Projekty przyszłości w rysunkach Leonarda da Vinci

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Są zajęcia, na które możesz sobie pozwolić, nie żałując czasu spędzonego i dla dobra umysłu. Na przykład, aby spojrzeć na rysunki i szkice Leonarda da Vinci – „żywe szkice” jego oryginalnych pomysłów i projektów, których wydaje się być niezliczona ilość.

Na rysunkach mistrza bez trudu rozpoznamy znane nam (a dla ludzi Renesansu - nowatorskie) wynalazki: od nart wodnych i kombinezonu nurka po spadochron i szybowiec. Wiele z jego pomysłów pozostało „w projekcie”: w postaci obrazów na papierze wszelkiego rodzaju mechanizmów, urządzeń i budowli. Rysunki te są wiarygodnym repozytorium pomysłów i badań autora. Pozwalają zajrzeć do kreatywnego laboratorium da Vinci, zapoznać się z jego metodą pracy i prześledzić tok myślenia, jak stawiał i rozwiązywał, krok po kroku, złożone problemy techniczne, konstrukcyjne i inne.

Historia odkryć i wynalazków świadczy o tym, że prędzej czy później przydatne idee przychodzą na myśl i wprowadzane w życie. Uderzającym przykładem tego, jak to się dzieje, jest naukowa i techniczna praca Leonarda da Vinci. Urodzony badacz i wynalazca pracował przede wszystkim z pomysłami: niektóre stworzył sam, inne zapożyczył i rozwinął, zawsze szukając dla nich praktycznego zastosowania.

Najpierw Leonardo sporządził plan rozwiązania: wykonał szkic przyszłej struktury, odzwierciedlając ogólną ideę. Następnie dokładnie przestudiował szczegóły, narysował szkice i opatrzył je komentarzami. I wreszcie połączyłem wszystkie części w jedną całość - gotową, pełnoprawną ilustrację. Jak zauważył jeden z badaczy twórczości artysty, wiele jego szkiców to „niedokończone myśli o metodach i środkach”. Rzeczywiście, studiując te rysunki i rysunki, czasami trzeba zastanowić się nad szczegółami i szczegółami, których brakuje lub celowo pominął da Vinci. Ale niektóre z nich są tak sprawdzone i dokładne, że nawet po pięciu wiekach ich język jest zrozumiały bez słów. Zgodnie z rysunkami odziedziczonymi przez przyszłe pokolenia przez genialnego projektanta i wynalazcę, współcześni rzemieślnicy byli w stanie wykonać działające modele różnych urządzeń.

Oto szkic wieży twierdzy (ryc. 1)

Po lewej stronie znajduje się schemat jednego z ważnych szczegółów budynku - spiralnych schodów. Jego konstrukcja przypomina słynną śrubę Archimedesa, brakuje tylko stopni! Przyjrzyj się bliżej rysunkowi, a odkryjesz niesamowity projekt architekta Leonarda. Jego schody są podwójne: z jednej strony można wspiąć się na wieżę, a z drugiej - zejść bez kolizji, a nawet widząc się. Trajektorie obu części klatki schodowej to nieprzecinające się spiralne linie (krzywe przestrzenne wijące się wokół pionowej podpory – okrągły filar pośrodku konstrukcji). Każda część klatki schodowej ma własne wejście i wyjście, a jej modelem jest spiralna powierzchnia tzw. helikoida. Na prawdziwej klatce schodowej schody mają kształt wachlarza wokół filaru.

Podwójne spiralne schody zdobią zamek królewski w Chambord we Francji. Jego budowę rozpoczęto w 1519 roku, krótko po śmierci Leonarda. Jak wiecie, ostatnie lata życia spędził w tym kraju, na dworze swego patrona Franciszka I i był pierwszym królewskim artystą, inżynierem i architektem. Nie wiadomo na pewno, czy Leonardo brał udział w projektowaniu okazałego zamku. Nawet jeśli nie, twierdzą eksperci, jego twórcy wykorzystali pomysły da Vinci z rysunków artysty. Zapewne wpływ na wybór architektów miał jego szkic (ryc. 1), wykonany pod koniec lat 80. XVIII wieku. W Chambord znajduje się 77 klatek schodowych, w tym kilka spiralnych, ale tylko ta stała się jego prawdziwą atrakcją.

Znane są również inne podwójne schody kręcone. Najwcześniejsze z nich zostały wzniesione w europejskich katedrach już w XIV-XV wieku, ale ustępują schodom w zamku Chambord nie tylko wielkością i wystrojem, ale także prostotą i oryginalnością projektu - nikt nie może całkowicie wyizolować części podwójnych spiralnych schodów od siebie, dopóki Leonardo nie odniósł sukcesu lub nie przyszedł mu do głowy.

W 1527 r. ten sam pomysł zastosował włoski architekt Antonio da Sangallo Młodszy. Z rozkazu papieża Klemensa VII rozpoczął budowę ogromnej wieży ciśnień - studni św. Patryka (zdjęcie powyżej) - w mieście Orvieto na wypadek jego oblężenia i pozbawienia dostępu do zewnętrznych źródeł wody. Tutaj dostęp do wody na dnie studni zapewniały dwa przeciwległe wejścia, które prowadziły do autonomicznych spiralnych schodów: jeden wózek spuszczano po wodę, a drugi służył do jej podnoszenia. Oświetlenie budynku było naturalne: światło wpadało przez wiele łukowatych okien w ścianach wieży.

Leonardo da Vinci ma również bardziej złożone kompozycje architektoniczne schodów. Jeden z nich przypomina trójwymiarowy labirynt z wieloma wejściami i wyjściami. Spójrz na poniższy szkic (rys. 2)

Widać od razu cztery niezwiązane ze sobą zewnętrzne klatki schodowe, „zakręcające się” wokół masywnego kwadratowego filaru, w którym być może ukryte jest jakieś urządzenie podnoszące. Artysta z niezwykłą łatwością łączy architekturę i geometrię przestrzeni, łączy linie i kształty, tworząc kompletne obrazy i samodzielne struktury.

Da Vinci znalazł inne interesujące zastosowanie podwójnej helisy. Wykorzystał go przy budowie aparatu do oddychania pod wodą (ryc. 3).

Jest to ulepszona wersja rurki oddechowej używanej przez starożytnych nurków. Urządzenie składa się z pływaka z ochronną kopułą pływającą, maski, wężyków oddechowych oraz zaworu sterującego ich pracą, zapobiegającego przedostawaniu się wody. Wąż zbudowany jest z kilku rurek trzcinowych połączonych wkładkami z wodoodpornego materiału, a wewnątrz znajdują się podwójne sprężyny - zwarty elastyczny element, który z jednej strony zapobiega kurczeniu się i utracie kształtu materiału, a z drugiej, sprawia, że wąż jest elastyczny.

zobacz także artykuł Zdjęcia Leonarda da Vinci

Leonardo jako jeden z pierwszych zastosował w konstrukcji śmigła spiralną powierzchnię - główną część, dzięki której samolot mógł wzbić się pionowo w powietrze, gdyby udało się odpowiednio odkręcić śmigło, a jednocześnie poradzić sobie z jego niestabilność podczas podnoszenia. Mówimy o złożonym ruchu śrubowym (obrót wokół stałej osi i równoległy wzdłuż niej transfer wykonywany jednocześnie), ale już w odniesieniu do mechaniki lotu.

Śmigło Leonarda da Vinci (ryc. 4) jest uważane za prototyp współczesnego wirnika głównego, a on sam jest wynalazcą śmigłowca lub, jak to się nazywa w Rosji, śmigłowca. Nawiasem mówiąc, słowo „helikopter” jest spokrewnione ze słowem „helikoid” i pochodzi od greckich słów ëλικου (spirala, śruba) i πτεoóν (skrzydło). Pojawił się dopiero w latach 60. XIX wieku, prawie cztery wieki po wykonaniu tego rysunku.

Da Vinci mógł równie dobrze zapożyczyć ideę „startu” swojego projektu z „latającego gramofonu” – zabawki ze starożytnych Chin. Był to pręt zakończony śrubą z ptasim piórem. Przędzono go ręcznie lub za pomocą nici nawiniętej na pręt i uwolnionej. Nowoczesna wersja to prymitywny „mucha” helikoptera (ryc. 5), łatwo go wykonać samodzielnie.

Ale kształt śmigła da Vinci mógł wybrać obserwując obrót śmigła Archimedesa (ryc. 6).

Inżynier Leonardo niejednokrotnie próbował przystosować ten genialny wynalazek starożytnego greckiego naukowca do różnych mechanizmów. Na przykład używałem go jako części maszyny hydraulicznej. Albo jako elementy perpetuum mobile (była to konstrukcja dwóch śrub o różnej średnicy: jedna po drugiej, woda podniosła się, a druga opadła do poziomu wyjściowego). Ale wtedy Leonardo porzucił to bezowocne przedsięwzięcie i wymyślił bardziej interesującą i użyteczną aplikację dla śruby Archimedesa.

Leonardo nie rozważał swojego projektu jako samolotu, ale zbadał, jak to działa. Poszukiwał sekretu lotu w przyrodzie, który tworzy optymalne formy pełniące określone funkcje: przez długi czas obserwował „żywe maszyny” – ptaki swobodnie unoszące się na niebie, opisywały ich ruchy. W jego szkicach znajduje się trajektoria lotu ptaka wznoszącego się w górę (ryc. 7), która jest krzywą śrubową.

Aparaty wyposażone w sztuczne skrzydła i zdolne do wznoszenia się w powietrze dzięki sile mięśniowej człowieka (ornitoptery lub muchy) - tym właśnie najbardziej interesował się Leonardo (swoją drogą, pierwszą próbą realizacji tego pomysłu był zręczny mistrz Dedal, bohater starożytnej mitologii). Da Vinci wielokrotnie powracał do rozwiązania tego problemu. Bezskutecznie. W rezultacie postanowił odtworzyć najprostszy sposób latania ptaków – wymyślił szybowiec szybujący pod wpływem prądów powietrza. Badając problem lotu, interesowało go dosłownie wszystko, nawet tak drobiazg jak dźwięk wydawany przez skrzydła muchy! I to był, jak się wydaje, cały Leonardo – największy geniusz renesansu, „najbardziej nienasycony człowiek ciekawski wszechczasów”, jak to określił jeden z jego biografów.

Śmigło, któremu Leonardo nadał kształt helikoidy, jest wspomniane w jego słynnym traktacie O lataniu. Zgodnie z opisem śruba powinna mieć metalowe obrzeże i płócienne pokrycie, a cienkie, długie rurki posłużą jako rama dla płótna. A potem da Vinci dodaje: „Możesz zrobić sobie mały model papieru, którego oś z cienkiej blachy skręconej siłą, która po zwolnieniu powoduje obrót śruby”. No to zastanów się sam… Sądząc po szczegółach konstrukcyjnych, śrubę można obracać za pomocą dźwigni przymocowanych do osi. Albo mechanizm sprężynowy mógłby go „uruchomić”. Czym jest wiosna? Tak, ta sama spirala, wykonana z metalu, zdolna do gromadzenia i oddawania energii.

Rysunek śmigła jest jednym z najsłynniejszych w kolekcji prac Leonarda poświęconych problematyce latania. Badali ją zarówno amatorzy, jak i specjaliści: naukowcy, projektanci, inżynierowie, wynalazcy. Żaden z zbudowanych przez nich modeli nie był w stanie wystartować samodzielnie, bez silnika. Ale o wiele ważniejsze jest coś innego. Szkic Da Vinci zawierał nieoceniony pomysł, a wieki później inni wynalazcy i naukowcy stworzyli prawdziwą latającą maszynę.

Ogólnie rzecz biorąc, Leonardo ma na swoim koncie wiele różnych przydatnych wynalazków, nieodebranych w jego czasach, na długo zapomnianych, a następnie wymyślonych na nowo.

Szczegóły dla ciekawskich

Linia śrubowa to krzywa opisana przez punkt poruszający się ze stałą prędkością wzdłuż tworzącej cylindra, gdy obraca się on jednostajnie wokół własnej osi. Ta krzywa przecina wszystkie generatory pod równymi kątami. Jeśli na kartce papieru narysujemy kilka równoległych linii prostych pod kątem do jej większego boku w tej samej odległości od siebie, a następnie zwiniemy papier w walec łączący dwa mniejsze boki, to na jego powierzchni zobaczymy linia śrubowa: prawa, jeśli patrząc od dołu, skręca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, lub w lewo, jeśli jest skręcona w przeciwnym kierunku.

Kiedy obrót wokół stałej osi z jednoczesnym przeniesieniem wzdłuż niej jest wykonywany nie przez punkt, ale przez linię, opisuje on powierzchnię śrubową w przestrzeni. Tak więc segment przesuwający się jednym końcem wzdłuż linii śrubowej, a drugim wzdłuż osi cylindra, opisuje helikoidę (z greckiego ελικος - spirala, zakręt).

Cylindryczna spirala może poruszać się wzdłuż siebie. Określa najkrótszą drogę między dwoma punktami różnych tworzących na powierzchni cylindra. Helikoid ma podobne właściwości. Ślizga się samoczynnie i ma minimalną powierzchnię dla danej granicy zewnętrznej. Prostota, elastyczność, dynamizm, „ekonomia” – dzięki tym właściwościom formy śrubowe są w przyrodzie rozpowszechnione (pamiętajmy przynajmniej o „podwójnej helisie” cząsteczek DNA i roślin pnących) i znajdują szerokie zastosowanie w praktyce, zwłaszcza w technice (od m.in. sprężyna i korkociąg do śruby i śmigła maszynki do mięsa).

Wirnik główny to śmigło o pionowej osi obrotu - źródło unoszenia śmigłowca. Za jego pomocą przeprowadzana jest kontrola lotu i lądowanie aparatu. Pomysł wykorzystania obrotowego śmigła do lotów powstał już w starożytności i był popularny w Europie w średniowieczu. Sam projekt miał „łopaty” i wyglądał jak śmigło.