Развитие теоретической и прикладной механики

Теоретическая механика. Из трех составных частей механики (ста­тика, кинематика, динамика) в древнегреческий период наиболее обстоятельно была разработана статика (и гидростатика). Основопологающую роль в возникновении статики и гидростатики сыграл Архимед. Несмотря на то что появление работ по статике было вызвано техническими потребностями, сочинения Архимеда лишены видимой связи с практикой. По своему характеру они абстрактны и очень похожи на «Начала» Евклида. Прежде всего Архимеду принадлежит установление понятия центра тяжести тел. Кроме того, он теоретически доказал закон простого рычага (на основе ряда постулатов). В гидростатике Архимед открыл закон, носящий его имя, и теоретически его доказал.

Развитие кинематики было существенно ограничено тем, что принцип относительности движения не получает должного обобще­ния, хотя и начинает осознаваться отдельными учеными. Аристоте­левское учение о движении с его идеей неподвижности Земли пере­черкнуло идею относительности. Однако некоторые философы и ученые иногда возвращались к принципу относительности и пыта­лись использовать его для объяснения кинематики движений. Даже Птолемей считал возможным на основе этого принципа пользовать­ся гипотезой о движении Земли для простоты астрономических рас­четов.

Главная проблема динамики состояла в объяснении основного закона механики Аристотеля. Согласно этому закону, скорость дви­жения тела пропорциональна приложенной к нему силе. Но отсюда следовало, что при прекращении действия силы на тело оно сейчас же должно остановиться. Однако во многих случаях ничего подобно­го не происходило (например, камень, брошенный из пращи, летит довольно далеко, хотя никакая видимая сила на него не действует). Для объяснения этих явлений в VI в. возникла «теория импетуса». Ее родоначальник, греческий философ и ученый Филопон полагал, что движущемуся телу движущее тело сообщает некую «движущую силу», которая и продолжает некоторое время двигать это тело, пока вся не израсходуется. Эта идея позднее, в XV—XVI вв. сыграла важную роль в становлении классической механики.

Прикладная механика. Наряду с теоретической механикой полу­чила развитие и прикладная механика — создание разного рода меха­низмов и машин. Следующие факторы определили развитие приклад­ной механики:

производственная деятельность (прежде всего ремесленная) и строительство (создание сложных блоков, лебедок, зубчатой переда­чи и т.д.);

военное дело — создание метательной артиллерии и новых типов военных судов;

театральная техника, одним из элементов которой были подъем­ные сценические устройства.

Целый ряд античных авторов (Полибий, Плутарх и др.) подробно рассказывают о машинах Архимеда, которые помогали отразить штурм Сиракуз римлянами. Мощные катапульты издалека швыряли тяжелые каменные глыбы на римские легионы, легкие катапульты близкого действия (так называемые скорпионы) метали из бойниц град ядер; морские береговые краны обрушивали на римские корабли целые скалы или тяжелые свинцовые глыбы, поднимали кранами нос корабля и затем сразу роняли судно вниз в море, так что оно опроки­дывалось или заливалось водой. Римские солдаты были смертельно напуганы. Плутарх так описывает их состояние: «Как только они замечали, что из-за крепостной стены показывается веревка или бревно, то обращались в бегство с криком, что вот Архимед еще придумал новую машину на их погибель». Кроме военных машин Архимеду приписывается изобретение архимедова винта, применяв­шегося для поливки полей.

В III в. до н.э. возникла такая специфичная отрасль механики, как пневматика (использование давления воздуха для создания разного рода механических устройств). Основателем этой отрасли считают Ктесибия, жившего и работавшего в Александрии. Он был изобрета­телем двухцилиндрового водяного насоса, снабженного всасываемыми наполнительными клапанами; водяного органа, управление которого осуществлялось с помощью сжатого воздуха; водяных часов; военных метательных машин, использовавших силу сжатого воздуха и т.п.

Известным изобретателем механизмов был Герон Александрийский, который знаменит прежде всего как изобретатель сифонов и автоматов: он проводил опыты с нагретым воздухом и паром. Используя реактивное действие струи пара, Герон построил некий прообраз реактивного двигателя. Но массового применения изобретения Геронa не нашли, они остались в истории как замечательные и искуссные игрушки *.

* О науке эпохи эллинизма см.: Рожанскии И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи. М., 1988.