Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 10

Длина… 4116 мм

Высота… 1611 мм

Ширина… 1440 мм

База… 2424 мм

Двигатель… бензиновый

Количество цилиндров… 4

Мощность… 81 л.с.

Максимальная скорость… 150 км/ч

Кузов… цельнометаллический

Леонардо да Винчиобычно вспоминают как величайшего художника. Но его интересовала не только живопись. Леонардо постоянно ходил с записной книжкой, куда вносил каждую посетившую его идею, сопровождая ее рисунками. Казалось бы, что здесь особенного, таких людей немало. Но, читая их, мы узнаем, что Леонардо были известны вещи, о которых люди узнали лишь через сотни лет.

Вот лишь некоторые из них: мир состоит из атомов, наша Вселенная не бесконечна и не единственна, материя не исчезает и не рождается из ничего, вечный двигатель невозможен, человек сможет летать, а люди получат возможность говорить друг с другом через огромные расстояния.

Ученые полагают, что сегодня обнаружена лишь десятая часть манускриптов Леонардо, но шансы найти остальные еще не потеряны. Кто знает, может быть, этот человек имел доступ к знаниям иной цивилизации? Предположение это родилось не на пустом месте. Историки отмечают, что еще в детстве Леонардо часто посещал человека, который умел делать ходящие и говорящие автоматы, а стены лаборатории заставлял ярко светиться.

Но не легенда ли все это? Мог ли человек, живший пятьсот лет назад, изобрести что то «такое»? Вспомним, чему учили в школе, и попробуем оценить одно из предложений Леонардо детально.

Подъемная машина (рисунок Леонардо да Винчи).

Сегодня трудно представить нашу жизнь без тепловых двигателей. Первый проект такого двигателя принадлежит Леонардо. Вот отрывок из его манускрипта № 293:

«Поднять тяжесть на манер кровососной банки. S пусть будет сосуд, зазором (диаметром) в локоть и длиною в 10; пусть будет прочен, и внизу пусть разведен будет огонь на манер бомбарды, и сразу пусть будет закрыто это отверстие, затем немедленно же закрыто сверху, — тогда дно, снабженное кожей (поршнем?), как очень сильный мех, поднимется кверху, и это способ поднять вверх любую большую вещь».

Переведем на современный язык. Суть предложения в том, чтобы при помощи огня нагреть в сосуде воздух. Тогда после закрытия и охлаждения сосуда давление воздуха в нем понизится, поршень поднимется вверх и потянет за собою груз. Чтобы рассчитать возможности этой машины, достаточно школьных знаний.

Допустим, что сжигается солома. Температура ее пламени примерно 1500 градусов. Но сгорание происходит внутри цилиндра. Мы знаем, что в двигателях внутреннего сгорания треть тепла поглощается стенками. Полагая, что тот же эффект произойдет и здесь, примем, что температура воздуха достигнет 1000 градусов Цельсия. В результате охлаждения столь сильно нагретого воздуха объем его уменьшится примерно в пять раз и поршень без груза под действием атмосферного давления поднимется (или всосется в цилиндр) на высоту восемь локтей. Действующая на поршень сила будет максимальна внизу и по мере его подъема упадет почти до нуля в верхней точке, так как по мере подъема поршня воздух в цилиндре сжимается и его давление вычитается из атмосферного. Какой же груз машина сможет оторвать от земли?

Положим, что к моменту отрыва воздух в цилиндре остыл и температура его снизилась до 20 градусов. Тогда давление в цилиндре снизилось примерно в пять раз. На каждый квадратный сантиметр поршня будет действовать избыточная сила атмосферного давления в 0,8 кг.

Теперь найдем площадь поршня. Мера длины «локоть», примененная Леонардо, не ясна. В разных странах и в разные времена она могла составлять от 38 до 48 см. Исторические изыскания оставим для знатоков, а для простоты расчета примем локоть за 40 см. Тогда, умножив площадь поршня в см на 0,8 кг, получаем, что тепловая подъемная машина Леонардо да Винчи могла оторвать от земли груз в… одну тонну.

Неплохо? Наука еще ничего не знала об атмосферном давлении и свойствах газов, но Леонардо попал в цель.

Почти двести лет спустя над подобным устройством стал работать англичанин Денни Папен. Первоначально в цилиндре его двигателя вакуум создавался сгоранием пороха.

Но после нескольких взрывов Папен нашел другое решение. Он додумался наполнить цилиндр водяным паром. После охлаждения пар конденсировался, в цилиндре создавался вакуум, и поршень втягивался в цилиндр. На этом принципе впоследствии работали паровые машины Ньюкомена, которые почти на протяжении ста лет откачивали воду из шахт Англии. Таким образом, идея Леонардо удалять из цилиндра воздух посредством тепла и использовать возникающую при этом силу нашла применение.

Во времена Леонардо да Винчи построить его подъемную машину было нелегко. Трубы тогда не выпускались заводским способом. Цилиндр пришлось бы отливать подобно пушечному стволу. Канал его получался кривым и неточным. Если бы для него сделали металлический поршень, то зазор между стенками достигал бы сантиметра и машина не смогла бы работать. Но Леонардо это предусмотрел. Он упоминает слово «кожа». Речь, видимо, идет о поршне с кожаной манжетой, которая давлением всегда прижималась к стенке цилиндра независимо от его кривизны. Трудно сказать, в каких случаях сегодня пригодилась бы такая подъемная машина, но модель ее была бы интересна.

На рисунке 1 приводим проект такой модели.

Цилиндр сделан из стальной трубы диаметром 30–40 мм. Он покоится на трех ногах из проволоки диаметром 6 мм. Они заделаны в отверстия фланца, припаянного к нижней части трубы. Немного выше расположено отверстие для зажигания топлива. Оно имеет коническую форму и закрывается резиновой пробкой. Вверху — крышка на петле, также припаянной к трубе. В ее нижнее отверстие входит поршень с кожаной манжетой (рис. 3).

Остановимся на способе ее изготовления путем выдавливания. Для этого нужны слесарные тиски, колечко, отрезанное от трубы, из которой сделан цилиндр, точеная деревянная пробка и кусок кожи от сапога. Пробка должна входить в кольцо с зазором, равным толщине имеющегося куска кожи. Кромка ее должна быть закруглена и зачищена шкуркой.

Точно так же нужно обработать с внутренней стороны одну из кромок кольца.