Тем не менее в некоторых областях конструирования люди практики векамидействовали по своему собственному разумению. Глядя на кафедральный собор,спрашиваешь себя, что впечатляет в большей степени - мастерство тех, ктоего строил, или их вера в успех. Эти сооружения не только имеют гигантскуювысоту и размеры, но зачастую им удается преодолеть тяжесть и уныние материала,из которого они построены, и устремиться к высотам искусства и поэзии.
Может показаться, что средневековые каменщики знали, как строить церкви исоборы, а потому это им так блестяще удавалось. Но если бы можно было спроситьтакого Мастера, как все это делалось и почему вообще сооружение не рухнуло, он,я думаю, ответил бы нечто вроде: "На все воля божья, не иначе как господьвложил в нас секреты нашего ремесла". Естественно, мы любуемся сохранившимисяпостройками средневековых каменщиков, но успех сопутствовал им отнюдь невсегда. Многим дерзким замыслам не суждено было осуществиться: постройкирушились и в процессе строительства, и вскоре после его окончания. Однако этикатастрофы обычно считались наказанием свыше, а отнюдь не следствиемтехнического невежества. Именно такой смысл имеет и библейское упоминание оСилоамской башне.
Строители, плотники и корабелы старых времен работали на совесть и,по-видимому, даже не задумывались над тем, почему конструкция способнавыдерживать нагрузку. Во всяком случае, средневековые зодчие, как убедительнопоказал профессор Жан Хейман, не обдумывали и не проектировали свои сооруженияв нынешнем смысле этих слов. Хотя некоторые достижения средневекового мастерствавесьма впечатляющи, его "правила" и "таинства" в своей интелектуальнойоснове близки к поваренной книге. Тогдашние строители считали своей задачейсоздание чего-то, похожего на сделанное ранее.
Как мы увидим в гл. 8, каменная кладка находится в более или менее исключительномположении, и не случайно иногда только опыт и традиционные пропорции позволяютбезопасно и целесообразно воздвигать каменные сооружения любых размеров- от небольших церквушек до громадных соборов. Для иного рода конструкцийэто совершенно неприемлемо и далеко не безопасно. Именно этим определяетсятот факт, что здания строят все больших размеров, а, например, размер кораблей,по сути дела, уже долгое время не меняется. Пока не существовало научногометода оценки безопасности конструкций, вероятность беды при создании новыхили существенно видоизмененных сооружений была весьма велика.
Итак, поколение за поколением люди проходили мимо рационального решениявопросов прочности. Однако, если вы привыкаете устраняться от каких-топроблем, сознавая в душе их важность, печальные психологические последствияэтого не замедлят сказаться. Произошло то, чего и следовало ожидать. Весьпредмет целиком стал благодатной почвой для дикости и предрассудков. Когдазнатная матрона разбивает бутылку шампанского о борт спускаемого на водусудна или тучный мэр закладывает первый камень в фундамент какой-то постройки- все это следы языческих обрядов жертвоприношения.
Средневековая церковь старалась искоренить жертвоприношения, но отнюдьне поощряла наук. Чтобы изменить отношение к науке или допустить, что всевышнийможет проявлять себя через посредство ее законов, нужно было целиком изменитьобраз мыслей того времени. Сегодня трудно оценить масштабы необходимыхдля этого умственных усилий. Это требовало совершенно невероятного сочетаниявоображения и умственной дисциплины в условиях, когда едва ли существовалсам язык науки.
Случилось так, что старые мастера не приняли этого вызова, но любопытно, чтосерьезное изучение конструкций обязано своим началом гонениям и мракобесиюинквизиции. В 1633 г. Галилей (1564-1642) был проклят церковью за своиреволюционные астрономические открытия, в них усмотрели угрозу самим основам нетолько религии, но и светской власти. Галилей был самым непреклонным образомотлучен от астрономии и после своего знаменитого отречения был, вероятно, весьма рад удалиться навиллу Арцетри возле Флоренции. Живя там, по существу, под домашним арестом, онстал изучать сопротивление материалов, полагая, как я думаю, что это наиболеебезопасный и наименее крамольный предмет, который только можно было тогда себепредставить.
Вклад Галилея в наши знания о сопротивлении материалов оказался не оченьзаметным, но нельзя забывать, что великому ученому было почти семьдесят,когда он начал заниматься этими вопросами, что он многое испытал и, посуществу, находился в положении узника. Однако Галилею позволили переписыватьсяс европейскими учеными, а его высокая репутация повышала престиж и привлекалавнимание к любому предмету, за который он брался.
В эпистолярном наследии Галилея сохранилось несколько писем, где речьидет о конструкциях; особенно плодотворной, по-видимому, была его перепискас Мерсенном, работавшим во Франции. Марэн Мерсенн (1588-1648) был иезуитскимсвященником, но, надо думать, его исследования прочности металлическойпроволоки не могли вызывать ничьих возражений. Вторым ученым корреспондентомГалилея был Эдме Мариотт (1620-1684), значительно моложе Мерсенна, он тожепринадлежал к служителям церкви - был настоятелем собора св. Мартина близДижона в Бургундии. Большую часть своей жизни он изучал законы земной механикии прочность стержней при растяжении и изгибе. При Людовике XIV он принялучастие в основании Французской академии наук и пользовался благосклонностьюн церкви, и государства. Заметьте, ни один из троих не был профессиональнымстроителем или корабелом.
Весь предмет о поведении материалов и конструкций под действием нагрузок,зародившийся во времена Мариотта, по причинам, которые станут ясными изследующей главы, принято называть теорией упругости, и в дальнейшем мыбудем пользоваться именно этим названием. Поскольку предмет обрел популярностьу математиков полтораста лет назад, я боюсь, что о нем написано громадноеколичество непонятных и непригодных для чтения книг; поколения студентовумирали от скуки на лекциях о материалах и конструкциях. На мой взгляд,значение всей этой математической мистики для инженера преувеличено, апорой она и вовсе не имеет отношения к делу. Однако нельзя не согласитьсяс тем, что "высшие этажи" теории упругости математичны и очень трудны,но не менее справедливо и то, что такого рода теория редко бывает нужнаинженерам-проектировщикам. То, что бывает действительно необходимо в большинствеслучаев, сможет легко понять любой разумный человек, нежелающий вникнутьв существо предмета.
Многие полагают, что они вовсе не нуждаются в каких-либо теоретическихпознаниях. Рафинированный инженер, напротив, склонен считать, что получитьчто-либо стоящее без математики просто невозможно, а если и возможно, тонекоторым образом "аморально". Мне кажется, что обычные смертные, такие,как мы с вами, могут продвинуться удивительно далеко на основе некоторогопромежуточного состояния знаний. Я надеюсь, что это будет и более интересно.
В то же время мы не можем полностью избежать математики, которая, какговорят, зародилась в Вавилоне - возможно, именно после падения пресловутойВавилонской башни. Для ученого и инженера математика - это орудие, дляматематика-профессионала - религия, а для обычного человека - камень преткновения.Но все же все мы непрерывно и ежесекундно используем математику. В самомделе, играя в теннис или спускаясь по лестнице, мы с помощью аналоговогокомпьютера нашего мозга быстро, легко, не задумываясь, решаем дифференциальныеуравнения, которые могли бы занять многие страницы. Что мы действительнонаходим трудным, так это формальное преподавание математики с пристрастиемк символам и догме, доходящим до садизма.
Там, где нам реально понадобятся "математические" аргументы, я постараюсьобойтись простейшими графиками и диаграммами. Кроме того, нам иногда будутнужны простые вычисления и очень немного элементарной алгебры, которая- как бы недружелюбно мы ни относились к математикам - является в концеконцов простой, мощной и удобной манерой мышления. Даже если вы родилисьили думаете, что родились с неприязнью к алгебре, пожалуйста, не пугайтесьее. Но если вам все же придется пропустить те немудреные математическиеформулы, которых я не смог избежать, вы все равно проследите за моей аргументацией.
И еще одно замечание. Конструкции сделаны из определенных материалов,поэтому мы будем говорить как о конструкциях, так и о материалах, однаков действительности между теми и другими нет четко разграниченной линии.Сталь несомненно материал, а мост через реку Форт несомненно конструкция,но вот армированный бетон, дерево, живые ткани имеют довольно сложное строение,а потому их можно рассматривать и как материалы, и как конструкции. Слово"материал" в этой книге употребляется во вполне определенном смысле. Ясчел нужным отметить это, вспомнив беседу с другой дамой на другом коктейле.
- Чем вы занимаетесь?
- Я - профессор материаловедения.
- Как, должно быть, занятно иметь дело со всеми этими веселенькимитканями!