Светлана Шевчук - Леонардо да Винчи

Но и выведенный закон, по мнению да Винчи, не является конечной целью научного исследования. Он должен применяться на практике, в технике. Особый интерес Леонардо проявлял к механике, он называл ее «раем математических наук» – именно с ее помощью можно было перейти от теории к практике. Леонардо говорил, что математические законы «дают узду инженерам и изобретателям», чтобы они не обещали выполнить невозможное, и отмечая, что в этом случае их не будут считать «безумцами или обманщиками». Его слишком часто называли фантазером, чтобы он не знал, о чем говорил. Леонардо должен был защищать свои смелые проекты не голословно, а обоснованно, опираясь на эксперимент и теорию, и если она окажется неверна, то тогда необходимо создать новую. Да Винчи писал, что науки, которые не рождены опытом, полны ошибок.

Несмотря на свою неспешность и созерцательность, он знал, что нужно делать. Сначала Леонардо читал научный трактат, затем выбирал в нем положения, которые считал основными, наиболее применимыми на практике, формулировал эти положения заново, по возможности более ясно и кратко, добиваясь математической точности и прозрачности, выявляя только смысл, квинтэссенцию. И только тогда, когда мысль обретала черты закона, он проверял этот закон экспериментально. Опыты, которые ставил Леонардо, были сложны, но при этом остроумны. В его тетрадях часто встречаются такие записи: «Сделай опыт, будет ли тонкий кусок дерева, подвешенный вдоль на двух подвесах за свои концы, выдерживать 10 фунтов»; «Помести завтра два твоих крайних груза во всех известных тебе пропорциях и следи за более тяжелым средним грузом, как он меняет положение благодаря изменению своей тяжести, и на основании всего этого выведи закон»; «Опыт, подтверждающий вышеприведенное заключение о движении, должен производиться следующим образом: должны быть взяты два шарика разного веса и формы и отпущены падать с большой высоты так, чтобы в начале движения они касались один другого, а экспериментатор пусть стоит на земле и смотрит, будет ли при их падении сохранено соприкосновение или нет. Этот опыт пусть будет произведен много раз, так, чтобы какое-нибудь случайное обстоятельство не помешало или не изменило это доказательство, ибо опыт может оказаться ложным и обмануть своего экспериментатора».

Леонардо разработал свой научно-экспериментальный подход, он старался учесть все условия, влияющие на ход эксперимента. Правда, это не всегда ему удавалось, просто потому, что он не мог произвести точные измерения некоторых величин. Что можно было точно измерить в то время? Длину, ширину, угол, рассчитать объем. Но не время как точную величину. Песочные или водяные часы не годились там, где нужно было иметь дело с секундами и долями секунд. Эти величины приходилось определять приблизительно.

А где нет точности в исходных данных, там нет точности и в результате. Леонардо пришлось столкнуться с большими трудностями. Неточность измерения времени особенно сильно сказывалась в той области механики, которая связана с движением, а значит, с динамикой. В те времена ученые опирались на законы, выведенные еще Аристотелем: 1) во время естественного движения падающего тела оно падает тем скорее, чем оно тяжелее; 2) во время приобретаемого движения бросаемого тела длина его полета и время этого полета прямо пропорциональны силе, с которой тело брошено, и обратно пропорциональны весу тела. А первый из этих законов не верен, что столетие спустя после Леонардо доказал Галилей. В безвоздушном пространстве тела падают с одинаковой скоростью, независимо от своего веса – этот закон сегодня знает каждый школьник. Второй закон был только относительно верен – в той части, которая касается длины полета бросаемого тела, но никак не времени.

Леонардо столкнулся с этими проблемами и в ходе долгих размышлений и экспериментов, проверяя законы Аристотеля, пришел к выводу, как это ни прискорбно, что эти законы верны. Он ошибся. Возможно, потому, что был дилетантом в этих вопросах, гениальным, но дилетантом, кроме того, в то время авторитет Аристотеля и других античных и средневековых ученых был слишком высок. И все же несправедливо утверждать, что опыты Леонардо, хоть и приведшие к подтверждению законов динамики Аристотеля, были напрасны. Он искал новые методы решения научных задач. И если в одних случаях да Винчи ошибался, то в других его исследования привели к любопытным результатам. Например, занимаясь артиллерией, он изучал полет и удар пушечного ядра – как летят ядра, выбрасываемые под разными углами, и какова сила удара. Леонардо впервые задался вопросом об ударе упругих шаров и в ряде случаев был близок к правильному решению. Почти за двести лет до Ньютона он сформулировал закон равенства действий противодействию, хотя в расчетах, вытекающих из него, снова допустил грубую ошибку. Как бы то ни было, сын нотариуса из Винчи, самоучка, если и не смог правильно сформулировать некоторые законы, то задался вопросами в этой области на столетия раньше Галилея и Ньютона.

Больших успехов Леонардо достиг в статике. Основой механики являлся закон рычага. Да Винчи не стал тратить время на повторные доказательства этого закона, о котором достаточно писали и Аристотель, и ученые XV века, и неопровержимость которого легко доказывается несколькими простейшими экспериментами. Он сосредоточился на тех выводах, которые можно сделать из этого закона. Так, Леонардо изучил условия равновесия коленчатого рычага и вывел из них понятие момента силы. Сформулировал ученый его несколько неуклюже, но достаточно определенно, даже по современным взглядам. Далее он занялся изучением равновесия тела на наклонной плоскости. В этом вопросе Леонардо не получил правильного решения, но занимался задачей настолько глубоко, что подошел к верному результату очень близко.

Особенно Леонардо интересовала возможность практического применения законов статики. Изучив сочинения античного автора Герона, да Винчи взялся за дальнейшие разработки. Он подробно и в большинстве случаев верно проанализировал теорию деталей машин, частично уже изученную до него, – сложнейшие системы блоков, зубчатых колес, винтов. Разобравшись в теории подвижного и неподвижного соединения блоков и полиспастов, Леонардо заинтересовался напряжением, испытываемом нитью, на которой подвешен неподвижный блок, когда подвешенные на неподвижном блоке грузы находятся в покое, и как оно изменяется, когда они находятся в движении. И здесь он был близок к правильному решению. Эти знания можно было использовать в строительстве. Большой интерес представляет работа Леонардо по определению нагрузки на опоры, поддерживающие свод. Он пытался разрешить задачу о предельных нагрузках, выдерживаемых вертикальными и горизонтальными опорами, о сопротивлении опор на изгиб. Леонардо первым ввел понятие коэффициента трения и выяснил причины, определяющие величину этого коэффициента. По сути, это было отдельная наука о сопротивлении материалов, что и пытался изложить Леонардо в пояснительной записке к своей модели Миланского собора.