расположена внизу рисунка, то можно прочесть «Как спасти жизнь в случае шторма или кораблекрушения». Это незамысловатое изобретение является ничем иным, как спасательным кругом, позволяющим человеку оставаться выше уровня воды и не тонуть. Предполагалось, что круг будет выполнен из лёгкой коры дубы, который можно было встретить везде в Средиземноморье.
Колесная лодка
В Средние века моря и реки оставались удобными и оптимальными транспортными путями. Милан или Флоренция жизненно зависели от морского судоходства и наличия быстрых и безопасных водных средств передвижения.
Леонардо создал эскиз лодки с гребным колесом с лопастями. Четыре лопасти похожи по форме на плавники водоплавающих. Человек крутил двумя ногами педали, тем самым вращая колесо. Принцип возвратно-поступательных движений заставлял колесо крутиться против часовой стрелки, поэтому лодка начинала движение вперёд.
Модель лодки Леонардо
На видео ниже можете посмотреть более детально устройство лодки с колёсами:
Гений Леонардо да Винчи. Механизмы. Летательные аппараты
Автопортрет. 1512 года.
Леонардо да Винчи (1452-1519гг.) - один из титанов эпохи Возрождения, итальянский живописец, скульптор, архитектор, ученый и инженер. Неутомимый ученый-экспериментатор и гениальный художник, Леонардо да Винчи остался в истории символом эпохи, которая «нуждалась в титанах и... породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености».
Искусственный полет был задачей, постоянно занимавшей воображение Леонардо: он работал над ее разрешением около двадцати пяти лет. Он подходил к ней, как и к другим своим задачам, руководствуясь определенным правилом, которое звучит как предпосылка ко всему, что он делал: "Хотя человеческая искусность способна многое изобрести... все же она никогда не создаст предмет более прекрасного, простого и правильного, чем создает природа, потому что в ее изобретениях нет ничего лишнего, ничего недостающего (ничего нельзя прибавить, ничего отнять)". К несчастью для Леонардо, секрет движущей силы навсегда остался скрыт для него, поэтому его кропотливые усилия по имитации полета птиц ни к чему не привели. В основном он сосредоточивался на конструировании машин. Иногда одержимость идеей доводила его до крайности: например, он нарисовал конструкцию машины с парным комплектом педалей и шарообразным корпусом (слева внизу). Однако некоторые из его разработок просто блестящи. Без сомнения, чрезвычайно удачен пирамидальный парашют, и вполне может быть, что именно Леонардо первым его изобрел.
В последние годы жизни мало рисовал, но активно занимался другими областями деятельности, посвящая себя научным экспериментам и скрупулезным наблюдениям за природой. Значительное число его дневников и чертежей, часть из которых храниться в Королевской Библиотеке в Виндзоре, свидетельствует о его неповторимом исследовательском уме и исключительном интеллекте. Леонардо не был ученым-гуманитарием и, кажется, мало интересовался классической литературой и культурой. Следовательно, он не был типичным гуманистом, но он завоевал при жизни огромную репутацию и убедительно доказал, что художник - это мыслитель, а не ремесленник.
Далее Вы познакомитесь с рисунками (и комментариям к ним) гениального Леонардо да Винчи.
Леонардо да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".
Убежденный в своей правоте, он начал разрабатывать аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri" , придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.
Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями, когда зависает в воздухе, летит вперед или приземляется. Его интересовали также перепончатые крылья летучих мышей. На основе этих наблюдений Леонардо сконструировал огромные крылья, предназначенные не только для поднятия человека в воздух, но и удержания его в полете, благодаря элеронам и шарнирам. Он собирался имитировать воздушную акробатику птиц, их способность беречь энергию в полете и точно приземляться. До конца XV столетия Леонардо был убежден, что сможет осуществить проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед. Впрочем, лук не решал проблем автономности в полете, возникающих при быстром раскручивании пружины.
С 1503 по 1506 г. Леонардо был занят исследованиями в Тоскане. Атмосферные условия, наличие или отсутствие ветра, соответствующие метеорологические и аэродинамические явления заставили его отказаться от своей старой идеи об "инструменте", основанном на взмахе крыльев, и признать”полет без движения крыльев”.
Наблюдая, как большие птицы позволяют воздушным потокам подхватить и нести их в воздухе, Леонардо думал об оснащении человека большими составными крыльями, которые дадут ему возможность войти в подходящий воздушный поток при помощи несложных движений тела и не затратить много сил на это. Человек будет свободно парить, пока не опустится на землю как “сухой лист”.
Систематические исследования, предпринятые Леонардо в начале XVI в., привели его к необходимости изучить “качество и плотность воздуха”. Для этой цели он сконструировал гидроскопические инструменты. Леонардо подчеркивал,что законы аэродинамики аналогичны законам гидростатики, т.е.наука о воде является зеркальным отражением науки о ветре, ” которую (науку о ветре) мы покажем через движение воды и эта важная наука станет шагом вперед в понимании полета птицы в воздухе"
|
Орнитоптер с пружинным приводом
|
 |
Спуск на землю «сухим листком»
Человек повернется направо, если согнет правую руку и вытянет левую; меняя эти движения, он будет поворачиваться справа налево”.
О том, чтобы подняться в воздух и парить там, словно птицы, люди мечтали со времен глубокой древности. Наблюдения за пернатыми подсказывали, что для полета человеку необходимы крылья. Древнегреческий миф об Икаре и Дедале рассказывает о том, как был сконструирован первый самодельный летательный аппарат - крылья из перьев, скрепленные воском. Вслед за мифическими героями многие смельчаки разрабатывали собственные конструкции крыльев. Но их мечты подняться в небо не сбылись, дело заканчивалось катастрофой.
Следующим этапом в попытке изобрести работающий летательный аппарат стало использование подвижных крыльев. Они приводились в движение силой ног или рук, но только хлопали, а поднять всю конструкцию в небо не были способны.
Не остался в стороне и Леонардо да Винчи. Известны разработки Леонардо летательных аппаратов с подвижными крыльями, приводимыми в движение силой человеческих мускулов. Первый летательный аппарат, который спроектировал гениальный итальянский ученый и изобретатель, считается прототипом вертолета. Леонардо изобразил схему устройства, снабженного огромным воздушным винтом из пропитанного крахмалом льняного материала диаметром в 5 метров.
По замыслу конструктора, четверо мужчин должны были вращать специальные рычаги по кругу. Современные ученые говорят, что для того, чтобы привести данную конструкцию в движение, силы мускулов четырех человек было недостаточно. Но если бы Леонардо да Винчи использовал в качестве пускового механизма мощную пружину, его летательный аппарат мог бы совершить кратковременный, но настоящий полет. На этом разработки конструкций для полетов да Винчи не прекратил, он проектировал аппараты, которые могли бы парить при помощи а в 1480-х годах нарисовал чертеж устройства «для прыжков с любой высоты без вреда для человека». Приспособление, изображенное на картинке, мало отличается от современного парашюта.
Как бы ни удивительно это звучало, но первый летательный аппарат, который поднялся в небо, был лишен крыльев. В конце восемнадцатого века братья Монгольфье, французы Жак Этьен и Жозеф Мишель, изобрели громоздкий воздушный шар. Этот летательный аппарат, наполненный теплым воздухом, мог поднимать груз или людей. поднявшимся в небо на шаре-монгольфьере стал соотечественник изобретателей Жан-Франсуа Пилатр де Розье. А уже через месяц он совершил на воздушном шаре в компании с маркизом д"Арландом первый свободный полет. Произошло это в 1783 году.
Двигался по воле ветра, люди задумались об управляемых полетах. В 1784 году, всего лишь через год после первого полета на воздушном шаре, математик, изобретатель и военный инженер Жак Менье представил проект дирижабля (в переводе с французского языка это слово означает «управляемый»). Он придумал вытянутую обтекаемую форму дирижаблей, способ крепления гондолы к шару, баллонет внутри оболочки для восполнения утечки газа. А самое главное - летательный аппарат Менье был оснащен воздушным винтом, который, вращаясь, должен был толкать конструкцию вперед.
Только воплотить гениальную идею Жака Менье в те времена не представлялось возможным, подходящий пропеллер тогда еще не был изобретен.
В любом случае именно благодаря разработкам ученых прошлых веков и их самодельным летательным аппаратам стало возможным развитие и появление быстрых, вместительных и надежных самолетов.