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

Византийские инженеры расширили и развили принцип арки. Речь идет о фиксации напряжений от более или менее постоянной нагрузки с тем, чтобы распределить по отдельным точкам опоры, между которыми останется свободное пространство. Византийская конструкция, ушедшая далеко вперед по сравнению с трудами египтян, греков и римлян, состояла из купола или полой полусферы, опиравшейся на углы квадратной башни, диагонали которой равнялись диаметру основания купола. Части купола, которые иначе должны были свисать, переходили в плоскости боковых стен башни, образуя полукруглые арки и оставляя над каждым углом башни перевернутый сферический треугольник, известный в архитектуре как тромп купола, который передавал вес купола и того, что на нем располагалось, башне и далее фундаменту. В некоторых случаях вертикальный цилиндр, находившийся на главном куполе, венчал меньший.

Основываясь на этих принципах, Анфимий, Исидор и их коллеги возвели конструкцию, считающуюся одним из величайших творений человеческого гения. Она стоит на каменном основании, и ее сложнейшая крыша поддерживается на высоте 180 футов над землей четырьмя арками с пролетом 100 футов и колоннами толщиной 25 футов. Святая София простояла более четырнадцати столетий. Нам неизвестен точный состав раствора, который использовался в этом сооружении, так же как и, вероятно, в других постройках этого периода. Георгий Кодинос, известный автор XIV–XV веков, утверждал, что раствор состоит из битой черепицы, вареного ячменя, извести и рубленой коры ильма. Чтобы замедлить его схватывание, использовалась тепловатая вода. Он утверждает, что в конечном счете раствор стал твердым, словно железо. Не исключено, что ему можно верить, потому что автор, как известно, имел доступ к древним манускриптам. Очевидно, никому не пришло в голову провести современные испытания прочности раствора из Святой Софии на разрыв.

Линн Уайт в ставшей теперь классической статье «Технологии и изобретения в Средние века» писал: «Главным достижением Средневековья были не его соборы, не его этика или схоластика, а построение впервые в истории сложной цивилизации, не основанной на применении тяжелого труда рабов или кули». Средневековая энергетическая революция определенно является одним из ярких и важных событий в истории. Тем не менее столетия, последовавшие за упадком Римской империи, часто называют на западе Темными веками, и многие полагают, что никого, кроме церковнослужителей, не интересовали проблемы улучшения условий жизни людей в это время. Однако все же были инженеры, успешно применявшие свои знания, чтобы удовлетворить потребности современников. Они занимались изобретательской деятельностью, делали важные открытия. Было бы ошибкой считать, что западная цивилизация в эти времена вернулась к примитивным условиям, предшествовавшим даже шумерам и египтянам, поскольку, когда римские границы ослабели, Западную Европу захлестнули волны кочевников. На самом деле варвары принесли с собой многие новые знания и внесли весомый вклад в развитие западной цивилизации. Варвары доставили не только такие инженерные инновации, как компактный дом и высокий деревянный шпиль, но также показали нам такие вещи, как штаны, масло и мыло.

Цивилизация, которой варвары отдали свои знания и опыт, унаследовала в основном традиции греко-римского мира. Понятно, что, если речь идет о науке и технологии, христианский Запад придерживался римских традиций, которые предпочитали инженерию, а не чистую науку. Зато ислам унаследовал и поддерживал в Средние века греческую науку и технологии. На Западе практически не было научной деятельности до XII–XIII веков, когда западные ученые стали переводить арабские научные труды на латынь. Мусульмане перевели большинство греческих научных книг на арабский язык пятью веками раньше. Таким образом, две разные традиции, возникшие с подъемом римлян в классической древности, продолжались раздельно приблизительно до XIII века. Когда латинский Запад начал принимать греческие научные знания, которые мусульмане передали и дополнили, две традиции начали сливаться.

Большое значение для стимулирования развития источников энергии, не связанных с человеком, имели упадок института рабства и продолжающийся рост христианства. Как указал Линн Уайт, история средневековой технологии в определенной степени является историей религии. Христианский идеал вечной ценности человека и соответствующее нежелание заставлять людей выполнять работу, не требующую ни интеллекта, ни проницательности, были среди главных факторов, которые спровоцировали эволюцию механической энергии как замену человеческим мускулам. Не будет преувеличением утверждать, что христианская этика частично обусловила подъем энергетики. Вместе с тем именно энергетика сделала возможной более масштабную реализацию христианских идеалов и внесла большой вклад в развитие человеческого достоинства и свободы на Западе.

Средневековые инженеры, конечно, не ограничивали себя только энергетикой. На самом деле они продвинули многие формы римской инженерии, с такими исключениями, как бетонные конструкции и дорожное строительство. Важные успехи были достигнуты в строительстве зданий, мостов и каналов. Также были сделаны некоторые муниципальные усовершенствования. Тем не менее только новая энергетика впервые в человеческой истории начала освобождать людей, прежде бывших главными источниками энергии. Именно она была ответственна за перемены в образе жизни человека, начавшиеся в Средние века.

Вода, ветер и сила животных стали главными источниками энергии, не связанными с мускульной силой человека, которые развивали средневековые инженеры. Новые движущие силы использовались для эксплуатации новых типов машин, изобретенных в Средние века. Современное машиностроение в большой степени произошло от примитивной ручной мельницы, сделанной из двух жерновов – один вращался на другом, которые приводились в движение вручную. Витрувий объяснил, как появились передаточные механизмы из штырей и углублений, так чтобы движение могло передаваться под любым углом относительно вращающейся оси. Некто в высшей степени изобретательный придумал коленчатый рычаг для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Коленчатый рычаг – кривошип – определенно использовался около 850 года, поскольку его изображение упомянуто в Утрехтском псалтыре (рис. 5.1). Водяное колесо, вероятно, было изобретено в I веке до н. э., и аналогичные приспособления, которые называли норвежскими мельницами, были широко распространены в Северной Европе. Есть свидетельство существования ранней водяной мельницы в Индии. Горизонтальные колеса с вертикальными осями не могли быть эффективными, если только не поместить их на границу течения или в водоворот. Но когда появились передаточные механизмы и колеса начали устанавливать в потоке воды вертикально, под прямым углом к оси жернова, широкое распространение получило вертикальное водяное колесо с горизонтальной осью.