В. Морозов - История инженерной деятельности
В начале XVIII века в России стали появляться сочинения, написанные уже специалистами-учеными. Одним из таких ученых был Г.Г.Скорняков-Писарев, выпустивший в 1722 г. книгу «Наука статическая, или механика» – первый русский труд, посвященный специально механике. В 1738 г. вышла в свет книга «Краткое руководство к подписанию простых и сложных машин, сочинение для употребления российского юношества». То был перевод с латинского языка (на котором в те времена писались научные труды) сочинения петербургского академика Крафта. Перевод был сделан адъюнктом Академии наук В.Е. Адодуровым. Книга эта послужила источником знаний для нескольких поколений русских механиков. Примечательна эта книга еще тем, что в ней впервые шла речь о машиноведении как об отдельной науке, а не только как о разделе физики.
Во второй половине XVIII в. появляется новый оригинальный учебник механики, написанный русским автором. Эта книга, изданная в 1764 г. Яковом Козельским, называлась «Механические предложения для употребления обучающегося при Артиллерийском и Инженерном шляхетном кадетском корпусе благородного юношества». Ценные учебники по механике и сопрадельным научным дисциплинам написали Д. С. Аничков, Н. Г.Курганов, Е. Д. Войтяховский.
Русскими учеными и исследователями были решены важные вопросы машиностроения. Так, Леонард Эйлер выводит знаменитую формулу (1765 г.), которая дает возможность по коэффициенту трения определить основные конструктивные элементы механизма с гибкими звеньями. Эта формула является только составным звеном общей теории трения. Эйлер занимался изучением трения в течение многих лет, продолжая исследования трения в машинах и механизмах. Первый труд, посвященный трению в машинах и механизмах был издан в Петербурге в 1727 году. Л.Эйлер необычайно углубил теорию трения и придал ей математически совершенный вид. В своем классическом сочинении «Механика» он успешно решил вопросы механики методом математического анализа. От этой книги идут, как признают ученые, пути дальнейших поисков в области аналитической механики.
В 1760 году Эйлер выпустил в свет труд «О движении твердого тела». В этом сочинении, как писал академик А.Н.Крылов, «вопрос о составлении дифференциональных уравнений получил полное и окончательное решение, которым пользуются и до сих пор».
Следует еще раз сказать, что в богатом наследии Эйлера – им оставлено 865 трудов – многое посвящено механике. Эйлер был не только ученым-теоретиком, но занимался и чисто инженерными делами, проверкой качеств насосов и чувствительности весов для взвешивания монет, принимал участие в экзаменах «машинных дел подмастеров».
Говоря о вкладе отечественных ученых в развитие и становление механики, инженерного дела нельзя не остановиться на вкладе М.В.Ломоносова в решение названных выше проблем. Исходим мы здесь не из традиционного подхода оценки Ломоносова как величайшего русского ученого, а из его конкретного вклада в механику, в инженерное дело.
Понимая огромную важность «приборного искусства» для создания машин и механизмов, Ломоносов изобрел ряд специальных устройств и приборов: машины для испытания материалов на твердость, инструмент «для раздавливания и сжимания тел», с помощью которых он исследовал прочность различных материалов. В лаборатории Ломоносова родился первый вискозиметр – прибор для определения вязкости жидкостей. Такими приборами пользуются машиностроители для правильного подбора смазочных материалов.
Ломоносов оставил ряд интереснейших исследований часовых механизмов, высказал мысль об использовании в часах хрусталя и стекла для уменьшения трения. Ученый выступал не только как теоретик, но и как конструктор. Им были построены токарный и лобовые станки, созданы проекты коленчатых валов, водяных помп, лесопильных мельниц.
Заслуга М.В.Ломоносова перед механикой состоит и в том, что под его руководством работали мастерские Академии наук, ставшие одним из центров русской технической мысли. После смерти М.В.Ломоносова они пришли в упадок и только после того как в 1769 г. во главе мастерских становится Иван Петрович Кулибин, они занимают то место, которое занимали при Ломоносове.
Многочисленные изобретения Кулибина свидетельствуют, что он был инженером в современном смысле слова. Об этом говорят факты. Он строил свои творческие замыслы на прочной основе строгих расчетов и тщательных исследований. В частности, задумав мост через Неву, Кулибин воплотил его в точные и подробные чертежи. К 1776 г. изобретатель закончил проект, доныне удивляющий нас замечательной глубиной инженерного решения, красотой и изяществом конструкций. Интересен метод, при помощи которого Кулибин провел предварительную проверку возможностей сооружения. Натянув веревку и подвешивая к ней в определенных местах грузики, изобретатель воспроизвел как бы подобие своего моста и сил, действующих на мост. Построил Кулибин и специальную испытательную машину, с помощью которой он проверял свои расчеты.
Создав подобие моста и определив нагрузки, которые способна выдержать модель, Кулибин мог совершенно точно установить и наибольшую нагрузку, которую сможет вынести его мост-гигант. Таким образом, знаменитый российский механик внес важное решение: как в модели воспроизвести точное механическое, а не только геометрическое, внешнее подобие крупного сооружения.
Следует заметить, что Эйлер тщательно проверил расчеты Кулибина и, убедившись в их абсолютной правильности, дал о них восторженный отзыв. Эйлер облек теоретическое открытие Кулибина в математическую форму. Метод подобия вошел в технику как одно из мощнейших ее средств. В практике ни одно ответственное сооружение не строится, прежде чем его маленькое подобие – модель – не пройдет всесторонних испытаний.
Неустанно работала отечественная мысль над развитием теории механики. Так, продолжая дело Ломоносова и Эйлера, академик С. Котельников в 1774 г. выпустил книгу, содержащую учение о равновесии и движении тел. Особенно активизировались поиски решения технических проблем после открытия в 1755 г. Московского университета. В начале ХІХ века академик С. Е. Гурьев опубликовал несколько работ по теории машин и механизмов, в том числе «Основы механики» и «Главные основания динамики». С особенно пристальным вниманием ученый разбирал «общее правило равновесия с приложением оного к «махинам».
Вопросы механики занимают большое место в «Начальных основаниях общей физики», выпущенных в 1801 г. профессором Московского университета П. И. Страховым.
Трудно перечислить все имена выдающихся деятелей российской науки и техники. Имена многих из них стали гордостью всего передового человечества. Одним из таких людей был гениальный математик и механик Михаил Васильевич Остроградский (1801–1862), который был учеником известного математика Огюстена Коши (преподавал в Политехнической школе и Сорбонне). Принцип Остроградского–Гамильтона – жемчужина теоретической механики. Все механические системы подчиняются этому принципу. Руководствуясь им, можно в математических уравнениях отобразить механические процессы. Уравнения, основанные на принципе Остроградского-Гамильтона подсказывают инженерам пути наилучшего разрешения стоящих перед ними задач.
Остроградский занимался теорией волн, теорией теплоты, изучал упругие колебания тел, вопросы равновесия и движения твердых тел, вековые неравенства в движении планет. Большое внимание он уделял педагогической работе. Кстати, прикладная механика была высоко поставлена в петербургских высших школах. В определенной мере это было заслугой А.Бетанкура (1758–1824), который приехал в Россию в 1808 г. Он принимал участие в организации службы путей сообщения, построил ряд заводов и зданий (в частности, по его проектам был построен Манеж в Москве и заложен фундамент Исакиевского собора), руководил застройкой Петербурга, в Нижнем Новгороде построил ансамбль ярмарочных зданий, с 1818 г. был генеральным директором путей сообщения. А.Бетанкур являлся одним из учредителей и руководителей первого в России высшего учебного заведения нового типа – Петербургского института путей сообщения, открытого в 1809 г. Именно он привлек к преподаванию несколько выдающихся механиков, выпускников Политехнической школы, воспитал в Институте путей сообщения русских ученых – прикладников. Из профессоров этого института важный вклад в механику внесли Габриэль Ламе (1795–1870) и Бенуа Поль Эмиль Клапейрон (1799–1864).
В связи с задачами строительства железных дорог в 30-х годах ХІХ в. активизируется работа над созданием строительной механики и теории сооружений. Важную работу в этом направлении выполнили воспитанники института путей сообщения. Станислав Кербедз (1810–1893), профессор прикладной механики, который спроектировал и построил первый в России металлический мост через Неву. Мост имел семь прочных чугунных пролетов по 32–48 м. длиной каждый, восьмой пролет был разводным. Его строительство было окончено в 1850 г. При расчете моста впервые был применен кинематический метод. Герман Егорович Паукер (1822–1889) исследовал устойчивость сводов и пришел к соответствующим теоретическим выводам. При этом пользовался статистическими и кинематическими методами и получил идентичные результаты.
