8.4.2. Роторные и рычажные машины

Помимо стимуляции гуманитарной культуры и образования, мусульманский ренессанс вызвал резкое расширение товарного производства и рыночных отношений, способствовал появлению технических устройств и приспособлений. Например, еще в IX в. в Самарканде было налажено производство бумаги из тряпья и этот город надолго стал центром бумажного дела. Идя навстречу потребностям новой религии, арабские строители начали разрабатывать и строить новые формы купольных перекрытий – стрельчатую арку (арабский свод), сфероконические сопряжения (переход от квадратного основания к куполу или своду) и т.п. Строительство тончайших минаретов большой высоты (до 46 м) потребовало учета их устойчивости и прочности, что предвосхитило будущие формы тел равного сопротивления.

В странах Арабского халифата начиная с VII в. стали широко использоваться ветряные мельницы с вертикальными лопастями и вертикальным валом, которые в IX веке дошли до Афганистана, а в Европу пришли только в XII в. Интересно отметить, что на этих мельницах появились и первые регулирующие устройства, ограничивающие скорость вращения жернова при сильном ветре (т.к. в противном случае мука начинает гореть, а жернов раскаляется и может рассыпаться на куски).

Ввиду засушливости многих районов исламского мира там возникли и получили широкое применение оросительные и ирригационные сооружения, основанные на использовании водочерпальных и водоподъемных колес. Так в X в. на реке Кур в Персии была построена мощная плотина, основание которой было залито свинцом. На обоих берегах реки были установлены 10 водяных мельниц и 10 черпальных колес, обеспечивающих посредством трубопроводов орошение поля для 300 деревень! В период X – XV вв. арабский мир был несомненным лидером в области разработки новых конструкций водяных колес и водоподъемных механизмов, а водяные мельницы практически полностью вытеснили ручные. Разработкой и усовершенствованием различных водоподъемных колес занимались арабские ученые и инженеры. К их числу относилась известная триада братьев Бану Муса (IX в.), слывших ведущими астрономами и математиками Багдадской школы. В своей «Книге о механике» они дают подробное описание ряда устройств для подъема воды и обсуждают приспособления, поддерживающие постоянство уровня воды в сосуде. Ее продолжением стали трактаты Исмаила-Джазари (XII – XIII вв.) «Книга о познании инженерной механики» и Мухаммеда ал-Хурасани «О водяных колесах и подъеме воды».

Ученик и последователь братьев Бану Муса, ставший со временем крупнейшим математиком и астрономом IX в., Сабит ибн-Карра (836 – 901) написал «Книгу о карастуне» («Книгу о весах»), где на основе работ Аристотеля и Архимеда (которые он перевел на арабский и тем сохранил их до нашего времени) излагает теорию взвешивания малых грузов с учетом веса рычажных устройств весов. Как и Архимед, он использует понятие равнодействующей двух равных сил и даже учитывает действие распределенных сил! Потребность высокоточного взвешивания возникла на востоке в связи с идентификацией и продажей драгоценных камней, металлов и монет и этой проблемой занимались почти все известные арабские ученые – ал-Бируни, ал-Хазини, Омар Хайам и др. Помимо проблем взвешивания Сабит много занимался теоретической гномоникой, широко используя тригонометрические соотношения для нахождения высоты и азимута Солнца в зависимости от времени для различных географических пунктов. Эти результаты он изложил в «Книге о солнечных часах», где им также приведены многие тригонометрические формулы и теоремы.

Величайшую известность приобрел Ал-Бируни (973 – 1048) – знаменитый арабский энциклопедист, родившийся в Хорезме, но живший в основном в Индии и Афганистане. Им написано более 150 научно-философских работ, из которых 1/3 посвящены астрономии, в остальных же обсуждаются вопросы математики (сферической тригонометрии и гномоники), механики и физики. Излагая основные достижения древнегреческой науки, Бируни первый из восточных ученых согласился с идеями гелиоцентризма и оценил астрологию как лженауку. Продолжая и развивая астрономические исследования Сабита ибн-Карры по кинематике орбитального движения Солнца, он установил, что скорость движения Солнца максимальна в перигее и минимальна в апогее. Из своих измерений он нашел радиус Земли –6400 км.

Широкую известность приобрела дискуссия Бируни и Авиценны по поводу комментариев к работам Аристотеля «О небе» и «Физика». Исходя из различных предпосылок они оба оспаривали аристотелевские различия «насильственных» и «естественных» движений тел, полагая, что если тело не испытывает сопротивления, то оно движется бесконечно долго. В книге «Канон Масуда об астрономии и звездах» (1036) Бируни изложил методы определения географических координат, дав таблицу широт и долгот 600 населенных пунктов. Известны также его сочинения «Индия» и «Обзор Ирана». Выступая за разграничение научных истин и религиозных догм, Бируни открыто говорил о защите прав человека в религиозном обществе!

Широкую известность получил предложенный им сосуд и методика для точного определения удельного веса различных жидкостей, описанные в книге «Об отношениях между металлами и драгоценными камнями в объеме». В результате он первый установил различие плотности горячей и холодной, пресной и соленой воды, что позволило его последователям провести точнейшие измерения удельных весов различных веществ. Так знаменитый персидско-таджикский поэт и ученый Омар Хайям (1040 – 1123) и его ученик узбек ал-Хазини сумели довести точность взвешивания до 0,1%, используя разработанную ими конструкцию весов, названную «весами мудрости». Подробное описание этой конструкции и методики взвешивания приводятся в «Книге о весах мудрости», написанной в 1121 г. и дошедшей до нашего времени. В ней, в частности, говорится, что для повышения точности взвешивания какого-либо тела необходимо учитывать не только выталкивающую силу жидкости, в которую его погружают, но и выталкивающую силу воздуха, в котором оно перед этим находилось. Благодаря высокой точности взвешивания, такие весы позволяют решать множество практически важных задач, таких как определение чистоты драгоценных металлов и их сплавов, устанавливать истинную ценность монет, идентифицировать драгоценные камни и т.д. Для обработки результатов измерений Омар Хайям разработал ряд алгебраических приемов и вычислительных методик, основанных на достижениях великого узбекского алгебраиста ал-Хорезми. Важным следствием появления «весов мудрости» стало зарождение практики клеймения изделий из драгоценных металлов посредством т.н. «пробы», удостоверявшей их качество.