Гидравлические механизмы Леонардо да Винчи

Леонардо да Винчи начал интересоваться гидравликой работая в мастерской Вероккио во Флоренции, занимаясь фонтанами. В Ломбардии, где передовые технологии канализации существовали еще с античных времен, он применил свои знания наделе.

Будучи главным инженером Герцога, Леонардо да Винчи разрабатывал вопросы гидравлики для использования в сельском хозяйстве и обеспечения энергией машин и мельниц. Его предшественником был только Архимед. Он занимался изучением свойств жидкости, хотя уже существовали и работали акведуки, каналы и другие гидравлические сооружения. Таким образом, Леонардо да Винчи пришлось опираться на собственный опыт, наблюдая течение рек, непрерывную изменчивость формв воде. Это рождало у него аналогии состроением Вселенной и существованием жизни на Земле, что отразилось в его поэтических комментариях к рисункам. Леонардо да Винчи часто использовал деревянные или стеклянные модели каналов, в которых он окрашивал создаваемые потоки воды,  отмечал их  маленькими буйками, чтобы удобнее было следить за течением. Результаты этих экспериментов нашли свое практическое применение в решении проблем канализации. Среди его рисунков - порты, затворы и шлюзы с раздвижными дверями. Леонардо да Винчи даже планировал прорыть судоходный канал, отводящий р. Арно, чтобы связать Флоренцию с морем через Прато, Пистойю и Серраваль.

Другой гидравлический проект был задуман для Ломбардии и Венеции. Он предполагал затопление долины Исонцо в случае турецкого вторжения. Существовал и план осушения Понтинских топей (о чем советовался с Леонардо да Винчи папа Медичи Лео Х).

Леонардо да Винчи создавал спасательные круги и противогазы как для военных, так и для практических нужд. Имитируя очертания рыбы, он совершенствовал форму корпуса корабля для увеличения его быстроходности, для этой же цели он использовал на нем устройство, управляющее веслами. Для военных нужд Леонардо да Винчи изобрел двойную обшивку корабля, способную противостоять обстрелу, а также потайное приспособление для установки корабля на якорь. Эту задачу решали при помощи водолазов, которые опускались под воду в специальных костюмах или на несложных подводных лодках.

В письме к Людовико иль Моро Леонардо да Винчи упоминал, что умеет "переводить воду изодного места в другое". Это означает, что его интересовала и гидродинамика. Сохранились необычные рисунки водоворотов, отражающие силу воды, а также рисунки колес для сдерживания силы водяных потоков. Необходимость снабжения городов водой, осушение рек и болот заставляла Леонардо да Винчи совершенствовать насосы и другие гидравлические механизмы, известные с античных времен. "Архимедовы винты" и другие гидравлические приспособления заполняли трактаты Франческо ди Джорджио Мартини и других инженеров его поколения, но только в работах Леонардо да Винчи они достигли неизведанного  графического и функционального совершенства. 

АРХИМЕДОВЫ ВИHТЫ И ВОДЯHЫЕ КОЛЕСА

На рисунке "Архимедов винт" слева изображена плотно обернутая трубка, по которой вода попадает из ванны наверх. За счет вращения рукояти вода из трубки подается непрерывным потоком.

 

ВЕHТИЛЯТОР

Одно из применений гидродинамики, предложенных Леонардо, - это создание устройства, способного сжимать воздух и прогонять его по трубам. У такого устройства широкий спектр применения: от вентиляции комнат до разжигания печей. Цилиндрический барабан, покрытый снаружи лопастями, приводящими его в движение (водой или вручную), а внутри разделенный на четыре взаимосвязанных секции с открытыми створками между ними, для выпуска наружу сжатого воздуха. Определенное количество воды циркулирует внутри него, перетекая из одной секции в другую по мере вращения барабана, сжимая воздух и проталкивая его наружу по трубе, расположенной в середине.

ВОДОЛАЗHЫЙ КОСТЮМ

С проблемой нахождения человека подводой был связан проект водолазного костюма Леонардо. Костюм изготавливался из водонепроницаемой кожи. Он должен был иметь большой нагрудный карман, который заполнялся воздухом для увеличения объема, что облегчало подъем водолаза на поверхность. Водолаз у Леонардо был снабжен гибкой дыхательной трубкой.

ВОДЯHОЕ КОЛЕСО

Изучая гидродинамику, Леонардо пытался найти наиболее эффективный способ применения силы и энергии воды при помощи больших колес. Одно из них изображено на рисунке.

 

ВОДЯHОЕ КОЛЕСО С ЧАШАМИ

Еще один метод закачки воды Леонардо заключался в применении водяного колеса с чашами, которые зачерпывали воду из нижней емкости и выливали ее в верхнюю.

ВОРОТА ДЛЯ ШЛЮЗА

Леонардо усовершенствовал систему открытия и закрытия шлюзовых ворот. Он изобрел маленькие шлюзовые ворота с засовом в их основании. Засов позволял впустить то количество воды, которое было необходимо для выравнивания давления по обеим сторонам главных ворот, что облегчало их открытие.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПИЛА

Поток воды приводил в движение колесо, которое, в свою очередь, двигало вертикальную пилу и тележку со стволом дерева. Таким образом, весь процесс распиливания становился автоматизированным.

ДHОУГЛУБИТЕЛЬHЫЙ СHАРЯД (ДРАГА)

Для очистки каналов Леонардо изобрел драгу, помещаемую между двумя лодками иснабженную четырьмя лопастями. Лопасти приводились в движение рукоятью. По замыслу, собранный со дна ил складывался на плот, укрепленный между двумя лодками. При повороте колеса трос, привязанный к берегу, наматывался на барабан, что автоматически передвигало установку. Ось вращения барабана можно было установить вертикально. Тем самым регулировалась глубина выборки грунта.

КАHАЛ СО ШЛЮЗАМИ

Изобретение Леонардо "Канал со шлюзами" относится к периоду его работы в Ломбардии. По каналу, текущему под уклон, благодаря ряду шлюзов могло осуществляться судоходство. Уровень воды при заходе судна на воду можно было контролировать открытием или закрытием ворот, спускающих или поднимающих воду таким образом, что достигалась необходимая высота воды для прохождения кораблей.

КОHТУРЫ РЫБ

Так как форма корпуса корабля имеет первостепенное значение, то Леонардо использовал для нее контуры рыбы, как наиболее органичные для воды.

ЛОДКА С ГРЕБHЫМ КОЛЕСОМ

Леонардо пробовал решить и такую проблему, как ускорение и облегчение навигации. Он предполагал оснастить некоторые лодки большими гребными колесами, приводимыми в движение либо вручную, либо при помощи ножной рукояти, возможно, оснащенной маховиком. Все это учащало ритм и повышало эффективность традиционной гребли.

ЛОДКА С ДВОЙHОЙ ОБШИВКОЙ И ПОДВОДHАЯ ЛОДКА

Гипотезу о том, что Леонардо намеревался создать корабль, способный погружаться под воду и всплывать на поверхность, подтверждает рисунок слева: "Если хочешь остаться на поверхности, надуй козлиную шкуру, потяни за подвешенный снизу груз и иди". Леонардо, несомненно, знал гидростатику. Он мог быть вдохновлен подводной лодкой Цезариано, которая была построена и опробована во рву, окружавшем замок в Милане. Возможно, судно Леонардо да Винчи погружалось, используя систему грузов и балластов; всплывало на поверхность путем нагнетания воздуха в специальные отсеки, встроенные в обшивку корабля. Накачка воздуха на суше производилась парусами, а под водой - веслами. Лодка с двойным корпусом на рисунке (справа) связана с изучением процесса погружения. Хотя, возможно, она представляла собой систему обороны во время морских сражений, необходимую для защиты от “бронебойного” орудия.

ПЛАВАТЕЛЬHЫЕ ПЕРЕПОHЧАТЫЕ ПЕРЧАТКИ

Перепончатые перчатки, изобретенные Леонардо, предназначались для увеличения скорости плавания.

ПРОЕКТ КАHАЛА К СРЕДИЗЕМHОМУ МОРЮ

Идея искусственного канала между Флоренцией и Средиземным морем была не нова для флорентийцев. Согласно планам Леонардо, канал изменял русло р. Арно в сторону Прато, Пистойи и Серравалля. Не достигая Пизы, река должна была вновь войти в свое обычное русло. Это создало возможность обильной ирригации региона, а также способоствовало судоходству между Флоренцией и Пизой. Возможность реализовать этот проект возникла во время войны против Пизы в начале XVI в. Многие флорентийцы, включая Маккиавелли, поддерживали этот проект, надеясь таким образом отрезать вражеский город от р. Арно. Под руководством Леонардо, вернувшегося из северной Италии, работы были начаты, но они скоро прекратились как по техническим причинам, так и в силу препятствий, чинимых пизанцами.

СИСТЕМА ДЛЯ ХОЖДЕHИЯ ПО ВОДЕ

Система хождения по воде, созданная Леонардо, включала в себя плавательные ботинки и шесты.

СЕРРАВАЛЬСКИЙ ТОHHЕЛЬ

На рисунке - планы земляных работ Леонардо по прорытию тоннеля в лощине под Серраваллем, около Пистойи.

СИСТЕМА УHИЧТОЖЕHИЯ СУДОВ

Здесь представлено cпециальное винтовое приспособление, разбивающее деревянные борта. Леонардо также предложил привязывать корпус корабля ко дну моря при помощи винтового механизма. При этом паруса сдувались и корабль шел ко дну.

СПАСАТЕЛЬHЫЙ КРУГ

Спасательный круг, созданный Леонардо да Винчи.

СПОСОБЫ ПОДHЯТИЯ ВОДЫ

Приспособления, поднимающие воду, были известны еще в Древнем Египте. В Древней Греции этой разработкой занимался Архимед. В эпоху Возрождения такие устройства стали применяться повсюду. Леонардо нарисовал множество их вариантов, часто улучшая их конструкцию и внешний вид. Спектр применения такой техники варьируется от фонтанов до водоснабжения, от водных игр до осушения болот.

СУДHО С ГРЕБHЫМ КОЛЕСОМ

Динамический рисунок показывает подвижность судна, а также его маневренность, которая стала возможной в силу того, что гребец смотрит вперед, а не назад.

ТРУБЫ И СВЕРЛО

Леонардо разработал технологию соединения и просверливания деревянных труб, предназначенных для снабжения города водой.

ЭКСКАВАТОР

Экскаваторы Леонардо были предназначены скорее для подъема и транспортировки вырытого материала, чем для рытья, как такого. Это облегчало труд рабочих. Возможно, экскаваторы были нужны для проекта отведения р. Арно. Предполагалось вырыть ров шириной 18м и длиной 6м. Рисунки дают представление о размерах машины и канала, который предстояло выкопать. Подъемный кран со штангами разной длины был интересен тем, что мог использоваться с несколькими противовесами на двух или более уровнях экскавации. Стрелы крана развертывались на 180° и перекрывали всю ширину канала. Экскаватор устанавливался на рельсы и, по мере продвижения работ, передвигался вперед при помощи винтового механизма на центральном рельсе.

ДЫХАТЕЛЬHАЯ ТРУБКА

Леонардо - не первый ученый, которого заинтересовала возможность человека погрузиться и оставаться под водой. Средневековые книги давали тщательное толкование этой задачи. В период Ренессанса проводились эксперименты, связанные с этой проблемой. Например, Леон Баттиста Альберти планировал поднять некоторые римские суда со дна оз. Неми. У Леонардо водолаз был снабжен гибкой дыхательной трубкой, которая соединяла его шлем с защитным плавучим куполом на поверхности воды (сделанным, предпочтительно, из тростника с кожаными соединениями). На рисунке изображен аппарат для дыхания под водой с деталями клапанов для забора и выпуска воздуха.

Отправить