1. Применение физических законов в технике

Металлургия, как одно из самих ранних ремесел, была невозможна без знания физических свойств стали и меди, железа и бронзы. Унаследованное от предшествующих поколений кузнечное ремесло совершенствовалось в сторону изменения времени обработки предмета. Так, 10 операций, необходимых для изготовления ножа в X в., в дальнейшем были сокращены в сторону более легкой технологии. Древнерусские кузнецы пользовались сваркой лезвия ножа из трех полос: в середине - стальная пластина, по бокам - железные, причем толщина вваренной стальной полосы колебалась от 0,5 до 1,1 мм.

В древней Руси основой техники металлургического производства было прямое восстановление железной руды в металлическое железо. Лишь по цвету каления железа и стали определялась температура в сыродутных печах, снабженных нагнетателями воздуха - не ниже 1300-1400. Полученная сталь подвергалась проковке и цементации для приготовления цельностальных изделий.

При ковке железа температурные режимы равнялись 900-1300 и для стали - 775-1050. Под силу было русским кузнецам выдержать весьма узкие границы в 50 температурных режимов при трудных сварках железа и высокоуглеродистых сталей (для снижения хрупкости металла), а затем, в процессе цементации изготовленного предмета нагревать его до температуры не ниже 910.

Русские ремесленники блестяще владели техникой паяния железа и стали, применяя твердый припай на медной основе. Так, древнерусские замки, имеющие до сорока деталей, нагревались в специальном горне или сосуде. Детали перед этим обмазывались по швам медным порошком, и сюда же прокладывали медную пластинку или медную проволочку, которой и сваривали детали при определенной температуре.

Разнообразные температурные режимы и тонкое знание свойств цветных металлов характерны для древнерусского ювелирного дела. Уже в IX-X вв. при изготовлении зерни и филиграни применяли тончайшую проволоку, получавшуюся путем волочения металла через фильеры - отверстия в камне. На «колтах» известного тверского клада 500 напаянных металлических колечек достигают в диаметре 0,06 см. А на каждое колечко были нанизаны серебряные зерна диаметром в 0,04 см.

В IX-X вв. распространяется техника чернения, при которой выпуклый рисунок серебряного изделия заливался целиком специальным составом. C XIII в. рисунок выполнялся черневым контуром по блестящему светлому, но шероховатому (для прочности сцепления) фону. Способ покрытия предмета золотой амальгамой предусматривал последующее его плавление – получалось «жженое золото».

Изготовление русской финифти мастерами, прошедшими школу у греков, предусматривало прочерчивание контура рисунка на золотой пластинке, напаивание на него тончайших перегородок, заполнение эмалевым порошком и термообработку.

Изготовление стеклянных изделий, например, бус с металлической прокладкой требовало большого искусства. На основание бусины - небольшой стеклянный цилиндр - напаивалась тончайшая серебряная или золотая пластинка (фольга), причем толщина ее колебалась в пределах 0,010-0,024 мм. Температура плавления серебра достигала 961, золота - 1063. А температура стеклянной заготовки была меньшей и равнялась 490-800.

Колокола на Руси появились рано. Во время захвата Новгорода в 1067 г. В. Полоцким с Софии были сняты колокола. На знаменитых Корсунских вратах Софийского новгородского собора, попавших в Новгород в качестве военного трофея в 1187г., среди многочисленных рельефов есть литая фигурка мастера по литью колоколов. В строительных материалах «летской божницы» Владимира Мономаха (первая четверть XII в.) были обнаружены «обломки» древнего бронзового колокола.

Большой вклад в укрепление вооруженных сил внесли оружейники-бронники, щитники, лучники, кузнецы. Во второй половине XIV в. в Москве, Твери начали изготовлять огнестрельное оружие. Все приграничные русские города и крепости были снабжены «нарядом» – огнестрельной артиллерией, причем нарезное орудие и клиновый замок были изобретены русскими мастерами.

Уже в 1382 г. москвичи защищали от татар город с помощью пушек. «Пушечная изба», созданная в Москве в 70-80-е гг. XV в., знаменовала собой начало крупномасштабному литью пушек. Успехи, достигнутые русскими литейщиками пушек, выдвинули русскую огнестрельную артиллерию в середине XVI в. на первое место в Европе. А отливка А. Чоховым «Царь-пушки» в 1586г. являет собой вершину русского литейного дела. «Пушечных дел» мастером был и первопечатник И. Федоров. В 1583 г. он направил письмо саксонскому курфюрсту Августу I, в котором предлагал купить у него, И. Федорова, секрет «изготовления складных пушек».

Со временем производство пушек достигло такого размера, что их даже вывозили за границу. Например, в 1646 г. в Голландию было отправлено 600 орудий. Открытие в 1631 г. в России первого железоделательного Низинского завода привело к существенному увеличению производства оружия. Полвека работал в Оружейной палате Московского Кремля «самопальный и бронный мастер» Н. Давыдов. Он изобрел «пищаль винтованную» (нарезное ружье), «пищаль скорострельную», создал образцы ручного огнестрельного оружия и обучал своему искусству других мастеров.