
- •Механика в истории науки и общества Оглавление
- •1. Предыстория человечества
- •1.1. Основные этапы антропогенеза
- •1.1.1 Биологическая эволюция пречеловека
- •1.1.2. Социально-культурная эволюция
- •1.2. Неолитическая революция
- •1.2.1. Территориальная экспансия и переход к оседлости
- •1.2.2. Культивация и одомашнивание
- •1.3. Изобретения и открытия каменного века
- •1.3.1. Орудия и технологии палеолита
- •1.3.2. Техника и изделия мезолита
- •2. Древние цивилизации
- •2.1. От бронзового века к железному
- •2.1.1. Бронзовый век
- •2.1.2. Железный век
- •2.2. Цивилизации Месопотамии
- •2.2.1. Шумер
- •2.2.2. Ассирия
- •2.2.3. Вавилон – «пуп неба и земли»
- •2.2.4. Строительство и архитектура
- •2.3. Древний Египет
- •2.3.1. Пирамиды, обелиски, колонны
- •2.3.2. Наука и техника
- •2.3.3. Хеттское царство
- •2.4. Древний Китай
- •2.4.1. Философия
- •2.4.2. Государственность
- •2.4.3. Наука
- •2.4.4. Техника и технология
- •2.5. Цивилизации Индии, Европы и Америки
- •2.5.1. Культура Древней Индии
- •2.5.2. Культура Древней Европы
- •2.5.3. Цивилизации доколумбовой Америки
- •2.5.4. Итоги Древнего Мира
- •3. Начало Античного мира
- •3.1. Образование древнегреческого этноса
- •3.1.1. Ранняя Греция
- •3.1.2. Архаическая Греция
- •3.1.3. Афины и Спарта
- •3.2. Рождение Античной науки
- •3.2.1. Фалес – первый мудрец и ученый
- •3.2.2. Философия Фалеса
- •3.2.3. Ученики и последователи
- •3.3. Пифагор и его братство
- •3.3.1. Образование братства
- •3.3.2. Мистика чисел
- •3.3.3. Геометрия
- •3.3.4. Музыка и астрономия
- •3.3.5. Знаменитые пифагорейцы
- •Классический период (эпоха демократии)
- •4.1. Чудеса света в Древней Греции
- •4.1.1. Артемисион
- •4.1.2. Зевс Олимпийский
- •4.1.3. Колосс Родосский
- •4.1.4. Галикарнасский мавзолей
- •4.1.5. Фаросский маяк
- •4.2. Атомисты и софисты
- •4.2.1. Школа элеатов
- •4.2.2. Зарождение атомистики
- •4.2.3. Софисты – учителя мудрости
- •4.3. Великие философы Античности
- •4.3.1. Судьба Сократа
- •4.3.2. Платон и его Академия
- •4.3.3. Жизнь Аристотеля
- •4.3.4. Труды и идеи
- •4.4 Последователи великих философов
- •4.4.1. Евдокс Знаменитый
- •4.4.2. Триада и эпициклы Менехма и эпициклы Гераклида
- •4.4.3. “Начала” Евклида
- •Эпоха эллинизма
- •5.1 Александрийский Мусейон
- •5.1.1. Александрия
- •5.1.2. Библиотека
- •5.1.3. Образование и спорт
- •5.2. Выдающиеся александрийцы
- •5.2.1. Ученые Мусейона
- •5.2.2. Эратосфен – “измеривший Землю”
- •5.3 Архимед Великомудрый
- •5.3.1. Время Архимеда
- •5.3.2. Архимед – инженер
- •5.3.3. Архимед – физик и механик
- •5.3.4. Архимед – математик
- •5.3.5. “Эфод” – путь к интегрированию
- •5.4. После Архимеда
- •5.4.1. «Конические сечения» Аполлония
- •5.4.2. Эпигоны
- •5.4.3. Инженеры Александрии
- •5.4.4. Герон-механик
- •5.5. Рождение научной астрономии
- •5.5.1. Аристарх – “Коперник Античности”
- •5.5.2. Прецессия по Гиппарху
- •5.5.3. Птолемеева система Мироздания
- •6. Римская империя и ее закат
- •6.1. Зодчество и архитектура
- •6.1.1. Особенности римской истории и культуры
- •6.1.2. «Архитектура» Витрувия
- •6.1.3. Гражданское строительство
- •6.2. Военная и гражданская техника
- •6.2.1. Военные машины
- •6.2.2. Гражданские изобретения
- •6.3. Наука и образование
- •6.3.2. Алхимия
- •6.3.3. Образование
- •6.4. Последние ученые Античности
- •6.4.1. Гален – первый фармаколог
- •6.4.2. Рождение Диофантова анализа
- •6.4.3. Гипатия – мученица науки
- •Итоги Античности
- •7. Образование и наука Средневековья
- •7.1. Крушение Античного мира и становление христианства
- •7.1.1. От Рима к Византии
- •7.1.2. Формирование христианской идеологии
- •7.1.3. Вехи Средневековья
- •7.2. Система образования
- •7.2.1. Христианская мифология
- •7.2.2. Христианские школы
- •7.2.3. Марциан Капелла
- •7.2.4. Последний римлянин
- •7.2.5. Европейское просвещение
- •7.3. Становление науки в средневековой Европе
- •7.3.1. Критика античной механики
- •7.3.2. Концепции ранних схоластов
- •7.3.3. Первые мыслители и ученые
- •7.3.4. Начало европейской математики и физики
- •8. Средневековые революции
- •8.1. Тенденции европейского Средневековья
- •8.1.1. Новации Средневековья
- •8.1.2. Революция в военном деле
- •8.1.3. Корабельная революция
- •8.2. Начало энергетики
- •8.2.1. Водяное колесо
- •8.2.2. Ветряные мельницы
- •8.3. Города, зодчество, ремесленничество
- •8.3.1. Городская революция
- •8.3.2. Часы в Древнем и Античном мире
- •8.3.3. Часы и механизмы Средневековья
- •8.4. Арабское Средневековье
- •8.4.1. Мусульманский Ренессанс
- •8.4.2. Роторные и рычажные машины
- •8.4.3. Рождение алгебры
- •8.4.4. Тригонометрия и астрономия
- •8.4.5. Итоги Средневековья
- •9. Итальянское Возрождение
- •9.1. Вехи европейского Возрождения
- •9.1.1. Особенности европейского развития
- •9.1.2.Компас и книга рычаги европоцентризма
- •9.1.3. Последние птолемеевцы
- •9.1.4. Математики Возрождения
- •9.2. Механика и искусство
- •9.2.1. Купол Брунеллески
- •9.2.2. Альберти – теоретик зодчества
- •9.2.3. Леонардо да Винчи – художник и изобретатель
- •9.3. Тайны кубического уравнения
- •9.3.1. Пачиоли – монах-математик
- •9.3.2. Ферро и Тарталья
- •9.3.3. Формулы Кардано
- •10. Новая астрономия и начало естествознания
- •10.1 Астрономический ренессанс
- •10.1.1. Кузанец ─ глашатай бесконечной Вселенной
- •10.1.2. Коперник – монах-революционер
- •10.1.3. Бруно – мученик науки
- •10.1.4. Браге в Ураниборге
- •10.2. Кеплер – первый теоретик Возрождения
- •10.2.2. Физико-математические и юридические проблемы
- •10.3. Галилей – родоначальник естествознания
- •10.3.1. Начало экспериментальной механики
- •10.3.2. Рождение телескопа
- •10.3.3. Отношения с церковью
- •10.3.4. Последние годы и свершения
- •10.3.5. Ученики и последователи
- •10.4. Лунные законы Кассини
- •10.4.1. От астрологии к астрономии
- •10.4.2. Овалы Кассини
- •11. Французский ренессанс
- •11.1. Начало французской науки
- •11.1.1. Виет – «отец алгебры»
- •11.1.2 Символика и теоремы
- •11.2. Кружок Мерсенна
- •11.2.1. Французские колледжи
- •11.2.2. «Ученый секретарь Европы»
- •11.3. Декарт и картезианство
- •11.3.1. Ранние поиски и интересы
- •11.3.2. Нидерландское затворничество
- •11.3.3. Научное наследие
- •11.4. Ферма и Роберваль ─ предтечи математического анализа
- •11.4.1. Начало теории экстремумов
- •11.4.2. Открытие вариационного принципа
- •11.4.3. Теория чисел
- •11.4.4. Роберваль – начало пути
- •11.4.5. Математические результаты
- •11.5. Паскаль – между наукой и верой
- •11.5.1. Детство вундеркинда
- •11.5.2. Годы расцвета
- •11.5.3. Религиозные устремления
- •11.5.4. Итоги Возрождения
- •12. Реформация в Голландии и Германии
- •12.1. Голландское Возрождение
- •12.1.2. Всходы голландской науки
- •12.2. Гюйгенс – гордость Голландии
- •12.2.1 Становление ученого
- •12.2.2. Маятниковые часы
- •12.2.3. Физические и технические задачи
- •12.2.4. Признание коллег и Академий
- •12.3. Возрождение и Реформация в Германии
- •12.3.1. Магдебургские полушария
- •12.3.2. Лейбниц – юрист и дипломат
- •12.3.3. Открытие математического анализа
- •12.3.4. Завершающие шаги
- •12.3.5. Итоги Возрождения и Реформации
- •13. Английская Реформация
- •13.1. Начало Нового времени
- •13.1.1. Бэкон – «лорд-канцлер науки»
- •13.1.2. Бойль – исследователь воздуха
- •13.2.1. Становление учёного
- •13.2.2. Английская наука до Ньютона
- •13.2.3. Начало карьеры
- •13.2.4. Идеи о силах тяготения
- •13.3 Главный теоретик Мироздания
- •13.3.1. Молодые годы
- •13.3.2. Оптика и математика
- •13.3.3. Соперничество с Гуком
- •13.3.4. Рождение классической механики
- •13.3.5. Общественная деятельность
- •13.4 Наблюдательная астрономия в Англии
- •13.4.1 Наблюдения и измерения в Солнечной системе
- •13.4.2 . Рождение звездной астрономии
- •14. Академии наук в век Просвящения
- •14.1. Огосударствление науки
- •14.1.1. Научные школы Античности и Возрождения
- •14.1.2. Парижская Академия – центр европейской науки
- •14.1.3. Предыстория российской науки
- •14.1.4. Петербургская Академия и ее члены
- •14.2. Ломоносов – провозвестник российского Возрождения.
- •14.2.1. Годы учебы и странствий
- •14.2.2. Начало научного и поэтического творчества
- •14.2.3. Ученый европейского уровня
- •14.2.4. Последние годы академика
- •14.3. Династия Бернулли
- •14.3.1. Якоб – первенец династии
- •14.3.2. Иоганн – злой гений династии
- •14.3.3. Даниил – творец гидродинамики
- •14.4. «Ce diable b'homme» Euler – «Этот диавол» Эйлер
- •14.4.1. Начало пути
- •14.4.2. Первый петербургский период
- •14.4.3. Разработка математических моделей механики
- •14.4.4. Математик от Бога
- •15. Математизация и специализация механики
- •15.1. Французская школа механики
- •15.1.1. Клеро – пионер небесной механики
- •15.1.2. Механики – Вариньона и Даламбера
- •15.1.3. Лагранж –гений аналитической механики
- •15.1.4 «Французский Ньютон» – Лаплас
- •15.2 Наука и образование в Европе XIX века
- •15.2.1 Зарождение научно-инженерного образования во Франции
- •15.3.4 Cтупени и стимулы развития научного мышления
1.3.2. Техника и изделия мезолита
Важным достижением раннего мезолита явилось появление весла и лодки. Разумеется, покорение водной стихии началось с плота с шестом, появление которого относится к эпохе верхнего палеолита. Однако около 12 тыс. л.н. в связи с развитием каменного инструментария стали изготовляться первые лодки-однодревки (долбленки), длиной до 10 м., снабженные лопатообразным веслом. Далее пошел процесс ее усовершенствования: наряду с древесными стали строиться лодки, сшитые из древесной коры и законопаченные древесной смолой. В северных регионах, где дерева не хватало, лодки стали сшивать из шкур животных, натянутых на остов из китового уса и костей. Появление лодки стимулировало изобретение рыболовных сетей, которые в свою очередь стали прообразом будущих тканей. Нельзя не упомянуть и об основном сельскохозяйственном орудии мезолита – палке-копалке – толстой дубине с заостренным или обожженным концом, которая применялась в различных цивилизациях при сборе плодов, орехов, птичьих яиц и т.д. С началом аграрной революции уже в мезолите эта копалка эволюционировала в мотыгу и стала основой мотыжного земледелия. С небольшими изменениями мотыга дошла и до наших дней, оставаясь, как и тысячи лет назад, преимущественно орудием женщин. С конца IV тысячелетия до н.э. на Древнем Востоке появилось новое пахотное орудие – деревянная соха, – которая в отличие от плуга (появившегося гораздо позже) не переворачивала подрезанный слой почвы, а лишь отваливала его. В дальнейшем к сохе была добавлена воронка для зерна, и так возник прототип современной сеялки.
Последним выдающимся изобретением мезолита следует признать деревянное колесо, ведущее свое начало от обычных бревенчатых катков, которые еще в ледниковый период использовались для перемещения больших грузов – каменных плит, лодок, туш убитых животных, стволов крупных деревьев и т.д. Довольно быстро было обнаружено, что легче всего катится по неровной поверхности такой каток, у которого средняя часть тоньше, чем торцевые. Для обеспечения этого качества люди стали выжигать центральную часть катка, а затем и выпиливать ее, получив прототип цельнодеревянного ската в виде двух дисков, жестко соединенных осью. Однако до повозки было еще далеко т.к. такой скат очень плохо проходил повороты. Поэтому свое первое применение колесо нашло в конструкции одноколесной тачки, ставшей вторым (после саней) наземным транспортным средством (в Древнем Китае ее нередко снабжали парусом для создания тяги). Древнейшее из найденных археологами колес было сравнительно недавно обнаружено в Словении, и его возраст составил около 5100 – 5350 лет. Оно было выпилено из дубового бревна, имело радиус 0,7 м, толщину 0,1 м и имело центральное отверстие для надевания на ось. Несмотря на свою большую толщину, такое колесо обладало малой сопротивляемостью на откол, и поэтому впоследствии было заменено колесами из трех дощатых пластин (шумерское колесо). Достоинства колеса оказались столь велики, что его совершенствованием занялись почти все цивилизации Древнего Мира (кроме аборигенов Австралии и Америки, куда колесо проникло только с пришествием европейских переселенцев). Крупным шагом вперед было изобретение в 2000 г. до н.э. ступицы – утолщения колеса вокруг осевого отверстия, в которое проходила невращающаяся ось. В результате колеса такого ската вращались независимо, и он мог совершать повороты. Позднее для облегчения колеса в нем стали делать спицы (в Египте колеса с 4 спицами появились в XV в. до н.э., а в Грецию они пришли на 100 лет позднее. В Римской империи в колесах диаметром до 1 метра использовалось 8 спиц (при диаметре 1,5 метра – еще больше), а для его упрочнения – окружные скрепы. Процесс оптимизации конструкции колеса занял около 2 тыс. лет, в результате чего к середине I тысячелетия до н.э. в сильнейших армиях Древнего Мира (в первую очередь в ассирийской) появился новый вид военной техники – боевые повозки с лошадиной тягой. Позднее, уже в Античном мире, такие повозки стали элементом спортивных соревнований. Грузовые 4-х колесные телеги с бычьей тягой появились еще позже, причем для снижения трения их оси смазывали жиром или дегтем.
Характерную эволюцию претерпели и размеры повозочного колеса – если в колесницах времен Римской империи его диаметр достигал 1,5–2 м (для снижения тряски при быстрой езде), то в эпоху Средневековья, когда качество европейских дорог резко ухудшилось, диаметр колес снизился до 1 м. и менее. В Европе в середине I тысячелетия до н.э. у кельтов возникла практика использования на окружности колес металлических ободов, существенно увеличивших их прочность и долговечность. Однако при этом возросли воздействия колес на дороги (которые широко стали строиться и использоваться уже в Римской республике), ввиду чего в 50г. до н.э. был принят первый закон об ограничении нагрузки на одно колесо величиной 250 кг. В завершение разговора о колесе, изобретатель которого издавна остался неизвестным, стоит упомянуть, что он неожиданно появился в 2001-м году! И им оказался не инженер, а австралийский юрист Джон Кэо, который решил продемонстрировать несовершенство патентного законодательства и с этой целью подал заявку на изобретение колеса. В июле 2001 г. он получил инновационный патент на это изобретение со следующей формулировкой: «круглое устройство, применяемое для транспортировки грузов». Этот пример весьма поучителен для мастеров и специалистов разных профилей.
Открытие колеса дало мощный толчок зарождению и развитию других роторных машин и устройств. Помимо транспортных систем это гончарный круг, прялка, водяное колесо, блок и т.д. Как и первое колесо, гончарный круг пришел из Месопотамии, где возник и сам «век керамики», а прялка была изобретена в Индии в середине первого тысячелетия н.э. По существу колесо стало первым объектом и субъектом будущего машиностроения. Тем не менее, четыре ведущих изобретения неолита – сверло, прялка, гончарный круг и колесо, – основанные на использовании вращательного движения, оставались единственными роторными машинами, вплоть до X века до н.э., когда появился блок, а затем токарный станок и мельница. Возможно, это было обусловлено тем, что в конце эпохи неолита наибольшее внимание мастеровых людей начали привлекать проблемы зарождающейся металлургии, связанной с наступлением бронзового «века» (3000–1000 лет до н.э.). До этого времени металлы встречались лишь в самородном виде (золото, медь, свинец и очень редкое самородное железо, считавшееся драгоценностью) и использовались преимущественно в качестве украшений.
Основными технологическими материалами неолита были камень, кости, шкуры и жилы животных, древесина и кора дерева, глина – сначала сырая, а позднее и обожженная. Для обжига глиняных изделий использовалась специальная обжиговая печь, представлявшая собой купольную конструкцию из обожженной глины, снабженную выходными отверстиями для протока воздуха. Внутри такой печи делались полочки для изделий из сырой глины, которые нагревались в пламени печи до 800–900оС (на открытом огне температура обычно не превышала 300–400оС) При такой температуре удавалось изготавливать удобные тонкостенные керамические сосуды со стенкой не более 3 мм., а также высокопрочные кирпичи, пригодные для многоэтажного строительства. Эти же печи послужили основой для создания в будущем металлургических печей для выплавки меди, бронзы, а затем и железа. Появившийся примерно в это же время (4000–3000 лет до н.э.) гончарный круг, на котором легко было формировать из сырой глины любые сосуды, ознаменовал рождение первого массового (и даже промышленного) производства бытовой керамики.
В заключение стоит упомянуть, что женщины также принимали участие в техническом прогрессе каменного века: они освоили технику плетения корзин, прядения волокон, изобрели веретено для их скручивания и разработали основы техники и технологии примитивного ткачества. Значительно позднее развитием прядильно-ткаческой техники занялись мужчины. С наступлением «века керамики» именно женщины занялись изготовлением глиняных горшков и другой кухонной утвари. И только с появлением гончарного круга с ручным, а позднее и ножным приводом, профессия гончара стала переходить к мужчинам.
Резюме: Каменные рубила, скребки и пилы, деревянная рукоятка и ее использование (топор, молоток, гарпун, копье). Использование и добывание огня, охотничьи ловушки, лук со стрелами, бумеранг, смычковая дрель, освоение шлифовки и полировки каменных изделий. Плот, весло и лодка, рыболовная сеть, мотыга, колесо, тачка, повозка. Роторные машины, обжиговая печь, обожженный кирпич, керамика, гончарный круг. Начало прядения и ткачества.