Механика
|
О развитии механики в эпоху поздней античности мы можем судить прежде всего по работам Герона Александрийского. Сам Герон представляет собой фигуру в высшей степени загадочную. Никакими биографическими сведениями о нем мы не располагаем, и долгое время ученые спорили, к какому веку следует отнести деятельность этого человека. Учет ряда мелких деталей, встречающихся в его произведениях, позволяет с большой степенью вероятности предположить, что Герон жил во второй половине I в. н. э. и, может быть, в начале II в.
Основное научное сочинение Герона «Механика» дошло до нас только в арабском переводе. Оно состоит из трех книг. В первой книге рассматриваются теоретические вопросы — сложение скоростей по правилу параллелограмма, распределение нагрузки между опорами, определение центра тяжести, в трактовке которых Герон следует в основном Архимеду. Во второй книге описываются пять простых, машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок, и разъясняется их действие. Герон сам указывает что теорию рычага он излагает по сочинению Архимеда «О равновесии». В третьей книге дается описание механизмов для поднятия тяжестей и прессов, основанных на комбинациях простых машин. На греческом языке до нас дошли три трактата Герона, посвященные различным проблемам механики: «Пневматика», в которой описываются механизмы, приводимые в движение нагретым или сжатым воздухом, а также паром; затем книга «Об автоматах», содержащая описание конструкций всевозможных самодвижущихся устройств; наконец, «Белопойика» (буквально — «Изготовление метательных орудий»), которая посвящена военным, главным образом метательным орудиям. Хотя известные нам труды Герона имеют в основном компилятивный характер и базируются на достижениях прежних авторов — прежде всего Архимеда и Филона, — тем не менее в них можно найти и существенно новые вещи. Так, при рассмотрении теоретических вопросов. Герон во многом отходит от чисто статических методов Архимеда, широко пользуясь методом изучения перемещений, приводящих к нарушению состояния равновесия. Вводя в число рассматриваемых величин время, он формулирует следующий, уже чисто динамический принцип: «Величина движущей силы находится в обратном отношении ко времени перемещения». При изложении пневматических устройств Герон описал шар, вращающийся под действием пара («эолипил») — первый прототип паровой турбины. Любопытно; что давление воздуха и пара Герон объяснил ударами мельчайших частиц, из которых состоят эти физические тела. В то же время обращает на себя внимание то обстоятельство, что за исключением военных машин и немногих других устройств, которые уже были описаны более ранними авторами (пожарный насос, водяной орган), технические разработки Герона — иногда весьма сложные и остроумные — имели своей главной целью создание автоматов, служащих для развлечения и забавы. В машинах, которые могли бы заменить физический труд человека и повысить его производительность, рабовладельческое общество поздней античности, очевидно, не нуждалось. Проблемам механики была посвящена последняя (восьмая) книга «Математического сборника» Паппа, о котором мы говорили в разделе математики. В этой книге собраны разнородные сведения из области механики, заимствованные по преимуществу из более ранних источников. Впрочем, в книге имеются и некоторые оригинальные результаты автора, например теоремы об объемах тел вращения, которые выражаются через длину окружности, описываемой центром тяжести вращающейся фигуры (так называемая «теорема Гюльдена—Паппа»). Обращает на себя внимание четкое различие, проводимое Паппом между механикой как теоретической наукой и механикой, являющейся практическим искусством. Среди сочинений римских авторов мы не найдем ни одного, в котором обнаруживался бы теоретический интерес к механике. Зато до нас дошел ряд трудов на латинском языке, посвященных прикладным вопросам архитектуры, строительного дела, военной техники, гидротехники. Среди них надо отметить прежде всего «Десять книг об архитектуре» Витрувия (I в. до н. э.), из которых три последние посвящены гидравлике, устройству различных типов часов и ряду проблем прикладной механики, включая военные машины. Учитывая, прежде всего, интересы строительного дела, Витрувий подробно описывает механизмы, применявшиеся в то время для поднятия тяжестей. Описание римских водопроводов содержится в сочинении землемера и гидротехника I в. н. э. Фронтина. В «Записках о Галльской войне» Юлия Цезаря приводится очень детальное (хотя и не во всем ясное) описание свайного моста, построенного по его приказу при переходе через Рейн. Писатель IV в. н. э. Флавий Вегеций был автором сочинений, в которых были изложены многие технические вопросы, связанные с военным делом (разбивка лагерей, строительство крепостей, съемка планов местности). Содержание всех этих сочинений находилось в соответствии с чисто практической направленностью римского ума. В заключение скажем несколько слов о принципиально новом шаге в развитии теоретической динамики (в сущности, не разрабатывавшейся со времен Аристотеля), который был сделан на самом рубеже средневековья Иоанном Филопоном. Этот человек был настолько своеобразной фигурой, что о нем следует сказать несколько подробнее. Иоанн Филопон (что значит «Трудолюб»; другое его прозвище — «Грамматик») родился, по-видимому, в конце V в. п. э. и большую часть своей жизни прожил в Александрии. Там он слушал лекции Аммония, возглавлявшего возникшую незадолго до этого александрийскую философскую школу, но потом принял христианство и в конце концов получил сан епископа. Помимо большого числа трудов по грамматике, философии, теологии, из которых лишь немногие сохранились, Филопон написал комментарий к ряду трактатов Аристотеля. Особый интерес представляют его комментарии к «Физике», в которых он подвергнул ревизии ряд положений аристотелианской натурфилософии. Рассматривая проблему движения брошенного тела, Филопон утверждал, полемизируя с Аристотелем, что нет никаких оснований прибегать к помощи воздуха, чтобы объяснить продолжающееся движение тела, которое уже оторвалось от источника движения (например, от руки, толкнувшей камень). По мнению Филопона, источник движения сообщает телу некую внутреннюю силу, поддерживающую в течение определенного времени его движение. Эта сила бестелесна, следовательно, она не может иметь ничего общего ни с воздухом, ни с какой-либо иной средой. Скорость тела определяется величиной этой силы; сопротивление среды, в которой летит тело, может только уменьшить его скорость, в пустоте же скорость будет иметь максимальную величину. В качестве примера движения без сопротивления Филопон указывал на равномерное и круговое движение небесных тел. В средневековой литературе внутренняя сила, сообщаемая движущемуся телу, получила наименование «импетуса» (impetus по-латыни — стремление вперед, напор, натиск). Нам теперь ясно, что идея импетуса представляла собой первое предвосхищение понятий импульса и кинетической энергии. Аристотелевская концепция падения тел также была раскритикована Филопоном. Согласно Аристотелю, чем больше тело, тем оно сильнее стремится к своему «естественному» месту (тяжелые — к центру вселенной, а легкие — к ее периферии). С другой стороны, скорость падающего (или соответственно, летящего вверх) тела обратно пропорциональна сопротивлению среды, в которой это тело движется. Отсюда следовало, что при отсутствии сопротивления среды, т. е. в пустоте, тела должны падать (или лететь вверх) с бесконечно большой скоростью. По мнению же Филопона, тело и в пустоте будет падать с конечной скоростью, определяемой его тяжестью. Сопротивление среды может только уменьшить эту скорость. Иначе говоря, аристотелевский закон 
(где υ — скорость тела, Р — его вес, а R — сопротивление среды) Филопон заменил другим законом, при котором скорость падающего тела может стать равной пулю, но никогда не будет бесконечно большой 
Свои соображения Филопон подкрепляет ссылкой па факты; вполне возможно, что он проводил какие-то эксперименты с падением тел в разных средах. И в других вопросах Иоанн Филопон проявил оригинальность и самостоятельность мышления. В частности, он утверждал, что вселенная не вечна и что небесные тела имеют ту же природу, что и вещи подлунного мира. А в теологических вопросах, уже будучи христианином, Филопон высказывал взгляды, зачастую расходившиеся с догматами христианской религии. |
загрузка...