Удивительный мир машин

"Невежество - тяжкое бремя",- говорил греческий мыслитель Фа лес. "Знание - сила, сила - в знании",- утверждал спустя несколько веков Ф. Бэкон. В чем же именно выражается сила знания и как она проявляется в жизни, много лет позже раскрыл Маркс.

"Природа,- писал он,- не строит машин, паровозов, железных дорог... Все это продукты человеческой деятельности; природный материал, превращенный в органы власти человеческой воли над природой, или в органы исполнения этой воли в природе. Все это - созданные человеческой рукой органы человеческого мозга; овеществленная сила знания".

Содействие овеществлению этой силы, развитию промышленности Монж и считал важнейшей задачей ученых. Его заботы о подготовке инженеров, о развитии наук, искусств и ремесел, о разработке теории машин - яркое тому свидетельство.

Как отмечал Дюпен, ученик и сотрудник Монжа в Политехнической школе, "Монж с превосходством гения в строках элементарной программы наметил для описания машин порядок, который оказался простым, ясным и величественным. Это была программа курса, читаемого Ашеттом в Политехнической школе".

П. Л. Чебышев

В замечательной книге "Теория механизмов и машин в историческом развитии ее идей" Алексей Николаевич Боголюбов, много лет изучавший творчество Монжа и других ученых, резюмирует: "Таким образом, от программы Ашетта 1808 г. ведет свою родословную не только теория механизмов, являющаяся непосредственным правопреемником курса построения машин, но и отпочковавшиеся от него позже курсы машиноведения, деталей машин и пр."

Чтобы яснее представить вклад Монжа и Ашетта и последующее развитие их идей многими учеными за период, как говорится, от Монжа до наших дней, приведем текст этой программы.

"Программа элементарного курса машин, являющегося частью курса начертательной геометрии Политехнической школы.

О силах, применяемых для движения машин и о способах их определения. Силы, получаемые от животных, от воды, ветра и от сгораемых субстанций.

Об элементарных машинах, о круговом движении, о движении прямолинейном, о движении возвратном (туда и обратно); о формах машин, при помощи которых эти движения комбинируются по два; распределение этих машин на десять серий; объяснение таблицы, в которой все известные машины распределены на десять серий.

Объяснение основных машин, применяемых на строительстве.

Применение теории теней и раскраски к черчению машин".

После столь сжатого изложения теоретической части курса в программе четко определено, что именно должны учащиеся не только усвоить в виде новых знаний, но и сделать своими руками. Это значит, какими умениями и навыками они должны овладеть - требование, столь характерное для педагогической школы Монжа, суть которой можно выразить несколькими словами: цель всякого обучения - подготовка к практической деятельности. Такая постановка дела исключает неизбежное сползание в теоретизирование или уход в сторону от изучаемого предмета.

Регулятор Чебышева

Какая же работа требовалась от учащихся Политехнической школы?

"Учащиеся должны начертить в туши, с раскраской:

1. Толкатели, приводимые кулачками.
2. Винт с треугольной и прямоугольной нарезками.
3. Цилиндрическое зубчатое или червячное зацепление.

Они должны пояснить эпюры следующих машин:

1. Коническое зацепление.
2. Всасывающий и нагнетающий насосы.
3. Нория прямая и наклонная.
4. Водоподъемная машина.
5. Конный привод.
6. Архимедов винт.
7. Крыло ветряной мельницы.
8. Огнедействующая машина.
9. Машина для забивки свай.
10. Землечерпалка".

Программа сопровождалась таблицей из десяти рядов, разделенных поперечными линиями. В образованных ими клетках давались схематические изображения соответствующих элементарных машин.

Так выглядела наука о машинах в курсе Политехнической школы - в первом в мире курсе машин. Но Монж не был бы Монжем, если бы считал сделанное им и Ашеттом наивысшим достижением науки. Честолюбие ему было совсем не свойственно. И потому нетрудно понять, с какой энергией он принялся помогать человеку, которому довелось сказать новое слово в теории машин.

Параллелограмм Уатта

Труднопроизносимое имя этого человека вошло в историю науки. Этого потомка короля Канарских островов, что расположены у северо-западной части Африки, именовали Августином Хосе Педро дель Кармен Доминго де Канделярия де Бетанкур и Молина. Назовем его для простоты рассказа так, как звали его впоследствии на Руси: Августин Августинович Бетанкур. Родился он на Тенерифе, одном из Канарских островов, а могила его находится в Ленинграде, на Смоленском лютеранском кладбище, позади могилы Леонарда Эйлера. Кстати, памятник ему самый высокий на этом кладбище: тщательно отполированная чугунная колонна с вазой наверху. В латинской надписи у основания колонны есть слова: "Прохожий, помолись о его спасении".

Судьба Бетанкура, пожалуй, не менее интересна и драматична, чем судьба Монжа. Одаренный молодой офицер, прекрасный художник-график (ученик и коллега великого Гойи по Мадридской академии художеств), он в 1784 году посетил Париж, где научная жизнь била ключом. Там наряду с Лагранжем, Лапласом и Лавуазье уже преподавал Монж, только что

окончательно оставивший Мезьерскую школу. Бетанкур с воодушевлением слушал, какие замечательные идеи развивал перед своими учениками и коллегами геометр Монж относительно машин, их классификации, конструирования... И это в технически отсталой Франции, где паровая машина Уатта появилась совсем недавно. Но идеи были прекрасны. Добрые семена Монж бросал в самое подходящее время и в добрую почву. Вскоре они дали великолепные всходы и во Франции, и в Испании, и в России.

Бетанкур возвратился в Мадрид в 1791 году и возглавил королевский кабинет машин, причем значительно пополнил его моделями (их стало двести семьдесят одна) и чертежами. В том же дворце, где был размещен кабинет машин, он создал Школу инженеров дорог, каналов и мостов, столь необходимую его родине.

Но такова ирония судьбы: в 1808 году другой ученик Монжа, член Института (именно по механике) Наполеон Бонапарт сыграл роковую роль в развитии теории машин, в совершенствовании дорог, мостов и каналов Испании, которую никак не удавалось ему покорить. Его артиллерия разбила вдребезги дворец, где хранилась уникальная коллекция машин и где находились модели последних изобретений самого Бетанкура. Заодно была разрушена и созданная им Школа.

Сам Бетанкур был тем временем в Париже, где часто встречался с Монжем, заботясь о том, чтобы издать написанный им вместе с мексиканцем Ланцем "Курс построения машин". В нем была приведена таблица элементов машин, значительно более полная, чем у Монжа. В пояснительном тексте к таблице рассматривались уже сто тридцать четыре различные формы преобразования движений (во втором издании будет описано сто пятьдесят два механизма).

Коленчатые механизмы Чебышева

Монж и Ашетт, заложившие основы науки о машинах и уже внедрившие, как мы говорим сейчас, важнейшие положения этой науки в учебный процесс, отнеслись к авторам нового курса с большим вниманием и, конечно же, не встретили чужеземцев в штыки. Заботясь только о науке, о деле, а не о личном своем престиже, они старались как можно скорее дать этому новому курсу ход.

Наука ведь не ристалище, не кулачный бой и не предмет личной собственности. Ученый - не жокей на скачках, которому выход соперника даже на "полкорпуса" - уже катастрофа. Наука - система открытая, и сколько бы ни вошло в нее новых идей, она проиграть не может. В этом Монж был абсолютно убежден.

"Когда открытие гения превращается в науку, то каждое открытие, принесенное им в храм знаний, становится здесь общим благом; храм открыт для всех",- справедливо писал Гельвеций.

Психологи различают направленность личную (свои интересы выше остальных), коллективную (интересы коллектива, группы - превыше всего) и деловую (интересы дела всегда выше личных и коллективных, групповых). Монж - яркий представитель последней группы. Способствовать наибольшему расцвету науки и сделать научное знание достижением как можно большего числа людей - главная цель, которую он преследовал в жизни. Больше всего он был озабочен тем, чтобы молодые политехники были во всеоружии научно-технических знаний и могли конструировать новые машины, более совершенные, чем те, которые он описывал и анализировал.

Продолжатель дела Монжа математик и инженер Морис Леви, автор четырехтомного труда по графической статистике, с гордостью говорил в 1877 году Николаю Егоровичу Жуковскому, посетившему Париж, о том, как высоко ценят идеи Монжа ученые Франции. Рассказывая, как изучают механику в технических вузах страны, он подчеркивал, что инженер должен хорошо чувствовать пространство, иначе он не сумеет самостоятельно разрабатывать проекты. Углубленное изучение начертательной геометрии лучше, чем что-либо другое, развивает пространственное мышление. На экзамене по этому предмету, говорил он, к студентам предъявляются суровые требования. Иначе нельзя. Людей, не способных к пространственному мышлению, надо исключать. Политехническая школа должна быть от них освобождена.

Так же относимся мы, продолжал Леви, и к другой дисциплине - геометрической теории механизмов. Ее преподаватели должны быть не менее строги - ведь эта наука помогает выработать инженерное мышление, столь необходимое при проектировании новых машин.

Нет нужды говорить, насколько импонировали Жуковскому будущему "отцу русской авиации", такие мысли о подготовке инженеров, о значении практических приложений геометрии Монжа, о путях развития творческих способностей конструкторов будущего. Он был по стилю научного творчества близок к Монжу и чрезвычайно высоко ценил вклад великого геометра в мировую науку и технику. Человек столь же страстный в научных поисках, столь же убежденный, как и Монж, в мощи научного знания, он имел все основания считать себя преемником создателя основ теории машин и вдохновенно говорить впоследствии:

Н. И. Макаров

- Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума!

Вернемся, однако, к Бетанкуру, человеку направленности именно деловой, как и Монж. В России Бетанкур побывал дважды. В первый раз он посетил ее в порядке ознакомления в 1807 году, но тут же поспешил в Париж, где его "Курс построения машин" готовился к изданию. Во второй раз этот "испанской службы генерал" приехал в Россию через год, после эрфуртской встречи Наполеона с Александром I, на которой Бетанкур был представлен русскому царю. На самодержца российского он произвел самое благоприятное впечатление, потому и был принят на царскую службу и сразу же произведен в генерал-майоры.

Столь решительный поворот в судьбе выдающегося ученого и инженера объясняется теми обстоятельствами, что деваться ему было некуда: в Испании инквизиция уже считала его еретиком, сносящимся с дьяволом с помощью изобретенного им оптического телеграфа, а во Франции отдаться на суд императора Наполеона, все еще пытавшегося покорить Испанию, этому испанцу было опасно.

Россия приняла Бетанкура превосходно. Очень скоро ему дали чин генерал-лейтенанта и министерство путей сообщения. Это был как раз такой министр, который вполне оправдывал свой титул: он объездил в условиях российского бездорожья всю страну, усовершенствовал дороги и порты, реконструировал Тульский оружейный завод, построил множество мостов, машин, зданий, включая и крупнейшее для тех времен однопролетное сооружение - здание московского Манежа.

Главная же заслуга Бетанкура перед нашей страной в том, что он в Петербурге, как ранее в Мадриде, создал Институт корпуса инженеров путей сообщения - передовое по тем временам учебное заведение, где, как указывалось в соответствующем манифесте, "науки будут преподаваемы на российском и французском языках".

Этот институт, ныне ЛИИЖТ, Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта, и есть то высшее техническое учебное заведение, где с наибольшей полнотой и в кратчайший исторический срок были реализованы технические и педагогические идеи Монжа. Западная Европа, исключая Францию, еще судила и рядила, а в России уже преподавался курс начертательной геометрии Монжа и курс теории машин.