Прогресс имел место и в гончарном производстве.
В начале VIII века в Европе появились первые проблески возрождения гончарного производства, в том числе и производство фаянса, - так говорят историки. Не можем сказать, что означает в их речи словосочетание «первые проблески», а вот о «возрождении» скажем прямо: это отражение неверной хронологии. Ведь, по традиционным представлениям, все технические навыки древности обязательно требовалось возрождать. В Х веке «возродилось» волочение проволоки, якобы освоенное древними греками, а затем ими забытое, видимо, за ненадобностью, в XIII - производство вязаных изделий, а в VIII, как видим, гончарное производство…
На самом-то деле можно предположить, что только с VIII века и развилось оно всерьез, как отрасль, производящая крайне нужный товар. А раньше посуду лепил себе из глины каждый сам, или производил маленькими партиями для небольшого круга пользователей, например, для жителей своего села.
С переходом к товарному производству основным изделием стала глазурованная плитка для облицовки стен и полов. Керамическое производство существовало в Гранаде, Альгамбре и других испанских городах арабского мира, а также в Византии. В Италии в XI веке флорентийские мастера Лукка делла Робиа и его преемники стали покрывать свои изделия молочно-белой непрозрачной глазурью, получившей название майолики (от балеарского острова Майорки, или Мальорки). Глазурь содержала окись олова, подкрашивалась она в синий цвет кобальтом, в зеленый - медью, в фиолетовый - марганцем. Все изделия мастера обжигали дважды: перед глазурованием на слабом огне, и после покрытия их глазурью - на сильном.
Тосканские гончары, узнав секрет оловянной глазури, поставили производство на поток, положив начало новой для Европы отрасли гончарного производства: изготовление глазурованного фаянса. А название свое - фаянс, эти изделия получили по названию североитальянского города Фаэнцы, поскольку гончарные изделия местных мастеров приобрели наибольшую известность в мире.
Вот сколь интересна история технологии керамики.
Вершиной строительной техники Византии является храм св. Софии в Константинополе. Построенное при императоре Юстиниане (по традиционным представлениям, в VI веке), это сооружение превзошло своими размерами и роскошью все известные до той поры храмы. Центральное квадратное в плане пространство храма было перекрыто куполом диаметром 33 метра. Такого купола, да и вообще такой грандиозной постройки не было больше нигде. Нагрузка от купола распределялась на четыре мощных пилона высотой 23 метра. Два полукупола, расположенных на противоположных сторонах главного купола, опирались на те же пилоны и придавали большую стабильность и прочность всему сооружению. Внутренние помещения храма были облицованы мозаикой из стеклянной смальты и мрамором.
Затем достижения византийских мастеров начали широко использовать и в других странах Византийской империи: на Крите, в Македонии, Сербии, Болгарии. Наконец, когда после IX века началось культурное развитие Западной Европы, и здесь тоже появились мастера строительного дела и зодчие.
Как и другие средневековые ремесленники, строители также объединялись в артели, корпорации и иные цеховые организации. Особенно заметными такие корпорации стали с XIII–XIV веков в тех странах, где велось значительное каменное строительство: в Англии, Италии, Франции и Германии.
От строителей-каменщиков величественных зданий, каковыми были в те годы преимущественно церкви и монастыри, требовалось большое мастерство и искусство. Однако свои знания и умения каменщики хранили в тайне. По характеру работы строители были вынуждены подолгу жить вдали от дома. Они селились компаниями по 12–20 человек поблизости от места строительства в постройках, называемых ложами(от фр. loge, англ. lodge). Первые ложи были основаны около 1212 году в Англии и в 1221 году во Франции.
Позднейшие организации франкмасонов (в переводе - «свободные каменщики»), которые приобрели религиозно-политический характер, позаимствовали некоторые черты от этих средневековых корпораций, прежде всего таинственность, которой окружали себя последние, и сложную систему причудливых обрядов.
Что касается мостов, то в Европе они долгое время сооружались преимущественно из дерева. Каменные мосты сначала появились в странах Востока и в Византии, а в Западной Европе их строительство началось в XII веке. Первые были построены в Регенсбурге (1146) и Лондоне (Старый мост, 1176). По образцу других корпораций во Франции было создано Мостовое братство монахов ордена бенедиктинцев, с уставом как у монашеского ордена, построившее, в частности, мост через Рону у Авиньона (1178) с 21 эллиптической аркой. Во Франкфурте-на-Майне и в Дрездене первые каменные мосты были построены в XIII веке. Мосты строились также во Фландрии и других странах Западной Европы.
Вслед за улучшением архитектурного облика городов началась их очистка. Ведь в Средние века почти все города Центральной и Западной Европы буквально утопали в грязи. Так, средневековый Париж был настолько погружен в грязь, что жители, вынужденные покидать свои дома, совершали это только верхом на лошади или в высоких сапогах.
К XIV веку содержание улиц в порядке и чистоте становится постоянной заботой городских властей. Служба мусорных повозок была организована в Париже в XIV, а в Амьене в XV веке. В некоторых городах жители нанимали мусорщиков за собственный счет. Мусор и нечистоты сбрасывали в реки или рвы. Каждому горожанину вменялось в обязанность заботиться о том, чтобы улица перед его домом была замощена. Такое требование привело к тому, что к XIV веку улицы важнейших французских городов имели мостовые; в это же время появляются мостовые в Праге (в 1331 году).
И водосточные канавы появились в Европе в XIV–XV веках, но только в крупных городах.
Вообще снабжение водой было примитивным. Во дворах выкапывали колодцы, а также собирали дождевую влагу в специальные цистерны, расположенные на чердаках, или брали воду в городских фонтанах. Канализация отсутствовала. Грязную воду и нечистоты сливали в специальные ямы, которые время от времени очищали.
В общем-то, здесь нам все понятно. Именно так мы и представляем себе средневековый город и его эволюцию. Странно лишь то, какой нам рисуют гигиеническую обстановку в древних городах.
Оказывается, для снабжения жителей Вавилона водой был сооружен акведук, имевший длину, равную расстоянию от Парижа до Лондона. Он был для своего времени техническим чудом, говорят историки, да ведь и в Средние века такой акведук был бы чудом.
Далее, для греко-римского мира баня - обычное дело. А в Средние века бань и в частных жилищах не было, и общественными не пользовались: только в XIII столетии баня «вновь начинает пользоваться популярностью». Очередное «возрождение», как видим; в Париже в 1292 году было уже до 30 общественных бань.
А вот санитарное состояние античных городских площадей, улиц, дворов задолго до средневекового варварства обеспечивалось хорошо организованной системой водостоков, обложенных камнем и перекрытых плитами; существовала и канализация. Благоустройство и санитарное состояние города были предметом заботы со стороны должностных лиц - астиномов, наблюдавших, чтобы уборщики нечистот сваливали их не ближе 10 стадиев от городской стены. Городские дома имели ванные комнаты, а также канализацию и водопровод, трубы которого делали из обожженной глины. Специального отопления в домах не было: в холодную погоду комнаты согревались переносными глиняными сосудами с двумя ручками, в которых находился раскаленный древесный уголь. В комнатах для мытья было духовое отопление, горячий воздух из топки проходил под полом по трубам.
Появившееся в VI веке до н. э. центральное отопление стало устанавливаться в храмах, банях, частных домах древних греков, его применяли и в гимназиях для нагревания воды в бассейнах. Отопительный прибор состоял из жаровни и гипокаустона, над которым располагалась емкость с водой для нагревания, и из труб, по которым горячая вода подавалась в бассейн.
А потом все это было забыто, чтобы много столетий спустя, с развитием медицины, санитарии и общественной нравственности, появиться снова. И прежде всего должны были сновапоявиться теория и практика таких отраслей знания, как пневматика и гидравлика.
Вы верите такой эволюции общества? Мы - нет.
Наполненный воздухом пузырь, сделанный чаще всего из кожи животного, был первым из всех ныне известных пневматических устройств. С помощью таких пузырей люди переправлялись через реки. Но это было уж в совсем дикую эпоху, а во времена более культурные надувные пузыри понадобились в качестве мехов в железоделательном производстве. Здесь, можно сказать, начало пневматики. В гидравлике же первым шагом стала копка простейших канав, превратившаяся со временем в ирригационные сети. Люди на практике использовали закон сообщающихся сосудов, даже не подозревая о существовании столь сложного закона.
А вторым шагом в гидравлике каким-то чудом оказались научные работы Архимеда, как уверяет традиционная история. Считается, что он занимался судостроением, конструированием машин для потопления судов, гидростатическим взвешиванием, создал технические устройства, использующие свойства жидкостей. И что же? Казалось бы, его исследования вызваны запросами практики, но они получили лишь ограниченное применение в технике, преимущественно в сфере его личной конструкторской работы, а затем были на столетия забыты.
Архимедов винт (реконструкция по описанию Витрувия)
Все знают закон Архимеда. Считается, что он вывел его из допущения, что вода состоит из действующих одна на другую частиц жидкости. Те из них, которые сильнее сдавливаются, выталкиваются на поверхность. Такому же воздействию подвергаются погруженные в жидкость тела, обладающие меньшей плотностью, чем окружающие частицы. В изложении М. В. Ломоносова закон Архимеда выглядит так:
Тело, у пертое в воду,
Не теряет в весе сроду.
Оно прется оттуды
Весом выпертой воды.
Мы начинали эту часть книги - «История техники» - с античных механиков. Теперь, переходя к технике эпохи Возрождения, мы вынуждены опять говорить об античных механиках!
Ведь и пневматику, сразу же вслед за изобретением первобытных мехов, и сразу на уровне XVI века, развивал античный грек Герон. Он даже написал серьезный труд «Пневматика» - о механизмах, приводимых в действие нагретым или сжатым паром. Но его «Пневматика», как и работы Архимеда в области гидравлики, имела ограниченное хождение, была известна лишь узкому кругу александрийских инженеров. Зато в эпоху Возрождения этот труд был издан типографским способом и получил широкую известность!
По нашей версии, словесные описания античной гидравлической техники если и относятся к эпохе античности, то только такой античности, которая непосредственно предшествовала своему собственному «возрождению». Но, впрочем, тексты - они и есть тексты. Современные фантасты как нечего делать могут описать космический корабль, летящий, например, к Сириусу. Но вот нам говорят, что город Мохенджо-Даро на берегу Инда за 2–3 тысячелетия до нашей эры имел водопровод и канализационную систему, вот это да! Это уже не теория, это практика!
А в Древней Греции за четыре столетия до н. э. строили публичные бани с водопроводом и канализацией. В Афинах был водопровод в VI веке, а в Сиракузах в V, а в Антиохии и Пергаме во II веке. Все, заметьте, до нашей эры, и все на территории Византийской империи. Уже к концу VI века до н. э. древние греки затеяли строительство судоходного канала на Коринфском перешейке, а во II веке до н. э. вырыли канал между Нилом и Красным морем. Проводились и крупные мелиоративные работы, не говоря уже об управлении разливом рек, орошении полей при помощи каналов, учете распределяемой воды, создании водоподъемных приспособлений и прочем.
В Древнем Риме в I веке н. э. водоснабжением и строительством водопровода занимались особенно интенсивно. Тогда-то, полагают историки, и появилось слово «гидравлика», а Сикст Юлиус Фронтиус написал трактат о сооружении трубопроводной техники. Но опять изобретения имели ограниченное применение, и не нашли своего продолжения, и даже более того - довольно скоро земляне загадили свои города и полторы тысячи лет не могли сообразить, что вообще может существовать канализация и водопровод.
Мы тут на выбор можем предложить два коренных изменения в представлениях о цивилизации. Надо или пересмотреть теорию эволюции, признав, что на Земле меняются две расы людей: сначала живут такие умные, что без подготовки и без всякой нужды делают гениальные изобретения, а потом вместо них появляются полные дураки, не способные заметить очевидного, или хотя бы продлить уже сделанное. Или другой выход: пересмотреть хронологию, признав, что вся техника Древней Греции спроектирована и использована в Византии после VI века н. э.
Если же вернуться к более или менее достоверной истории, то мы обнаружим, что в VII–IX веках прямо продолжилиантичные исследования (а во многом их и выполнили) ученые стран ближнего Востока и Испании. Арабам (аль-Гацини и аль-Бируни) принадлежит заслуга уточнения таких понятий физики, как удельный вес, плотность, установление влияния на эти характеристики температуры. Рассматривались не только твердые тела, но и жидкие. Кроме того, аль-Гацини дал объяснение функционированию артезианских колодцев, связанное с принципом действия сообщающихся сосудов. В Европе такие колодцы появились лишь в XII веке.
На арабском Востоке уделялось большое внимание вопросам мелиорации, орошения, водоподъема и сооружения каналов. Эти задачи, говорят, «решались без использования научных знаний и не повлекли за собой разработку теории». Итак, в эмпирическом плане в гидравлику в это время было внесено мало нового - поскольку, как известно всем историкам, подобные гидротехнические сооружения были известны и египтянам, и ассирийцам за тысячелетия до н. э., - и теория тоже осталась в «античности». Вот и получается, что в Средние века жили одни дураки.
В Западной Европе арабские достижения получили развитие, начиная с XII века. В XV и XVI веках появились инженеры, пришедшие «на смену античным механикам». Они были знакомы с архитектурой, фортификацией, артиллерией, а иногда и с сооружением каналов. Первые технические учебные заведения - артиллерийские школы, создаются в начале XVI века в Италии (Сицилия, Венеция) и в Испании (Бургос). Печатается значительное число руководств по артиллерии, принадлежащих, например, Коладо, Капо-Бианки, Диего Уфано, Тартальи и др.
В это время происходит интенсивное развитие мореплавания, идут большие работы по расширению судоходства по рекам и специально сооружаемым каналам, возводятся плотины, строятся шлюзы, устраивается большое число водяных мельниц, ведутся большие ирригационные работы. Естественно, все это не могло не пробудить интереса к вопросам гидростатики.
И наконец в середине XVI века Тарталья публикует трактат Архимеда по гидростатике, а также приводит таблицу удельных весов различных минералов, главное же - предлагает способ подъема затонувших судов, обращаясь в сущности к положениям гидростатики древнего грека. Тут может быть три варианта. Первое: Тарталья перевел Архимеда и на основе его работ сделал свои предложения. Второе: Тарталья работал над этой темой, узнал о трудах Архимеда и привел его работу в доказательство своей правоты. Третье: Тарталья сам сделал всю работу, но для придания ей авторитета приписал основополагающие ее части известному ученому.
Продолжая его работу, наиболее важных практических результатов достиг Леонардо да Винчи. Он принимал участие в мелиорации в Ламелинне, в устройстве гидросооружений в Наварре. Занимался осушением Понтийских болот, проектировал отвод русла реки Арно у Пизанского моста, изучал гидроустройства на Адде и на Картезианском канале. Важнейшие судоходные каналы Италии также были сооружены им. Он составил проект улучшения судоходства на реке Луаре (Франция), в частности предусмотрел ее шлюзование. Правда, если следовать официальной истории, то не понятно, в чем его заслуга, ведь «в глубокой древности» эти проблемы решались с легкостью необыкновенной.
А Леонардо, прежде чем заняться своей работой, пришлось немало к ней готовиться! Изучать закономерности течения жидкости в каналах и определять причины появления волн и вихрей, исследовать водосливы, изучать закономерности возникновения наносов на дне рек… Эти проблемы и сейчас являются основными в русловой гидравлике.
Он предположил существование закона сообщающихся сосудов, и описал парадокс равенства давления на дно сосудов различной формы, - в дальнейшем эти результаты были обобщены Паскалем и Торричелли и получили известность под их именами. В трактате «О движении и измерении воды» Леонардо да Винчи определял скорость истечения воды из отверстия сосуда в зависимости от высоты его уровня над горизонтом, но сделал это не совсем точно, ведь это сложнейшая задача. А нам говорят, что еще в древнем Египте создали водяные часы с равномерным понижением уровня воды!
Леонардо да Винчи - художник, архитектор, инженер, механик-практик и экспериментатор… Это правда, что многие из его экспериментов были выполнены лишь на бумаге. Правда, что его рукописи долгие годы лежали под спудом, и лишь в конце XIX века началась их публикация, но все же они не остались в стороне от главного пути технического прогресса. У Леонардо было много учеников, знакомых с его идеями и сотрудничавших с ним. А если обратиться к публикациям XVI века по технике, то сразу станет видно, что многие авторы были знакомы с проектами и идеями Леонардо.
Изобретательский гений Леонардо был подкреплен обширными техническими знаниями. Он знал практически все разновидности зубчатых зацеплений, кулачковые, гидравлические и винтовые механизмы, передачи с гибкими звеньями. Неизвестно, можно ли было их сделать тогда. Относительно некоторых сразу можно сказать, что они были недоступны для техники той эпохи. Сюда можно отнести центробежный насос, гидравлический пресс, огнестрельное нарезное оружие.
Система шлюзов времен эпохи Возрождения
Есть еще одно выдающееся изобретение Леонардо да Винчи, и в жизнь оно было претворено его трудами. Прежде шлюзовые ворота на каналах делались опускными. Приблизительно в 1495 году он набросал эскиз двух створных щитов, снабженных небольшими отверстиями (с задвижками) для воды, чтобы наполнять или опорожнять шлюз. Этот эскиз вполне можно было бы взять за образец чертежа современного шлюза. А в 1497 году подобные ворота были сооружены на Миланском канале.
Во многих других случаях зарисованные и описанные им машины или приспособления были воплощены на практике лишь спустя пятьдесят лет после его смерти. Например, он предложил пистолет с колесным затвором, по образцу которого в Германии приблизительно с 1500 года стали делать мушкеты. Его роликовые подшипники (о которых он писал как о «чуде механики») были впервые изготовлены в XVI, а получили широкое распространение лишь в XIX веке.
Им были сконструированы спиральные и конические зубчатые передачи. Он изучал шарнирную цепь и многие другие устройства подобного рода. Леонардо лучше своих предшественников понимал разницу между машиной, выполняющей работу, и двигателем, который приводит ее в движение. На эскизах многих его машин указан просто вал, к которому можно подсоединить любой двигатель…
Приведем также слова английского ученого Роджера Бэкона, предвосхитившего многие будущие изобретения:
«Прежде всего, я расскажу о чудесных творениях человека и природы, чтобы назвать дальше причины и пути их создания, в которых нет ничего чудодейственного. Отсюда можно будет убедиться в том, что вся сверхъестественная сила стоит ниже этих достижений и недостойна их… Ведь можно же создать первые крупные речные и океанские суда с двигателями и без гребцов, управляемые одним рулевым и передвигающиеся с большей скоростью, чем если бы они были набиты гребцами. Можно создать и колесницу, передвигающуюся с непостижимой быстротой, не впрягая в нее животных… Можно создать и летательные аппараты, внутри которых усядется человек, заставляющий поворотом того или иного прибора искусственные крылья бить по воздуху, как это делают птицы… Можно построить небольшую машину, поднимающую и опускающую чрезвычайно тяжелые грузы, машину огромной пользы… Наряду с этим можно создать и такие машины, с помощью которых человек станет опускаться на дно рек и морей без ущерба для своего здоровья… Можно построить еще и еще множество других вещей, например, навести мосты через реки без устоев или каких-либо иных опор…»
После Леонардо да Винчи развитие техники, и в том числе гидравлики получило такой размах, что ее достижения намного превзошли то, что наблюдалось в эпоху Возрождения. Это было связано с господствовавшим в XVII и начале XVIII века мануфактурным производством.
Еще одним стимулом для развития физики и механики было проектирование и изготовление водооткачивающих устройств, тепловых двигателей - предшественников паровых машин. Отправным техническим механизмом здесь был насос, изучение принципа действия которого во многом стимулировало разработку проблем пневматики и гидростатики. Естественно, что работы Череди, Делла Порта и других в этой области оказались в сфере пристального внимания ученых XVII века.
Стевин - инспектор плотин Голландии, сформулировал важнейшие законы гидростатики, теории гидростатического давления и положений, связанных с определением остойчивости судов. В 1632 году Галилей изложил теорию, доказывающую равновесие жидкости в сообщающихся сосудах и равновесие плавающего на воде тела. Кроме того, он изучал течение рек, сооружение и работу плотин и искусственных каналов. Это были начальные предпосылки для построения не только научной гидравлики, но и гидродинамики. Аналогичная проблематика нашла отражение в труде ученика Галилея, Кастелли, - «О движении воды в реках и каналах» (1628). В частности, в нем говорилось о влиянии поперечного сечения русла на скорость движения воды. Для первых шагов в развитии гидродинамики существенным явились высказывания Галилея о значении гидродинамического сопротивления.
Торричелли в 1644 году вывел формулу для скорости истечения водяной струи из отверстия сосуда, что было крайне важно для создания водяных часов. Для этого он воспользовался результатом Галилея по определению ускорения свободно падающего тела применительно к жидкости. Что касается Паскаля, то он в том же 1644 году показал принцип передачи давления в сообщающихся сосудах, продвинув вперед известную ранее теорию.
А нам говорят: Архимед, Герон…
В Средние века встала задача так соединить между собой механические элементы, чтобы суметь движение одного вида преобразовать в другое. Особенно важными были способы преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и возвратно-поступательного во вращательное. При преобразовании первого вида основным механизмом стал кулачок, который был известен раньше - например, он описан в тексте, приписываемом Герону, но использовался в античном мире лишь для «механических забав», а в Средние века стал приносить пользу в машинах.
Основным механизмом для превращения поступательного движения во вращательное служит кривошип, о котором нет сведений в древности. Даже кажущаяся нам столь простой мысль о том, чтобы вращать ручную мельницу, взявшись за укрепленную у края верхнего камня вертикальную рукоятку, видимо, не приходила никому на ум. Большие мельничные жернова вращали рабы или животные, ходившие по кругу. Менее же крупные жернова приводились в движение с помощью выступавших сбоку радиальных рукояток. Вертикальная рукоятка, позволяющая осуществлять непрерывное вращение благодаря кривошипному устройству, появилась очень поздно.
Пожалуй, это было одним из изобретений, принадлежавших варварам. Но даже и тогда людям было трудно уяснить себе принцип действия и распространить его на другие сферы, поскольку о дальнейшем использовании кривошипа ничего не было известно приблизительно до 850 года, когда им стали вращать точильные камни. Затем кривошипом начали оснащать шарманку, возможно в Х веке, но не позднее XII века. В XIV или в начале XV века кривошипом закручивали пружины самострелов. К этому времени его стали использовать и для других целей, например, в катушках для наматывания мотков пряжи и в таком крайне важном, хотя и простом инструменте, как столярный коловорот.
Во всех перечисленных случаях кривошип вращали вручную. Но приблизительно в 1430 году мы впервые встречаемся с кривошипно-шатунным механизмом, приводившим в движение мукомольную мельницу.