ТЕОРЕТИКИ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК


ТЕОРЕТИКИ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК

Русские люди внесли много ценного в разработку теории машин, механизмов, строительных конструкций.

В древних книгах на эту тему излагались знания, накопленные русскими и иностранными мастерами в практической деятельности. Можно упомянуть, например, вышедшее на рубеже XVI и XVII веков руководство по бурильной технике «Роспись, как зачат делат новая труба на новом месте» (1620 г.). Много ценных сведений по технике содержал знаменитый «Устав ратных, пушечных и других дел, касающихся до воинской науки». Автором этой книги был выдающийся деятель русской техники XVII века Онисим Михайлов (предшественницей «Устава» была «Воинская книга», напечатанная Михаилом Юрьевым и Иваном Фоминым). Большая часть книги посвящена артиллерии и фортификации. Однако в «Уставе» разбирается и много общетехнических вопросов. Замечательно, что изложение технических вопросов основано в книге на данных математики.

Много сочинений, посвященных технике, появилось во второй половине XVII века.

В начале XVIII века в России стали появляться сочинения по механике, написанные уже специалистами-учеными. Одним из таких ученых был Г. Г. Скорняков-Писарев, выпустивший в 1722 году книгу «Наука статическая, или механика» — первый русский труд, посвященный специально механике.

В 1738 году вышла в свет книга «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин, сочиненное для употребления российского юношества». То был перевод с латинского языка (на каком в те времена писались научные труды) сочинения петербургского академика Крафта. Перевод был сделан адъюнктом Академии наук В. Е. Адоду-

Титульный лист классического труда Эйлера «Механика».

МЕСНАШСА

МОТУ5

5С1Е1ЧТ1А

а АМЬУПСЕ

> IV- ■ХГ911ТА

АУСТОКЕ

ШЖНАКРО ЕУЬЕВО

АСА9ЕМ1А1 1МКЬ 1СШЛГШИГЯ ЛЕММ» КТ

ТОМУ81

1ЯХТЛЛ 1ГГПЛМЯГТ» 4» СШЯШЖТЩ

4сла лсяптт иккк *жш$тттшттящшш>шшмшшшятат

НЕТ ДОГМ <1

ехлпсмпм кАвсмих асжсикгм

117И.

Прибор Ломоносова для испытания твердости тел.

ровым. Книга эта послужила источником знаний для нескольких поколений русских механиков. По ней изучал механику Кулибин. Ее читал Ползунов.

Примечательна эта книга еще тем, что в ней впервые шла речь о машиноведении как об отдельной науке, а не только как о разделе физики.

Русскими учеными и исследователями были решены важные вопросы машиностроения.

Часто инженеру-механику приходится рассчитывать механизмы с гибкими звеньями: ременные передачи, блоки, полиспасты, ленточные конвейеры и транспортеры, ленточные тормоза и другие конструкции. На помощь в таких случаях приходит формула, которая дает возможность по коэффициенту трения определить основные конструктивные элементы механизма с гибкими звеньями. Знаменитая формула выведена в 1765 году петербургским академиком Леонардом Эйлером, о научных трудах которого мы рассказывали в главе «Точные науки».

Формула эта только составное звено общей теории трения, которой Эйлер занимался в течение многих лет, продолжая работу о трении в машинах и механизмах, начатую русской Академией наук вскоре после ее основания. Первый труд, посвященный трению в машинах и механизмах, был издан в Петербурге в 1727 году.

Эйлер необычайно углубил теорию трения и придал ей математически совершенный вид. В своем классическом сочинении «Механика» он решал вопросы механики методом математического анализа. От этой книги идут пути дальнейших исканий в области аналитической механики.

В 1760 году Эйлер выпустил в свет труд «О движении твердого тела». В этом сочинении, как писал академик А. Н. Крылов, «вопрос о составлении дифференциальных уравнений получил полное и окончательное решение, которым пользуются и до сих пор».

В богатом наследстве Эйлера — им оставлено 865 трудов — многое посвящено механике.

Великий ученый был не только крупнейшим теоретиком. Он занимался, как знает читатель, и чисто инженерными делами; он даже принимал участие в экзаменах «машинных дел подмастерьев», уделял время проверке качеств пожарных насосов и чувствительности весов для взвешивания монет.

Много сделал для развития механики Ломоносов.

Понимая огромную важность «приборного искусства» для создания машин и механизмов, Ломоносов изобрел ряд специальных устройств и приборов: машины для испытания материалов на твер

дость, инструмент «для раздавливания и сжимания тел», при помощи которого он исследовал прочность различных материалов. В лаборатории Ломоносова родился первый вискозиметр — прибор для определения вязкости жидкостей. Такими приборами пользуются сейчас машиностроители для правильного подбора смазочных материалов.

Ломоносов оставил также ряд интереснейших исследований часовых механизмов, им была высказана плодотворная мысль об использовании в часах хрусталя и стекла для уменьшения трения.

Ученый выступал и как конструктор. Им были построены токарный и лобовые станки, созданы проекты коленчатых валов, водяных колес, лесопильных мельниц.

Заслуга М. В. Ломоносова перед механикой состоит еще и в том, что под его наблюдением и руководством работали мастерские Академии наук, ставшие благодаря заботам ученого-патриота одним из центров русской технической мысли.

После смерти Ломоносова мастерские пришли в некоторый упадок. Но ненадолго. В 1769 году во главе мастерских становится Иван Петрович Кулибин.

Великий изобретатель был инженером в современном смысле слова. Он строил свои творческие замыслы на прочной основе строгих расчетов и тщательных исследований. Задумав мост через Неву, о котором мы уже говорили, Кулибин воплотил свой замысел в точные и подробные чертежи. К 1776 году изобретатель закончил проект, доныне удивляющий нас замечательной глубиной инженерного решения, красотой и изяществом конструкции.

Интересен метод, при помощи которого Кулибин провел предварительную проверку возможностей сооружения. Натянув веревку и подвешивая к ней в определенных местах грузики, изобретатель воспроизвел как бы подобие своего моста и сил, действующих на мост.

Построил Кулибин и специальную испытательную машину, с помощью которой он проверял свои расчеты.

Создав подобие моста и определив нагрузки, которые способна выдержать модель, Кулибин мог совершенно точно установить и наибольшую нагрузку, которую сможет вынести его мост-гигант. Таким образом, русский механик дал решение вопроса о том, как в модели воспроизвести точное механическое, а не только геометрическое, внешнее подобие крупного сооружения.

Эйлер тщательно проверил расчеты Кулибина и, убедившись в их абсолютной правильности, дал о них восторженный отзыв. Эйлер облек теоретическое открытие Кулибина в математическую форму. Метод подобия вошел в технику как одно из мощнейших ее средств. Ныне, как правило, ни одно ответственное сооружение не строится, прежде чем его маленькое подрбие — модель — не пройдет всесторонних испытаний.

Неустанно работала русская мысль над развитием теории механики. Продолжая дело Ломоносова и Эйлера, академик Котельников в 1774 году выпустил «Книгу, содержащую в себе учение о равновесии и движении тел».

Техническим проблемам уделялось видное место во многих книгах, которые стал выпускать основанный в 1755 году Московский университет.

В начале XIX века, в те годы, когда Сабакин и Сурнин создавали свои машины, академик С. Е. Гурьев опубликовал несколько работ по теории машин и механизмов, в том числе «Основы механики» и «Главные основания динамики». С особенно пристальным вниманием ученый разбирал «общее правило равновесия с приложением оного к «махинам».

Вопросы механики занимают большое место в «Начальных основаниях общей физики», выпущенных в 1801 году профессором Московского университета П. И. Страховым.

Все новых и новых деятелей науки и техники выдвигал русский народ. Имена многих из них стали гордостью всего передового человечества. Одним из таких людей был гениальный математик и механик Ми-

Пирамидальный шпиль Петропавловского собора.

хайл Васильевич Остроградский, начавший свою деятельность, как известно читателю из .главы «Точные науки», в первой половине XIX века.

Принцип Остроградского — Г амильтона — жемчужина теоретической механики.

Все механические системы подчиняются этому принципу. Руководствуясь им, можно в математических уравнениях отобразить механические процессы. Уравнения, основанные на принципе Остроградского — Гамильтона, подсказывают инженерам пути наилучшего разрешения стоящих перед ними задач.

Перу Остроградского принадлежит еще ряд выдающихся трудов по теоретической механике: теория удара, составление уравнений движения упругого тела, исследование распространения волны по поверхности жидкости и т. д.

Многим обогатил механику замечательный мостостроитель Дмитрий Иванович Журавский.

Опыт предшественников — создателей мостов обычного назначения — мало годился для проектирования железнодорожных мостов, которые должны были выносить значительно большие динамические нагрузки.

Опыт строителей, возводивших железнодорожные мосты в разных странах, также немногому мог научить талантливого русского инженера.

Известные в ту пору мосты, составленные из ферм системы инженера Гау, не обладали надежной прочностью. Видный инженер строил мостовые фермы, элементы которых были совершенно одинаковы по всей длине, как близ опор, так и в средней части.

Журавский подверг тщательному исследованию ферму Гау. Построив модель ее, русский инженер заменил в ней болтовые соединения проволоками. Нагрузив модель и заставляя скрепляющие ферму проволоки колебаться, как струны, он обнаружил, что они в разных частях фермы издают звуки разных тонов. Предвидения Журавского оправдались: нагрузка в разных частях фермы оказалась неодинаковой. Так изящным опытом Журавский установил серьезный недостаток мостов конструкций инженера Гау. Исследование его ошибки послужило Журавскому отправной точкой для создания научно обоснованных методов мостостроения.

Журавский разработал способ расчета мостовых ферм и, пользуясь своей теорией, спроектировал и построил много замечательных железнодорожных мостов — через Мету, Цну и другие реки.

Способности Журавского к научному осмысливанию задач строительной практики ярко проявились и тогда, когда ему пришлось заняться проектированием и постройкой металлического шпиля для собора Петропавловской крепости.

Взявшись за постройку пирамидального шпиля — такую задачу приходилось решать в мировой технике впервые, — Журавский поставил целью прежде всего подробнейшим образом выяснить характер напряжений, которым подвергнутся элементы будущего сооружения.

Опыты над моделями и математические расчеты, которые Журав-•ский производил во время конструирования шпиля, позволили открыть очень важные для техники методы расчета двутавровых балок. Такие "балки — необходимый элемент мостов, перекрытий зданий, железных ‘каркасов заводских цехов — словом, всякого крупного сооружения.

Тогда же Журавским была разработана и общая теория проектирования сквозных пирамидальных сооружений. Эта теория помогает в наши дни строителям гигантских антенн радиостанций, могучих подъемных кранов, мачт высоковольтных электрических передач.

Последователь Журавского, Николай Аполлонович Белелюбский, о котором мы уже говорили выше, был инициатором широкого применения в железнодорожном строительстве научных методов испытания материалов, для чего он создал специальную лабораторию, равной которой не было за границей.

Богатейшее наследство оставил в механике Пафнутий Львович Чебышев. Великий теоретик, прославивший себя блестящими открытиями в математике, с увлечением решал насущные задачи промышленной практики.

Чебышев бывал на заводах и фабриках, он с интересом выслушивал суждения инженеров о не поддающихся разрешению технических вопросах и нередко предлагал как математик блестящий выход из затруднения.

Вот один пример. Инженеры-машиностроители были недовольны выпрямляющим механизмом Уатта, так называемым параллелограммом Уатта. Механизм этот, предназначенный для превращения кругового движения в прямолинейное, выполнял свою задачу неудовлетворительно. Движение только в грубом приближении можно было считать прямолинейным. А из-за такого несовершенства параллелограмма Уатта в машинах возникали вредные сопротивления.

На помощь инженерам пришел Чебышев. Появился метод теоретического расчета выпрямляющих механизмов, то есть механизмов, способных «выпрямлять» вращательное движение, превращать его в прямолинейное. В наши дни подобные механизмы стали основой многих совершенных конструкций.

Работа над выпрямляющим механизмом была для Чебышева отправной точкой в его деятельности по созданию теории механизмов и машин.

Стремясь полнее показать силу механики, Чебышев сам становится инженером. Он создает разнообразнейшие механизмы, способные точно воспроизводить сложные движения, работать с остановками, превращать непрерывное движение в движение прерывистое. Свыше сорока механизмов и восьмидесяти их видоизменений спроектировал ученый. Он строит свою знаменитую переступающую машину, точно воспроизводящую движения идущего животного. Создает гребной механизм, повторяющий сложное движение весел лодки, самокатное кресло, модель новой сортировальной машины.

Чебышев изобрел и автомат для вычислений. Созданный в 1881 году, этот автомат явился как бы продолжением его работы над совершенствованием оригинальной суммирующей машины, изобретенной им тремя годами раньше.

Здесь уместно указать, что арифмометр построен в 1874 году петербургским изобретателем В. Т. Однером. Это прототип арифмометров, которыми пользуются ныне.

В отличие от других счетная машина Чебышева могла работать в быстром темпе, превышающем 500 вычислений в час. Поэтому в наше время принцип, положенный Чебышевым в конструкцию счетного автомата, все больше привлекает к себе внимание инженеров.

Схема параллелограмма Уатта.

Переступающая магиинц Чебышева.

Схема действия пресса, сконструированного П. Л. Чебышевым. Несмотря на простоту устройства, этот пресс способен создавать огромное давление.

Центробежный

регулятор.

Счетная машина Чебышева не смогла найти себе применения в царской России, и единственный экземпляр ее, построенный самим изобретателем, попал во Францию, в Париж, в Музей искусств и ремесел.

В отделении технических наук Академии наук СССР и в Ленинградском государственном университете бережно хранятся многие из созданных Чебышевым механизмов. Механизмы Чебышева в действии вызывают восхищение даже у самых искушенных в технике людей.

Инженеры и ученые всего мира черпают в трудах Чебышева методы, формулы, идеи. Когда нужно узнать, при каких условиях проектируемая система рычагов, шарниров, колес может стать цельным механизмом, обращаются к знаменитой структурной формуле Чебышева. Это одна из необходимейших формул для инженеров.

Важным достижением русского ученого было и доказательство знаменитой теоремы трехшарнирных четырехзвенников, описывающих одну и ту же шатунную кривую. Эта теорема была независимо от Робертса три года спустя доказана Чебышевым.

Идеи Чебышева получили развитие в работах его учеников.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957