Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Римляне по своей природе не были мореплавателями, как их враги финикийцы и карфагеняне или как англичане елизаветинских времен, но они установили бесспорное морское господство на Средиземном море, которое было не менее важно для империи, чем военные дороги. Они понимали значение морского господства и необходимость порта для Рима. Клавдий, как и Траян бывший великим строителем, в 42 году велел создать искусственную гавань (рис. 4.10) в миле или около того к северу от устья Тибра. Там был создан резервуар площадью около 3000 футов, наполовину выкопанный на берегу, наполовину образованный молами или волноломами, выступающими в море. Вероятно, выполнились дноуглубительные работы в мелких местах, однако нет свидетельств существования у римлян драг. Молы или волноломы строили из трещиноватого камня или каменной наброски, сброшенной за борт в воду глубиной 15 или 18 футов. Клавдий соорудил на входе в гавань впечатляющий маяк. Одно из самых крупных судов того времени, которое использовалось для доставки обелиска и почти 1000 тонн чечевицы из Египта, стало на якорь у прохода в одном из волноломов. Его наполняли бетоном, смешанным с камнями, пока оно не затонуло. Стены из тесаного камня были поставлены на фундамент. Маяк, смоделированный по образу и подобию Фаросского, возвышался почти на 200 футов. Его свет – от горящей смолы – был виден за много миль в море.

Жилые дома Остии указывают на плотность населения в этом порту. В складах и на причалах кипела жизнь. В следующем веке император Траян добавил новые постройки, создал внутренний бассейн и соединил гавань с Тибром каналом. Все это свидетельствует об интересе римлян к морю. Но несмотря на их силу на море и ее важность для империи, римляне не стали мировой морской империей. Да и римские инженеры не внесли большого вклада в инженерное искусство, связанное с морем.

Рис. 4.10. Гавани Клавдия и Траяна

Среднее римское судно, которое входило в эти гавани, имело почти такие же размеры, как «Мейфлауэр»: ширину 26 футов, длину 90 футов, грузоподъемность 180 тонн. Между тем римские суда, которые везли из Египта в Италию пшеницу, были намного больше. Сохранились записи об одном судне грузоподъемностью 250 тонн и длиной 95 футов. Судно, которое доставило обелиск и впоследствии было затоплено в Остии, став частью волнолома, вероятно, было в несколько раз больше зернового судна, если верить описанию Плиния. Как и ранние средиземноморские торговые суда, римские суда были главным образом парусниками. Но римляне на своих судах ввели одну важную инновацию. В дополнение к грот-мачте они добавили еще одну мачту в носовой части. Эта передняя мачта, аналогичная бушприту, была наклонена над водой и несла прямой парус. Он увеличивал скорость и остойчивость судна, но не позволял плыть против ветра. Крупные римские торговые суда могли существенно продвигаться вперед, только если ветер дул позади траверза.

Римляне не пользовались инструментами и оборудованием, которых можно было бы ожидать, учитывая их творения. Витрувий считал, что инженер должен иметь глубокие знания науки и ремесел, однако он увещевал своих коллег, а не описывал состояние их образования. Они не использовали, хотя могли бы, математику Евклида, Архимеда и др. Не исключено, что математические знания многих из них не шли дальше арифметики и даже умножение было для них сложным. Они не применяли тригонометрию, а основывали свои измерения на прямоугольной системе решеток. Несомненно, римские инженеры имели некоторые эмпирические знания геометрической перспективы, потому что многие рельефы в бронзе и мраморе, которые они сохраняли как административные документы, показывают горизонтальные проекции, виды спереди и сбоку и косые проекции, или виды с высоты птичьего полета их зданий.

У нас почти нет свидетельств того, что они использовали в более или менее значительной степени конические сечения, параболы, гиперболы или другие кривые, к примеру спираль Архимеда, свойства которых уже изучались. Римляне неизменно выбирали полукруги для арок, но никогда не строили параболические или эллиптические арки, хотя применяли эллипс для горизонтальных конструкций. Гигантский каменный Колосс, открытый императором Титом в 80 году, имел эллиптический план. Были и более ранние амфитеатры, эллиптические в плане, построенные из дерева. План римского амфитеатра в Поле, возможно, построенный в первые годы нашей эры, тоже эллипс. Проверка современными инструментами показывает среднее отклонение от истинного эллипса не более 6 дюймов. Подобная точность удивительна. Поражает то, что римские инженеры могли выполнять такие работы, ничего не зная о свойствах по крайней мере одного конического сечения. Возможно, они знали, что в эллипсе сумма расстояний от любой точки на кривой до двух фокусов постоянна. Не исключено, что они также строили эллипс, как многие делают сегодня, определив его фокусы, а затем проведя маркером вдоль ненатянутого шнура, концы которого прикреплены к фокусам.

У римлян, по-видимому, не было систематической теории касательно напряжений, нагрузок и распределения весов. До 1500 года, иными словами, до эпохи Ренессанса, не существовало науки статики, или равновесия сил. Римские инженеры не делали количественных тестов для определения сопротивления материалов под нагрузкой на сжатие, изгиб, разрыв и сдвиг. Они не понимали, что прочность балки зависит от ее формы, так же как от площади поперечного сечения. Они не знали, что изменением формы поперечного сечения можно уменьшить вес балки, не снижая ее прочности. Можно предположить, что римские инженеры были бы удивлены, выяснив свойства наших двутавров и железнодорожных рельсов. Они строили свои гигантские акведуки и мосты прочно и надежно, проявляя осторожность и здравый смысл. При этом оставались в пределах соответствующих границ безопасности – или своего невежества, можно и так сказать. Некоторые их конструкции простояли двадцать веков при полном отсутствии технического обслуживания.

В то же самое время, однако, римляне намеренно возводили до опасных высот жилые дома, которые часто рушились. Над роскошными апартаментами на нижнем этаже эти дома были заселены в основном бедняками. Возможно, это объясняет их шаткость и непрочность. Сатирик Ювенал высмеивал жадность домовладельцев. Возможно, эти дома строили с целью получения быстрой выгоды, потому что нередко их сносили раньше, чем они успевали разрушиться сами. Как утверждал Витрувий, Рим рос очень быстро, расчетливо балансируя между ценой и здравым смыслом. Стоимость труда не принималась в расчет, как в любом современном инженерном проекте. Рабов следовало где-то держать и кормить, но, пока римские генералы выигрывали сражения, недостатка в людской силе не было. Римские государственные деятели не испытывали угрызений совести, порабощая военнопленных.