Леонардо да Винчи - Уолтер Айзексон

___

Одновременно с подготовкой трактата о птицах Леонардо начал раздел в другой тетради, намереваясь впоследствии поместить все эти записи в более широкий контекст. «Для того чтобы дать истинную науку о движении птиц в воздухе, необходимо дать сначала науку о ветрах, которую докажем посредством движений воды, — писал он. — Наука эта, в своей сути чувственная, образует лестницу, ведущую к познанию того, что летает в воздухе и ветре»[344]. Он не только верно изложил общие принципы гидродинамики, но и сумел превратить свои интуитивные догадки в зачатки гипотез, предвосхищавшие учения Ньютона, Галилея и Бернулли.

Ни один ученый до Леонардо еще не объяснял так методично, почему птицы движутся по воздуху и не падают. Большинство просто приукрашивали суждения Аристотеля, который ошибочно полагал, будто птицы опираются на воздух подобно тому, как корабли опираются на воду[345]. Леонардо же понял: чтобы удерживаться в воздухе, требуется принципиально иная динамика, нежели та, что позволяет телам удерживаться на поверхности воды, так как птицы тяжелее воздуха, а потому их должно сильно притягивать к земле. На первых двух страницах его «Кодекса о полете птиц» рассматриваются законы тяготения, которые сам Леонардо именует «притяжением одного предмета к другому». Сила притяжения, писал он, направлена на «воображаемую линию, проходящую посередине каждого предмета»[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.

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].