Framtidens projekt i ritningarna av Leonardo da Vinci

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Det finns aktiviteter som du kan ägna dig åt utan att ångra den tid som lagts ner och till fördel för sinnet. Till exempel att titta på ritningarna och skisserna av Leonardo da Vinci - "levande skisser" av hans ursprungliga idéer och projekt, som verkar vara otaliga.

I ritningarna av mästaren kan vi lätt känna igen de bekanta för oss (och för människor från renässansen - innovativa) uppfinningar: från vattenskidor och en dykardräkt till en fallskärm och ett segelflygplan. Många av hans idéer fanns kvar "i projektet": i form av bilder på papper av alla typer av mekanismer, enheter och byggnader. Dessa ritningar är ett tillförlitligt arkiv av författarens idéer och forskning. De låter dig titta in i da Vincis kreativa laboratorium, bekanta dig med hans arbetsmetod och följa tankegångarna, hur han satte och löste, steg för steg, komplexa tekniska, konstruktions- och andra problem.

Upptäcktens och uppfinningarnas historia vittnar om det faktum att användbara idéer förr eller senare förs fram och omsätts i praktiken. Ett slående exempel på hur detta händer är Leonardo da Vincis vetenskapliga och tekniska arbete. Som född forskare och uppfinnare arbetade han främst med idéer: vissa skapade han själv, andra lånade han och utvecklade, samtidigt som han letade efter praktisk tillämpning av dem.

Först utarbetade Leonardo en lösningsplan: han gjorde en skiss av den framtida strukturen, som återspeglade den allmänna idén. Sedan studerade han detaljerna noggrant, ritade skisser och försåg dem med kommentarer. Och till sist sammanställde jag alla delar till en enda helhet - en färdig fullfjädrad illustration. Som en av forskarna av konstnärens arbete noterade är många av hans skisser "oavslutade tankar om metoder och medel." Faktum är att studera dessa ritningar och ritningar, ibland är det nödvändigt att tänka ut detaljerna och detaljerna som saknas eller medvetet utelämnas av da Vinci. Men några av dem är så verifierade och korrekta att även efter fem århundraden är deras språk förståeligt utan ord. Enligt ritningarna som ärvts av framtida generationer av den briljanta designern och uppfinnaren kunde moderna hantverkare göra arbetsmodeller av olika enheter.

Här är en skiss av fästningstornet (fig. 1)

Till vänster om det är ett diagram över en av de viktiga detaljerna i byggnaden - en spiraltrappa. Dess design påminner om den berömda Arkimedes skruv, bara stegen saknas! Ta en närmare titt på ritningen och du kommer att avslöja den fantastiska designen av arkitekten Leonardo. Dess trappa är dubbel: på en del av den kan du klättra upp i tornet och på den andra - gå ner utan att kollidera eller ens se varandra. Banorna för båda delarna av trappan är icke-korsande spirallinjer (rumsliga kurvor som vrider sig runt ett vertikalt stöd - en rund pelare i mitten av strukturen). Varje del av trappan har sin egen ingång och utgång och dess modell är en spiralyta, den så kallade helicoiden. Vid en riktig trappa är trappsteg solfjäderformade runt pelaren.

En dubbel spiraltrappa pryder det kungliga slottet Chambord i Frankrike. Dess konstruktion började 1519, kort efter Leonardos död. Som ni vet tillbringade han de sista åren av sitt liv i detta land, vid Francis I:s hov, hans beskyddare, och var den första kungliga konstnären, ingenjören och arkitekten. Det är inte säkert känt om Leonardo deltog i designen av det storslagna slottet. Även om inte, säger experter, använde dess skapare da Vincis idéer från konstnärens teckningar. Det är troligt att valet av arkitekter påverkades av hans skiss (Fig. 1), gjord i slutet av 1480-talet. Det finns 77 trappor i Chambord, inklusive flera spiraltrappor, men bara denna har blivit dess verkliga attraktion.

Andra dubbla spiraltrappor är också kända. De tidigaste av dem uppfördes i europeiska katedraler tillbaka i XIV-XV-talen, men de är underlägsna trappan i Chambord-slottet, inte bara i storlek och inredning, utan också i enkelhet och originalitet i designen - ingen kan helt isolera delar av den dubbla spiraltrappan från varandra tills Leonardo lyckades eller inte kom att tänka på.

År 1527 tillämpade den italienske arkitekten Antonio da Sangallo den yngre samma idé. På order av påven Clement VII började han byggandet av ett enormt vattentorn - St Patricks brunn (foto ovan) - i staden Orvieto i händelse av dess belägring och berövande av tillgång till externa vattenkällor. Här gavs tillgång till vatten i botten av brunnen genom två motsatta ingångar, vilket ledde till autonoma spiraltrappor: en vagn sänktes för att hämta vatten och den andra användes för att ta upp den. Belysningen av byggnaden var naturlig: ljuset trängde in genom de många välvda fönstren i tornets väggar.

Leonardo da Vinci har också mer komplexa arkitektoniska kompositioner av trappor. En av dem är som en tredimensionell labyrint med många in- och utgångar. Ta en titt på följande skiss (fig. 2)

Man kan på en gång se fyra yttre trappor som inte är förbundna med varandra, som "slingrar sig" runt en massiv fyrkantig pelare, i vilken kanske någon form av lyftanordning är gömd. Med otrolig lätthet kombinerar konstnären arkitektur och rymdgeometri, kombinerar linjer och former och skapar kompletta bilder och fristående strukturer.

Da Vinci hittade en annan intressant användning av dubbelhelixen. Han använde den i konstruktionen av en apparat för att andas under vattnet (Fig. 3).

Detta är en förbättrad version av andningsslangen som användes av forntida dykare. Enheten består av en flottör med en skyddande flytande kupol, en mask, andningsslangar och en ventil som styr deras funktion och förhindrar att vatten kommer in. Slangen är gjord av flera vassrör förbundna med insatser gjorda av vattentätt material, och inuti den finns dubbla fjädrar - ett kompakt elastiskt element som å ena sidan förhindrar materialet från att krympa och förlora sin form, och å andra sidan, gör slangen flexibel.

se även artikel Foton av Leonardo da Vinci

Leonardo var en av de första som använde en spiralformad yta i designen av propellern - huvuddelen med vilken flygplanet kunde stiga vertikalt i luften om det var möjligt att vrida upp propellern ordentligt och samtidigt klara av dess instabilitet under lyft. Vi talar om en komplex spiralrörelse (rotation runt en fast axel och parallell överföring längs den, utförd samtidigt), men redan i förhållande till flygmekaniken.

Leonardo da Vincis propeller (fig. 4) anses vara prototypen för den moderna huvudrotorn, och han är själv uppfinnaren av helikoptern, eller, som det kallas i Ryssland, helikoptern. Ordet "helikopter" är förresten besläktat med ordet "helikopter" och kommer från de grekiska orden ëλικου (spiral, skruv) och πτεoóν (vinge). Den dök upp först på 1860-talet, nästan fyra århundraden efter att denna ritning gjordes.

Da Vinci kunde mycket väl ha lånat idén om en "lansering" för sin design från en "flygande skivspelare" - en leksak från det antika Kina. Det var en spö med en fågelfjäderskruv i änden. Den snurrades för hand eller med hjälp av en tråd som lindades på en stång och släpptes. Den moderna versionen är en primitiv helikopter "fluga" (Fig. 5), det är lätt att göra det själv.

Men formen på propellern da Vinci kunde välja genom att observera Arkimedes propellers rotation (Fig. 6).

Ingenjören Leonardo i allmänhet försökte mer än en gång anpassa denna geniala uppfinning av den antika grekiska vetenskapsmannen till olika mekanismer. Till exempel använde jag den som en del av en hydraulisk maskin. Eller som element i en evighetsmaskin (det var en konstruktion av två skruvar med olika diametrar: en efter en steg vattnet och den andra sjönk till den ursprungliga nivån). Men sedan övergav Leonardo denna fruktlösa satsning och kom med en mer intressant och användbar applikation för Arkimedesskruven.

Leonardo betraktade inte sin design som ett flygplan, utan undersökte hur det fungerade. Han letade efter flygets hemlighet i naturen, som skapar optimala former som utför vissa funktioner: han tittade länge på "levande maskiner" - fåglar som svävar fritt på himlen, beskrev deras rörelser. I hans skisser finns en bana av en fågel som stiger uppåt (fig. 7), vilket är en spiralformad kurva.

Apparater utrustade med konstgjorda vingar och kan lyftas upp i luften på grund av en persons muskelstyrka (ornithoptrar eller flugor) - det här var vad Leonardo var mest intresserad av (förresten, den första som försökte implementera denna idé var skickliga mästaren Daedalus, hjälten i den antika mytologin). Da Vinci återgick upprepade gånger till att lösa detta problem. Misslyckat. Som ett resultat bestämde han sig för att reproducera det enklaste sättet att flyga fåglar - han kom med ett glidflygplan som svävade i höjden på grund av luftströmmar. När han undersökte flygproblemet var han intresserad av bokstavligen allt, till och med en sådan bagatell som ljudet från en flugas vingar! Och det här var, verkar det som, hela Leonardo - renässansens största geni, "den mest omättliga nyfikna mannen genom tiderna", som en av hans biografer uttryckte det.

Propellern, som Leonardo gav formen av en helicoid, nämns i hans berömda avhandling On Flying. Enligt beskrivningen ska skruven ha en metallkant och ett dukskydd, och tunna långa rör kommer att fungera som en ram för duken. Och så tillägger da Vinci: "Du kan göra dig en liten modell av papper, vars axel, av ett tunt järnplåt, vrids med kraft och som, när den släpps, får skruven att rotera." Tja, tänk då ut själv … Av designdetaljerna att döma skulle skruven kunna roteras med hjälp av spakar fästa på axeln. Eller så kan en fjädermekanism "starta" den. Vad är en fjäder? Ja, samma helix, gjord i metall, kapabel att samla och avge energi.

Propellerteckningen är en av de mest kända i Leonardos samling verk som ägnas åt flygproblemet. Det studerades av både amatörer och specialister: vetenskapsmän, designers, ingenjörer, uppfinnare. Ingen av modellerna de byggde kunde lyfta av sig själva, utan motor. Men något annat är mycket viktigare. Da Vincis skiss innehöll en ovärderlig idé, och århundraden senare skapade andra uppfinnare och vetenskapsmän en riktig flygmaskin.

Generellt sett har Leonardo många olika användbara uppfinningar på sin räkning, outtagna på sin tid, bortglömda under lång tid och sedan uppfunna på nytt.

Detaljer för den nyfikna

En spirallinje är en kurva som beskrivs av en punkt som rör sig med konstant hastighet längs generatrisen av en cylinder när den roterar jämnt runt sin axel. Denna kurva skär alla generatorer i lika vinklar. Om vi på ett pappersark ritar flera parallella raka linjer i vinkel mot dess större sida på samma avstånd från varandra och sedan rullar papperet till en cylinder som förbinder de två mindre sidorna, så kommer vi att se en spirallinje: den högra, om den, sedd underifrån, vrider sig moturs, eller vänster - om den vrids i motsatt riktning.

När rotation runt en fast axel med samtidig överföring längs den utförs inte av en punkt, utan av en linje, beskriver den en spiralformad yta i rymden. Så, ett segment som glider med ena änden längs en spirallinje och med den andra längs cylinderaxeln, beskriver en helicoid (från grekiskan ελικος - spiral, gyrus).

En cylindrisk spiral kan röra sig längs sig själv. Den definierar den kortaste vägen mellan två punkter i olika generatriser på cylinderns yta. Helicoiden har liknande egenskaper. Den glider av sig själv och har en minimiarea för en given yttre gräns. Enkelhet, flexibilitet, dynamik, "ekonomi" - tack vare dessa egenskaper är skruvformer utbredda i naturen (kom ihåg åtminstone "dubbelhelixen" av DNA-molekyler och klätterväxter) och används flitigt i praktiken, särskilt inom teknik (från en fjäder och en korkskruv till en köttkvarnsskruv och propeller).

Huvudrotorn är en propeller med en vertikal rotationsaxel - källan till helikopterns lyft. Med dess hjälp utförs flygkontroll och landning av apparaten. Idén att använda en roterande propeller för flygningar har sitt ursprung i antiken och var populär i Europa på medeltiden. Själva designen hade "blad" och såg ut som en propeller.