В этой части подборки изобретений Леонардо да Винчи мы поговорим о прочих интересных изобретениях гения. Здесь подробнее будет рассказано о различных станках, механизмах и измерительных устройствах, без которых ни заработала бы ни одна машина Леонардо, а также об устройствах, которые могли сильно упростить жизнь людям Средневековья.
Читайте также:
- Изобретения Леонардо да Винчи — часть 1
- Изобретения Леонардо да Винчи — часть 2
- Изобретения Леонардо да Винчи — часть 3
Содержание
- Токарный станок
- Станок для шлифовки зеркал
- Станок для насечки напильников
- Автоматическая циркулярная пила
- Перспектограф
- Зеркальная комната
- Шариковые и роликовые подшипники
- Усовершенствование зубчатого колеса
- Автоматическая намотка нити на катушку
- Автомобиль
- Велосипед
- Прокатный стан
- Пресс для чеснока
- Очки
- Часы и часовые механизмы
- Механический молот и наковальня
- Гигрометр
- Анемометр
- Одометр
- Измеритель величины наклона
- Домкрат
- Машина для плетения канатов
- Прожектор
- Робот Леонардо да Винчи
- Вечный двигатель
Токарный станок
В Codex Atlanticus Folio 1089 Леонардо да Винчи изобразил токарный станок для бурения брёвен, которые, возможно, использовались для производства водопроводных труб, необходимых для распределения питьевой воды по всему городу.
Этот вид деревянного водопровода был довольно распространенным явлением в крупных и небольших городах с 15-го до 17-го века.
Технология работы станка заключалась в следующем. Ствол дерева жёстко крепился на скамейке при помощи специальных винтовых крюков. Напротив ствола был установлен вращающийся бур. Бур раскручивали вручную и высверливали из дерева его центр.
Отдельные конструкционные элементы
Центрирование бревна
Конечно, процесс в целом был медленный, но всё же на порядки быстрее ручного способа создания таких труб. Исследования показали, что один человек мог изготовить 11.6 метров трубы в день из ольхи или вяза, но при этом только 1.95 метра в день из дуба, при условии, что отверстие было диаметром 5 см.
Устройство станка
Леонардо также решил проблему с центрированием дерева, благодаря специальным винтовым крюкам, которые крепко удерживали ствол дерева, фиксируя его по центру, относительно сверла. Это значительно ускоряло процесс сверления.
На картинках вы можете посмотреть 3D конструкцию этой машины. Конечно, эта модель не полная, поэтому позволяет понять лишь общие принципы работы и основные
Внутренний вид станка
Вид спереди
Вид сзади
Станок для шлифовки зеркал
А вот ещё один эскиз из области машиностроения. Перед вами шлифовальный станок для линз и зеркал. Вращая рукоять, в движение приводилось большое шлифовальное колесо, а также начинала вращаться заготовка линзы или зеркала.Также у машины имеется педаль, нажимая которую, вы можете приподнять заготовку выше для более тщательной обработки поверхности.
Машина скорее всего была изобретена Леонардо, когда он исследовал отражение света. Возможно, что Леонардо даже планировал сконструировать телескоп или другой оптический прибор.
На видео ниже вы можете посмотреть принципы работы станка:
Подобные устройства, хоть и более современные, даже сейчас используются астрономами-любителями. Изменилось в основном то, что для вращения теперь не нужно ручное усилие, ведь есть электрический двигатель.
Современная копия станка для зеркал
Станок для насечки напильников
Это был достаточно простой станок. Вращаешь ручку, чтобы поднять груз, а затем отпускаешь и машина будет сама набивать насечку на напильнике. Ниже на видео можете посмотреть, как работал данный станок:
Автоматическая циркулярная пила
Данное изобретение можно считать действительно опередившим своё время, ведь это самая настоящая автоматика от и до. Перед вами эскиз гидравлической пили, которая работала за счёт энергии воды.
Вода двигалась по специальному желобу и приводила в движение водяное колесо (в реальности оно скорее всего было гораздо больше). Колесо приводило в движение как пилу, так и тележку, на которой лежало бревно. Такая тележка выполняла роль конвейера. Таким образом, процесс распиливания не нуждался в человеке, только подноси туда брёвна.
Можете посмотреть видео с анимацией того, как работала пила Леонардо:
Перспектограф
Так как Леонардо был художником, то он знал о такой проблеме, как правильное изображение перспективы. Леонардо да Винчи был поклонником картин Леона Батиста Альберти, поэтому хотел, чтобы его картины лучше раскрывали изображённый на них мир.
Леонардо изобретает перспектограф. Данный аппарат состоял из плоского прямоугольника, в котором было сделано отверстие. Поместив его перед объектом, можно было смотреть на него одним глазом и переносить контуры объекта на специальное стекло в правильной перспективе. Это был грубый набросок, но он помогал правильно изображать вещи.
Ниже на видео показан процесс использования перспектографа Леонардо да Винчи:
Зеркальная комната
Леонардо нравился свет и то, как он отражается, поэтому его интерес притягивался и зеркалами. В одной из своих записных книжек он описывает не устройство, а зеркальную камеру.
Идея заключалось в том, что если создать восьмиугольную комнату, где каждая стена будет представлять из себя зеркало, то человек будет иметь возможность видеть себя со всех стороны, даже не поворачивая головы.
Конечно, как и всегда, вряд ли Леонардо мог реализовать этот проект, ведь в то время ещё не умели изготавливать достаточно хорошие зеркала и большого размера. Ещё более или менее плоские зеркала научились производить где-то в 1505 году, а в половину высоту человека где-то спустя 100 лет (подробнее об истории изобретения зеркала).
В наше время каждый из нас может купить себе зеркало в ближайшем строительном или мебельном магазине.
Вообще, возможно, что Леонардо плохо себе представлял, что получится в итоге. На фотографии выше вы можете видеть пример такой комнаты. Человек начинает видеть «бесконечное» число отражений, поэтому большинство людей начинают испытывать головокружение в таком пространстве очень быстро.
Изобретение шариковых и роликовых подшипников
Шарикороликовый подшипник со скользящим кольцом
Леонардо да Винчи изобрёл шариковый подшипник где-то в районе 1498-1500 годов. Он проектировал его для того, чтобы снизить трение между пластинами, которые будут находиться в его знаменитой конструкции вертолёта. Хотя его концепт вертолёта вряд ли бы когда-нибудь полетел в силу принципиальных ошибок в конструкции, так как вес машины и людей, которые должны были приводить его в движение, был больше, чем сила, необходимая для подъёма вертолёта в воздух — по этой причине птицы имеют мощную грудь, так как соотношение мощности и веса немного превосходит человеческую. Вертолёт не удался, но подшипник имел другую историю.
Реконструкция шариково-роликового подшипника Леонардо да Винчи. Скользящее кольцо специально сделано прозрачным, чтобы мы могли наблюдать внутреннее устройство механизма.
Подшипник — это не самое удивительное изобретение, но оно определённо крайне необходимо в любой современной технике. Если у вас что-то вращается, то там скорее всего есть подшипник. Шариковые подшипники необходимы для вращения приводных валов, а также при работе конвейера в супермаркете или на производстве.
Леонардо предвосхитил большинство сегодняшних технических принципов, изучая механизм трения. К примеру, он обратил внимание на то, что три подшипника, которые размещены под шпинделем, лучше предотвращаются трение и более оптимальные в использовании, чем, скажем, четыре шарикоподшипника, так как при использовании четырёх, будет происходить рост нагрузки и силы трения, так как один из четырёх подшипников не будет задействоваться постоянно
Различные тексты и эскизы Леонардо да Винчи, посвящённые трению (слева), а также модель шпинделя с тремя шариками (справа).
На видео ниже вы можете посмотреть, как вращается данных механизм с подшипниками:
Усовершенствование зубчатого колеса
В своём Кодекс Атлантико Леонардо предложил усовершенствование для зубчатого колеса, которое было хорошо известно ещё во времена Архимеда в II веке до нашей эры.
Леонардо в целом старался модернизировать любые механизмы, которые использовались для приведение чего-либо в движение, он старался найти наиболее оптимальные варианты конструкций. Мы уже посмотрели много работ Леонардо, поэтому вы могли заметить, что зубчатое колесо совместно с цевочной шестернёй применяется Леонардо ни один раз. Цевочная шестерня — это два диска, между которые имеются цилиндры, в которые попадает «зуб» колеса.
Вращая рукоятку, соединённую с цевочной шестернёй, можно приводить в движение зубчатое колесо. При этом конструкция может работать и наоборот. Похожие конструкции можно увидеть в современных часовых механизмах.
Автоматическая намотка нити на катушку
В Кодекс Мадрид Леонардо рисует эскиз механизма, способного трансформировать постоянные вращения рукояти в возвратно-поступательное движение. Механизм предназначался для текстильной машины, где должно было происходить последовательное и равномерное наматывание нити на бобину. Равномерность достигалась за счёт того, что катушка двигалась туда-сюда, поэтому нить наматывалась как бы восьмёркой. Процесс наматывания нити становился практически автоматическим, если не считать кого-то, кто должен был вращать рукоять, но это в любом случае значительно упрощало работу.
Автомобиль (самодвижущаяся тележка)
Это лёгкая тележка или, если угодно, прообраз автомобиля. Данный эскизный набросок является одним из самых известных среди работ Леонардо, он изображён в Кодекс Атлантико предположительно в 1478 году. Есть точка зрения, что данная автоматическая тележка предназначалась для театральных выступлений, которые Леонардо устраивал в Милане у короля.
Внизу чертежа механизм работы описан более детально, чем на общем эскизе, он приводится в движение при помощи пружины. Это крайне глубокое прозрение Леонардо, ведь теперь механизм можно привести в движение без использования человеческой силы. Чертёж является незавершённым, так как мы не знаем был ли у этой машины кузов, а если был, то как он выглядел.
Интересный факт. Только в 1752 году Леонтий Шамшуренков, являющийся русским механиком-самоучкой, сумел сконструировать «самобеглую коляску», которая приводилась в движение при помощи мускульной силы двух людей.
Эта самоходная тележка ездила по прямой, а также была способна совершать повороты. Интересно, что задние колёса имели дифференциал, то есть могли проворачиваться независимо друг от друга. Чётвёртое колесо, которое не очень хорошо видно на рисунке в верхней части, соединялось с рулём и являлось направляющим для поворотов.
Другой примечательной деталью данного изобретения является тормоз, который придумал Леонардо. Специалисты из области автомобилестроения полагают, что изобретение такой тормозной системы является куда более важным с точки зрения прогресса, чем даже двигатель внутреннего сгорания!
На видео ниже можете посмотреть, как две команды изобретателей-энтузиастов соревнуются в том, у кого из них получится более аунтентичная и технически продвинутая машина Леонардо да Винчи. Также в фильме показано, как современные технологии упрощают нам работу с материалом и позволяют производить достаточное тонкие манипуляции и работы, требующие большой точности.
Велосипед
С изобретением велосипеда дело обстоит не так понятно, как с другими изобретениями Леонардо. Многие учёные-историки сходятся во мнении, что данный эскиз является подделкой, а Леонардо велосипеда не изобретал, более того, никто ранее 1817 года в принципе ничего подобного не изобретал.
В 60-х годах XX-го века бушевали целые баталии по поводу того, кому же принадлежит данный эскиз. Есть точка зрения, что этот набросок сделал один из учеников Леонардо, которого звали Салаи. Он якобы скопировал идею Леонардо или даже просто перерисовал эскиз. Позже появилась точка зрения, что весь эскиз подделка, которую сделали в XX-м веке.
Если внимательно разглядеть рисунок, то можно заметить, что он выполнен графитовым карандашом, изобретение которого произошло много позже смерти Леонардо (читайте также статью про то, кто изобрёл карандаш). Также на эскизе изображены нетипичные для Леонардо линии. Он делал свои линии якровыраженными и жирными до такой степени, что они были видны на обратной стороне страницы.
Тем не менее по данному эскизу была сделана модель велосипеда.
Читайте также подробную статью про изобретение велосипеда.
Прокатный стан
В 1945 историки нашли свидетельства того, что Леонардо использовать прокатный станок, чтобы сплющивать драгоценные металлы.
Идею Леонардо позже развили и в других европейских странах, правда уже почти 200 лет на то, чтобы техника смогла развиться до уровня прокатки чёрных металлов.
Пресс для чеснока
Данное изобретение интересно тем. что его почему-то постоянно называют «автоматом Леонардо да Винчи» и нигде не поясняют, как же этот автомат работал. Дело всё в том, что это никакой не автомат, а обычный пресс для чеснока. Леонардо был не только музыкантом, военным инженером, архитектором и художником, он также любил вкусно поесть. Леонардо также неплохо готовил на кухне в таверне во Флоренции.
Леонардо стал главным по торжествам и банкетам, но он не сумел навязать свои взгляды на свежую и здоровую пищу, но ему удалось сделать ряд изобретений, который упрощали и автоматизировали работу на кухне. Многие изобретения для кухни почему-то потом толковались как военные машины и оружия, но были на деле мясорубками или формовочными машинами.
Очки
Леонардо также изучал вопросы зрения, как оно устроено и как его можно улучшить. Поэтому в ряде его работ можно встретить различные теоретические и практически наброски в этом направлении. К примеру, здесь на рисунке изображена сфера, наполненная водой, через которую смотрит человек. Благодаря такой сфере человек мог лучше видеть (непонятно правда, решала она вопрос близорукости или дальнозоркости).
Часы и часовые механизмы
Другим страстным увлечением Леонардо да Винчи было время. Он не только конструировал новые варианты часов, но также и модернизировал их механизм.
Фузея Леонардо да Винчи
На севере Италии часовое искусство было традиционным, поэтому во времена да Винчи там было достаточно много часов. Леонардо решил, что и он может внести свой вклад в развитие часовых механизмов. На рисунке выше показано одно примечательное устройство под названием фузея. Это устройство выполнялось в виде конуса и играло роль вырванивателя крутящего момент, который передвался от барабана заводной пружины на ведущую систему колёс в часах. Леонардо на 30 лет определил Якоба Цеха, который также потом разработает данных механизм.
Исследование механизма Кьярвальских часов
В своё время Леонардо любил часто заходить в аббатство Киаравелле, которое располагалось недалеко от Милана, там он любил лицезреть и исследовать висевшие там гиревые часы, которые служили украшением одной из башен. Часы не только показывали время с точностью до минуты, но также указывали на положение Луны и Солнца в текущий момент. Леонардо внимательно изучал устройство часов, уделяя огромное внимание одному из новшеств ранней эпохи Возрождения — пружинам. На рисунке выше вы можете видеть результаты исследования часов Леонардо.
Система блоков для гиревых часов
Как уже говорилось, Леонардо не только создавал часы, но и улучшал существующие. К примеру, его гиревые часы являются прообразом часов, которые позже заводились с использованием пружины, но для гирь требовалось очень большое вертикальное пространство, чтобы они могли вытянутся на всю длину, поэтому Леонардо придумал, как можно было бы обойти данное ограничение. Он разработал систему (изображённую на рисунке выше), состоящую из блоков, которые бы регулировали постепенное опускание гири и уменьшали необходимое вертикальное пространство, а значит делали их более компактными. Также да Винчи старался решить проблему, связанную с потерями энергии, которые происходили, когда пружина раскручивалась. Он старался найти способ компенсации таких потерь. Первой его идеей была ходовой винт — шпиндель, который должен был постепенно заводить пружинный механизм. Далее он совершенствовал данный компенсаторный механизм, чтобы увеличить его устойчивость и крепость.
Пружинный барабан
Леонардо сделал модификацию для пружинного барабана. На его схеме у барабана были зубцы, которые цеплялись за перевернутую спираль в виде конуса. Она в то же время двигала барабан на такое расстояние, которое было нужно спирали, чтобы использовать геликоидальный механизм и рейку с зубцами, располагавшуюся внизу.
Ниже изображены другие схемы и механизмы для часов.
Механизм, регулирующий скорость вращения маятника. Противовес.
Часовой механизм
Вентилятор
Устройство, которое могло бы управлять воздушной массой имеет массу применения, начиная от вентиляции и заканчивая розжигом печей. Вентилятор Леонардо да Винчи представлял из себя цилиндр с лопастями, которые приводились в движение рукой, либо при помощи воды.
Внутри цилиндр был полым и частично заполнялся водой, чтобы гонять его по четырём секциям, создавая области повышенного давления по мере вращения цилиндра. В определённых местах были створки, которые выпускали сжатый воздух.
Модель вентилятора Леонардо да Винчи
Механический молот и наковальня
Ещё одно изобретение, которое опередило своё время — это кулачковый молот. Спустя несколько сотен лет данная машина будет активно применяться в условиях промышленной революции в Европе. Источником движения для этих машин будут паровые двигатели. У Леонардо же это ручка, которую надо вращать, либо соединить с водяным колесом. Такая машина значительно ускоряет сборку машин, состоящих из металлических листов. К примеру, её позже использовали для забивания заклёпок на бронемашинах и кораблях.
Ниже можете посмотреть модель молота:
Машины, использующие подобный принцип, использовались до начала 20-го века, пока не были заменены более совершенными и мощными прокатными станами.
Также можете посмотреть анимацию, если ещё не поняли, как работает данная машина Леонардо:
Гигрометр
Ещё одно простое по своей гениальности устройство, которое измеряет влажность воздуха — гигрометр. Гигрометр Леонардо состоял из весов, на которые водружали вату и воск так, чтобы весы были сбалансированы. Если влажность в воздухе высокая, то влага впитывалась ватой, и та становилась тяжелее, поэтому весы склонялись в сторону ваты. Такое вот незамысловатое устройство, которое вы можете повторить в домашних условиях.
Анемометр
А это измерительное устройство было нужно, когда необходимо было рассчитать силу ветра. Леонардо сделал два вида этих устройств.
Пластинчатый анемометр состоял из пластинки, сделанной из тонкого металла. Пластинку вешали вертикально внутри устройства напротив дуги, на которой были выбиты единицы измерения. Когда воздушная масса встречалась с пластинкой, то она отклонялась, а мы могли посмотреть, какова сила ветра. Наверху также был флюгер, показывающий направление ветра, чтобы мы могли сориентировать прибор по ветру.
Конусообразный анемометр состоял из трубок в виде конусов. Он определял пропорциональность ветра воздухозаборному отверстию в конусе.
Эскиз анемометра Леонардо да Винчи с конусами
Одометр
Не узнаёте это изобретение? Может быть где-то уже его видели? Ведь это тот самый одометр! Устройство, позволяющее измерять пройденный путь, а видеть вы его могли ещё 1500 лет назад, когда его изобрёл Герон Александрийский, не менее великий изобретатель, чем Леонардо да Винчи.
К данному изобретению удалось найти множество интересных поясняющих схем, поэтому вы сможете легко разобраться, как он был устроен и работал.
Одометр был разработан для измерения дистанции и представлял из себя тележку, которую надо было двигать. Измерения происходили благодаряя серии передач, которые проворачивали колесо, держащее специальные камни, которые падали в ведро под тележкой. В конце пути мы считали камни и узнавали, какое расстояние мы прошли.
Ниже можете посмотреть схему устройства одометра и названия всех его частей:
Камни накапливаются в специально ведре, в которое можно заглянуть, чтобы посчитать камни. Ниже можете посмотреть на устройство механизма счёта:
На рисунке ниже показано, как работает цевочная передача с зацепляющимися шпильками на колесе для счёта расстояния:
Это вид сзади. Здесь видно шасси одометра и червячная передача, которая приводит в движение основное колесо.
В некой примитивной форме одометр даже пытались повторить:
Измеритель величины наклона
Данный прибор мог теоретически размещаться в летательном аппарате, чтобы измерять угол наклона. Он представлял из себя колокол, внутри которого был подвешен шарик. Если полёт горизонтален поверхности земли, то шарик оказывался в центре круга.
Домкрат
Домкрат необходим в тех случаях, когда нужно преобразовать вращательное движение в поступательное. Благодаря этому можно поднимать тяжёлые объекты, затрачивая при этом немного усилий.
Рукоятка была соединена с зубчатым колесом, которое в свою очередь взаимодействовало с вертикальной рейкой. Таким образом объект поднимался вдоль рейки наверх. Чтобы опустить домкрат, надо было просто начать крутить рукоятку в другую сторону.
Машина для плетения канатов
Тоскана и Ломбардия всегда отличалась тем, что в них была развита текстильная промышленность. Леонардо захотел автоматизировать процесс создания каната.
Канат плёлся следующим образом: сначала брались отдельные нити, которые сплетались в прядь; затем брались пряди и сплетались в канат. Машина Леонардо брала пряди (на рисунке их три) и переплетала их, вращаясь и проворачиваясь. Один конец прядей закреплялся на специальных крючках, а второй их конец закреплялся на вращающемся диске. Крутишь диск и пряди скручиваются.
Прожектор
Так как Леонардо занимался театральными выступлениями, то он хотел добавить в них больше спецэффектов. Одним из таких спецэффектов была игра тенями и освещением. Изначально именно для этих целей и придумывался его прожектор.
Устройства прожектора было простым. Это был ящик кубической формы с отверстием в одной из стенок, внутрь которого была вставлена линза. Внутрь ящика помещалась горящая свеча. Дальше можно было наблюдать, как свет собирался в линзе и Леонардо получал достаточно интенсивное освещение.
Робот Леонардо да Винчи
На эскизе выше изображено то, чем сейчас заняты многие учёные и инженеры в мире — созданием роботов. На эскизе мы видим систему направляющих роликов, но сразу не становится понятно, зачем они нужны. Ниже мы расскажем об этом подробнее, но пока начнём издалека.
Леонардо изучал не только животных, но и человека. Он нарисовал множество замечательных эскизов, посвящённых анатомии человека. Леонардо сумел с удивительной точностью передать строение внутренних органов, костей, мышц, включая даже очень мелкие детали. Профессор Питер Абрамс, занимающийся клинической анатомией полагает, что Леонардо опередил анатомическую науку на целых 300 лет и предвосхитил одну из самых знаменитых работ по анатомии — «Анатомию Грея».
Примеры эскизов анатомии человека, сделанные Леонардо да Винчи
Примеры эскизов анатомии человека
Теперь поговорим подробнее о том, что из себя представлял робот Леонардо да Винчи. Это была человекоподобная машина, которую изобретатель придумал в 1495 году. Схемы робота обнаружились в 1950-х годах. Как и в случае со многими другими изобретениями Леонардо, мы не знаем, была ли его задумка реализована.
Поверх робота планировалось надеть рыцарских доспех, то есть можно предположить, что он имел военное предназначение. Робот мог совершать различные движения руками и отдельно кистями. Частично конструкцию восстановили, поэтому мы можем видеть какие степени свободы были у его конечностей.
Вечный двигатель
Леонардо, как и многие другие изобретатели вплоть до сегодняшних дней, попробовал свои силы в проблеме создания «вечного двигателя». Конечно, вечный двигатель он не создал, потому что начала термодинамики ещё никому не удалось обойти, но несколько занятных работающих эскизов он оставил, а некоторые наоборот даже не двигались.
Леонардо в 1494 году писал:
Ах вы, искатели вечного движения, сколько напрасно химер вы преследовали? Идите и займите своё место подле алхимиков.
Исследования Леонардо о возможности создания вечного двигателя отличались своими тщательными и научными расчётами по сравнению с теми, кто занимался тем же самым в его время. У Леонардо имелось 2 страницы с эскизами различных двигателей.
Рассмотрим ряд конструкций.
Первая конструкция двигателя Леонардо — просто сбалансированное колесо. В этой конструкции вес шарикоподшипников внутри машины всегда будет смещать центр тяжести колеса от центральной точки, тем самым обеспечивая непрерывное вращение. В конструкции 4 дорожки, которые можно увидеть на рисунках ниже
Его вторая конструкция включает в себя рычаги и систему храпового механизма. Конструкция втулки колеса такова, что рычаги фиксируются в одном положении при вращении колеса, а система защёлок и трещоток гарантирует, что колесо будет вращать только против часовой стрелки, как показано на изображении ниже.
Третий и, возможно, самый элегантный дизайн вечного двигателя — это ещё один сверхсбалансированное колесо. Эта конструкция имеет 12 дорожек с шариком в каждой. Центр тяжести снова постоянно смещается движением шаров по криволинейным траекториям во время вращения колеса. Эту конструкцию можно увидеть на рисунках ниже, а в конце будет видео, где всё будет показано в действии.
И, наконец, четвёртый дизайн, который можно считать шедевром машиностроения и концептуального дизайна. Достаточно сложно простыми словами объяснить, как это работает, поэтому ниже будут просто изображения и видео того, как это работает.
А вот видео, где показано, как должны были работать все машины, будь они и правда вечными двигателями: