Леонардо и наука: инженерные науки.
Особый интерес у Леонардо был ко всему, что можно увидеть, что связано со зрением, поэтому в изучении оптики он во многом обогнал своих современников. Он знал, что зрительные образы на роговице глаза проецируются в перевернутом виде, и проверил это с помощью изобретенной им камерой-обскуры. Оптические иллюзии его завораживали. Некоторым из них он дал объяснения, пригодные и сегодня. На расстоянии ярко освещенный предмет кажется больше, чем освещенный слабо: Леонардо замечает, пользуясь теми же точно терминами, что и современный учитель физики, что «угол падения всегда равен углу отражения». Создавая инструмент для измерения интенсивности света, Леонардо нарисовал фотометр3, не менее практичный, чем тот, который был предложен американским ученым Бенджамином Румфордом три столетия спустя. Постоянно исследуя тень, Леонардо открыл феномен лунной тени и полутени; ему был знаком такой предмет, как очки, и в старческом возрасте он, очевидно, сам изготавливал их для себя; он объяснил, что разноцветное сияние оперения птиц или же пятен масла на поверхности воды объясняется преломлением лучей. Но он не систематизировал и не стремился сформулировать всеобъемлющих принципов.
Возможно, самая интересная из немногочисленных попыток Леонардо все же сформулировать основополагающие принципы связана с исследованиями в области механики. Он чрезвычайно близко подошел к формулировке первого закона Ньютона – закона инерции. Согласно этому закону, тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не заставят его изменить это состояние. Леонардо говорит, что «ничто не может двигаться само собой, движение вызвано воздействием чего-то другого. Этим другим является сила». Еще он написал, что «движение стремится к сохранению, или, скорее, движущиеся тела продолжают двигаться до тех пор, пока в них продолжает действовать сила движетеля». Было бы слишком смелым утверждать, что Леонардо предвосхитил Ньютоновы законы механики в каких-либо иных аспектах, но, правда и то, что принцип инерции много лет назывался принципом Леонардо.
Согласно Леонардо, «механика – это рай для математических наук, потому что с ее помощью можно вкусить плоды математики». Именно работы по механике, - где он выступает как инженер, изобретатель, - принесли ему славу ученого, которая, безусловно, сохраняется до сих пор. Некоторые его изобретения оказались бесполезными с самого начала, другие были неисполнимы по техническим причинам; про одно или два можно сказать, что они предвосхитили позднейшие великие открытия.
Леонардо был скромен в своих привычках почти до аскетизма. Он не любил долго спать: сон представлялся ему младшим братом смерти. В то время еще не существовало надежных будильников, и он придумал остроумное приспособление для пробуждения, описав его: струя воды медленно течет из верхнего сосуда в нижний, и когда тот переполняется, то своей тяжестью надавливается рычаг, который подбрасывает ноги спящего человека вверх.
Он создал множество рисунков шкивов и блоков в разных комбинациях, стремясь к тому, чтобы от каждого из них была получена выгода. Его привлекала возможность умножения силы через использование привода: на одном из его рисунков показано три зубчатых колеса, разных диаметров, соединенных между собой с помощью «фонаря», или конического привода, благодаря чему достигалось увеличение скорости вращения.
Прекрасно зная повседневную работу ремесленных мастерских, Леонардо изобрел механическую пилу, в которой лезвие двигалось вертикально. К управляемому педалью токарному станку он добавил тяжелое маховое колесо – возможно, первое во всей истории механики, - которое обеспечивало постоянное и продолжительное движение. После ознакомления с широко известной в те времена сверлильной машиной, которая была снабжена тремя сверлами, опущенными в трубку с водой, Леонардо сделал то, что нельзя назвать изобретением, однако можно считать существенным вкладом в механику. Обычно три сверла, закрепленных вертикально, сверлили предмет сверху вниз. Образовалось много стружек, мешавших работе. Леонардо сконструировал машину, которая сверлила снизу вверх и была снабжена специальным коническим щитом, защищавшим оператора от потока стружек, сыплющихся из отверстия. Он был мастером конструирования каналов, шлюз и плотин; он также предложил вполне практичный метод поднимания больших каменных строений с помощью домкрата, а во время работ по строительству каналов нарисовал несколько землечерпалок, подъемных кранов и других механизмов, чрезвычайно продуктивных для своего времени.
Современному уму эксперименты Леонардо с паром могут показаться странными, как и те, что он проводил, изучая циркуляцию крови. Он начал, очевидно, с конструирования калориметра4 для измерения объема пара, проводимого кипением заданного количества воды. Эскиз такого прибора включает движущийся в цилиндре поршень. Леонардо предложил паровое ружье, которое назвал архитронито. В нем происходил быстрый выброс пара, обеспеченный вмонтированным в ствол клапаном. Пар мог посылать пулю на расстояние 800 метров. Это свидетельствует о том, что Леонардо понимал и оценивал значение пара как движущей силы, однако нет ни одного указания на то, что он представлял себе паровую машину. Возможно, его искания в этой области послужили толчком для дальнейших экспериментов.
Перечень изобретений Леонардо, его идей и усовершенствований можно продолжать до бесконечности: легкие лыжеподобные башмаки для хождения по воде, перепончатые перчатки для плаванья, вращающийся вытяжной колпак для дымоходов, усовершенствованный насос с центрифугой, машины для производства металлических винтов, машины для производства веревки, Эксперименты с волчком, жидкостями, падающими телами, масляная лампа с наполненной водой стеклянной сферой для усиления яркости света.
Искусственный полет был задачей, постоянно занимавшей воображение Леонардо: он работал над ее разрешением около двадцати пяти лет. Он подходил к ней, как и к другим своим задачам, руководствуясь определенным правилом, которое звучит как предпосылка ко всему, что он делал: «Хотя человеческая искусность способна многое изобрести…все же она никогда не создаст предмета более прекрасного, простого и правильного, чем создает природа, потому что в ее изобретениях нет ничего лишнего, ничего недостающего». К несчастью для Леонардо, секрет движущей силы навсегда остался скрыт для него, поэтому кропотливые усилия по имитации полета птиц ни к чему не привели.