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

Последним и самым выдающимся из великолепной четверки был Исаак Ньютон (1642–1727). Возможно, лишь немногие инженеры вдумчиво читали его труд Principia, но профессия потеряла бы очень многое без его фундаментальных положений. Его германский современник Готфрид Вильгельм Лейбниц тоже заслуживает величайшего уважения за участие в разработке дифференциального исчисления, или того, что Ньютон называл фдюентами и флюксиями. Ньютон, скромный англичанин, которому было на роду написано стать фермером, разработал три основных закона движения, которые не может игнорировать ни один инженер. 1. В инерциальных системах отсчета тело движется равномерно прямолинейно или находится в покое, если на тело не действуют другие силы или действие всех сил скомпенсировано. 2. В инерциальных системах отсчета ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки. 3. Материальные точки взаимодействуют друг с другом с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.

Инструменты для измерений в XVII веке мало чем отличались от римских. Диоптра использовалась с небольшими изменениями – около 1616 года к ней была добавлена градуированная астрономическая дуга с подвижным визиром. Деревянные шесты продолжали использовать для измерения коротких расстояний. Размеры поля или длину дороги часто получали, используя мерное колесо. Этот метод был пригоден на ровной местности, но отличался неточностью для картографии. Проволочная цепь из девяти звеньев, появившаяся в Англии около 1600 года, после 1620 года была заменена мерной цепью Гюнтера из 100 звеньев длиной 66 футов. Компас, используемый с XVII века (вероятно, в Китае еще раньше), продолжал помогать и мореплавателям, и землемерам.

Молодой голландский математик Виллеброрд Снелл ван Ройен (1581–1626) первым применил систему триангуляции в измерениях земной поверхности. В 1615 году он использовал серию треугольников на расстоянии около 80 миль. Таким образом, он первым применил на практике геодезические или сферические измерения, в отличие от плоскостных измерений. Пьер Вернье (1580–1637) в 1630 году изобрел приспособление, настолько полезное для инженеров, что оно долгое время носило его имя. Верньер представляет собой две шкалы, установленные рядом. Вспомогательная шкала скользит вдоль основной, что позволяет точнее определить число долей делений основной шкалы. Телескоп, изобретенный в 1608 году и использованный в 1669 году Жаном Пикаром (1620–1682) для триангуляции региона между Парижем и Амьеном, начал систематически использоваться в измерениях только после 1800 года.

Были усовершенствования в вычислениях. Если не считать введение мусульманами и индусами зеро и появления арабских числительных, методы вычислений почти не изменились со времен древних египтян. Сдвиг произошел, когда Стевин в 1586 году написал трактат о десятичных дробях. Тем самым он помог инженерам повысить скорость и точность вычислений и заложил фундамент для метрической системы, появившейся двумя веками позже. Джон Напье (Непер), строгий протестант и шотландский лэрд, около 1594 года изобрел логарифмы и в 1614 году впервые опубликовал таблицу логарифмов. Генри Бриггс (1561–1630), друг и ученик Непера и первый профессор математики в Грешем-колледже, разработал десятичные логарифмы. Логарифм данного числа – это показатель степени, в которую надо возвести основание, чтобы получить данное число. В системе Бриггса 3 – это логарифм 1000 (10 х 10 х 10). Уильям Отред (1574–1660), священнослужитель английской церкви, но в значительно большей степени математик, в 1622 году изобрел логарифмическую линейку. Отред также был учителем Кристофера Рена, архитектора собора Святого Павла, и писал книги, которые изучал Исаак Ньютон. Паскаль и Лейбниц изобрели вычислительные машины.

Сегодняшние инженеры составляют планы быстро и эффективно, потому что точно знают, как измерять и вычислять. Заслуга в этом в значительной степени принадлежит ученым рассматриваемого периода. Расстояние и вес измерялись еще с 3000 года до н. э. Надежные и точные измерения времени начались с Гюйгенса и его маятника и Гука с его часовой пружиной. Наука о прочности материалов берет начало от Галилея и Мариотта. Стевин показал, как складывать силы. Измерения давления воды и воздуха начались со Стевина, Торричелли и Бойля. Среди многих других Непер, Бриггс, Отред, Декарт, Паскаль, Ньютон и Лейбниц внесли важный вклад в сложную систему вычислений, от которой зависит современная инженерия.

Эти европейцы, горожане западного мира, жили в постоянном контакте друг с другом. Они свободно встречались и переписывались. Их идеи быстро менялись, обогащались друг от друга, часто вызывая зависть и возмущение, однако в противоречиях рождались новые идеи. Эти люди создавали научные общества по образу и подобию Академии Платона, Лицея Аристотеля и Александрийского музея. Утверждают, что Леонардо основал академию. Джованни Баттиста делла Порта в 1560 году открыл академию в Неаполе и назвал ее Академией тайн природы, но быстро закрыл ее под давлением церкви. Академия деи Линчеи (Рыси) появилась в 1603 году. Ее создатели поклялись изучать природу глазами зоркими, как у рыси. Ее закрывали, но тем не менее она существует до сих пор. Ее членами были делла Порта и Галилео. Лондонское Королевское общество оформилось в 1662 году. Его членами были Бойль, Гук, Ньютон, Гюйгенс, один из основоположников микроскопической анатомии растений и животных Мальпиги, конструктор микроскопов Левенгук, создатель парового двигателя Дени Папен и другие выдающиеся личности. Французская академия начала работать в 1666 году, Берлинская академия – в 1700-м. Основателем последней стал Лейбниц.

Не отставало и книгопечатание. После Библии Гуттенберга стали выходить книги по самым разным предметам. Несмотря на неодобрение церковнослужителей, широко публиковались научные труды. В 1485 году вышел труд флорентийского архитектора Леона Баттиста Альберти о зодчестве. Также были напечатаны некоторые труды Витрувия. Основываясь на них, Джон Шут в 1563 году выпустил первую книгу по архитектуре на английском языке. Книга Бирингуччо о металлургии Pirotechnia была опубликована в 1540 году, а шестнадцатью годами позже увидел свет более известный труд о горных работах и металлургии De re metallica, написанный Агриколой. Обе эти публикации стали посмертными.

Работа Стевина о статике вышла в 1585 году, Гилберта о магнетизме – в 1600 году, труды Непера и Снелла – в 1614 и 1617 годах. Декарт опубликовал свои «Рассуждения о методе» в Лейдене в 1637 году. «Диалоги» Галилея увидели свет там же в 1638 году. До 1687 года были напечатаны труды Бойля, Паскаля, Гюйгенса, Лейбница и Ньютона. Только заметки и рисунки Леонардо да Винчи не были напечатаны ни при жизни гения, ни вскоре после его смерти. Начали печататься иллюстрированные книги о машинах, одни фантастические, другие вполне практические. Среди них можно назвать Cos-mographiae universalis Мюнстера, 1550 год, Theatrum instru-mentorum et machinarum Бессона, 1578 год, Le diverse et artificiose machine, Рамелли, 1588 год и другие. В наше время эти книги почти не переиздаются, но многие оригинальные издания можно видеть в крупнейших библиотеках мира.