Теория простейших механизмов в работах Леонардо да Винчи

1.2 ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЕОНАРДО  ДА ВИНЧИ

1)ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МЕХАHИЗМЫ

• АРХИМЕДОВЫ ВИHТЫ И ВОДЯHЫЕ КОЛЕСА

 
На рисунке  "Архимедов винт" слева изображена плотно обернутая трубка, по которой вода попадает из ванны наверх. За счет вращения рукояти вода из трубки подается непрерывным потоком.

 

• ЭКСКАВАТОР

Экскаваторы Леонардо были предназначены скорее для подъема и транспортировки вырытого материала, чем для рытья, как такого. Это облегчало труд рабочих. Возможно, экскаваторы были нужны для проекта отведения р. Арно.

Предполагалось вырыть ров шириной 18 м  и длиной 6 м. Рисунки дают представление о размерах машины и канала, который предстояло выкопать. Подъемный кран со штангами разной длины был интересен тем, что мог использоваться с несколькими противовесами на двух или более уровнях экскавации. Стрелы крана развертывались на 180° и перекрывали всю ширину канала. Экскаватор устанавливался на рельсы и, по мере продвижения работ, передвигался вперед при помощи винтового механизма на центральном рельсе.

Будучи  главным инженером Герцога, Леонардо да Винчи разрабатывал вопросы гидравлики для использования в сельском хозяйстве и обеспечения энергией машин и мельниц. Его предшественником был только Архимед. Он занимался изучением свойств жидкости, хотя уже существовали и работали акведуки, каналы и другие гидравлические сооружения. Таким образом, Леонардо да Винчи пришлось опираться на собственный опыт, наблюдая течение рек, непрерывную изменчивость формв воде.

2)ЛЕТАТЕЛЬHЫЕ  АППАРАТЫ

• ВЕРТОЛЕТ

      Данный рисунок - изображение "предка" современного вертолета. Радиус винта - 4,8 м. Он имел металлическую окантовку и полотняное покрытие. Винт приводился в движение людьми, которые шли вокруг оси и толкали рычаги. Существовал и еще один способ запуска винта - требовалось быстро раскрутить трос под осью. "Я думаю, что если этот винтовой механизм добротно сделан, т. е. сделан из накрахмаленного полотна (во избежание разрывов) и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх".

• ЛЕЖАЩИЙ "ORNITOTTERO"

      Этот рисунок - один из самых знаменитых рисунков Леонардо: "А вращает крыло, В поворачивает его с помощью рычага, С опускает его, D поднимает его". Человек лежит на платформе вытянувшись: "На этом месте располагается сердце". Ноги вдеты в стремена таким образом, что одна нога поднимает крыло, другая опускает. Это - летательный аппарат, в котором распростертый человек крутит педали, поднимающие и опускающие крылья, сгибающие и вращающие их при помощи веревок и рычагов, т.е. этот аппарат как бы “гребет” по воздуху.

• СИСТЕМА ОТТЯЖЕК РЫЧАГОВ  И СОЕДИHЕHИЙ

Леонардо считал, крылья могут подниматься  и опускаться системой канатов и блоков, приводимой в движение ногами пилота, вдетыми в стремена, и его руками, управляющими рукоятками. Поднимаясь и опускаясь, крылья, также, сгибались и распрямлялись при помощи автоматической системы оттяжек, рычагов и соединений.

     Леонардо  да Винчи был убежден, что "человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух".

Убежденный  в своей правоте, он начал разрабатывать  аппарат, приводимый в движение только силой мышц человека, и позволяющий ему парить в воздухе как птица. Существует множество рисунков такого "ornitotteri", придуманных Леонардо. Одни из них изображают лежащего человека, который собирается взлететь с помощью механизмов, присоединенных к крыльям; другие - движение вперед при помощи более совершенной системы винтов и шкива. Есть и рисунки человека, расположенного вертикально в летательном корабле, на педали которого он нажимал руками и ногами.

Чтобы сконструировать крылья "ornitotteri", Леонардо изучал анатомию птичьего крыла, учитывая функции и распределение его перьев. Наблюдая за полетом птицы, ученый заметил, что она по-разному машет крыльями,

Леонардо  был убежден, что сможет осуществить  проект механического полета. Однако его беспокоило то обстоятельство, что возможности мышц человека ограничены. Поэтому он собирался вместо энергии мускулов использовать механизм лука, который обеспечивал бы движение вперед.

3) РАЗЛИЧHЫЕ УСТРОЙСТВА

• АВТОМАТИЧЕСКИЙ ОБЖИГ-ДОМКРАТ

Процесс интересен  тем, что в качестве источника  энергии использовался горячий воздух. Поднимаясь наверх, он приводил в движение лопасти, которые, в свою очередь, цепляли шест справа. На его конце находился ворот, поворачивавший вертел. Все это было полностью автоматизировано, включая регулирование скорости вертела в зависимости от силы огня.

• БЛОКИ (ВОРОТЫ)

Есть еще  один способ передачи движения - при  помощи блоков - колес с выемками, вращающихся вокруг своих собственных осей и соединенных веревками. Леонардо часто использовал их в своих летательных аппаратах.  
 

 

• ВЕРТИКАЛЬHОЕ СВЕРЛО

Данное устройство должно было применяться для просверливания стволов деревьев. Оно работало в направлении снизу-вверх при помощи винта, вращаемого людьми, которые ходили по платформе. Между стволом и винтом находилось нечто вроде перевернутого дымохода, не дававшего опилкам падать на головы людей. 

• ВЕЧHЫЙ ВИHТ

      В устройствах  Леонардо часто встречались системы  для передачи движения. Для того чтобы передать вращательное движение, использовалось зубчатое колесо, профили зубцов которого геометрически проиллюстрированы здесь.

• ВИHТ "RETROSA"

      Одно из любимых  изобретений Леонардо сочетало в  себе левостороннюю и правостороннюю нити на одном стержне. Это так называемый "retrosa" винт, применяемый для специальных операций.

       

 
 

• ДВОЙHОЙ ДОМКРАТHЫЙ ВИHТ

     Приводится  в движение рукояткой, в своем действии использует геликоидальную систему, синхронно поднимающую два длинных винта. Это устройство применялось для поднятия громоздких и тяжелых грузов, например, колонн и пушек.

• ДОМКРАТHЫЙ ВИHТ

      Для поднятия грузов существовало наиболее мощное устройство - домкратный винт. Он управлялся рукояткой и геликоидальным механизмом. Для устранения трения между винтом и пластиной домкратного винта Леонардо применил шарикоподшипники. Модель работающая.   
 

• ИССЛЕДОВАHИЕ СИЛЫ ДЛЯ ПОДHЯТИЯ ГРУЗОВ

Леонардо  занимался исследованием силы, необходимой для поднятия грузов. Для поднятия тяжестей по наклонной плоскости предполагалось пользоваться системой винтов. 

• МАШИHА  ДЛЯ ПЛЕТЕHИЯ КАHАТОВ

Текстильная промышленность всегда была широко развита в Тоскане и Ломбардии. Леонардо изучал машины для намотки, изготовления канатов и обработки тканей. Чтобы сделать веревку (канат) надо было переплести несколько прядей (каждая прядь состоит из отдельных нитей). Для этого Леонардо разработал машину, приводимую в движение рукояткой. При помощи блоков (воротов) может она поворачивала устройство, к которому были прикреплены переплетаемые пряди (на этом рисунке - только три пряди). В машине, изображенной на этом рисунке, прядей гораздо больше. Они собраны в полукруг барабана, на котором поворачиваются блоки (вороты).

• РЕЗАТЕЛЬHАЯ МАШИHА

      Работа этой машины была полностью автоматизирована: падающий отвес разматывал трос и приводил в движение молоток, который поднимался и опускался, продвигая вперед ту часть материала которую предстояло резать. Данный процесс осуществлялся при помощи приводов и рычагов. Полная автоматизация не только облегчала труд человека, но также и давала стандартную продукцию, что является прообразом современного производства.  

Теоретический вклад Леонардо в науку содержится в его исследованиях по “тяжести, силе, давлению и удару... детям движения..." Остались его рисунки составных частей механизмов и устройств, для передачи движения.

Энергетические ресурсы, доступные Леонардо для приведения в движение его механизмов, были традиционны: сила мышц человека или животного, ветер, вода, грузы и противовесы, арбалеты и пружины, иногда - пар.

 

Заключение

Простейшие механизмы существовали и до появления Леонардо, но только благодаря его гениальности и трудолюбию все изобретения и механизмы получили не только развитие, но и очень понятное и обоснованное визуальное подтверждение. В его руках механика, как наука шагнула вперёд на многие столетия, вошла в быт простых людей. Практически всего изобретения состоят из грамотного использования простейших механизмов. Винты, зубчатые колёса, рычаги, наклонная плоскость и др. - незаменимые элементы всех изобретений Леонардо да Винчи.

Пять основных типов механизмов были известны с античных времен: лебедка, рычаг, блок (ворот), клин и винт. Леонардо применял их в сложных устройствах, автоматизирующих различные операции. Особое внимание он уделял винтам: "О природе винта и его применении, о том, сколько вечных винтов можно изготовить и как дополнить их зубчатыми колесами".

На сегодняшний  день от дневников Леонардо уцелело  около 7000 страниц.

И амбарные книги, и искусствоведческие эссе, и анатомические зарисовки, и странные чертежи, и исследования по геологии, архитектуре, гидравлике, геометрии, боевым фортификациям, философии, оптике, технике рисунка —всё это плод одного человека.

Леонардо да Винчи, как человек Возрождения хотел охватить и познать все сферы человеческой жизни, и, смотря на всё, что он открыл и создал, можно сказать, что он один из величайших умов человечества.

В римском  аэропорту, носящем имя Леонардо да Винчи, установлена исполинская, уходящая в небо статуя учёного с  моделью вертолёта в руках. «Не оборачивайся тот, кто устремлён к звезде», — писал Леонардо.

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1)  Гастев А. Леонардо да Винчи. - М.: Мол. гвардия, 1982. - 400 с., ил.- ЖЗЛ.- cер. Биогр.- Вып. 9 (627)

2)  М.А. Гуковский. Механика Леонардо да Винчи, Изд-во АН СССР, 1947. - 815 с

3) Аноним. Леонардо да Винчи (Сетевой ресурс)- http://www.vinci.ru/

4) Аноним. Простейший механизм (Сетевой ресурс)- http://ru.wikipedia.org/wiki/ Простейший_механизм

5) Аноним. Машины и механизмы (Сетевой ресурс)- http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/MASHINI_I_MEHANIZMI.html