
- •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
8.1.2. Революция в военном деле
Можно смело утверждать, что Средневековье стало очень важным этапом развития военной техники и технологии, обеспечившим гегемонию Европы в её экспансию по миру в эпоху Возрождения и Нового времени. Так, если в раннем Средневековье основные виды европейского оружия просто копировали античные аналоги – лук, меч, копье, а также разнообразные метательные машины – катапульты для метания копьевидных стрел и баллисты для метания камней, – то в ходе бесчисленных феодальных войн они были значительно усовершенствованы и дополнены новыми элементами. Это, например, фрондибола и онагр, предназначенные для перебрасывания крупных камней или сосудов с горящей смесью через высокие городские стены. Это аркбаллиста – комбинация мощного лука с лебедкой для натягивания тетивы, это бриколь, основанная на изгибной упругости деревянных балок и т.д. Обслуживали такие орудия команды из 4 – 10 человек, и они добивались полета снаряда на расстояние до 300 метров.
Важнейшую роль в военном искусстве раннего Средневековья сыграло изобретение в 671 году сирийским мастером Калинникусом «греческого огня», представлявшего собой смесь селитры, серы, нефти, смолы и канифоли, который горел и не гас даже в воде. Широко использовался этот огонь в «зажигательных механизмах», выбрасывавших зажигательные снаряды в противника с палуб больших кораблей. Такой техники не было у античных военных моряков. Секрет «греческого огня» тщательно сохранялся византийцами, (которые и были его первыми владельцами) до XII века, когда ему на смену пришло огнестрельное оружие.
В исторической литературе принято приписывать изобретение пороха китайцам, от которых он постепенно «дошел» и до Европы. Однако имеются веские свидетельства в пользу европейских алхимиков, в частности, естествоиспытателя Р. Бэкона, монаха Б. Шварца (1313 г.) и других. Первые пушки появились и стали применяться в Европе только с середины XIV века, а артиллерия как род войск возникла в 1470 г. Аналогичное положение имело место и с изобретением тачки, которая, видимо, появилась у китайцев (при строительстве Великой стены и Великого канала), а затем независимо была изобретена и Европе (XIII век), в связи с ростом торгового мореплавания и городского строительства. Совершенно так же появился в Европе и компас с магнитной стрелкой, официальной датой изобретения которого принято считать 1300 год (в 1900 году было торжественно отмечено 600-летие его рождения).
В целом, приближение XIV века в Европе отмечено целым рядом новшеств, подготовивших грядущее Возрождение: это открытие в 1290-м году первой стекольной фабрики в Ля-Шепелье, первое промышленное производство обожженного кирпича (1150 год), рождение техники изготовления металлических обшивок для судовых корпусов (1354 год) и технологии производства чугунных пушечных ядер, промышленный выпуск бумаги (1360 год, Нюрнберг) и изобретение первых гранат и пушечных снарядов (1405).
Крестовые походы пополнили средневековый европейский арсенал такими военными атрибутами как арбалет, барабан и труба. Главным персональным оружием Средневековья стал арбалет (от латинского аркбаллиста – лук-баллиста), доставшийся Европе ещё от Античного мира. Он представлял собой удлиненное ложе для железной стрелы, на внешнем конце которого размещался стальной лук с сухожильной тетивой, а на внутреннем – натяжной ворот с рукоятью. Со временем на арбалетах появилось прицельное устройство и приклад, что существенно повысило его эффективность. Стрелял арбалет короткими металлическими стрелами («болтами») или свинцовыми пулями на расстояние до 200 м, нередко пробивая рыцарские латы. Стоит заметить, что даже лёгкий арбалет того времени (весом 3 – 5 кг) имел энергию выстрела 150 дж (против энергии стрелы лука – 50 джоулей), а его болт массой 50 г. имел начальную скорость до 70 м/сек. Дальность полёта такого болта составляла 250 м, а дальность поражения достигала 150 м (кольчуга пробивалась на расстоянии до 80 м), при скорострельности 4 выстрела в минуту. Ещё более эффективными были «тяжёлые арбалеты» (весом около 7 кг), обладавшие энергией выстрела до 400 дж (у современного пистолета Макарова она всего 340 дж) и сообщавшие 100-граммовому болту начальную скорость до 90 м/сек. В результате его баллистические показатели удваивались, однако скорострельность вдвое снижалась.
Появление подобных арбалетов оказалось настолько эффективным и смертоносным, что в 1139 году II Церковный Собор запретил его использование против христиан. Бурное развитие арбалетострения породило массу разнообразных конструкций его элементов, что стало первым примером гонок за техническое совершенствование популярных устройств. В результате подобных совершенствований арбалеты оставались в европейских армиях параллельно с огнестрельным оружием вплоть до XVII века. Еще одним военным новшеством стали рыцарские доспехи, которые сошли на нет только после появления огнестрельных мушкетов. Последние образцы рыцарских доспехов, предназначенных для защиты от арбалетов, весили 20 – 27 кг, а вместе с вооружением вес рыцарского снаряжения составлял 30 – 35 кг. Вес конских доспехов был еще больше – достигал 46 кг.
Освоение в XIV веке огнестрельного оружия открыло новую эпоху в военном деле. Первыми появились склепанные железные и бронзовые пушки, стрелявшие каменными и железными ядрами весом не более 2-х кг, однако их эффективность была крайне низкой, причём часто от разрыва ствола погибали сами пушкари. Однако, уже в 1346 году в битве при Креси между англичанами и французами, артиллерия сыграла весьма важную роль. Начавшееся после этого совершенствование пушек привело к появлению гигантских бомбард, стрелявших каменными ядрами весом 100 – 200 кг, которые уже пробивали городские стены. Для перевозки таких бомбард требовалось до 80 пар волов, что крайне затрудняло их использование. Постепенно сформировались оптимальные соотношения для размеров бомбард и их снарядов: вес пороха должен был составлять 1/9 веса каменного ядра, длина ствола равняться 5 его диаметрам, причем 3/5 этой длины отводилось заряду, после которого следовала пустая камера (1/5 длины) и деревянный пыж. Ядро обычно законопачивалось, а иногда и засыпалось мелкими камнями (отсюда впоследствии возникла шрапнель). Дальность стрельбы составляла до 2000 шагов. Переход к чугунным ядрам позволил увеличить длину ствола и дальность стрельбы, снизив при этом калибр орудий. В XVI веке появились литые медные и бронзовые пушечные стволы с просверленным каналом ствола. Революционным усовершенствованием стало изобретение колесного лафета, что повысило маневренность орудия, и позволило оснащать его системой точного наведения. К концу XV века артиллерия превратилась в основной вид вооружения в крупных битвах, а её развитие заложило основы артиллерийской науки и механики стрельбы.
В XV веке появляются первые мушкеты и аркебузы, в которых пороховой заряд по примеру пушек поджигался посредством кремниевого огнива, а заряжались они с дульной части. Тем не менее, в широкое употребление ручное огнестрельное вооружение вошло на 1,5 века позднее, чем пушки, т.к. требовало гораздо более тонкой и стандартной технологии изготовления. Фактически именно оно и стало первым изделием будущего массового производства. Массированное производство военной техники способствовало подъёму металлургии и открытию новых сплавов с различными свойствами. Одним из важнейших результатов этого стало открытие чугуна (XIII век) и его использование в пушечном деле (XIV – XV века) для изготовления стволов, лафетов, ядер.
Для ведения войн европейские государства остро нуждались в географических картах, которых фактически не было. Еще более необходимыми эти карты оказались для купцов и морских разбойников, которые к IX – X векам резко активизировали свою деятельность, и в связи с этим начали сами вычерчивать такие карты. Помимо карт начиная с XIII в. большим спросом стали пользоваться т.н. «приливные таблицы», в которых на основе многолетних наблюдений морских приливов указывалось время и величина приливного подъёма (или спада) воды в зависимости от «возраста Луны», т.е. от числа суток с момента последнего новолуния. Эти таблицы (составленные первоначально Валлингфордом и Хатчинсоном из Ливерпуля) оказались очень важным подспорьем для мореходов и капитанов и быстро превратились в глубоко засекреченную документацию, приобрести которую было крайне сложно даже за большие деньги. Тайная торговля этими таблицами продолжалась до конца XVIII в., когда на основе ньютоновой механики была построена математическая модель приливных явлений.
Ведущую роль в прибрежной навигации сыграли «неистовые норманны» («северные люди»), совершавшие в течение IX – XI веков разбойничьи набеги на прибрежные города и монастыри Европы от Шотландии до Сицилии и даже ненадолго захватившие Париж. Будучи искусными мореходами, выносливые и свирепые в битвах, норманны (в Европе их называли также викингами, а в России – варягами) стали грозой морей, совершая молниеносные переходы на своих небольших, но быстроходных и устойчивых ладьях длиной 30 – 40 м, приспособленных как для парусного, так и весельного хода. На этих суденышках (драккарах и кноррах) с двусторонним ходом викинги открыли и заселили Исландию, а около 1000-го года достигли Гренландии и Северной Америки, основав там поселения на побережье нынешнего Ньюфаундленда. Однако встретившись с непримиримым отношением местных индейских племён, были вынуждены покинуть открытую землю, вернувшись в «зелёную страну», названную ими Гренландией. В своих походах по северным морям на небольших ладьях викинги, как правило, ночевали на открытых палубах в специальных мешках, сшитых из шкур животных. Так что их можно считать изобретателями спальных мешков. Также именно у викингов зародилось так называемое норманнское право: «Кто сильнее, тот и прав».
Нищая Западная Европа мало привлекала викингов, зато их манили богатства Византии. Так как морской путь туда был слишком далек и сложен, они заключили военный союз с русскими князьями, проложив путь «из варяг в греки». В результате этого союза в 860-м году русско-скандинавская флотилия окружила Константинополь, обложив его большой данью. Перепуганные византийцы решили обратить «бородатых северян» в христианство. Византийские миссионеры Кирилл и Мефодий, уже окрестившие в 863 году южных славян и чехов, начали гуманитарную подготовку этого грандиозного мероприятия, завершившегося полным успехом только в 988 году. Заключенный мирный договор с Византией переключил агрессивность варягов на хозяев Каспийского моря – персов. Для торговли награбленными товарами викинги основали в 859 году купеческий город Новгород, а позднее вошли в правящую элиту Руси, основав династию Рюриковичей.
В заключение упомянем еще об одном новом для Северной Европы виде «оружия», оказавшемся чрезвычайно эффективным. В отличие от Рима, лошадь пришла в Европу очень поздно, только в IX веке, когда благодаря заимствованию из Китая подков и упряжи она стала основным тягловым и транспортным животным в городском и сельском хозяйстве. В битвах же она стала использоваться лишь в XI веке, когда опять же из Китая была заимствована ещё одна важнейшая деталь упряжи – стременная опора всадника. Именно с этого момента родился новый вид военной «техники» – конные рыцари,– которых не было ни на Востоке, ни в Греции, ни в римских войсках. Использование стремян существенно повысило устойчивость всадника в седле и позволило резко увеличить силу удара копьём, которое с этого времени стало главным оружием рыцарства. Появившийся новый род войск – кавалерия, – сразу продемонстрировал свои огромные возможности благодаря завоеванию Британии в XI веке нормандским герцогом Вильгельмом Завоевателем (1027 – 1087). Имея в распоряжении полутысячный отряд всадников, он в битве при Гастингсе (1066 г.) наголову разбил пешее войско короля Гарольда, численность которого была на порядок выше. После этого разгрома лошадь стала в Англии любимым животным. Учитывая к тому же и огромные транспортные возможности лошади, можно говорить о своеобразной «лошадиной революции» в средневековой Европе, причём эта революция имела три основных аспекта: сельскохозяйственный (пахота), транспортный (связь между городами) и военный (новый род войск). Возможно, что именно последний фактор подвигнул папский престол на организацию Крестовых походов. Ещё одним достижением «лошадиной революции» можно считать распространение в Европе брюк, которые пришли сюда от скифов.