Аннотация: Нет пророка в своем Отечестве. А почему, собственно?
"Вечный двигатель" Ивана Кулибина
Характеризуя Ивана Петровича Кулибина, энциклопедия Кирилла и Мефодия (КМ) сдержанно сообщает:
"Российский механик-самоучка (1735-1818). Изобрел много различных механизмов. Усовершенствовал шлифовку стекол для оптических приборов. Разработал проект и построил модель одноарочного моста через р. Нева с пролетом 298 м. Создал "зеркальный фонарь" (прототип прожектора), семафорный телеграф и много др".
При чтении этого абзаца у неподготовленного человека возникает ощущение, что Кулибин был-таки довольно приличным изобретателем (вон, за ним числится и фонарь, и семафор и даже "много др."). Но с другой стороны всего-навсего механик (типа слесаря) да еще и самоучка.
С высокоученым европейцем эпохи Возрождения рядом не поставишь.
Поэтому, нарушая традиции написания рефератов и научных статей, посвященных каким-либо персоналиям, начну не с биографических данных, а с загадки.
Итак, известно, что Иван Кулибин, родившийся на Волге и с детства видевший тяжелый труд бурлаков, изобрел самоходную баржу. Которая (внимание!) сама шла против течения реки, используя в качестве движущей силы само (вы не поверите!) течение реки.
Да-да, это не ошибка и не опечатка. Кулибин действительно создал баржу, которая используя только силу течения шла ... против течения.
Это кажется невероятным. Невозможным. Противоречит базовым законам физики.
Судите сами: даже если добиться того, чтобы тяжелая баржа имела нулевой коэффициент трения о воду (что невозможно!), то судно в лучшем случае оставалось бы на месте. Не дрейфовало бы по течению в низовья реки.
А тут баржа своим ходом шла ВВЕРХ.
Это же просто вечный двигатель какой-то!
Парижская академия наук отказалась бы рассматривать такой проект, так как это невозможно, потому что невозможно никогда!
Но Кулибин-то не проект предоставил, а настоящую баржу. Которая при большом скоплении народа действительно была спущена на воду и НА САМОМ ДЕЛЕ, у всех на виду, шла против течения, не используя никаких внешних сил.
Чудо? Нет, реальность.
И теперь, когда вы это знаете, попробуйте сами (как никак мы жители XXI века, вооруженные знаниями и обласканные техническим прогрессом) сообразить, как механик-самоучка(!) XVIII века добился столь удивительного эффекта, используя самые простые и доступные каждому материалы.
Пока вы думаете, для обострения мыслительных процессов приведу несколько основополагающих принципов изобретательства. Разработанных, естественно, в XXI веке.
Итак,
Техническое решение считается идеальным, если нужный эффект достигается "даром", без использования каких бы то ни было средств.
Техническое устройство считается идеальным, когда устройства нет, но действие, которое оно должно делать, выполняется.
Способ, которым осуществляется техническое решение, является идеальным, когда расхода энергии и времени нет, но требуемое действие выполняется, причем регулированно. То есть столько, сколько надо и только тогда, когда надо.
Ну и в завершение: Вещество, используемое в техническом решении, считается идеальным, когда самого вещества нет, но его функция выполняется в полном объеме.
Вам не кажется, что деревенскобородый мужик-лапотник, а точнее механик-самоучка Иван Кулибин умел находить именно ИДЕАЛЬНЫЕ решения? Невозможные с точки зрения Парижской академии наук?
Но пойдем дальше.
В книге Александра Дюма "Граф Монте-Кристо" ярко живописуется, как титульный герой перехватил и исказил информацию, передаваемую при помощи семафорного телеграфа с испанского театра военных действий в Париж. Результатом стало обрушение биржи и грандиозное разорение одного из могущественнейших банкиров - врагов графа.
Ничего удивительного. Кто владеет информацией, тот владеет миром.
Хочется только подчеркнуть, что изобрел этот самый семафорный телеграф - Иван Петрович Кулибин.
Теперь о прожекторе.
Не забудем, что милостью ее императорского величества Екатерины II сын нижегородского купца-старовера Иван Кулибин был призван в столицу и там, в течение 32-х лет (с 1769 по 1801 год) заведовал механическими мастерскими Петербургской академии наук.
Петербург - город мореходный. А значит, подача световых сигналов в нем исключительно важна. Тут и маяки, ориентирующие суда и оберегающие их от попадания на мель, и передача информации с корабля на корабль...
До эпохи Кулибина суда для передачи сигналов использовали разноцветные вымпелы, поднимаемые на мачтах, и ручной семафор (лихой матросик с флажками). Понятно, что разглядеть эту красоту можно было только днем. На маяках ночью разжигали костры.
Но на деревянном судне открытый огонь слишком опасен, поэтому в море для освещения можно было использовать только свечу или фитиль, плавающий в плошке с маслом. Понятно, что мощность света от таких источников невелика и для передачи сигналов на сколь-нибудь приличное расстояние не годится. Так что ночью суда погружались во тьму и информационное молчание.
Изучив проблему, механик-самоучка Кулибин в 1779 сконструировал свой знаменитый фонарь с отражателем, дававший мощный свет при слабом источнике. Важность такого фонаря-прожектора в портовом городе трудно переоценить.
Виктор Карпенко в своей книге "Механик Кулибин" (Н. Новгород, изд-во "БИКАР", 2007 год) так описывает событие:
"Как-то в темную осеннюю ночь на Васильевском острове появился огненный шар. Он освещал не только улицу, но и Английскую набережную. Толпы народа устремились на свет, творя молитвы.
Вскоре выяснилось, что это светит фонарь, вывешенный знаменитым механиком Кулибиным из окна своей квартиры, которая помещалась на четвертом этаже Академии".
Фонари пользовались огромным спросом, но Кулибин был плохим предпринимателем и заказы ушли к другим мастерам, которые нажили на этом не одно состояние.
Автомобиль
Леонардо да Винчи считается первым в истории изобретателем самобеглой коляски. Правда, у флорентийца она предназначалась для военных целей и, как сейчас утверждают, явилась прообразом современного танка.
Устройство, со всех сторон защищенное "броней" из дерева (современных пуль и снарядов в средние века не знали), передвигалось за счет мускульной силы нескольких человек, которые сидели внутри и вращали рычаги. (Типа "кривой стартер").
Увы, изучив чертежи Леонардо современные специалисты оценили изобретение так:
Дэвид Флетчер, британскийисторик танков:
- Да, сначала кажется, что ничего из этого не выйдет. Там внутри должны быть люди, вращающие рукояти, чтобы завращались колеса и с места сдвинулась махина бог знает какой тяжести. Я бы сказал, что это физически почти невозможно.
Для того чтобы это могло двигаться, нужно поле боя ровное, как стол. Камень - и оно остановится. Нора крота - и снова остановка. Противник умрет от смеха раньше, чем эта штука до него доедет.
Но это только с первого взгляда. Со второго - солдаты (!) британской армии заметили, что в чертеже есть принципиальная ошибка.
- Шестерни на колесах расположены неправильно, - сказал один из тех, кого посадили внутрь Леонардовского танка и заставили крутить рукояти. - При таком устройстве переднее колесо крутится назад, а заднее - вперед. Так что это нужно исправить - переставить шестеренки. Тогда оба колеса будут одновременно двигаться в одном направлении.
Как видите, изобретение Леонардо содержало принципиальные конструкторские недоработки. Причем, даже после их устранения механизм мог использоваться только в лабораторных условиях на идеально ровной поверхности, какой в реальной жизни не найти.
Теперь взглянем на изобретения Ивана Кулибина.
В Политехническом музее Москвы хранится несколько уменьшенных копий самодвижущейся коляски. Таковые (не копии, а настоящие изделия) изготавливались в механических мастерских Петербургской академии наук, которыми руководил Кулибин, и довольно широко использовались для прогулок аристократов.
Сотрудники музея подчеркивают, что кулибинская самобеглая повозка имела все части современного автомобиля: коробку скоростей, тормоз, карданный механизм, руль, подшипники качения... Единственное сходство с Леонардовским изобретением - приводилась сия конструкция в движение тоже за счет человеческих мускулов. Водитель крутил ногами педали, его усилия раскручивали тяжелый маховик... и через короткий промежуток времени, велоколяска, отличавшаяся завидной грузоподъемностью, могла развивать приличную скорость. От водителя требовалось только твердо держать руль и поддерживать маховик в постоянном вращении.
См. рис. "Самобеглая коляска"
Мосты
Да Винчи
Устраиваясь под покровительство миланского герцога Людовико Сфорца, Леонардо позиционировал себя, как военный инженер.
"Я могу создать легкие прочные мосты, - говорил он, - которые будет легко перевозить в ходе преследования. Или, упаси господи, бегства от врага. Так же я придумал способ осады замков, при котором первым делом осушается ров с водой".
И герцог принял его на службу. Однако, как человек здравомыслящий, (энциклопедии сообщают, что при нем "Милан стал одним из сильнейших государств Италии, центром наук и искусств") поручил новому служащему не строительство мостов новой конструкции, а нечто гораздо более скромное. Он доверил Леонардо (Умеешь осушать? - Осушай!) провести дренаж для ванной комнаты герцогини.
Кулибин
Энциклопедия КМ сообщает:
"В 1770-х гг. Кулибин спроектировал деревянный одноарочный мост через Неву с длиной пролета 298 м (вместо 50-60 м, как строили в ту пору). В 1766 он построил модель этого моста в 1/10 натуральной величины. Она была испытана специальной академической комиссией. Проект получил высокую оценку математика Л. Эйлера, по модели Кулибина проверившего правильность своих теоретических формул".
Очень любопытно упоминание о том, что знаменитый Эйлер не проводил расчеты для русского самоучки, а по его модели проверял СВОИ расчеты. Умный был человек, понимал, что "практика - критерий истины".
Вопрос: а зачем, собственно, Кулибину понадобилось изобретать мост такой необычной формы? Слава Богу, конструкций мостов с древнейших времен существует множество...
Дело в том, что Санкт-Петербург - крупный порт. И до сегодняшнего дня он принимает суда большого тоннажа и водоизмещения. Для того, чтобы эти громадные суда могли входить в город, основные мосты Санкт-Петербурга сделаны разводными.
А одноарочный мост, который предлагал Кулибин, как бы парил над Невой, касаясь земли только в двух точках - на правом и на левом берегах.
ЕГО НЕ ТРЕБОВАЛОСЬ БЫ РАЗВОДИТЬ!
Мосты Кулибина, если бы их проект был принят, позволили бы океанским судам входить в порт не только ночами, а в любое время суток! И никаких затрат на обслуживание и ремонт разводных механизмов.
Идеальное решение (см. выше).
Часы
Общеизвестно, что столичная карьера Ивана Кулибина началась с того, что во время визита императрицы Екатерины II в Нижний Новгород, ей преподнесли изготовленные мастером часы. Размером они были с гусиное яйцо и вмещали (помимо собственно часов) ни много ни мало, как театр-автомат, музыкальную шкатулку и механизм, который все этим управлял. Всего "яичная фигура", которая теперь является жемчужиной в коллекции Эрмитажа, содержит 427 деталей.
Вот как описываются эти удивительные часы в книге Виктора Карпенко:
"Они отбивали каждый час, половину и даже четверть часа. По завершении часа в яйце отворялись створчатые дверцы, открывая золоченый чертог. Против дверей стояло изображение гроба Господня, в который вела затворенная дверь.
По сторонам гроба стояли два воина с копьями. Через полминуты после того, как отворялись двери чертога, являлся ангел. Дверь, ведущая к гробу, раскрывалась, и стоящие воины падали на колени. Появлялись жены-мироносицы и слышался сопровождаемый звоном церковный стих "Христос воскресе!", исполнявшийся трижды.
Во второй половине дня ежечасно исполнялся уже другой стих: "Воскрес Иисус из гроба". В полдень часы играли гимн, сочиненный самим Кулибиным. Фигурки ангелов, воинов и жен-мироносиц были отлиты из золота и серебра".
Часы, созданные Кулибиным, хранятся в кладовых Эрмитажа и, чтобы их увидеть, нужно приложить специальные усилия (договариваться, оформлять пропуск и т.п.). Гораздо доступнее знаменитые "Часы-павлин", изготовленные в Европе и выставленные в одном из залов Эрмитажа.
Это поистине грандиозное сооружение, которое даже в просторном Эрмитаже занимает значительную часть выделенного ему помещения.
Разумеется, как все произведенное в Европе, часы "Павлин" являются модной занимательной игрушкой и, заодно, произведением искусства. В "чудесном саду", выполненным в натуральную величину, на золоченых ветвях дуба расположились павлин, петух, сова в клетке и белки. При заводе специальных механизмов фигуры птиц приходят в движение. Сова вертит головой, павлин распускает хвост и поворачивается к публике своей самой красивой частью (то есть тылом), петух кукарекает.
Плюс ко всем наворотам имеется и циферблат (в шляпке гриба), взглянув на который можно без всяких выкрутасов, чисто по-человечески узнать сколько время.
Часы были приобретены князем Потемкиным у английской герцогини Кингстонской, которая в 1777 году на собственном корабле с грузом художественных ценностей, вывезенных из Англии, приплыла в Санкт-Петербург.
У часов был только один недостаток: герцогиня вывезла их из Лондона в разобранном виде и, они более десяти лет лежали в кладовой, теряя свои части и детали. Например, из 55 граненых хрусталей, лежащих на основании часов, к 1791 году уцелел лишь один.
Светлейший князь Потемкин-Таврический, потративший на диковинку немалые деньги, призвал Кулибина и попросил "оживить бедных птичек".
Часы действуют до сих пор.
Часы различных конструкций Кулибин создавал во множестве: карманные, суточные, перстневые, часы с гуслями...
Но рассказать хочется еще лишь об одних. В 1853 году в журнале "Москвитянин" появилась заметка, подписанная неким П.Н. Обнинским. Он сообщал, что у него в доме находятся часы, созданные Кулибиным, и просил прислать комиссию для освидетельствования.
Чем же так интересно было это устройство?
Во-первых, часы были астрономическими. То есть показывали ход планет, затмения Луны и Солнца. Кроме того, часы указывали дату (день, месяц), а особая стрелка отмечала високосные годы.
Во-вторых, на минутной стрелке были устроены мелкие часы, в гривенник размером, которые не имея никакого сообщения с общим механизмом часов и не имея завода, показывают, тем не менее, время очень верно.
Фактически, здесь мы опять сталкиваемся с "вечным двигателем", изобретенным Кулибиным.
В самом деле, ни пружин, ни гирь, ни какого-либо видимого источника энергии... А стрелка двигается и показывает время очень верно. Чудо!
Секрет в том, что Кулибин знал физику, пожалуй, получше Французской академии наук.
Действительно, согласно закона сохранения энергии "вечный двигатель" невозможен. Потому что в замкнутой системе энергия не возникает из ничего, и не исчезает в никуда. Но кто нас заставляет оставаться в ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ?
Отсюда разгадка. На мелких (в гривенник) часах, расположенных на минутной стрелке астрономических часов, была система противовесов. Минутная стрелка движется под воздействием часового механизма. При этом ее положение в поле тяжести меняется. Соответственно меняется положение центра тяжести в "мелких" часах, и за счет этого они идут. Гравитационный двигатель!
Примерно так же решается задача с баржей, двигавшейся против течения за счет силы течения.
В замкнутой системе подобное движение было бы невозможно. Но зачем замыкаться?!
Секрет так прост, что даже смешно.
Берется якорь и на лодке заносится вперед, где и зацепляется надежно. Якорная цепь (канат) другим концом обвивается вокруг гребного вала на судне. К гребному валу крепятся два гребных колеса (все, как на колесном пароходе).
Течение давит на лопасти колес, они приходят во вращение, и канат наматывается на гребной вал. Судно начинает двигаться против течения.
Испытывали судно несколько дней подряд. Груз составлял 8500 пудов песку.
Интересно отметить, что "водоходное машинное судно" Кулибина явилось прототипом туерной системы, введенной в 60-х годах XIX века в России. Туером называлось паровое судно. Оно имело железный корпус и двигалось вперед, выбирая цепь, уложенную на дно реки.
Кулибин прожил 83 года, причем продолжал работать до самого конца.
"Более сорока лет времени занимался я во изыскании самодвижущейся машины, упражнялся в делании опытов ее секретно, потому что многие ученые почитают сие изобретение за невозможное, даже смеются и ругаются над теми, кто в том изыскании упражняются", - писал Иван Петрович Аршеневскому в 1817 году.
А может и сделал бы? Чуть-чуть не хватило. Внимания, денег, сил, времени...
Нет, изобретая "вечный двигатель", невозможность которого доказывал еще Леонардо да Винчи, Иван Петрович Кулибин не опровергал законы физики. Просто он знал их немного лучше...