[346]. Далее он описывает, как путем вычислений определить центр тяжести птицы, пирамиды и других тел, имеющих сложную форму.
Одно важное наблюдение, сделанное им, очень пригодилось ему при изучении полета и течения воды. «Воду нельзя сгустить, как воздух», — написал он[347]. Иными словами, крыло, бьющее по воздуху сверху, будет сжимать воздух, и в результате давление воздуха под крылом будет выше, чем давление разреженного воздуха над крылом. «Если бы воздух не уплотнялся, то птицы не могли бы держаться на воздухе, ударяемом их крылами»[348]. Нисходящее биенье крыла толкает птицу вверх и вперед.
А еще он понял, что помимо давления, которое птица оказывает на воздух, существует равное ему и противоположно направленное давление воздуха на птицу. «Посмотри на крылья, которые, ударяясь о воздух, поддерживают тяжелого орла в тончайшей воздушной выси», — писал Леонардо, а позже добавлял: «Тело давит на воздух с такой же силой, с какой и воздух давит на тело»[349]. Двести лет спустя Ньютон предложил более изящную и точную формулировку этой мысли, выведя третий закон механики: «Каждому действию всегда есть равное противодействие».
К этой мысли Леонардо присовокупил другую, которая предвосхитила принцип относительности Галилея: «Движущийся воздух действует на неподвижный предмет с той же силой, с какою тот же предмет, двигаясь, будет действовать на неподвижный воздух»[350]. Иными словами, силы, которые действуют на птицу, летящую по воздуху, — те же, что и силы, действующие на птицу, когда та остается неподвижной, а мимо нее несется воздух (например, если птицу поместить в аэродинамическую трубу, или если она просто сидит на земле в ветреную погоду). Леонардо увидел здесь сходство с явлением, которое подметил, изучая течение воды, и которое описал ранее в той же тетради: «Если волочить шест по спокойной воде, вокруг него возникнет такое же движение, какое бегущая вода создает вокруг неподвижного шеста»[351].
Еще более провидческой оказалась его догадка, предвосхитившая закон Бернулли, сформулированный спустя два с лишним века: когда воздух (или любая жидкость) течет быстрее, то оказывает меньшее давление. Леонардо нарисовал поперечное сечение птичьего крыла, показав, что верхняя его часть изогнута больше, чем нижняя. (Так же устроены крылья самолетов, потому что при их конструировании учитывается этот принцип.) Воздуху, который огибает изогнутую верхнюю часть крыла, предстоит проделать большее расстояние, чем воздуху, проходящему под крылом. Следовательно, воздуху выше крыла приходится двигаться быстрее. Из-за этой разницы в скоростях верхний поток воздуха меньше давит на крыло, чем воздух снизу. Это-то и помогает птице (или самолету) удерживаться в воздухе. «Воздух над птицами оказывается тоньше, чем обычно бывает другой воздух», — писал Леонардо[352]. Таким образом, Леонардо прежде других ученых понял, что птица способна оставаться в вышине не просто потому, что бьет крыльями, сгоняя воздух вниз, но еще и потому, что крылья толкают птицу вперед, а воздух ослабляет давление, проносясь поверх изогнутого наверху птичьего тела.
Летательные машины
И анатомические наблюдения, и размышления о законах физики убедили Леонардо в том, что можно построить такой крылатый механизм, который позволит человеку летать. «Птица — действующий по математическим законам инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми движениями его», — писал он. И далее делал вывод: «Человек, преодолевая своими искусственными большими крыльями сопротивление окружающего его воздуха, способен подняться в нем ввысь»[353].
50. Летательный аппарат на человеческой тяге.
В конце 1480-х годов, применяя свои инженерные навыки и познания в физике и анатомии, Леонардо начал разрабатывать устройства, которые могли бы поднимать человека в воздух. Первый его проект (илл. 50) внешне похож на большую миску с четырьмя веслообразными лопастями, которые должны были попарно и попеременно подниматься и опускаться — совсем как крылья стрекоз, чьи движения Леонардо внимательно изучил. Чтобы компенсировать относительную слабость грудных мышц человека, машинист, помещенный в этот гибрид летающей тарелки с камерой пыток спортклуба, должен был ногами крутить педали, руками вертеть механизм с ременной передачей, головой толкать поршень, а плечами тянуть за канаты. Непонятно, как при этом он умудрялся бы еще управлять летательной машиной[354].
51. Крыло с шарнирами.
А в той же тетради, семью страницами далее, Леонардо выполнил изящный рисунок (илл. 51), изображавший опыт с крылом, похожим на крыло летучей мыши. Его тонкую арматуру обтягивала перепонка из кожи, но без перьев. Эта конструкция чем-то напоминала эскизы Леонардо для театральных постановок, сделанные еще во Флоренции. Крыло прилажено к толстой деревянной доске, которая, уточнял Леонардо, должна весить около 70 килограммов (примерно как человек), а также к рычажному механизму, при помощи которого крыло будет приводиться в движение. Леонардо изобразил для наглядности даже забавного человечка, который повис на ручке рычага и прыгает. Маленький набросок внизу показывает хитроумное устройство: когда крыло взмывает вверх, шарнир позволяет ему опускать кончики ребер вниз и встречать меньшее сопротивление, а затем медленно приподниматься при помощи пружины и шкива, возвращаясь в неподвижное положение[355]. Позднее Леонардо додумался снабжать крылья кожаными клапанами, которые будут захлопываться при снижении и раскрываться при подъеме, чтобы уменьшалось сопротивление воздуха.
Иногда Леонардо оставлял надежду сделать самодвижущийся летательный аппарат и переключался на конструирование планеров. Одна из этих моделей оказалась в принципе жизнеспособной, как показала пятьсот лет спустя реконструкция, проведенная по заказу телевизионной сети ITN в Британии[356]. Впрочем, Леонардо до конца жизни продолжал верить, что человек сможет полететь самостоятельно при помощи машины, которая будет махать крыльями, как птица. Он нарисовал больше десятка разных вариантов подобных устройств, снабженных педалями и рычагами, с местом для летчика (в лежачем или стоячем положении), и со временем начал называть свою машину просто uccello — «птица».
В просторных помещениях старого замка Корте-Веккья Леонардо устроил мастерскую, которую сам называл «la mia fabbrica» («моя фабрика»). Именно там он работал над моделью злополучной конной статуи Франческо Сфорца, и там же нашлось место для экспериментов с летательными машинами. Однажды Леонардо написал себе памятку о том, как лучше провести один опыт на крыше, так чтобы его не заметили рабочие, возводившие купольную башню миланского собора по соседству — ту самую башню, которую, участвуя в конкурсе, проектировал и сам Леонардо, но потом его предложение было отвергнуто. «Сделай модель большую и высокую, и у тебя будет место на верхней крыше, — писал он. — Если ты встанешь на крыше сбоку от башни, то люди, строящие купол, тебя не увидят»[357].
Иногда же он задумывался о том, как испытать свою машину над водой, надев спасательный круг. «Этот прибор испытаешь над озером и наденешь в виде пояса длинный мех, чтобы при падении не утонул ты»[358]. И наконец, когда все его эксперименты подходили к концу, реальные планы начали перемешиваться с фантазиями. «Большая птица первый начнет полет со спины исполинского лебедя, наполняя Вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания — вечной славой гнезду, где она родилась»[359], — написал он на последнем листе своего «Кодекса о полете птиц», разумея под лебедем (cecero) Лебединую гору (Монте-Чечеро) над Фьезоле.
Леонардо сделал множество изящных маленьких рисунков, где запечатлел красоту птиц, когда они поворачиваются, перемещают центр тяжести и маневрируют на ветру. А еще он первым ввел условные прямые линии вроде векторов и закрученные линии для обозначения невидимых воздушных потоков. Но, какими бы красивыми ни были все эти рисунки, какими бы оригинальными ни были все его проекты, ему так и не удалось создать самодвижущийся летательный аппарат для человека. Впрочем, и спустя пятьсот лет никто не справился с этой задачей.
Ближе к концу жизни Леонардо нарисовал какой-то цилиндр с двумя слабосильными крыльями. Очевидно, это была игрушка. Если внимательно присмотреться, можно увидеть, что к ней крепилась проволока. В этом, быть может, последнем изображении механической птицы он вернулся (наверное, с некоторой ностальгической грустью) к манере, в какой рисовал тридцатью годами ранее всякие блестящие, но эфемерные хитроумные штуковины для сиюминутного развлечения публики на придворных празднествах и спектаклях[360].
Глава 12Механические искусства
Машины
Увлечение Леонардо машинами было тесно связано с его жгучим интересом к движению. И в механизмах, и в людях он видел аппараты, созданные для движения, со сходными элементами — такими, например, как веревки и сухожилия. Как и в анатомических этюдах, изображавших рассеченные тела, он рисовал механизмы в разобранном виде (с пространственным разделением компонентов и членением на уровни), показывая, как движение передается от шестеренок и рычагов к колесам и шкивам. Благодаря интересу к разным областям науки он легко связывал анатомические и инженерные пон